Ⅰ.Основни концепт термичке обраде.
А.Основни концепт термичке обраде.
Основни елементи и функције одтоплотна обрада:
1.Хеатинг
Сврха је да се добије уједначена и фина структура аустенита.
2.Холдинг
Циљ је да се обезбеди да је радни предмет темељно загрејан и да се спречи декарбонизација и оксидација.
3.Хлађење
Циљ је трансформисати аустенит 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 грејања и хлађења, као и микроструктуре и својстава челика
1.Конвенционална топлотна обрада (укупна топлотна обрада): каљење, жарење, нормализација, гашење
2. Површинска топлотна обрада: површинско гашење, индукционо грејање површинско гашење, површинско гашење загревања пламеном, површинско гашење са електричним контактом.
3. Хемијска топлотна обрада: карбуризација, нитрирање, карбонитрирање.
4.Други третмани топлотом: топлотна обрада контролисане атмосфере, вакуумска топлотна обрада, деформациона топлотна обрада.
Ц.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 теоретском критичном температуром трансформације. То значи да је потребно прегревање током грејања, а подхлађење је неопходно током хлађења.
Ⅱ. Жарење и нормализација челика
1. Дефиниција жарења
Жарење укључује загревање челика до температуре изнад или испод критичне тачке Ац₁ држећи га на тој температури, а затим га полако хлађење, обично унутар пећи, да би се постигла структура близу равнотеже.
2. Сврха жарења
①Подесите тврдоћу за машинску обраду: Постизање обрадиве тврдоће у опсегу од ХБ170~230.
②Ослободите преосталог напрезања: Спречава деформацију или пуцање током наредних процеса.
③Прочистите структуру зрна: Побољшава микроструктуру.
④Припрема за финалну топлотну обраду: Добија грануларни (сфероидизовани) перлит за накнадно гашење и каљење.
3.Сфероидизирајуће жарење
Спецификације процеса: Температура грејања је близу тачке Ац₁.
Сврха: За сфероидизацију цементита или карбида у челику, што резултира гранулираним (сфероидизованим) перлитом.
Опсег примене: Користи се за челике са еутектоидним и хипереутектоидним саставима.
4. Дифузно жарење (Хомогенизирајуће жарење)
Спецификације процеса: Температура грејања је мало испод солвус линије на фазном дијаграму.
Сврха: Уклањање сегрегације.
①За ниско-угљенични челикса садржајем угљеника мањим од 0,25%, нормализација је пожељнија у односу на жарење као припремни топлотни третман.
②За челик са средњим угљеником са садржајем угљеника између 0,25% и 0,50%, као припремна топлотна обрада може се користити или жарење или нормализација.
③За челик са средњим и високим садржајем угљеника са садржајем угљеника између 0,50% и 0,75%, препоручује се потпуно жарење.
④За високо-угљенични челикса садржајем угљеника већим од 0,75%, нормализација се прво користи да би се елиминисала мрежа Фе₃Ц, а затим следи сфероидизирајуће жарење.
Ⅲ.Каљење и каљење челика
А.Куенцхинг
1. Дефиниција гашења: Кашење укључује загревање челика на одређену температуру изнад Ац₃ или Ац₁ тачке, одржавање на тој температури, а затим хлађење брзином већом од критичне брзине хлађења да би се формирао мартензит.
2. Сврха гашења: Примарни циљ је добијање мартензита (или понекад нижег бенита) да би се повећала тврдоћа и отпорност на хабање челика. Кашење је један од најважнијих процеса термичке обраде челика.
3.Одређивање температура каљења за различите врсте челика
Хипоеутектоидни челик: Ац₃ + 30°Ц до 50°Ц
Еутектоидни и хипереутектоидни челик: Ац₁ + 30°Ц до 50°Ц
Легирани челик: 50°Ц до 100°Ц изнад критичне температуре
4. Карактеристике хлађења идеалног медијума за гашење:
Споро хлађење пре температуре "носа": За довољно смањење топлотног стреса.
Висок капацитет хлађења у близини „носне“ температуре: Да би се избегло стварање немартензитних структура.
Споро хлађење близу тачке М₅: Да би се смањио стрес изазван мартензитном трансформацијом.
5. Методе гашења и њихове карактеристике:
①Једноставно гашење: Једноставан за руковање и погодан за мале радне комаде једноставног облика. Добијена микроструктура је мартензит (М).
②Двоструко гашење: Сложеније и теже за контролисање, користи се за сложене облике челика са високим садржајем угљеника и веће обрадке од легираног челика. Добијена микроструктура је мартензит (М).
③Поломљено гашење: Сложенији процес, који се користи за велике, сложене обрадке од легираног челика. Добијена микроструктура је мартензит (М).
④Изотермно гашење: Користи се за мале комаде сложеног облика са високим захтевима. Добијена микроструктура је нижи баинит (Б).
6. Фактори који утичу на отврдњавање
Ниво отврдљивости зависи од стабилности прехлађеног аустенита у челику. Што је већа стабилност суперохлађеног аустенита, то је боља отврдљивост, и обрнуто.
Фактори који утичу на стабилност прехлађеног аустенита:
Положај Ц-криве: Ако се Ц-крива помери удесно, критична брзина хлађења за гашење се смањује, побољшавајући очвршћавање.
Кључни закључак:
Сваки фактор који помера Ц-криву удесно повећава отврдљивост челика.
Главни фактор:
Хемијски састав: Осим кобалта (Цо), сви легирајући елементи растворени у аустениту повећавају отврдљивост.
Што је садржај угљеника ближи еутектоидном саставу у угљеничном челику, то се Ц-крива више помера удесно и већа је отврдљивост.
7. Одређивање и представљање отврдљивости
①Тест отврдњавања на крају гашења: Отврдњавање се мери коришћењем методе теста крајњег гашења.
②Метода критичног пречника гашења: Критични пречник гашења (Д₀) представља максимални пречник челика који се може потпуно очврснути у одређеном медијуму за гашење.
Б.Каљење
1. Дефиниција каљења
Каљење је процес топлотне обраде где се каљени челик поново загрева на температуру испод тачке А₁, одржава на тој температури, а затим се хлади на собну температуру.
2. Сврха каљења
Смањите или елиминишите заостали напон: Спречава деформацију или пуцање радног комада.
Смањите или елиминишите резидуални аустенит: Стабилизује димензије радног комада.
Елиминишите ломљивост каљеног челика: Прилагођава микроструктуру и својства како би задовољила захтеве радног предмета.
Важна напомена: Челик треба брзо калити након гашења.
3. Процеси каљења
1.Лов Темперинг
Сврха: Смањење напона гашења, побољшање жилавости радног предмета и постизање високе тврдоће и отпорности на хабање.
Температура: 150°Ц ~ 250°Ц.
Перформансе: Тврдоћа: ХРЦ 58 ~ 64. Висока тврдоћа и отпорност на хабање.
Примене: Алати, калупи, лежајеви, угљенисани делови и површински каљене компоненте.
2.Хигх Темперинг
Сврха: Постизање високе жилавости уз довољну чврстоћу и тврдоћу.
Температура: 500°Ц ~ 600°Ц.
Перформансе: Тврдоћа: ХРЦ 25 ~ 35. Добра укупна механичка својства.
Примене: Осовине, зупчаници, клипњаче итд.
Тхермал Рафининг
Дефиниција: Каљење праћено каљењем на високим температурама назива се термичка рафинација или једноставно каљење. Челик третиран овим процесом има одличне укупне перформансе и широко се користи.
Ⅳ.Површинска топлотна обрада челика
А. Површинско гашење челика
1. Дефиниција површинског очвршћавања
Површинско очвршћавање је процес термичке обраде дизајниран да ојача површински слој радног предмета брзим загревањем како би се површински слој претворио у аустенит и затим га брзо хлађен. Овај процес се изводи без промене хемијског састава челика или структуре језгра материјала.
2. Материјали који се користе за површинско очвршћавање и структуру након очвршћавања
Материјали који се користе за површинско очвршћавање
Типични материјали: Челик са средњим угљеником и легирани челик средњег угљеника.
Предтретман: Типичан процес: Каљење. Ако основна својства нису критична, уместо тога се може користити нормализација.
Структура након очвршћавања
Површинска структура: Површински слој обично формира очврсну структуру као што је мартензит или баинит, који обезбеђује високу тврдоћу и отпорност на хабање.
Структура језгра: Језгро челика генерално задржава своју оригиналну структуру, као што је перлит или каљено стање, у зависности од процеса претходног третмана и својстава основног материјала. Ово осигурава да језгро одржава добру жилавост и снагу.
Б.Карактеристике индукционог површинског каљења
1. Висока температура грејања и брз пораст температуре: Индукцијско површинско очвршћавање обично укључује високе температуре загревања и брзе стопе загревања, што омогућава брзо загревање у кратком времену.
2. Структура финог аустенитног зрна у површинском слоју: Током брзог загревања и накнадног процеса гашења, површински слој формира фина зрна аустенита. Након гашења, површина се првенствено састоји од финог мартензита, чија је тврдоћа типично 2-3 ХРЦ већа од конвенционалног каљења.
3.Добар квалитет површине: Због кратког времена загревања, површина радног комада је мање склона оксидацији и разугљиковању, а деформација изазвана гашењем је минимизирана, осигуравајући добар квалитет површине.
4. Висока чврстоћа на замор: трансформација мартензитне фазе у површинском слоју ствара притисак на притисак, што повећава заморну чврстоћу радног предмета.
5. Висока производна ефикасност: Индукцијско површинско очвршћавање је погодно за масовну производњу, нудећи високу оперативну ефикасност.
Ц.Класификација хемијске термичке обраде
Карбуризација, наугљичење, наугљичење, хромирање, силиконизација, силиконизација, силиконизација, карбонитрирање, бороугљичење
Д. Гас Царбуризинг
Гасно наугљичење је процес у коме се радни комад ставља у затворену пећ за наугљичење на гас и загрева на температуру која претвара челик у аустенит. Затим, агенс за карбуризацију се капа у пећ, или се директно уводи атмосфера за карбуризацију, омогућавајући атомима угљеника да дифундују у површински слој радног предмета. Овај процес повећава садржај угљеника (вц%) на површини радног предмета.
√ Агенси за карбуризацију:
• Гасови богати угљеником: као што су гас из угља, течни нафтни гас (ЛПГ) итд.
• Органске течности: као што су керозин, метанол, бензол, итд.
√Параметри процеса карбуризације:
• Температура карбуризације: 920~950°Ц.
•Време карбуризације: Зависи од жељене дубине наугљиченог слоја и температуре карбуризације.
Е. Топлотна обрада после карбуризације
Челик мора проћи термичку обраду након карбуризације.
Процес топлотне обраде након карбуризације:
√ Гашење + каљење на ниским температурама
1. Директно гашење након претходног хлађења + каљење на ниској температури: Радни предмет се претходно охлади са температуре карбуризације на нешто изнад температуре Ар₁ језгра, а затим се одмах угаси, након чега следи каљење на ниској температури на 160~180°Ц.
2.Појединачно гашење након претходног хлађења + каљење на ниској температури: Након карбуризације, радни предмет се полако хлади до собне температуре, а затим се поново загрева за каљење и каљење на ниској температури.
3. Двоструко каљење након претходног хлађења + каљење на ниској температури: Након карбуризације и спорог хлађења, радни предмет пролази кроз две фазе загревања и каљења, након чега следи каљење на ниским температурама.
Ⅴ.Хемијска термичка обрада челика
1.Дефиниција хемијске термичке обраде
Хемијска топлотна обрада је процес термичке обраде у коме се челични радни предмет ставља у одређени активни медијум, загрева и одржава на температури, омогућавајући активним атомима у медијуму да дифундују у површину радног предмета. Ово мења хемијски састав и микроструктуру површине радног предмета, чиме се мењају његова својства.
2.Основни процес хемијске термичке обраде
Разлагање: Током загревања, активни медијум 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 очвршћавања
а. Високофреквентно индукционо грејање
Тренутна фреквенција: 250~300 кХз.
Дубина очврслог слоја: 0,5~2,0 мм.
Примене: Зупчаници средњих и малих модула и вратила мале до средње величине.
б.Индукционо грејање средње фреквенције
Тренутна фреквенција: 2500~8000 кХз.
Дубина очврслог слоја: 2~10 мм.
Примене: Веће осовине и зупчаници великог до средњег модула.
ц. Индукционо грејање на струју и фреквенцију
Тренутна фреквенција: 50 Хз.
Дубина очврслог слоја: 10~15 мм.
Примене: Радни предмети који захтевају веома дубок каљен слој.
3. Индукционо површинско очвршћавање
Основни принцип индукционог површинског очвршћавања
Кожни ефекат:
Када наизменична струја у индукционом калему индукује струју на површини радног предмета, већина индуковане струје је концентрисана близу површине, док скоро никаква струја не пролази кроз унутрашњост радног предмета. Овај феномен је познат као ефекат коже.
Принцип индукционог површинског очвршћавања:
На основу скин ефекта, површина радног предмета се брзо загрева до температуре аустенитизације (пораст на 800~1000°Ц за неколико секунди), док унутрашњост радног предмета остаје скоро незагрејана. Радни предмет се затим хлади прскањем воде, чиме се постиже површинско очвршћавање.
4.Темпер Бриттленесс
Каљење крхкости у каљеном челику
Кртост каљења се односи на појаву где се ударна жилавост каљеног челика значајно смањује када се каљење на одређеним температурама.
Прва врста каљења крхкости
Температурни опсег: 250°Ц до 350°Ц.
Карактеристике: Ако је каљени челик каљен унутар овог температурног опсега, велика је вероватноћа да ће се развити ова врста кртости при каљењу, која се не може елиминисати.
Решење: Избегавајте каљење каљеног челика у овом температурном опсегу.
Први тип ломљивости при каљењу је такође познат као кртост каљења на ниским температурама или неповратна ломљивост каљења.
Ⅵ.Каљење
1.Каљење је завршни процес топлотне обраде који следи каљење.
Зашто је каљеном челику потребно каљење?
Микроструктура након гашења: Након гашења, микроструктура челика се обично састоји од мартензита и резидуалног аустенита. Обе су метастабилне фазе и трансформисаће се под одређеним условима.
Особине мартензита: мартензит се одликује великом тврдоћом, али и високом ломљивошћу (нарочито у мартензиту са високим садржајем угљеника), који не испуњава захтеве перформанси за многе примене.
Карактеристике мартензитне трансформације: Трансформација у мартензит се дешава веома брзо. Након каљења, радни предмет има заостале унутрашње напоне који могу довести до деформације или пуцања.
Закључак: Радни предмет се не може користити директно након гашења! Каљење је неопходно да би се смањила унутрашња напрезања и побољшала жилавост радног предмета, што га чини погодним за употребу.
2. Разлика између очвршћавања и капацитета очвршћавања:
Отврдњавање:
Каљивост се односи на способност челика да постигне одређену дубину каљења (дубину очврслог слоја) након гашења. Зависи од састава и структуре челика, посебно његових легирајућих елемената и врсте челика. Каљивост је мера колико добро челик може да се стврдне по својој дебљини током процеса каљења.
Тврдоћа (капацитет очвршћавања):
Тврдоћа, или капацитет каљења, односи се на максималну тврдоћу која се може постићи у челику након гашења. На то 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 гашења.
3.Каљивост челика
√Концепт отврдњавања
Каљивост се односи на способност челика да постигне одређену дубину мартензитног очвршћавања након гашења од температуре аустенитизације. Једноставније речено, то је способност челика да формира мартензит током гашења.
Меасуремент оф Харденабилити
Величина очвршћавања је назначена дубином очврслог слоја добијеног под одређеним условима након гашења.
Дубина очврслог слоја: Ово је дубина од површине радног комада до региона где је структура полумартензитна.
Уобичајени медији за гашење:
•Вода
Карактеристике: Економичан са јаком способношћу хлађења, али има високу брзину хлађења близу тачке кључања, што може довести до прекомерног хлађења.
Примена: Обично се користи за угљеничне челике.
Слана вода: Раствор соли или алкалија у води, који има већи капацитет хлађења на високим температурама у поређењу са водом, што га чини погодним за угљеничне челике.
•Уље
Карактеристике: Обезбеђује спорију брзину хлађења на ниским температурама (близу тачке кључања), што ефективно смањује склоност деформацијама и пуцању, али има нижу способност хлађења на високим температурама.
Примена: Погодно за легиране челике.
Типови: Укључује уље за гашење, машинско уље и дизел гориво.
Време грејања
Време загревања се састоји од брзине загревања (време потребног да се постигне жељена температура) и времена одржавања (време одржавања на циљној температури).
Принципи за одређивање времена загревања: Обезбедите равномерну дистрибуцију температуре у радном комаду, како изнутра тако и споља.
Обезбедити потпуну аустенитизацију и да је формирани аустенит уједначен и фин.
Основа за одређивање времена загревања: Обично се процењује коришћењем емпиријских формула или се утврђује експериментисањем.
Медији за гашење
Два кључна аспекта:
а. Брзина хлађења: Већа брзина хлађења промовише формирање мартензита.
б. Преостало напрезање: Већа брзина хлађења повећава заостало напрезање, што може довести до веће тенденције деформације и пуцања у радном комаду.
Ⅶ.Нормализација
1. Дефиниција нормализације
Нормализација је процес топлотне обраде у коме се челик загрева на температуру од 30°Ц до 50°Ц изнад температуре Ац3, одржава на тој температури, а затим се хлади ваздухом да би се добила микроструктура блиска равнотежном стању. У поређењу са жарењем, нормализација има бржу брзину хлађења, што резултира фином перлитном структуром (П) и већом чврстоћом и тврдоћом.
2. Сврха нормализације
Сврха нормализације је слична оној код жарења.
3. Примене нормализације
• Елиминишите умрежени секундарни цементит.
• Служи као завршни термички третман за делове са нижим захтевима.
• Делује као припремна топлотна обрада за конструкцијски челик са ниским и средњим садржајем угљеника ради побољшања обрадивости.
4.Типови жарења
Први тип жарења:
Сврха и функција: Циљ није индуковати фазну трансформацију, већ превести челик из неуравнотеженог стања у уравнотежено стање.
Типови:
• Дифузијско жарење: Има за циљ хомогенизацију композиције елиминисањем сегрегације.
• Рекристализационо жарење: Враћа дуктилност елиминисањем ефеката очвршћавања.
• Жарење за ублажавање напрезања: Смањује унутрашње напрезање без промене микроструктуре.
Други тип жарења:
Сврха и функција: Циљ је да промени микроструктуру и својства, постижући микроструктуру у којој доминира перлит. Овај тип такође обезбеђује да дистрибуција и морфологија перлита, ферита и карбида испуњавају специфичне захтеве.
Типови:
•Потпуно жарење: Загрева челик изнад Ац3 температуре, а затим га полако хлади да би се добила једнолична перлитна структура.
• Непотпуно жарење: Загрева челик између Ац1 и Ац3 температура да би се делимично трансформисала структура.
•Изотермно жарење: Загрева челик до изнад Ац3, након чега следи брзо хлађење до изотермне температуре и задржавање да би се постигла жељена структура.
• Сфероидизирајуће жарење: производи сфероидну карбидну структуру, побољшавајући обрадивост и жилавост.
Ⅷ.1.Дефиниција термичке обраде
Топлотна обрада се односи на процес у коме се метал загрева, држи на одређеној температури, а затим хлади док је у чврстом стању да 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 топлотног третмана
Сврха термичке обраде је да се побољшају механичка или процесна својства челика (или обрадака), да се у потпуности искористи потенцијал челика, побољша квалитет радног предмета и продужи његов радни век.
4. Кључни закључак
Да ли се својства материјала могу побољшати топлотном обрадом у великој мери зависи од тога да ли постоје промене у његовој микроструктури и структури током процеса грејања и хлађења.
Време поста: 19.08.2024