Hlavní vliv na vlastnosti oceli má teplota popouštění. Existují tři druhy dovolené – Studopedia

Popouštění zahrnuje ohřev kalené oceli na teploty nižší než А_c1 udržování na dané teplotě a následné ochlazování určitou rychlostí. Popouštění je závěrečná operace tepelného zpracování, v jejímž důsledku ocel získává požadované mechanické vlastnosti. Popouštění navíc zcela nebo částečně eliminuje vnitřní pnutí, které vzniká při kalení. Tato pnutí se uvolňují tím úplněji, čím vyšší je teplota popouštění. Například axiální napětí ve válcovém vzorku oceli obsahující 0,3 % C se v důsledku popouštění při 550 °C sníží z 60 na 8 kgf/mm2. Výrazně se sníží i tečná a radiální napětí.

Nejintenzivnějšího snížení napětí se dosáhne výdrží při 550 °C po dobu 15–30 minut. Po výdrži 1,5 hodiny se napětí sníží na minimální hodnotu, které lze dosáhnout popouštěním při této teplotě.

Rychlost ochlazování po popouštění má také velký vliv na velikost zbytkových napětí. Čím pomalejší je ochlazování, tím nižší jsou zbytková napětí. Rychlé ochlazování z 600 °C vytváří nová tepelná napětí. Z tohoto důvodu by se výrobky složitého tvaru měly ochlazovat pomalu, aby se po popouštění za vysokých teplot zabránilo jejich deformaci, a výrobky vyrobené z legovaných ocelí náchylných k vratné křehkosti by se měly po popouštění na 500–650 °C ve všech případech rychle ochlazovat.

Teplota popouštění má hlavní vliv na vlastnosti oceli. Existují tři typy popouštění.

Nízkoteplotní popouštění oceli

Nízkoteplotní (nízké) temperování se provádějí zahříváním na 150–200 °C, méně často na 240–250 °C. V tomto případě se sníží vnitřní pnutí, zpevňující martenzit se přemění na zpouštěný martenzit, pevnost se zvýší a viskozita se mírně zlepší bez znatelného poklesu tvrdosti. Kalená ocel (0,5–1,3 % C) si po nízkém popouštění zachovává tvrdost v rozmezí HRC 58–63, a proto vysokou odolnost proti opotřebení. Takový produkt však (pokud nemá viskózní jádro) nemůže odolat významnému dynamickému zatížení.

Proto se řezné a měřicí nástroje vyrobené z uhlíkových a nízkolegovaných ocelí, jakož i díly, které prošly povrchovým kalením, cementací, kyanidací nebo nitrocementací, podrobují nízkoteplotnímu popouštění. Doba popouštění je obvykle 1–2,5 hodiny a u výrobků velkých průřezů a měřicích nástrojů se předepisuje delší popouštění.

Středněteplotní popouštění oceli

Středně teplotní (střední) dovolená se provádějí při teplotě 350–500 °C a používají se hlavně pro pružiny a pružiny, stejně jako pro razidla. Takové popouštění poskytuje vysokou mez pružnosti, mez pevnosti a relaxační odolnost. Struktura oceli (0,45–0,8 % C) po středním popouštění je popouštěný troostit nebo troostomartenzit s tvrdostí HRC 40–50. Teplota popouštění musí být zvolena tak, aby nezpůsobila nevratnou křehkost materiálu z popouštění.

Vytlačujeme weby do TOPu pomocí Sledgehammeru – Unikátní příležitosti od SeoHammeru

Každý odkaz je analyzován pomocí tří hodnotících balíčků: SEO, návštěvnost a SMM. SeoHammer usnadňuje a zpřehledňuje propagaci webových stránek. Odkazy, trvalé odkazy, články, zmínky, tiskové zprávy – využijte maximální potenciál SeoHammeru k propagaci vašich webových stránek.

Co umí SeoHammer

— Propagace jedním kliknutím, inteligentní výběr vyhledávacích dotazů, nákup nejlepších odkazů s vysokou úrovní kvality z nejlepších odkazových burz.
— Pravidelná kontrola kvality odkazů u více než 100 ukazatelů a denní přepočet ukazatelů kvality projektu.
— Všechny známé formáty odkazů: pronajaté odkazy, trvalé odkazy, publikace (zmínky, názory, recenze, články, tiskové zprávy).
— SeoHammer ukáže, kde dochází k růstu nebo poklesu, a také dotazy, které vyžadují pozornost.

SeoHammer také poskytuje technologie Posílit, urychluje postup desítkykrát a první výsledky se objevují již během prvních 7 dnů.

Zaregistrujte se a začněte propagovat

Chlazení po popouštění na 400–450 °C by se mělo provádět ve vodě, která podporuje tvorbu tlakových zbytkových napětí na povrchu, jež zvyšují mez životnosti pružin.

Vysokoteplotní popouštění oceli

Vysokoteplotní (vysoké) temperování se provádí při teplotě 500–680 °C. Struktura oceli po vysokém popouštění je popouštěný sorbit. Vysoké popouštění vytváří nejlepší poměr pevnosti a houževnatosti oceli.

Kalení s vysokým popouštěním ve srovnání s normalizačním nebo žíhaným stavem současně zvyšuje pevnost a mez kluzu, relativní smrštění a zejména rázovou houževnatost (tabulka 1). Tepelné zpracování sestávající z kalení a vysokého popouštění se nazývá zušlechťování.

Středně uhlíkové (0,3–0,5 % C) konstrukční oceli podléhají zdokonalování, na které jsou kladeny vysoké požadavky na mez kluzu, mez pevnosti a rázovou houževnatost. Odolnost zdokonalené oceli proti opotřebení však není vysoká kvůli její snížené tvrdosti.

Tabulka 1 — Vliv tepelného zpracování na mechanické vlastnosti uhlíkové oceli s 0,42 % C*

Tepelné zpracování	σ в	σ т	δ	ψ	ан, kgf m/cm2
	kgf/mm 2		%
Žíhání při 880 °C	55	35	20	59	9
Kalení od 880 °C (ochlazování ve vodě) a popouštění při 300 °C	130	110	12	35	3
Kalení od 880 °C (ochlazování ve vodě) a popouštění při 600 °C	62	43	22	55	14
* Průměr polotovaru 12 mm.

Toto vylepšení výrazně zvyšuje strukturální pevnost oceli, snižuje citlivost na koncentrátory napětí, zvyšuje práci plastické deformace během pohybu trhliny (práci vývoje trhliny) a snižuje teplotu horního a dolního prahu křehkosti za studena.

Popouštění při teplotě 550–600 °C po dobu 1–2 hodin téměř úplně odstraní zbytková pnutí, která vznikla během kalení. Doba vysokého popouštění je obvykle 1–6 hodin, v závislosti na celkových rozměrech výrobku.

REFERENCE

• Věda o materiálech / Yu.M. Lakhtin, V.P. Leontyeva. – M.: Strojírenství. 1980. – 493 s.

Nízkoteplotní (nízké) popouštění se provádí zahřátím na 250° C. V tomto případě se sníží kalicí makronapětí, kalící martenzit se přemění na popuštěný martenzit, zvýší se pevnost a viskozita se mírně zlepší bez znatelného poklesu tvrdosti. Kalená ocel (0,6 – 1,3 % C) si po nízkém popuštění zachovává tvrdost 58 – 63 HRC, a tedy vysokou odolnost proti opotřebení. Takový výrobek (pokud nemá viskózní jádro) však nemůže odolat významnému dynamickému zatížení.

Nízkoteplotní popouštění se používá u řezných a měřicích nástrojů z uhlíkových a nízkolegovaných ocelí, jakož i dílů, které prošly povrchovým kalením, nauhličováním a kyanováním. Méně často se u středně uhlíkových ocelí používá nízké popouštění (0,3 – 0,45 % C). Délka temperování je obvykle 1–2,5 hodiny a pro výrobky velkých průřezů a měřicí přístroje se přiřazuje delší temperování.

Středoteplotní (střední) temperování se provádí při 350–500° C a používá se především pro pružiny a pružiny a také pro průvlaky. Tento typ temperování zajišťuje vysokou elasticitu a meze únosnosti a odolnost proti relaxaci. Struktura oceli po středním popouštění je popouštěcí trostit; tvrdost oceli 40 – 50 HRC. Teplota popouštění musí být zvolena tak, aby nezpůsobila nevratné popouštěcí zkřehnutí.

Chlazení po temperování na 400–450°C by mělo být prováděno ve vodě, která podporuje vznik tlakových zbytkových pnutí na povrchu, která zvyšují mez únosnosti pružin.

Vysokoteplotní (vysoké) popouštění se provádí při 500 – 680° C. Struktura oceli po vysokém popouštění je popouštěný sorbit. Vysoké popouštění vytváří nejlepší rovnováhu mezi pevností a houževnatostí oceli.

Obr.101. Vliv teploty popouštění na mechanické vlastnosti konstrukčních ocelí

Vliv tepelného zpracování na mechanické vlastnosti oceli s 0,45% C

(Tabulka 6). Tepelné zpracování sestávající z kalení a vysokého popouštění se nazývá zdokonalení.

Středněuhlíkové (0,3–0,5 % C) konstrukční oceli, které mají vysoké požadavky na únavovou pevnost a rázovou houževnatost, jsou předmětem zlepšování. Zlepšení výrazně zvyšuje strukturální pevnost oceli, snižuje citlivost na koncentrátory napětí, zvyšuje práci při šíření trhlin a snižuje teplotu prahu křehkosti za studena. Odolnost proti trhlinám K1s po zlepšení – 250 – 350 MPa m1/2.

Popouštění na 550 – 600°C po dobu 1 – 2 hodin téměř úplně odstraní zbytková pnutí, která vznikla při kalení. Doba trvání vysokého temperování je 1–6 hodin v závislosti na velikosti výrobků. Změna mechanických vlastností s rostoucí teplotou popouštění je na obr. 101.

VADY VZNIKAJÍCÍ PŘI TEPELNÉM ZPRACOVÁNÍ OCELI

Mezi nejčastější vady, které se mohou vyskytnout při kalení oceli, patří praskliny ve výrobku – vnitřní nebo vnější.

Trhliny. Trhliny vznikají při kalení v případech, kdy vnitřní tahová napětí vznikající v důsledku martenzitické přeměny převyšují odolnost oceli proti lomu. Trhliny se tvoří při teplotách pod bodem Mn, častěji po ochlazení. Tendence k tvorbě trhlin se zvyšuje se zvýšením obsahu uhlíku v oceli, zvýšením teploty ohřevu pro kalení a zvýšením rychlosti ochlazování v teplotním rozsahu martenzitické transformace.

Dalším důvodem vzniku trhlin je přítomnost koncentrátorů napětí ve výrobku (prudká změna průřezu výrobku nebo lokální zářezy, prohlubně, výstupky apod.).

Praskliny jsou neopravitelná závada. Aby se zabránilo jejich tvorbě, doporučuje se: při navrhování výrobků se vyvarujte ostrých výstupků, špičatých rohů, ostrých přechodů z tlustých částí na tenké atd.; kalení od nejnižších možných teplot pro díly, které jsou plně kalené; pomalé ochlazování v rozsahu martenzitických teplot, dosažené stupňovitým kalením; izotermické kalení a popouštění ihned po kalení.

Deformace a deformace. K deformaci, tedy změně velikosti a tvaru výrobků dochází při tepelném zpracování v důsledku tepelného a strukturálního namáhání pod vlivem nestejnoměrných objemových změn způsobených nerovnoměrným chlazením a fázovými přeměnami.

V praxi se asymetrická deformace výrobků často nazývá deformace (vzpěr). Pozoruje se při nerovnoměrném a příliš vysokém ohřevu pro kalení, nesprávné poloze součásti při ponoření do kalícího média a vysoké rychlosti ochlazování v oblasti martenzitických teplot. Odstranění těchto příčin výrazně snižuje deformaci.

U dlouhých a tenkých výrobků je obtížnější odstranit deformaci. Pro jeho snížení jsou takové díly ochlazovány při kalení v upnutém stavu (v matricích, lisech a zařízeních). V okamžiku martenzitické přeměny ocel měkne.

Rozměry výrobku po vytvrzení i při absenci deformace neodpovídají původním hodnotám. Deformaci způsobenou těmito změnami lze snížit výběrem vhodného složení oceli a podmínek tepelného zpracování.

TVRZENÍ INDUKČNÍM OHŘEVEM

Při povrchovém kalení se do určité (určené) hloubky vytvrdí pouze povrchová vrstva, přičemž jádro výrobku zůstává nevytvrzené.

Hlavním účelem povrchového kalení je zvýšit tvrdost, odolnost proti opotřebení a mez únavy obrobku. Jádro zůstává viskózní a absorbuje nárazové zatížení. V praxi se častěji používá povrchové kalení s indukčním ohřevem vysokofrekvenčním proudem (HFC).

Indukční ohřev nastává v důsledku tepelného působení proudu indukovaného v produktu umístěném ve střídavém magnetickém poli.

Hloubka kalení je přibližně stejná jako hloubka ohřevu na teplotu nad kritickým bodem Ac3; hluboké vrstvy součásti se zahřejí pod teploty kritických bodů a po ochlazení netvrdnou. Pokud je nutné zvýšit pevnost jádra, díl se před povrchovým kalením podrobí normalizaci.

Volba optimální tloušťky vytvrzovací vrstvy je dána provozními podmínkami součásti. Při provozu pouze za podmínek opotřebení nebo únavy se tloušťka vytvrzené vrstvy často považuje za 1,5–3 mm a za podmínek vysokého kontaktního zatížení a možného přebroušení – 4–5 mm. V případě zvláště vysokého kontaktního zatížení, např. u válců pro válcování za studena, dosahuje tloušťka vytvrzené vrstvy 10 – 15 mm a více.

Obecně se má za to, že plocha průřezu vytvrzené vrstvy by neměla být větší než 20% celého průřezu. U ozubených kol je tloušťka vrstvy 0,2 – 0,28 jejich modulu.

Po vytvrzení indukčním ohřevem jsou výrobky podrobeny nízkému popouštění při 160–200 °C a často samopopouštění.

Pro povrchové indukční kalení se používají oceli s obsahem 0,4–0,5 % C (40, 45, 40X, 45X, 40XH atd.), které mají po kalení vysokou tvrdost (HRC 50–60), odolnost proti opotřebení a nejsou náchylné ke křehkému lomu.

Tato metoda je zvláště účinná pro sériovou a hromadnou výrobu. Zároveň se ekonomicky nevyplatí kalit jednotlivé díly, pro každý z nich je nutné vyrobit vlastní induktor a zvolit režim zpracování. Kalení indukčním ohřevem je široce používáno v průmyslu. Například mnoho částí automobilů a traktorů je indukčně kaleno.

TVRZENÍ PLYNOVÝM PLAZMOVÝM OHŘEVEM

Tato metoda kalení se používá pro velké výrobky (válcovací válce, hřídele atd.). Povrch dílu je ohříván plynovým plamenem o vysoké teplotě (2400 – 3150°C). Díky přísunu značného množství tepla se povrch výrobku rychle zahřeje na kalicí teplotu, zatímco jádro dílu se nestihne zahřát. Následné rychlé ochlazení zajistí vytvrzení povrchové vrstvy. Jako palivo se používá acetylen, osvětlení a zemní plyny a také petrolej. Pro ohřev se používají štěrbinové hořáky (mají jeden otvor ve tvaru štěrbiny) a víceplamenné hořáky.

Tloušťka kalené vrstvy je obvykle 2–4 mm a její tvrdost pro ocel s 0,45–0,5 % C je 50–56 HRC. V tenké povrchové vrstvě se tvoří martenzit a v podložních vrstvách trostit + martenzit. Kalení plynovým plamenem způsobuje menší deformaci než hromadné kalení. Proces kalení plamenem může být automatizován a zahrnut do obecného toku mechanického zpracování. U velkých dílů je tato metoda kalení často cenově výhodnější než indukční kalení.

Lasery jsou generátory světla (kvantové generátory optického rozsahu). Jejich práce je založena na zesilování elektromagnetických kmitů pomocí indukčního záření atomů (molekul). Laserové záření je monochromatické, šíří se ve velmi úzkém paprsku a vyznačuje se extrémně vysokou koncentrací energie. Pro průmyslové účely se nejčastěji používají spojité CO2 lasery o výkonu 0,5–5 kW.

Využití laserů pro tepelné zpracování je založeno na přeměně světelné energie na tepelnou energii.

Vlivem laserového záření se během krátké doby (10-3 – 10-7 s) povrch ocelového nebo litinového dílu zahřeje na velmi vysoké teploty. Šíření tepla do kovu se provádí tepelnou vodivostí. Poté, co laserové záření přestane působit, dochází k vytvrzení zahřátých oblastí v důsledku intenzivního odvodu tepla hluboko do kovu (samokalení). Rychlost ochlazování je 103 – 105 °C/s.

Laserový ohřev pro tepelné zpracování se provádí s měrným výkonem 103 – 104 W/cm2

. Pro snížení odrazivosti kovového povrchu a v důsledku toho zvýšení účinnosti laserového ohřevu se na povrch nanášejí filmy siřičitanů (Fe2S3), fosfátů Mg3(PO4)2, Zn3(PO4)2, ale i sazí, koloidní roztok uhlíku v acetonu a dalších nekovech a barvy. Zahřívání lze dosáhnout pulzními a kontinuálními lasery. Lasery s kontinuálním paprskem jsou produktivnější a poskytují rovnoměrné kalení.

Laserové zpracování se úspěšně používá pro povrchové kalení odlitků z perlitické šedé, temperované a vysokopevnostní litiny. Vlivem natavení povrchu a vzniku ledeburitového eutektika (ochlazení litiny) a martenzitické podvrstvy dosahuje tvrdost na povrchu 750–900 HB. Částečné roztavení snižuje čistotu povrchu. Při absenci tavení se tvrdost po laserovém ohřevu zvyšuje v důsledku vytvrzení tenké povrchové vrstvy.

Laserové kalení je perspektivní metoda pro zpevnění složitých výrobků, jejichž životnost je omezena odolností proti opotřebení a únavou, kdy je jejich kalení jinými metodami obtížné.

Líbil se vám článek? Přidejte si ji do záložek (CTRL+D) a nezapomeňte ji sdílet se svými přáteli: