Ⅰ. Основни концепт термичке обраде.
А. Основни концепт термичке обраде.
Основни елементи и функцијетермичка обрада:
1. Грејање
Циљ је добијање уједначене и фине аустенитне структуре.
2. Држање
Циљ је осигурати да се радни предмет темељно загреје и спречити декарбуризацију и оксидацију.
3. Хлађење
Циљ је трансформација аустенита у различите микроструктуре.
Микроструктуре након термичке обраде
Током процеса хлађења након загревања и држања, аустенит се трансформише у различите микроструктуре у зависности од брзине хлађења. Различите микроструктуре показују различита својства.
Б. Основни концепт термичке обраде.
Класификација на основу метода загревања и хлађења, као и микроструктуре и својстава челика
1. Конвенционална термичка обрада (укупна термичка обрада): каљење, жарење, нормализација, каљење
2. Површинска термичка обрада: површинско каљење, индукционо загревање површине, површинско каљење пламеном, површинско каљење електричним контактним загревањем.
3. Хемијска термичка обрада: карбуризација, нитрирање, карбонитрирање.
4. Остале термичке обраде: термичка обрада у контролисаној атмосфери, вакуумска термичка обрада, деформациона термичка обрада.
C. Критична температура челика
Критична температура трансформације челика је важна основа за одређивање процеса загревања, држања и хлађења током термичке обраде. Одређује се фазним дијаграмом гвожђе-угљеник.
Кључни закључак:Стварна критична температура трансформације челика увек заостаје за теоријском критичном температуром трансформације. То значи да је током загревања потребно прегревање, а током хлађења потхлађивање.
Ⅱ.Жарење и нормализација челика
1. Дефиниција жарења
Жарење подразумева загревање челика на температуру изнад или испод критичне тачке Ac₁, држање на тој температури, а затим полако хлађење, обично унутар пећи, да би се постигла структура блиска равнотежи.
2. Сврха жарења
①Подесите тврдоћу за обраду: Постизање обрадиве тврдоће у опсегу од HB170~230.
②Ублажавање заосталог напрезања: Спречава деформацију или пуцање током наредних процеса.
③Усавршавање структуре зрна: Побољшава микроструктуру.
④Припрема за завршну термичку обраду: Добија се гранулирани (сфероидизовани) перлит за накнадно каљење и отпуштање.
3. Сфероидизирајуће жарење
Спецификације процеса: Температура загревања је близу тачке Ac₁.
Намена: Сфероидизација цементита или карбида у челику, што резултира грануларним (сфероидизованим) перлитом.
Применљиви опсег: Користи се за челике са еутектоидним и хипереутектоидним саставом.
4. Дифузно жарење (хомогенизујуће жарење)
Спецификације процеса: Температура загревања је мало испод линије раствора на фазном дијаграму.
Сврха: Елиминисање сегрегације.
①За ниско-угљенични челикСа садржајем угљеника мањим од 0,25%, нормализација је пожељнија од жарења као припремне термичке обраде.
②За средње угљенични челик са садржајем угљеника између 0,25% и 0,50%, као припремна термичка обрада може се користити жарење или нормализација.
③За средње до високоугљенични челик са садржајем угљеника између 0,50% и 0,75%, препоручује се потпуно жарење.
④За високо-угљенични челикСа садржајем угљеника већим од 0,75%, прво се користи нормализација да би се елиминисала мрежа Fe₃C, након чега следи сфероидизујуће жарење.
Ⅲ. Каљење и отпуштање челика
A. Каљење
1. Дефиниција каљења: Каљење подразумева загревање челика на одређену температуру изнад тачке Ac₃ или Ac₁, држање на тој температури, а затим хлађење брзином већом од критичне брзине хлађења да би се формирао мартензит.
2. Сврха каљења: Примарни циљ је добијање мартензита (или понекад нижег беинита) како би се повећала тврдоћа и отпорност челика на хабање. Каљење је један од најважнијих процеса термичке обраде челика.
3. Одређивање температура каљења за различите врсте челика
Хипоеутектоидни челик: Ac₃ + 30°C до 50°C
Еутектоидни и хипереутектоидни челик: Ac₁ + 30°C до 50°C
Легирани челик: 50°C до 100°C изнад критичне температуре
4. Карактеристике хлађења идеалног медијума за каљење:
Споро хлађење пре температуре „носа“: Да би се довољно смањио термички стрес.
Висок капацитет хлађења близу температуре „носа“: Да би се избегло стварање немартензитних структура.
Споро хлађење близу тачке M₅: Да би се минимизирао напон изазван мартензитном трансформацијом.
5. Методе гашења и њихове карактеристике:
①Једноставно каљење: Лако за руковање и погодно за мале, једноставног облика. Добијена микроструктура је мартензит (М).
②Двоструко каљење: Сложеније и теже за контролу, користи се за сложене облике високоугљеничног челика и веће радне предмете од легираног челика. Добијена микроструктура је мартензит (М).
③Каљење ломљеног челика: Сложенији поступак, који се користи за велике, сложено обликоване радне предмете од легираног челика. Добијена микроструктура је мартензит (М).
④Изотермно каљење: Користи се за мале, сложене облике радних предмета са високим захтевима. Добијена микроструктура је нижи беинит (Б).
6. Фактори који утичу на каљивост
Ниво каљивости зависи од стабилности потхлађеног аустенита у челику. Што је већа стабилност потхлађеног аустенита, то је боља каљивост и обрнуто.
Фактори који утичу на стабилност потхлађеног аустенита:
Положај C-криве: Ако се C-крива помери удесно, критична брзина хлађења за каљење се смањује, побољшавајући каљивост.
Кључни закључак:
Било који фактор који помера C-криву удесно повећава каљивост челика.
Главни фактор:
Хемијски састав: Осим кобалта (Co), сви легирајући елементи растворени у аустениту повећавају каљивост.
Што је садржај угљеника ближи еутектоидном саставу у угљеничном челику, то се C-крива више помера удесно, а каљивост је већа.
7. Одређивање и представљање каљивости
①Тест каљења на крају: Каљивост се мери методом испитивања на крају каљења.
②Метода критичног пречника каљења: Критични пречник каљења (D₀) представља максимални пречник челика који се може потпуно очврснути у одређеном медијуму за каљење.
Б. Каљење
1. Дефиниција каљења
Каљење је процес термичке обраде где се каљени челик поново загрева на температуру испод тачке А₁, држи на тој температури, а затим хлади на собну температуру.
2. Сврха каљења
Смањите или елиминишите заостали напон: Спречава деформацију или пуцање радног предмета.
Смањивање или елиминисање преосталог аустенита: Стабилизује димензије радног предмета.
Елиминише кртост каљеног челика: Прилагођава микроструктуру и својства захтевима радног предмета.
Важна напомена: Челик треба одмах калити након каљења.
3. Процеси каљења
1. Ниско темперирање
Намена: Смањење напрезања каљења, побољшање жилавости радног предмета и постизање високе тврдоће и отпорности на хабање.
Температура: 150°C ~ 250°C.
Перформансе: Тврдоћа: HRC 58 ~ 64. Висока тврдоћа и отпорност на хабање.
Примене: Алати, калупи, лежајеви, цементирани делови и површински очврснуте компоненте.
2. Високо темперирање
Намена: Постизање високе жилавости уз довољну чврстоћу и тврдоћу.
Температура: 500°C ~ 600°C.
Перформансе: Тврдоћа: HRC 25 ~ 35. Добра укупна механичка својства.
Примене: Вратила, зупчаници, клипњаче итд.
Термичка рафинација
Дефиниција: Каљење праћено отпуштањем на високој температури назива се термичко рафинирање или једноставно отпуштање. Челик обрађен овим поступком има одличне укупне перформансе и широко се користи.
Ⅳ. Површинска термичка обрада челика
А. Површинско каљење челика
1. Дефиниција површинског очвршћавања
Површинско каљење је процес термичке обраде осмишљен да ојача површински слој радног предмета брзим загревањем ради трансформације површинског слоја у аустенит, а затим брзим хлађењем. Овај процес се изводи без промене хемијског састава челика или језгра структуре материјала.
2. Материјали који се користе за површинско очвршћавање и структуру након очвршћавања
Материјали који се користе за површинско каљење
Типични материјали: Средње угљенични челик и средње угљенични легирани челик.
Претходна обрада: Типичан процес: Отпуштање. Ако основна својства нису критична, може се користити нормализација.
Структура након очвршћавања
Површинска структура: Површински слој обично формира очврснуту структуру као што је мартензит или баинит, што пружа високу тврдоћу и отпорност на хабање.
Структура језгра: Језгро челика генерално задржава своју првобитну структуру, као што је перлит или отпуштено стање, у зависности од процеса претходне обраде и својстава основног материјала. Ово осигурава да језгро одржава добру жилавост и чврстоћу.
Б. Карактеристике индукционог површинског каљења
1. Висока температура загревања и брзи пораст температуре: Индукционо површинско каљење обично подразумева високе температуре загревања и брзе брзине загревања, што омогућава брзо загревање у кратком времену.
2. Структура финих аустенитних зрна у површинском слоју: Током брзог загревања и накнадног процеса каљења, површински слој формира фина аустенитна зрна. Након каљења, површина се првенствено састоји од финог мартензита, са тврдоћом обично 2-3 HRC већом од конвенционалног каљења.
3. Добар квалитет површине: Због кратког времена загревања, површина радног предмета је мање склона оксидацији и декарбуризацији, а деформација изазвана каљењем је минимизирана, што обезбеђује добар квалитет површине.
4. Висока чврстоћа на замор: Мартензитна фазна трансформација у површинском слоју генерише компресивни напон, што повећава чврстоћу на замор радног предмета.
5. Висока ефикасност производње: Индукционо површинско каљење је погодно за масовну производњу, нудећи високу оперативну ефикасност.
C. Класификација хемијске термичке обраде
Карбуризација, карбуризација, карбуризација, хромирање, силиконизација, силиконизација, силиконизација, карбонитрирање, борокарбуризација
D.Гас наугљеничарење
Гасна наугљеничарење је процес у коме се радни предмет ставља у затворену пећ за гасну наугљеничарење и загрева до температуре која трансформише челик у аустенит. Затим се средство за наугљеничарење капањем улива у пећ или се директно уводи атмосфера за наугљеничарење, омогућавајући атомима угљеника да дифундују у површински слој радног предмета. Овај процес повећава садржај угљеника (wc%) на површини радног предмета.
√Средства за наугљеничавање:
• Гасови богати угљеником: као што су угљени гас, течни нафтни гас (ТНГ) итд.
• Органске течности: као што су керозин, метанол, бензен итд.
√Параметри процеса карбуризације:
• Температура наугљеничавања: 920~950°C.
• Време наугљеничавања: Зависи од жељене дубине наугљеничаног слоја и температуре наугљеничавања.
E. Термичка обрада након наугљеничавања
Челик мора бити подвргнут термичкој обради након наугљеничавања.
Процес термичке обраде након карбуризације:
√Каљење + отпуштање на ниској температури
1. Директно каљење након претходног хлађења + отпуштање на ниској температури: Обрадак се претходно хлади са температуре наугљеничавања до температуре одмах изнад температуре Ar₁ језгра, а затим се одмах кали, након чега следи отпуштање на ниској температури од 160~180°C.
2. Једноструко каљење након претходног хлађења + отпуштање на ниској температури: Након наугљеничења, радни предмет се полако хлади на собну температуру, а затим поново загрева ради каљења и отпуштања на ниској температури.
3. Двоструко каљење након претходног хлађења + отпуштање на ниској температури: Након наугљеничавања и спорог хлађења, радни предмет пролази кроз две фазе загревања и каљења, након чега следи отпуштање на ниској температури.
Ⅴ. Хемијска термичка обрада челика
1. Дефиниција хемијске термичке обраде
Хемијска термичка обрада је процес термичке обраде у којем се челични комад ставља у одређени активни медијум, загрева и држи на температури, омогућавајући активним атомима у медијуму да дифундују у површину комада. Ово мења хемијски састав и микроструктуру површине комада, чиме се мењају његова својства.
2. Основни процес хемијске термичке обраде
Разлагање: Током загревања, активна средина се разлаже, ослобађајући активне атоме.
Апсорпција: Активни атоми се адсорбују на површини челика и растварају у чврстом раствору челика.
Дифузија: Активни атоми апсорбовани и растворени на површини челика мигрирају у унутрашњост.
Врсте индукционог површинског каљења
a. Високофреквентно индукционо грејање
Тренутна фреквенција: 250~300 kHz.
Дубина очврслог слоја: 0,5~2,0 мм.
Примене: Зупчаници средњег и малог модула и вратила мале до средње величине.
б. Индукционо грејање средње фреквенције
Тренутна фреквенција: 2500~8000 kHz.
Дубина очврслог слоја: 2~10 мм.
Примене: Већа вратила и зупчаници великих до средњих модула.
ц. Индукционо грејање на струјној фреквенцији
Тренутна фреквенција: 50 Hz.
Дубина очврслог слоја: 10~15 мм.
Примене: Обрадци који захтевају веома дубок каљени слој.
3. Индукционо површинско каљење
Основни принцип индукционог површинског каљења
Ефекат коже:
Када наизменична струја у индукционом калему индукује струју на површини радног предмета, већина индуковане струје је концентрисана близу површине, док готово никаква струја не пролази кроз унутрашњост радног предмета. Овај феномен је познат као скин ефекат.
Принцип индукционог површинског каљења:
На основу скин ефекта, површина радног предмета се брзо загрева до температуре аустенитизације (растући до 800~1000°C за неколико секунди), док унутрашњост радног предмета остаје готово незагрејана. Радни предмет се затим хлади прскањем воде, постижући површинско очвршћавање.
4. Крхкост темперамента
Отпуштање кртости у каљеном челику
Кртост при отпуштању односи се на феномен где се ударна жилавост каљеног челика значајно смањује када се отпушта на одређеним температурама.
Прва врста кртости при отпуштању
Температурни опсег: од 250°C до 350°C.
Карактеристике: Ако се каљени челик отпушта у овом температурном опсегу, веома је вероватно да ће развити ову врсту кртости отпуштања, која се не може елиминисати.
Решење: Избегавајте отпуштање каљеног челика у овом температурном опсегу.
Прва врста кртости отпуштања позната је и као кртост отпуштања на ниским температурама или неповратна кртост отпуштања.
Ⅵ.Каљење
1. Каљење је завршни процес термичке обраде који следи након каљења.
Зашто је каљеним челицима потребно каљење?
Микроструктура након каљења: Након каљења, микроструктура челика се обично састоји од мартензита и резидуалног аустенита. Обе су метастабилне фазе и трансформисаће се под одређеним условима.
Особине мартензита: Мартензит карактерише висока тврдоћа, али и висока кртост (посебно код игличастог мартензита са високим садржајем угљеника), што не испуњава захтеве перформанси за многе примене.
Карактеристике мартензитне трансформације: Трансформација у мартензит се одвија веома брзо. Након каљења, радни предмет има заостале унутрашње напоне који могу довести до деформације или пуцања.
Закључак: Обрадак се не може користити директно након каљења! Отпуштање је неопходно да би се смањили унутрашњи напони и побољшала жилавост обрадка, чинећи га погодним за употребу.
2. Разлика између каљивости и капацитета каљења:
Каљивост:
Каљивост се односи на способност челика да постигне одређену дубину каљења (дубину каљеног слоја) након каљења. Зависи од састава и структуре челика, посебно од његових легирајућих елемената и врсте челика. Каљивост је мера колико добро челик може да очврсне по целој својој дебљини током процеса каљења.
Тврдоћа (капацитет каљења):
Тврдоћа, или капацитет каљења, односи се на максималну тврдоћу која се може постићи код челика након каљења. На њу у великој мери утиче садржај угљеника у челику. Већи садржај угљеника генерално доводи до веће потенцијалне тврдоће, али то може бити ограничено легирајућим елементима челика и ефикасношћу процеса каљења.
3. Каљивост челика
√Концепт каљивости
Каљивост се односи на способност челика да постигне одређену дубину мартензитног очвршћавања након каљења са температуре аустенитизације. Једноставније речено, то је способност челика да формира мартензит током каљења.
Мерење каљивости
Величина каљивости је означена дубином каљеног слоја добијеног под одређеним условима након каљења.
Дубина очврслог слоја: Ово је дубина од површине радног предмета до подручја где је структура полумартензитна.
Уобичајени медији за гашење:
• Вода
Карактеристике: Економичан са јаким капацитетом хлађења, али има велику брзину хлађења близу тачке кључања, што може довести до прекомерног хлађења.
Примена: Типично се користи за угљеничне челике.
Слана вода: Раствор соли или алкалије у води, који има већи капацитет хлађења на високим температурама у поређењу са водом, што га чини погодним за угљеничне челике.
• Уље
Карактеристике: Омогућава спорију брзину хлађења на ниским температурама (близу тачке кључања), што ефикасно смањује склоност ка деформацији и пуцању, али има нижи капацитет хлађења на високим температурама.
Примена: Погодно за легиране челике.
Врсте: Укључује уље за каљење, машинско уље и дизел гориво.
Време загревања
Време загревања састоји се од брзине загревања (време потребно да се достигне жељена температура) и времена задржавања (време одржавања на циљној температури).
Принципи за одређивање времена загревања: Обезбедите равномерну расподелу температуре по целом радном предмету, како унутра тако и споља.
Обезбедите потпуну аустенитизацију и да је формирани аустенит уједначен и фин.
Основа за одређивање времена загревања: Обично се процењује коришћењем емпиријских формула или се одређује експериментисањем.
Медији за гашење
Два кључна аспекта:
а. Брзина хлађења: Већа брзина хлађења подстиче стварање мартензита.
б. Заостали напон: Већа брзина хлађења повећава заостали напон, што може довести до веће склоности ка деформацији и пуцању у радном предмету.
Ⅶ.Нормализација
1. Дефиниција нормализације
Нормализација је процес термичке обраде у којем се челик загрева на температуру од 30°C до 50°C изнад температуре Ac3, одржава на тој температури, а затим хлади на ваздуху да би се добила микроструктура блиска равнотежном стању. У поређењу са жарењем, нормализација има бржу брзину хлађења, што резултира финијом перлитном структуром (P) и већом чврстоћом и тврдоћом.
2. Сврха нормализације
Сврха нормализације је слична сврси жарења.
3. Примене нормализације
• Уклонити умрежени секундарни цементит.
• Служи као завршна термичка обрада за делове са нижим захтевима.
•Делује као припремна термичка обрада за конструкциони челик са ниским и средњим садржајем угљеника ради побољшања обрадивости.
4. Врсте жарења
Прва врста жарења:
Сврха и функција: Циљ није изазвати фазну трансформацију, већ превести челик из неуравнотеженог у уравнотежено стање.
Врсте:
• Дифузионо жарење: Циљ је хомогенизација састава елиминисањем сегрегације.
• Рекристализационо жарење: Враћа дуктилност елиминисањем ефеката очвршћавања.
• Жарење за ублажавање напона: Смањује унутрашње напоне без промене микроструктуре.
Друга врста жарења:
Намена и функција: Циљ је промена микроструктуре и својстава, постижући микроструктуру у којој доминира перлит. Овај тип такође осигурава да расподела и морфологија перлита, ферита и карбида испуњавају специфичне захтеве.
Врсте:
• Потпуно жарење: Загрева челик изнад температуре Ac3, а затим га полако хлади да би се добила једнолична перлитна структура.
• Непотпуно жарење: Загрева челик између температура Ac1 и Ac3 да би се делимично трансформисала структура.
• Изотермно жарење: Загрева челик на температуру изнад Ac3, након чега следи брзо хлађење до изотермне температуре и држање да би се постигла жељена структура.
• Сфероидизирајуће жарење: Производи сфероидну карбидну структуру, побољшавајући обрадивост и жилавост.
Ⅷ.1. Дефиниција термичке обраде
Термичка обрада се односи на процес у којем се метал загрева, држи на одређеној температури, а затим хлади док је у чврстом стању како би се променила његова унутрашња структура и микроструктура, чиме се постижу жељена својства.
2. Карактеристике термичке обраде
Термичка обрада не мења облик радног предмета; уместо тога, мења унутрашњу структуру и микроструктуру челика, што заузврат мења својства челика.
3. Сврха термичке обраде
Сврха термичке обраде је побољшање механичких или процесних својстава челика (или радних комада), потпуно искоришћавање потенцијала челика, побољшање квалитета радног комада и продужење његовог века трајања.
4. Кључни закључак
Да ли се својства материјала могу побољшати термичком обрадом зависи критично од тога да ли постоје промене у његовој микроструктури и структури током процеса загревања и хлађења.
Време објаве: 19. август 2024.