Chemicko-tepelné a termomechanické spracovanie. Termomechanické spracovanie kovov a zliatin Termomechanické spracovanie kovov a zliatin

:

SP 16.13330.2011 Oceľové konštrukcie;SP 128.13330.2012 Hliníkové konštrukcie;

1. Všeobecné informácie

Kovy ako materiály majú súbor vlastností cenných pre stavebné zariadenia - veľkú pevnosť, ťažnosť, zvárateľnosť, odolnosť; schopnosť vytvrdzovať a zlepšovať ďalšie vlastnosti pod termomechanickými a chemickými vplyvmi.

To určuje ich široké využitie v stavebníctve a iných oblastiach techniky.

Čisté kovy sa zriedka používajú kvôli ich nedostatku pevnosti, tvrdosti a vysokej ťažnosti. Používajú sa najmä vo forme zliatin s inými kovmi a nekovmi, napríklad uhlíkom

Železo a jeho zliatiny (oceľ C2,14%, liatina C>2,14%) sa nazývajú železné kovy, zvyšok (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn atď.) a ich zliatiny – neželezné.

V stavebníctve sa najviac používajú železné kovy.

Ich cena je výrazne nižšia ako u farebných.

Tieto však majú množstvo cenných vlastností - vysokú špecifickú pevnosť, ťažnosť, odolnosť proti korózii a dekoratívnosť, ktoré rozširujú rozsah ich použitia v stavebníctve, predovšetkým architektonických a konštrukčných dielov a konštrukcií z hliníka.

Klasifikácia kovov

Surovinou na výrobu železných kovov sú železné rudy, zastúpené minerálmi triedy oxidov - magnetit (FeFeO), hematit (FeO), chromit (FeCrO) atď.

Bauxit sa používa na výrobu neželezných kovov; sulfidové a uhličitanové rudy medi, niklu, zinku atď.

2. Atómová kryštálová štruktúra kovov

Kovy a zliatiny v pevnom stave sú kryštalické telesá.

Atómy v nich sú usporiadané pravidelne v miestach kryštálovej mriežky a kmitajú s frekvenciou asi 10 Hz.

Väzba v kovoch a zliatinách je elektrostatická, spôsobená silami priťahovania a odpudzovania medzi kladne nabitými iónmi (atómami) v uzloch kryštálovej mriežky a kolektivizovanými vodivými elektrónmi, ktorých hustota je 10-10 elektrónov na 1 cm, čo je desaťtisíckrát vyšší ako obsah atómov a molekúl vo vzduchu.

Elektromagnetické, optické, tepelné a iné vlastnosti kovov závisia od špecifických vlastností vodivých elektrónov.

Atómy v mriežke majú tendenciu zaberať polohu zodpovedajúcu minimu jej energie, tvoriac najhustejšie obaly – kubický objem centrovaný, plošne centrovaný a šesťuholníkový.

Koordinačné čísla (hustota zloženia) kryštálových mriežok. A)kubický plošne centrovaný (K 12); b) zameraný na telo (K8);c) šesťuholníkový (K 12)

Hustota balenia je charakterizovaná koordinačným číslom, čo je počet susedných atómov umiestnených v rovnakej a najkratšej vzdialenosti od daného atómu.

Čím vyššie číslo, tým hustejšie balenie.

Pre kubické balenie so stredom tela sa rovná 8 (K8); centrovaný na tvár - 12 (K12); šesťhranné - tiež 12 (K12).

Vzdialenosť medzi stredmi najbližších atómov v mriežke sa nazýva mriežková perióda.

Doba mriežky pre väčšinu kovov je v rozsahu 0,1-0,7 nm.

Mnohé kovy v závislosti od teploty podliehajú štrukturálnym zmenám vo svojej kryštálovej mriežke.

Železo má teda pri teplotách pod 910 °C a nad 1392 °C teleso centrované zoskupenie atómov s periódou mriežky 0,286 nm a je označené -Fe; v rozsahu uvedených teplôt sa kryštálová mriežka železa preusporiada na plošne centrovanú s periódou 0,364 nm a je označená -Fe.

Rekryštalizácia je sprevádzaná uvoľňovaním tepla počas chladenia a absorpciou počas zahrievania, čo je zaznamenané v diagramoch pozdĺž horizontálnych rezov.

Krivka chladenia (ohrievania) železa

Kovy sú polykryštalické telieska pozostávajúce z veľkého počtu malých kryštálov nepravidelného tvaru

Na rozdiel od kryštálov pravidelného tvaru sa nazývajú kryštality alebo zrná.

Kryštality sú rôzne orientované, preto sú vo všetkých smeroch vlastnosti kovov viac-menej rovnaké, t.j. polykryštalické pevné látky sú izotropné.

Pri rovnakej orientácii kryštalitov však takáto imaginárna izotropia nebude pozorovaná.

Kryštálová mriežka kovov a zliatin má ďaleko od ideálnej štruktúry.

Obsahuje defekty – voľné miesta a dislokácie.

3. Základy výroby liatiny a ocele

Liatina sa získava počas procesu vo vysokej peci založenom na redukcii železa z jeho prírodných oxidov obsiahnutých v železných rudách koksom pri vysokej teplote.

Koks pri spaľovaní vytvára oxid uhličitý.

Pri prechode horúcim koksom sa mení na oxid uhoľnatý, ktorý redukuje železo v hornej časti pece podľa všeobecnej schémy: FeOFeOFeOFe.

Železo spadne do spodnej horúcej časti pece a pri kontakte s koksom sa topí a čiastočne sa rozpúšťa a mení sa na liatinu.

Hotová liatina obsahuje asi 93 % železa, do 5 % uhlíka a malé množstvo nečistôt kremíka, mangánu, fosforu, síry a niektorých ďalších prvkov prenesených do liatiny z odpadovej horniny.

V závislosti od množstva a formy väzby uhlíka a nečistôt so železom majú liatiny rôzne vlastnosti vrátane farby, pričom sa podľa tohto kritéria delia na bielu a sivú.

Oceľ získané z liatiny odstránením časti uhlíka a nečistôt z nej. Existujú tri hlavné spôsoby výroby ocele: konvertor, otvorené ohnisko a elektrické tavenie.

Konvertor je založený na fúkaní roztavenej liatiny vo veľkých konvertorových nádobách hruškovitého tvaru stlačeným vzduchom.

Kyslík vo vzduchu oxiduje nečistoty a mení ich na trosku; uhlík vyhorí.

Keď je obsah fosforu v liatine nízky, konvertory sa obložia kyslými žiaruvzdornými materiálmi, ako je dinásium, ak je obsah fosforu vysoký, obložia sa zásaditými, periklasovými žiaruvzdornými materiálmi.

Podľa toho sa oceľ v nich tavená tradične nazýva Bessemer a Thomas.

Konvertorová metóda sa vyznačuje vysokou produktivitou, čo viedlo k jej širokému použitiu.

Medzi jeho nevýhody patrí zvýšený kovový odpad, kontaminácia troskou a prítomnosť vzduchových bublín, ktoré zhoršujú kvalitu ocele.

Použitie kyslíkového prúdenia namiesto vzduchu v kombinácii s oxidom uhličitým a vodnou parou výrazne zlepšuje kvalitu konvertorovej ocele.

Metóda otvoreného ohniska sa vykonáva v špeciálnych peciach, v ktorých sa liatina taví spolu so železnou rudou a kovovým šrotom.

Vyhorenie nečistôt nastáva v dôsledku vstupu vzdušného kyslíka do pece spolu s horľavými plynmi a železnou rudou v zložení oxidov.

Zloženie ocele sa dá ľahko kontrolovať, čo umožňuje vyrábať vysokokvalitné ocele pre kritické konštrukcie v otvorených peciach.

Elektrotavenie je najpokročilejšia metóda na výrobu vysokokvalitných ocelí so špecifikovanými vlastnosťami, ale vyžaduje zvýšenú spotrebu energie.

Podľa spôsobu pripojenia sa elektrické pece delia na oblúkové a indukčné.

Oblúkové pece sa najviac používajú v metalurgii. V elektrických peciach sa tavia špeciálne druhy ocelí – stredno a vysoko legované, nástrojové, žiaruvzdorné, magnetické a iné.

4. Mechanické vlastnosti kovov

Mechanické vlastnosti sa určujú na základe výsledkov statických, dynamických a únavových (únavových) skúšok.

Statické testy sa vyznačujú pomalou a plynulou aplikáciou záťaže. Hlavné sú: ťahové skúšky, tvrdosť a lomová húževnatosť.

Pre ťahové skúškypoužite štandardné vzorky s meranou dĺžkouja= 10 d a oblasť 11.3 A Kde (d A A- priemer a plocha prierezu vzorky dlhých výrobkov okrúhleho, štvorcového alebo obdĺžnikového prierezu.

Skúšky sa vykonávajú na ťahových skúšobných strojoch s automatickým zaznamenávaním ťahového diagramu.

Obrázok 4 ukazuje takýto diagram pre stredne uhlíkovú oceľ.

Krivka 1 charakterizuje správanie sa kovu pod vplyvom konvenčných napätí =R/A a krivka 2 - pod vplyvom skutočných napätí, S=R/A, (Kde A A A- plocha prierezu vzorky pred testovaním a v každej fáze zaťaženia až do zničenia).

Zvyčajne používajú podmienený stresový diagram, hoci krivka je objektívnejšia2.

Diagramy ťahu kovu: a) pre podmienené (plné čiary) a skutočné (prerušované čiary) napätia; / - oblasť elastickej deformácie;// - rovnaký plast; /// - oblasť rozvoja trhlín; b) podmienene pravdivé napätia

Hranica pružnosti je určená napätím, pri ktorom zvyškové predĺženie nepresiahne 0,05 %.

Medza klzu je charakterizovaná podmienenou medzou klzu, pri ktorej zvyšková deformácia nepresahuje 0,2 %.

Fyzikálna medza klzu zodpovedá napätiu, pri ktorom sa vzorka deformuje bez ďalšieho zvyšovania zaťaženia.

Pre materiály, ktoré sú pri skúšaní v ťahu krehké, sa používajú statické skúšky na tlak (pre liatinu), krútenie (pre kalené a konštrukčné ocele) a ohyb (pre odliatky zo sivej a tvárnej liatiny).

Tvrdosťkovy skúšané vtlačením oceľovej guľôčky, diamantového kužeľa alebo pyramídy do neho pri určitom zaťažení a posudzované veľkosťou vytvorenej plastickej deformácie (odtlačok).

V závislosti od typu použitého hrotu a hodnotiaceho kritéria sa rozlišuje tvrdosť podľa Brinella, Rockwella a Vickersa.

Schéma stanovenia tvrdosti . a) podľa Brinella; b) podľa Rockwella; c) podľa Vickersa

Tvrdosť podľa Vickersa sa označuje HV 5, HV 10 atď. Čím tenší a tvrdší kov a zliatina, tým nižšie by malo byť testovacie zaťaženie.

Na stanovenie mikrotvrdosti malých výrobkov a štruktúrnych komponentov kovov sa používa aj Vickersova metóda v kombinácii s metalografickým mikroskopom.

Skúšanie kovov na lomovú húževnatosť sa vykonáva na štandardných vzorkách s vrubom pod trojbodovým ohybom.

Metóda vám umožňuje vyhodnotiť odolnosť kovu voči šíreniu, a nie iniciácii, praskliny alebo trhliny podobného defektu akéhokoľvek pôvodu, ktorý je vždy prítomný v kove.

Lomová húževnatosť sa odhaduje parametromTO,predstavujúci faktor intenzity napätia alebo lokálne zvýšenie ťahových napätí (MPa) na čele trhliny.

Dynamický Skúšanie kovov sa vykonáva na rázový ohyb pri striedavom cyklickom zaťažení. Kovové vzorky s rozmermi (1x1x5,5)10 m s koncentrátorom napätia (zárezom) v strede sú testované na rázový ohyb.

Skúška sa vykonáva na kyvadlovom beranidle. Odolnosť kovu voči nárazovému ohybu sa nazýva nárazová pevnosť a označuje saKSU, KSV A KST(Kde KS- symbol rázovej sily, aU, V A T -typ a veľkosť koncentrátora napätia).

Odolnosť kovu voči cyklickému zaťaženiu je charakterizovaná maximálnym namáhaním, ktoré kov vydrží bez deštrukcie po daný počet cyklov a nazýva sa medza odolnosti. Používajú sa symetrické a asymetrické zaťažovacie cykly.

Hranica odolnosti sa prudko zníži v prítomnosti koncentrátorov stresu.

5. Kryštalizácia a fázové zloženie zliatin železa a uhlíka

Kryštalizácia sa vyvíja iba vtedy, keď je kov podchladený pod rovnovážnu teplotu.

Proces kryštalizácie začína tvorbou kryštalických jadier (kryštalizačných centier) a pokračuje ich rastom.

V závislosti od podmienok kryštalizácie (rýchlosť ochladzovania, druh a množstvo nečistôt) vznikajú kryštály rôznych veľkostí od 10 do 10 nm pravidelného a nepravidelného tvaru.

V zliatinách sa v závislosti od skupenstva rozlišujú tieto fázy: kvapalné a tuhé roztoky, chemické a medziproduktové zlúčeniny (intersticiálne fázy, elektronické spojenia atď.).

Fáza je fyzikálne a chemicky homogénna časť systému (kov alebo zliatina), ktorá má rovnaké zloženie, štruktúru, rovnaký stav agregácie a je oddelená od zvyšku systému deliacou plochou.

Preto je tekutý kov jednofázový systém a zmes dvoch rôznych kryštálov alebo súčasná existencia tekutej taveniny a kryštálov sú dvoj- a trojfázové systémy.

Látky, ktoré tvoria zliatiny, sa nazývajú komponenty

Tuhé roztoky sú fázy, v ktorých si jedna zo zložiek zliatiny zachováva svoju kryštálovú mriežku a atómy inej alebo iných zložiek sa nachádzajú v kryštálovej mriežke prvej zložky (rozpúšťadla), pričom menia jej rozmery (periódy).

Rozlišujú sa substitučné a intersticiálne tuhé roztoky.

V prvom prípade atómy rozpustenej zložky nahradia časť atómov rozpúšťadla v miestach jeho kryštálovej mriežky; v druhom sú umiestnené v medzerách (prázdnych priestoroch) kryštálovej mriežky rozpúšťadla a v tých z nich, kde je viac voľného priestoru.

V substitučných roztokoch sa môže mriežkový parameter zvyšovať alebo znižovať v závislosti od pomeru atómových polomerov rozpúšťadla a rozpustenej zložky; v implantačných roztokoch - vždy sa zvyšuje.

Intersticiálne tuhé roztoky vznikajú len v prípadoch, keď sú priemery atómov rozpustenej zložky malé.

Napríklad v železe, molybdéne a chróme sa uhlík, dusík a vodík môžu rozpúšťať a vytvárať intersticiálne tuhé roztoky. Takéto roztoky majú obmedzenú koncentráciu, pretože počet pórov v mriežke rozpúšťadla je obmedzený.

6. Úprava štruktúry a vlastností ocele

Vlastnosť železo-uhlíkových zliatin podstupovať fázové premeny pri kryštalizácii a opakovanom zahrievaní-ochladzovaní, meniť štruktúru a vlastnosti pod vplyvom termomechanických a chemických vplyvov a nečistôt modifikátorov je široko využívaná v metalurgii na získanie kovov s požadovanými vlastnosťami.

Pri vývoji a projektovaní oceľových a železobetónových konštrukcií budov a stavieb, technologických zariadení a strojov (autoklávy, pece, mlyny, tlakové a netlakové potrubia na rôzne účely, kovové formy na výrobu stavebných výrobkov, stavebné stroje a pod.) , je potrebné brať do úvahy klimatické, technologické a havarijné ich pracovné podmienky.

Nízke negatívne teploty znižujú prah krehkosti za studena, rázovej húževnatosti a lomovej húževnatosti.

Zvýšená teplota znižuje modul pružnosti, pevnosť v ťahu a medzu klzu, čo sa zreteľne prejavuje napríklad pri požiaroch

Pri 600 °C oceľ a pri 200 °C hliníkové zliatiny úplne prechádzajú do plastického stavu a konštrukcie pri zaťažení strácajú stabilitu.

To je dôvod, prečo majú nechránené kovové konštrukcie relatívne malú požiarnu odolnosť.

Technologické zariadenia - kotly, potrubia, autoklávy, kovové formy, ako aj výstuže železobetónových konštrukcií, neustále vystavené počas výrobného procesu cyklickému ohrevu - chladeniu v rozsahu teplôt 20-200 ° C alebo viac, podliehajú tepelnému starnutiu a nízkej - teplotné popúšťanie, často zhoršené koróziou, čo je potrebné vziať do úvahy pri výbere akosti ocele na špecifické účely.

Hlavné metódy úpravy štruktúry a vlastností ocele používané v metalurgii sú:

Zavedenie látok, ktoré tvoria žiaruvzdorné zlúčeniny, ktoré sú centrami kryštalizácie, do roztaveného kovu;

Zavedenie legujúcich prvkov, ktoré zvyšujú pevnosť kryštálových mriežok feritu a austenitu, spomaľujú difúzne procesy uvoľňovania uhlíka, karbidov a pohybu dislokácií;

Tepelné a termomechanické spracovanie ocele.

Sú zamerané najmä na mletie zŕn ochladzovanej ocele, odstraňovanie zvyškových napätí a zvyšovanie jej chemickej a fyzikálnej homogenity.

V dôsledku toho sa zvyšuje prekaliteľnosť ocele; znižuje sa tvrdosť, prah krehkosti za studena, popúšťacia krehkosť, sklon k tepelnému a deformačnému starnutiu a zlepšujú sa plastické vlastnosti ocele.

Špecifické vlastnosti týchto metód sú uvedené nižšie.

Do konštrukčných ocelí sa zavádzajú legujúce prvky.

Ako karbidotvorné prvky slúžia súčasne ako modifikačné prísady, ktoré zabezpečujú nukleáciu a zjemnenie oceľových zŕn počas kryštalizácie taveniny.

V triedach legovaných ocelí je typ a obsah legujúcich prvkov označený písmenami a číslami napravo od písmen.

Označujú približný obsah (%) legujúceho prvku; absencia čísel znamená, že nepresahuje 1,5 %.

Akceptované označenia legujúcich prvkov: A - dusík, B - niób, B - volfrám, G - mangán, D - meď, E - selén, K - kobalt, N - nikel, M - molybdén, P - fosfor, P - bór, C - kremík, T - titán, F - vanád, X - chróm, C - zirkónium, Ch - vzácne zeminy, Yu - hliník.

Legujúce prvky, ktoré sa rozpúšťajú vo ferite a austenite, znižujú veľkosť zŕn a častice karbidovej fázy.

Umiestnené pozdĺž hraníc zŕn bránia ich rastu, difúzii uhlíka a iných legujúcich prvkov a zvyšujú odolnosť austenitu voči prechladnutiu.

Preto majú nízkolegované ocele jemnozrnnú štruktúru a vyššie ukazovatele kvality.

Tepelné a termomechanické spracovanie sú bežné metódy na úpravu štruktúry a zlepšenie vlastností ocele.

Rozlišujú sa tieto typy: žíhanie, normalizácia, kalenie a popúšťanie. Žíhanie zahŕňa procesy homogenizácie, rekryštalizácie a odstraňovania zvyškových napätí.

Teplotné rozsahy pre rôzne typy žíhania: 1 - homogenizácia; 2 - nízkoteplotné rekryštalizačné žíhanie (vysoké popúšťanie) na zníženie tvrdosti; 3 - žíhanie (temperovanie) na zmiernenie stresu; 4 - úplné žíhanie s fázovou rekryštalizáciou; 5, 6 - normalizácia pre- a hypereutektoidnej ocele; 7 - sféroidizácia; 8 - neúplné žíhanie podeutektoidnej ocele

Ingoty z legovanej ocele sa podrobia homogenizácii pri 1100-1200 °C počas 15-20 hodín, aby sa vyrovnalo chemické zloženie, znížila sa dendritická a intrakryštalická segregácia, ktorá spôsobuje krehký lom pri tlakovom spracovaní, anizotropia vlastností, tvorba vločiek a hrubozrnnej štruktúry .

Rekryštalizačné žíhanie sa používa na odstránenie stvrdnutia deformovaného kovu jeho zahriatím nad teplotu prahu rekryštalizácie, udržiavaním na tejto teplote a ochladzovaním.

Existujú studené a horúce (teplé) deformácie.

Studený sa uskutočňuje pri teplote pod prahom rekryštalizácie a za tepla - nad.

Rekryštalizácia počas deformácie za studena sa nazýva statická a počas deformácie za tepla sa nazýva dynamická, charakterizovaná zvyškovým „tvrdnutím za tepla“, čo je užitočné na vytvrdzovanie z valcovania.

Žíhanie na uvoľnenie zvyškových napätí sa vykonáva pri 550...650 °C počas niekoľkých hodín. Zabraňuje deformácii zváraných výrobkov po rezaní, vyrovnávaní atď.

Normalizácia zahŕňa zahrievanie dlhých valcovaných výrobkov z pre- a hypereutektoidnej konštrukčnej ocele, krátkodobé udržiavanie a chladenie na vzduchu.

Spôsobuje úplnú fázovú rekryštalizáciu ocele, uvoľňuje vnútorné napätia, zvyšuje ťažnosť a húževnatosť.

Zrýchlené ochladzovanie na vzduchu vedie k rozkladu austenitu pri nižších teplotách.

Normalizácia sa široko používa na zlepšenie vlastností nízkouhlíkových konštrukčných ocelí, ktoré nahrádzajú žíhanie. Pre stredne uhlíkové a legované ocele sa kombinuje s vysokým popúšťaním pri teplotách pod prahom rekryštalizácie

Kalenie a popúšťanie zabezpečuje zlepšenie pevnosti a ťažných a tvárnych vlastností ocele, zníženie prahu krehkosti za studena a citlivosti na koncentrátory napätia.

Kalenie pozostáva zo zahriatia ocele, jej podržania, kým oceľ nie je úplne austenitizovaná, a jej ochladzovania rýchlosťou, ktorá zabezpečí prechod austenitu na martenzit.

Preto je kryštálová mriežka martenzitu veľmi zdeformovaná a dochádza k jej namáhaniu v dôsledku štrukturálnych vlastností a nárastu špecifického objemu martenzitu v porovnaní s austenitom o 4...4,25 %.

Martenzit je krehký, tvrdý a odolný. Docela úplná martenzitická transformácia je však možná len pre vysoko uhlíkové a legované ocele, ktoré majú zvýšenú stabilitu podchladeného austenitu.

V nízkouhlíkových a nízkolegovaných konštrukčných stavebných oceliach je malý a preto pri kalení ani pri rýchlom ochladzovaní vodou martenzit buď nevzniká, alebo vzniká v menšom množstve v kombinácii s bainitom.

Pri rýchlom ochladzovaní nízkouhlíkových stavebných ocelí (C0,25 %) (kalenie pri zahrievaní valcovaním) sa austenit rozkladá a vytvára sa vysoko disperzná feriticko-cementitová štruktúra perlit-sorbit a troostit alebo nízkouhlíkový martenzit a cementit.

Táto štruktúra sa nazýva bainit.

Má zvýšenú pevnosť, tvrdosť a odolnosť v porovnaní s rozkladnými produktmi austenitu v perlitovej oblasti - sorbitolom a proostitom, pri zachovaní vysokej plasticity, viskozity a nižšieho prahu kapacity za studena.

Spevnenie ocele kalením z valcovacieho ohrevu je spôsobené tým, že dynamická rekryštalizácia počas valcovacieho ohrevu je neúplná a bainit zdedí vysokú hustotu dislokácií vytvorených v deformovanom austenite.

Kombinácia plastickej deformácie ocele v austenitickom stave s kalením a popúšťaním môže výrazne zvýšiť jej pevnosť, ťažnosť a húževnatosť a eliminovať sklon k popúšťacej krehkosti, ktorý sa pozoruje pri strednoteplotnom popúšťaní legovanej ocele pri 300...400 °C.

Kalenie je konečná operácia tepelného spracovania ocele, po ktorej získava požadované vlastnosti.

Pozostáva z ohrevu kalenej ocele, jej udržiavania na danej teplote a chladenia pri určitej rýchlosti.

Účelom popúšťania je znížiť úroveň vnútorných napätí a zvýšiť odolnosť proti lomu.

Existujú tri typy: nízkoteplotné (nízke) s ohrevom do 250 °C; stredná teplota (stredná) s ohrevom v rozmedzí 350-500 °C a vysoká teplota (vysoká) s ohrevom na 500-600 °C.

Starnutie uhlíkovej ocele sa prejavuje zmenami jej vlastností v priebehu času bez badateľných zmien v mikroštruktúre.

Zvyšuje sa prah pevnosti a krehkosti za studena, znižuje sa ťažnosť a rázová húževnatosť.

Sú známe dva typy starnutia – tepelné a deformačné (mechanické).

K deformačnému (mechanickému) starnutiu dochádza po plastickej deformácii pri teplote pod prahom rekryštalizácie.

Hlavným dôvodom tohto typu starnutia je aj hromadenie atómov C a N na dislokáciách, čo bráni ich pohybu.

Stavbári sa stretávajú s výskytom popúšťacej krehkosti a starnutia ocele pri použití elektrotepelnej metódy napínacej výstuže v procese výroby predpätých železobetónových konštrukcií.

7. Liatina

Ako bolo uvedené vyššie, zliatiny železo-uhlík obsahujúce viac ako 2,14 % C sa nazývajú liatina.

Prítomnosť eutektika v štruktúre liatiny určuje jeho použitie výlučne ako odlievacej zliatiny. Uhlík v liatine môže byť vo forme cementitu a grafitu alebo v oboch formách súčasne.

Cementit dodáva zlomenine svetlú farbu a charakteristický lesk; grafit - šedá farba bez lesku.

Liatina, v ktorej je všetok uhlík vo forme cementitu, sa nazýva biela a vo forme cementitu a voľného grafitu - šedá.

Podľa tvaru grafitu a podmienok jeho vzniku sa rozlišujú: sivá, vysokopevnostná s nodulárnym grafitom a temperovaná liatina.

Fázové zloženie a vlastnosti liatiny sú v rozhodujúcej miere ovplyvnené obsahom uhlíka, kremíka a iných nečistôt v nej, ako aj režimom chladenia a žíhania.

Vplyv obsahu uhlíka a kremíka na štruktúru liatiny (tieňovaná plocha - najbežnejšie liatiny):

I - oblasť bielej liatiny; II - polovičná liatina; III - perlitická šedá liatina; IV - feriticko-perlitová liatina; V - feritická sivá liatina;L - ledeburit; P - perlit; C - cementit; G - grafit; F - ferit

Biela liatina má vysokú tvrdosť a pevnosť (HB 4000-5000 MPa), ťažko sa obrába a je krehká.

Používa sa ako konverzný prostriedok pre oceľ alebo tvárnu liatinu.

Bielená liatina má štruktúru bielej v povrchovej vrstve a sivej liatiny v jadre, čo dodáva výrobkom z nej vyrobenú zvýšenú odolnosť proti opotrebeniu a životnosť.

Približné zloženie bielej liatiny: C = 2,8-3,6 %; Si = 0,5 až 0,8 %; Mn = 0,4 až 0,6 %.

Sivá liatina je zliatina Fe-Si-C s nevyhnutnými nečistotami Mn, P a S.

Najlepšie vlastnosti majú hypoeutektické liatiny s obsahom 2,4-3,8% C, z ktorých časť až 0,7% je vo forme cementitu.

Kremík podporuje grafitizáciu liatiny, mangán jej naopak bráni, ale zvyšuje sklon liatiny k bieleniu.

Síra je škodlivá nečistota, ktorá zhoršuje mechanické a odlievacie vlastnosti liatiny.

Fosfor v množstve 0,2-0,5% neovplyvňuje grafitizáciu, zvyšuje tekutosť, ale zvyšuje krehkosť liatiny.

Mechanické a plastické vlastnosti liatiny určuje jej štruktúra, hlavne grafitová zložka. Čím menej grafitových inklúzií, tým menšie, rozvetvenejšie a navzájom viac izolované, tým je liatina pevnejšia a ťažnejšia.

Štruktúra kovovej základne liatiny je hypoeutektoidná alebo eutektoidná oceľ, t.j. ferit + perlit alebo perlit. Sivá liatina s perlitovou štruktúrou kovovej základne približného zloženia: C = 3,2-3,4 % má najväčšiu pevnosť, tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu; Si - 1,4-2,2 %; Mn = 0,7-1,0 %; P, S 0,15 až 0,2 %.

Vplyv kovovej základne a tvaru grafitových inklúzií na mechanické a technologické vlastnosti liatiny

Fyzikálno-mechanické vlastnosti liatiny rôznych štruktúr

Grafitové inklúzie, hoci výrazne znižujú pevnosť v ťahu sivej liatiny, nemajú prakticky žiadny vplyv na jej pevnosť v tlaku, pevnosť v ohybe a tvrdosť; urobiť ho necitlivým na koncentrátory stresu, zlepšiť obrobiteľnosť.

Sivá liatina je označená písmenami C - šedá a H - liatina.

Čísla za nimi označujú priemernú pevnosť v ťahu (kg/mm).

Perlitická liatina zahŕňa modifikovanú liatinu akosti SCh30-SCh35, obsahujúcu modifikačné prísady - grafit, ferosilicium, silikokalcium v ​​množstve 0,3-0,8% atď.

Na zmiernenie vnútorných napätí sa odliatky žíhajú pri 500-600 °C, po čom nasleduje pomalé chladenie.

Modifikácia a žíhanie zvyšuje ťažnosť, húževnatosť a odolnosť liatiny

Keď sa horčík zavedie do zloženia sivej liatiny počas jej tavenia v množstve 0,03 - 0,07%, grafit počas procesu kryštalizácie nadobúda sférický tvar namiesto lamelárneho.

Takáto liatina má vysokú pevnosť, porovnateľnú s pevnosťou liatej ocele, dobré odlievacie vlastnosti a ťažnosť, opracovateľnosť a odolnosť proti opotrebovaniu.

Triedy vysokopevnostnej liatiny sú označené písmenami a číslicami.

Posledne menované znamenajú dočasnú pevnosť v ťahu (kg/mm) a relatívne predĺženie (%).

Temperovaná liatina sa vyrába dlhodobým ohrevom (žíhaním) odliatkov z bielej liatiny.

Žíhanie sa uskutočňuje v dvoch stupňoch, pričom v každom z nich je až do úplného rozkladu ledeburitu (I. stupeň), austenitu a cementitu (II. stupeň) a vzniku feritu a grafitu.

Ten sa uvoľňuje vo forme vločiek, čo dáva liatine vysokú ťažnosť.

Jeho lom je zamatovo čierny.

Ak sa ochladenie urýchli, vytvorí sa tvárna liatina s perlitovou základňou, ktorá znižuje ťažnosť a dodáva lomu ľahký (oceľový) vzhľad. Označuje sa rovnako ako vysokopevnostná liatina.

Pojem „kujná liatina“ je podmienený a charakterizuje plast, nie technologické vlastnosti liatiny, pretože výrobky z nej, podobne ako iné liatiny, sa vyrábajú odlievaním a nie kovaním.

V stavebníctve sa používajú všetky typy liatiny s uvažovanými grafitovými inklúziami.

Sivé liatiny sa používajú v konštrukciách so statickým zaťažením (stĺpy, základové dosky, podperné dosky pre priehradové nosníky, nosníky, kanalizačné potrubia, šachty, ventily); vysokopevnostné a kujné liatiny, ktoré majú zvýšenú pevnosť, ťažnosť a húževnatosť, sa používajú v konštrukciách vystavených dynamickému a vibračnému zaťaženiu a opotrebovaniu (podlahy priemyselných budov, základy ťažkých kovacích a lisovacích zariadení, podpery železničných a cestné mosty, potrubia na upevnenie kritických dopravných tunelov pod zemou, v horách).

8. Neželezné kovy

Z neželezných kovov sa v stavebníctve najviac používa hliník, pretože má vysokú špecifickú pevnosť, ťažnosť, odolnosť proti korózii a ekonomickú efektívnosť.

Striebro, zlato, meď, zinok, titán, horčík, cín, olovo a iné sa používajú najmä ako legovacie prísady a zložky zliatin a preto majú špeciálne a obmedzené využitie v stavebníctve (špeciálne druhy skla, unikátne predmety - pamätníky na Mamajeve Kurgan vo Volgograde, na vrchu Poklonnaya, obelisk na počesť dobytia vesmíru v Moskve a ďalších, v ktorom sa široko používa titán, meď a ich zliatiny; uzatváracie a regulačné ventily a zariadenia pre vodovodné, vykurovacie, elektrické systémy budov a stavieb).

Vo svojej čistej forme sa neželezné kovy, ako napríklad železo, používajú zriedkavo kvôli nízkej pevnosti a tvrdosti.

hliník- strieborno-biely kov, hustota 2700 kg/m a bod topenia 658 °C. Jeho kryštálovou mriežkou je plošne centrovaná kocka s periódou 0,40412 nm.

Skutočné hliníkové zrná, podobne ako železné zrná, majú blokovú štruktúru a podobné defekty – vakancie, intersticiálne atómy, dislokácie, nízko a vysokouhlové hranice medzi zrnami.

Zvýšenie pevnosti sa dosahuje legovaním Mg, Mn, Cu, Si, Al, Zn, ako aj plastickou deformáciou (fretteing), kalením a starnutím. Všetky zliatiny hliníka sú rozdelené na tvárnené a liate.

Tvárnené zliatiny sa zase delia natepelne tvrdené a netvrdené .

Medzi tepelne vytvrditeľné zliatiny patria Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg; tepelne netvrdnúci - technický hliník a dvojzložkové zliatiny Al-Mn a Al-Mg (magnálium).

Meď- hlavná legovacia prísada zliatin - dural, zvyšuje pevnosť, ale znižuje ťažnosť a antikorózne vlastnosti hliníka.

Mangán a horčík zvyšujú pevnosť a antikorózne vlastnosti; kremík je tekutý a taviteľný, ale zhoršuje ťažnosť.

Zinok, najmä s horčíkom, zvyšuje pevnosť, ale znižuje odolnosť proti korózii pod napätím.

Na zlepšenie vlastností hliníkových zliatin sa do nich zavádza malé množstvo chrómu, vanádu, titánu, zirkónu a ďalších prvkov. Železo (0,3-0,7%) je nežiaduca, ale nevyhnutná nečistota.

Pomer zložiek v zliatinách sa volí na základe podmienok, aby sa dosiahla vysoká pevnosť, spracovateľnosť a odolnosť proti korózii po tepelnom spracovaní a starnutí.

Zliatiny sú označené triedami, ktoré majú abecedné a číselné označenie charakterizujúce zloženie a stav zliatiny: M - žíhané (mäkké); N - tvrdo pracoval; H2 - polotvrdé; T - tvrdené a prirodzene zostarnuté; T1 - tvrdené a umelo starnuté; T4 - nie úplne vytvrdnutý a umelo zostarnutý.

Kalenie a polotvrdenie sú charakteristické pre tepelne nevytvrditeľné zliatiny; tvrdnutie a starnutie - pre tepelne tvrdené.

Značky technického hliníka: AD, AD1 (A - hliník, D - zliatina typu dural, 1 - charakterizuje stupeň čistoty hliníka - 99,3%; v triede AD - 98,8 A1); vysoká pevnosť - B95, B96, kovanie - AK6, AK8 (čísla označujú celkový obsah hlavných a prídavných legujúcich prvkov v zliatine (%).

Značky tepelne netvrdnúcich hliníkových zliatin: AD1M, AMtsM, AMg2M, AMg2N2 (M - mäkký, Mts - mangán, Mg2 - horčík s obsahom 2% v zliatine).

Digitálne označenie tried hliníkových zliatin: 1915, 1915T, M925, 1935T (prvá číslica označuje základ zliatiny - hliník; druhá - zloženie komponentov; 0 - technicky čistý hliník, 1 - Al-Cu-Mg, 3 - Al-Mg-Si, 4 - Al-Mn, 5-Al-Mg, 9 - Al-Mg-Zn; posledné dve sú sériové číslo zliatiny vo svojej skupine).

Hlavné typy tepelného spracovania hliníkových zliatin sú žíhanie, kalenie a starnutie (temperovanie)

Žíhanie prebieha bez fázových premien a používa sa na uvoľnenie zvyškového napätia, homogenizáciu, rekryštalizáciu a regeneráciu.

V druhom prípade sa obnovia počiatočné fyzikálne a mechanické vlastnosti zliatiny, zníži sa pevnosť a zvýši sa ťažnosť a húževnatosť potrebná na technologické účely.

9. Oceľová výstuž pre železobetónové konštrukcie

Na vystuženie železobetónových konštrukcií sa používa prútová a drôtená výstuž hladkých a periodických profilov a lán z nízkouhlíkových a nízkolegovaných ocelí spevnených kalením valcovacím ohrevom, deformáciou za studena alebo za tepla.

Tieto požiadavky do značnej miery spĺňa vysoko pevná tyč (A-1V - AV1; At-1VC(K) - At-V1C(K) atď.), drôt (B-II, BP-II) a lano (K- 7, K-9) výstuž s medzou klzu 590-1410 MPa a relatívnym predĺžením 8-14%, v uvedenom poradí, použitá na výrobu predpätých železobetónových konštrukcií.

Súčasne so zvýšením pevnosti a odolnosti konštrukcií o 20-30% sa znižuje spotreba betonárskej ocele v porovnaní s nepredpätými A-I (A-240), A-II (A-300), A -III (A-400), VR-I.

Z hľadiska korózneho správania je však vysokopevnostná výstuž, najmä predpätá, potenciálne zraniteľnejšia.

Korózne správanie výstuže v betóne je charakterizované najmä zmenami pevnosti, ťažnosti a charakteru jej lomu, ako aj hĺbkou korózneho poškodenia (mm/rok) alebo úbytku hmoty (g/m deň alebo g/m h)

Pasívny stav výstuže v betóne, termodynamicky náchylný na oxidačné reakcie, je zabezpečený vysoko alkalickým prostredím (pH 12) a pomerne silnou (0,01-0,035 m) a hustou ochrannou vrstvou betónu.

V súlade s teóriou oxidového filmu pasívny stav vystuženia v oxidačnom prostredí nastáva v dôsledku tvorby tenkého oxidového filmu na povrchu kovu.

Rovnovážny potenciál na vytvorenie takéhoto filmu je kladný a je približne 0,63 V a pre železo v aktívnom stave je približne 0,4 V.

Akonáhle polarizácia anodických oblastí kovu dosiahne potenciál pre tvorbu oxidového filmu, hustota rozpúšťacieho prúdu prudko klesá a kov prechádza do pasívneho stavu.

Tento charakteristický potenciál sa nazýva Fladeov potenciál..

Pasivácia výstuže v betóne pri teplote 20±5 °C je ukončená po 32-36 hodinách nielen s čistým povrchom, ale aj s hrdzou.

Hodnota pH prostredia však nejednoznačne charakterizuje stav výstuže v betóne; je do značnej miery určená prítomnosťou aktivačných iónov, ktoré posúvajú potenciál rozpúšťania kovu na negatívnu stranu; kov potom prejde do aktívneho stavu.

Na elektrochemický stav výstuže v betóne je možné objektívne posúdiť len jej polarizovateľnosť, t.j. zmeny elektródového potenciálu a prúdovej hustoty.

Nie všetky betóny sa vyznačujú vysokou hodnotou pH.

V autokláve, sadre a betóne s aktívnymi minerálnymi prísadami od okamihu ich výroby pH<12.

V takomto betóne si výstuž vyžaduje ochranný náter.

Depasivácia výstuže môže nastať aj v karbonizovanej ochrannej vrstve betónu (kde sa nachádza výstuž), najmä v miestach trhlín, s čím je potrebné počítať pri priraďovaní hrúbky a hustoty ochrannej vrstvy v závislosti od druhu, účelu, resp. prevádzkové podmienky a životnosť železobetónových konštrukcií.

Lokalizované korózne poškodenie kovového povrchu pôsobí podobne ako napínače napätia.

V tvárnych mäkkých oceliach dochádza k redistribúcii napätia v blízkosti centier týchto lézií, v dôsledku čoho sa mechanické vlastnosti ocelí prakticky nemenia.

Vo vysokopevnostných oceliach s nízkou ťažnosťou s hladkým a periodickým profilom, napríklad B-II a BP-II, ktoré sú vystavené namáhaniu v ťahu blízko medze klzu (a z tohto dôvodu sú menej náchylné na anodickú polarizáciu), lokálne poškodenie koróziou spôsobuje vysokú koncentráciu slabo uvoľňujúcich napätí a pravdepodobnosť krehkého lomu.

Preto sú vysokopevnostné betonárske ocele odporúčané pre predpäté konštrukcie spravidla komplexne legované, podrobené tepelnému a termomechanickému spracovaniu, normalizácii a vysokému popúšťaniu pri 600-650 °C.

Zavedenie malých množstiev legujúcich prísad Cr, Mn, Si, Cu, P, Al a iných do výstužných ocelí spolu s tepelným a termomechanickým spracovaním výrazne zlepšuje mechanické a antikorózne vlastnosti ocelí 2-3 krát

10. Oceľové konštrukcie

Hlavné konštrukčné formy a účely oceľových konštrukcií sú:priemyselné budovy, rámy a strešné krytiny verejných budov, mosty a nadjazdy, veže a stožiare, vitráže, výplne okien a dverí, zavesené stropy atď.

Primárnymi prvkami stavebných konštrukcií sú:

Hrubý oceľový plech valcovaný za tepla 4-160 mm hrubý, 6-12 m dlhý, 0,5-3,8 m široký, dodávaný vo forme plechov a zvitkov; tenké valcované za tepla a za studena, do hrúbky kotúčov 4 mm; široká príruba univerzálna, hrúbka 6-60 mm, valcovaná za tepla s opracovanými, zarovnanými hranami;

Profilová oceľ - uholníky, kanály, I-nosníky, T-nosníky, rúry atď., Z ktorých sú zostavené rôzne symetrické profily, čím sa zabezpečuje zvýšená stabilita a účinnosť konštrukcií;

Bezšvíkové okrúhle rúry valcované za tepla s priemerom 25 - 550 mm a hrúbkou steny 2,5 - 75 mm pre rozhlasové a televízne podpery;

Elektricky zvárané okrúhle rúry, s priemerom 8-1620 mm a hrúbkou steny 1-16 mm; štvorcový a obdĺžnikový prierez s rozmermi strán od 60 do 180 mm a hrúbkou steny od 3 do 8 mm. Rúry sa používajú v ľahkých strešných konštrukciách, hrazdených stenách, rámoch, oknách z farebného skla;

Profily tvarované za studena z pások alebo pásov s hrúbkou 1-8 mm Ich hlavnou oblasťou použitia sú ľahké, hospodárne strešné konštrukcie budov;

Profily na rôzne účely - rámy okien, dverí a svietidiel, žeriavové koľajnice, palubovky z pozinkovaných profilov, oceľové laná a vysokopevnostné drôty pre závesné a lanové zastrešenie, mosty, stožiare, predpäté strešné konštrukcie, potrubia, nádrže a pod.

Hlavné typy valcovaných profilov. a) oceľový plech; b) rohové profily; c) kanál; d), e), f) I-nosníky s rôznymi šírkami pásníc; g) tenkostenné I-nosníky a kanály; h) bezšvíkové a elektricky zvárané rúry

Typy za studena tvarovaných profilov z oceľového pásu alebo pásu s hrúbkou 1 až 8 mm. a) nerovnaké a rovnaké uhly; b) kanály; c) ľubovoľný oddiel

Zoznam valcovaných profilov s uvedením tvaru, rozmerov, jednotkovej hmotnosti a tolerancií sa nazýva sortiment

Najekonomickejšie sú tenkostenné profily.

Z primárnych prvkov sa v továrni vyrábajú fragmenty stĺpov, žeriavových a mostných trámov, väzníkov, väzníc, oblúkov, valcových a stanových krytín a iných konštrukcií, ktoré sa následne zväčšujú do blokov a montujú na stavenisku.

Výrobu a montáž kovových konštrukcií vykonávajú špecializované továrne a inštalačné organizácie, ktoré zabezpečujú vysokú produktivitu a kvalitu výrobkov a inštalácie.

V závislosti od účelu a prevádzkových podmienok kovových konštrukcií, stupňa zodpovednosti budov a konštrukcií sa odporúča použiť rôzne kategórie ocele, berúc do úvahy ich odolnosť proti chladu pri návrhových zimných vonkajších teplotách.

Všetky typy konštrukcií sú rozdelené do 4 skupín, ktorých požiadavky a podľa toho aj triedy ocele klesajú z prvej do štvrtej skupiny.

A ak sa v prvých troch z nich odporúčajú pre hlavné kritické konštrukcie hlavne komplexné legované ocele, ktoré sú dobre zvárateľné a odolné voči chladu, potom vo štvrtej skupine pre pomocné konštrukcie - obyčajné ocele VSt3sp (ps) (kp).

Legovanie ocelí s malým množstvom medi, fosforu, niklu, chrómu (napríklad ocele prvej a druhej skupiny, 15G2AFDps, 10HSND, 10KHNDP, 12GN2MFAYu atď.) je obzvlášť účinné pri ich ochrane pred atmosférickou koróziou.

Schopnosť nízkolegovaných ocelí vytvárať husté ochranné filmy hrdze, pozostávajúce z amorfného FeOOH, viedla k vytvoreniu takzvaných karténov.

Používajú sa na konštrukcie priemyselných budov, mosty, podpery a iné konštrukcie pracujúce v atmosférických podmienkach. Karten nevyžaduje náter a nekoroduje počas celej životnosti konštrukcií. Ochranné vlastnosti filmu sa zvyšujú pravidelným zvlhčovaním a sušením.

Typické karténové zloženie je 0,09 % C a P; 0,4 % Mn a Cu; 0,8 % Cr a 0,3 % Ni.

11. Hliníkové konštrukcie

Za začiatok používania hliníka v stavebníctve možno považovať inštaláciu hliníkovej rímsy na Life Building v Montreale v roku 1896 a hliníkovej strechy na dvoch cirkevných budovách v Ríme v rokoch 1897-1903.

Pri rekonštrukcii mestského mosta v Pittsburghu (USA) v roku 1933 boli nosné prvky vozovky mosta prvýkrát vyrobené z hliníkových kanálov a plechov, ktoré sa úspešne používali 34 rokov.

V domácom stavebníctve boli hliníkové konštrukcie prvýkrát použité začiatkom päťdesiatych rokov vo vybavení výskumnej stanice Severný pól a horolezeckej budovy na Kaukaze.

Hliník sa začal viac využívať v zahraničí, pričom až 27 % celkovej spotreby hliníka v týchto krajinách sa využíva v stavebníctve.

Výroba hliníkových stavebných konštrukcií v nich je sústredená vo veľkých špecializovaných závodoch s kapacitou 30-40 tisíc ton ročne, zabezpečujúcich výrobu najrôznejších vysokokvalitných produktov.

Najúčinnejšie z nich sú:panely vonkajších stien a bezrámové obklady, zavesené podhľady, prefabrikované a doskové konštrukcie.

Značná časť ekonomického efektu je dosiahnutá znížením dopravných a prevádzkových nákladov v dôsledku zvýšenej koróznej odolnosti a ľahkosti hliníkových konštrukcií v porovnaní s podobnými konštrukciami z ocele a železobetónu.

Použitie hliníka v nosných konštrukciách nie je ekonomicky realizovateľné, s výnimkou náterov s dlhým rozpätím a prípadov zvýšenej agresivity prostredia.

Je to spôsobené nízkym modulom pružnosti hliníka, v dôsledku čoho je potrebné zväčšiť rozmery prierezu prvkov a samotných konštrukcií, aby bola zabezpečená ich potrebná tuhosť a stabilita.

Tým sa nedostatočne využíva pevnosť hliníka.

Okrem toho má hliník v porovnaní s oceľou zníženú výdrž cyklu a teplotnú odolnosť.

Tieto nedostatky je možné prekonať (berúc do úvahy vysoké plastické vlastnosti hliníka) vytvorením priestorových, vrátane tyčových a závesných konštrukcií, použitím ohýbaných prvkov, výliskov a vlnitých plechov, ktoré súčasne plnia uzatváraciu a silovú funkciu.

Hliníkové ohýbané profily z valcovaných plechov. a) otvorené jednoduché tyče; b) otvorené zložité tyče; c) vlnité plechy s rôznymi tvarmi zvlnenia (1 - drážkované; 2 - membrána; 3 - vlnité; 4 - rebrované; 5 - koryto); d), e) uzavreté viacdutinové profily

Typy extrudovaných profilov. a) pevné; b) otvorené; c) polootvorený; d) duté (uzavreté); e) lisované panely; f) uzamykacie spojenia spárovaných profilov; g) spojenie profilov so západkami

Hliníkové okenné bloky a farebné sklá neposkytujú významný ekonomický efekt v porovnaní s drevenými, a to aj na Ďalekom severe.

Napriek tomu disponujú najlepšími funkčnými vlastnosťami, vzhľadom a vysokou životnosťou, ktoré určujú realizovateľnosť ich širokého použitia vo všetkých typoch stavieb.

Obvodové hliníkové konštrukcie stien a striech je možné vyrobiť dvoma spôsobmi: z plne prefabrikovaných panelov alebo z profilovaných alebo hladkých plechov, zateplených alebo neizolovaných počas výstavby.

Tie sa týkajú nevykurovaných priemyselných budov a skladov.

Oba spôsoby majú svoje výhody a nevýhody.

Jednoduchosť a rýchlosť montáže panelov pripravených z výroby kontrastuje s absenciou výrobného spracovania v prípade použitia plochých alebo profilovaných pások. Inštalácia izolácie sa však stáva zložitejšou.

Pri prefabrikovanej výstavbe vzniká problém spoľahlivosti spojov, najmä profilovaných plechov; s páskou - inštalácia a napnutie pások pre veľké rozpätia.

V bytovej výstavbe má zatiaľ najväčšie využitie prvá panelová metóda.

Stenové a strešné panely sa zvyčajne skladajú z dvoch tenkých, hladkých alebo profilovaných hliníkových plechov, medzi ktorými je vložená izolácia.

Vo väčšine prípadov sú rebrá inštalované pozdĺž obrysu panelu, čím sa vytvorí rám.

Jeden z hliníkových plechov (zvyčajne vnútorný) je možné nahradiť preglejkami, azbestocementovými alebo plastovými plechmi, drevotrieskou a drevovláknitými doskami.

Ako izolácia sa používajú dosky z minerálnej vlny, PSB, PVC, PSB-S pena a polyuretánová pena, napenené medzi plášťami počas technologického procesu. Izolácia sa lepí na hliníkové plechy epoxidovým alebo gumeným lepidlom a je súčasťou prevádzky panelu. Rozmery panelu 6x1,5x(0,05-0,15) m, 6,6x3x(0,05-0,2) m alebo viac.

Hrúbka hliníkových plechov je 1-2,5 mm. Odporúčané druhy hliníkových zliatin na ich výrobu sú AMg2M, AMg2N2, AD31T 1(4-5), 1915.

V zahraničí sa lepené trojvrstvové rámové a bezrámové panely typu „Sandwich“ pripravujú on-line v individuálnych formách alebo súvisle vo forme súvislého pásu, narezaného na konci automatickej linky na produkty daných veľkostí. .

Na zvýšenie odolnosti voči poveternostným vplyvom a zlepšenie vzhľadu sú hliníkové plechy eloxované alebo lakované polymérnymi zlúčeninami v rôznych farbách. Pre zvýšenie tuhosti a kvality panelov sú hliníkové plechy predpäté mechanicky.

To vám umožní zahrnúť opláštenie do práce rámu panelu, zväčšiť vzdialenosť medzi rebrami, odstrániť zvlnenie plechov a zabezpečiť lepší adhézny kontakt s izoláciou.

V priemyselnej výstavbe sú hliníkové plechy s pozdĺžnym a priečnym profilom široko používané na steny a obklady.

Dĺžka plechov je 10-30 m alebo viac, šírka - 0,58-1,6 m, hrúbka - 0,3-1,62 mm.

Plechy s priečnymi profilmi ako "Furral", Snap-rib, Zip-rib na strešné krytiny sa používajú v stavebnej praxi v USA, Anglicku, Nemecku, Švajčiarsku a iných krajinách.

Na túto strechu je použitá mäkká hliníková zliatina AMts.

Plechy sa prepravujú v kotúčoch. Pri stavbe sa vyvaľujú a pripevňujú na drevený plášť.

Upevnenie dosiek typu Furral na drevené opláštenie. 1 - drevené opláštenie; 2 - listy "Furral"; 3 - upevňovací pás

Izolácia oplotenia stien z vlnitého plechu s doskovou izoláciou. 1 - vlnité plechy; 2 - izolácia

Domáce skúsenosti s výrobou plechov s priečnymi profilmi sa líšia od zahraničných v úplnej továrenskej pripravenosti rolovacieho oplotenia vrátane izolácie.

Efektné je najmä oplotenie priemyselných objektov z hladkých predpätých hliníkových plechov.

Ich cena je o 20-30% nižšia ako u profilovaných a úžitková plocha je o 25-35% väčšia.

Izolácia ako penová guma s textúrovanou vrstvou, ktorá pôsobí ako parozábrana, sa na dosky lepí už vo výrobnom závode alebo sa nanáša na povrch dosiek pri ich inštalácii, ako napríklad v Taliansku a Japonsku, kde penová polyuretánová pena resp. na to sa používa penová kompozícia na báze bitúmenu s hrúbkou 6. -8 mm.

Dizajn trojvrstvového rolovacieho panelu: 1 - vlnitý plech (nosný); 2 - elastická izolácia; 3 - ozdobný list (vnútorný); a je dĺžka vlnitého plechu; b - šírka panelu; R - polomer ohybu panelu

Prefabrikované hliníkové konštrukcie sa používajú na výstavbu priemyselných, obytných a verejných budov a mestských sídiel v odľahlých oblastiach a na Ďalekom severe, kam sú dodávané letecky. V porovnaní s tradičnými materiálmi a konštrukciami sa hmotnosť budov znižuje takmer 20-krát, doba výstavby sa skracuje 4-krát a odhadované náklady na 1 m úžitkovej plochy sa znižujú o 15-20%. S nárastom obratu montovaných konštrukcií výrazne stúpa ekonomický efekt.

Závesné stropy vyrobené z hliníka sú v porovnaní so závesnými stropmi vyrobenými zo sadry, azbestocementu, dosiek z minerálnej vlny ako "Agmigran" a iných materiálov.

Sú ľahšie, nedeformujú sa, neprášia sa, nevyžadujú opravy, dajú sa akokoľvek tvarovať a možno ich farebne eloxovať, čo pôsobí ako antikorózna ochrana.

Hliníkové nádrže sú vyrobené z dvoch typov: na skladovanie kvapalných agresívnych látok (kyslý olej a ropné produkty, kyselina octová, koncentrovaná kyselina dusičná a iné); na skladovanie skvapalnených plynov.

Nádrže, postavené v rôznych časoch v rôznych krajinách, majú objemy od 500 m do 3500 m a sú v dobrom stave.

Tlakové a netlakové potrubia z hliníka akosti AMg2M, AD31T, 1915, 1915T sa používajú na prepravu ropy a plynu, polotovarov potravinárskeho a chemického priemyslu, čerpanie mált a betónu.

Na stavbu prefabrikovaných lešení a lešení sa používajú duralové rúry s priemerom 38-50 mm.

Zvyčajne sa používajú bezšvíkové a elektricky zvárané rúry s priemerom do 200 mm.

Pri položení do pôdy sú rúry chránené pred koróziou bitúmenovo-kaučukovým tmelom a polymérnymi materiálmi.

Stavebná prax má pozitívne príklady využitia hliníka aj vo ventilácii a komínoch na odvod plynov oxidu siričitého, ktoré sú pri kondenzácii agresívne voči oceli.

Vykonávajú sa spojenia prvkov hliníkových konštrukcií:

Elektrické zváranie argónovým oblúkom s použitím netaviteľných (volfrámových) a tavných elektród;
- elektrické kontaktné zváranie (pre tenké plechy);

Na nity pre prvky z tvrdeného hliníka a diely rôznych hrúbok. Nitovanie sa vykonáva v studenom stave, aby sa predišlo medzerám a medzikryštalickej korózii pozorovanej počas nitovania za tepla;

Na pozinkované a kadmiom pokovované skrutky, skrutky a tesnenia;

Na lepidlo v skrutkových spojoch, zámkoch a západkách.

Všeobecné informácie. Tepelné spracovanie ocele a iných konštrukčných materiálov je technologický proces tepelného spracovania obrobkov, častí strojov a nástrojov, v dôsledku ktorého sa mení mikroštruktúra materiálu a s tým aj mechanické, fyzikálno-chemické a technologické vlastnosti. Procesy tepelného spracovania konštrukčných materiálov sú spojené s alotropnými premenami (polymorfizmus), ako aj so zmenami v chemickom zložení materiálu produktu.

Prírezy, výkovky, výlisky, ako aj hotové diely a nástroje sa podrobujú tepelnému spracovaniu, aby získali potrebné vlastnosti: tvrdosť, pevnosť, odolnosť proti opotrebeniu, elasticitu, odstránenie vnútorných napätí a zlepšenie spracovateľnosti.

Podstatou tepelného spracovania je zahriať kov na teplotu mierne vyššiu alebo nižšiu ako kritické teploty, udržiavať ho na týchto teplotách a rýchlo alebo pomaly ho ochladiť. Počas procesu chladenia dochádza v kovovej štruktúre k alotropným zmenám, v dôsledku ktorých sa prudko menia mechanické vlastnosti. Pri rýchlom ochladzovaní sa zvyšuje tvrdosť, odolnosť proti opotrebeniu, pružnosť a pod., pri pomalom ochladzovaní ťažnosť, rázová húževnatosť a spracovateľnosť. Okrem toho dochádza k tepelnému spracovaniu spojenému so zmenou chemického zloženia materiálu výrobku, takzvaným chemicko-tepelným úpravám.

V závislosti od spôsobu ohrevu a hĺbky ohrevu dochádza k alotropným premenám v celom priereze alebo len v povrchových vrstvách obrobku. Pri zahriatí na určitú teplotu, udržiavaní na tejto teplote a ochladzovaní určitou rýchlosťou sa mikroštruktúra dielov mení v celom priereze.

Zmena chemického zloženia v povrchových vrstvách opracovávaných dielov je sprevádzaná ich spevnením alebo zmenami iných vlastností.

Existujú nasledujúce spôsoby tepelného spracovania ocelí:

• objemové tepelné spracovanie ocelí, vykonávané s cieľom zmeniť mikroštruktúru kovových zliatin v pevnom stave a dodať im potrebné vlastnosti v celom objeme spracovávaných dielov (kalenie, popúšťanie, žíhanie, normalizácia);
• povrchová tepelná úprava ocele spôsobujúca zmenu štruktúry a vlastností len v povrchovej vrstve výrobku;
• chemicko-tepelné spracovanie, ktoré spočíva v zahrievaní kovových výrobkov spolu s látkami, ktoré môžu meniť zloženie a štruktúru najmä povrchovej vrstvy spracovávaného výrobku;
• elektrotermické spracovanie, uskutočňované pomocou indukčného ohrevu vysokofrekvenčnými prúdmi, ako aj kontaktným ohrevom a ohrevom v elektrolytoch;
• termomechanické spracovanie spojené so zahrievaním výrobkov, ktoré sa podrobujú napríklad valcovaniu, ťahaniu a podobným operáciám, aby sa eliminovalo vytvrdzovanie spôsobené plastickými deformáciami.

Premena na oceľ pri zahriatí. Transformácie ocele pri zahrievaní sú spojené s dosiahnutím kritických teplôt zliatin, pri ktorých dochádza k fázovým transformáciám.

V systéme železo-uhlíkových zliatin sú akceptované nasledovné označenia pre kritické teploty: teplota čiary PSK (pozri obr. 3.6) je označená A 1 (727 °C), teplota čiary MO je A 2 (768 °C) , teplota linky GOS je A 3 (727 ... 911 °C), teplota linky ES - A m(727 ... 1 147 °C). Na rozlíšenie kritickej teploty získanej počas chladenia od kritickej teploty získanej počas zahrievania sa pred digitálny index pri chladení umiestni písmeno r (Ar 1, Ar 2) a pri zahrievaní c (Ac 1, Ac 2).

Transformáciu perlitu na austenit, plne v súlade s diagramom Fe-Fe 3 C, je možné dokončiť pri teplote 727 °C

(Ac 1) s pomalým ohrevom. Rýchlosť premeny perlitu na austenit je priamo závislá od obsahu uhlíka v oceli.

Pri teplote 768 °C (Curieho bod - Ac 2) oceľ stráca svoje magnetické vlastnosti.

Koniec transformačného procesu je charakterizovaný tvorbou austenitu a zánikom perlitu.

Pri zahrievaní ocelí s obsahom uhlíka menším ako 0,8 %, t.j. hypoeutektoidných, s počiatočnou štruktúrou pozostávajúcou z feritu a perlitu, dochádza k nasledujúcim štrukturálnym premenám. Pri teplote 727 °C sa perlit premieňa na austenit. Zároveň je zachovaná dvojfázová štruktúra - austenit a ferit. Ďalším ohrevom sa ferit premieňa na austenit, ktorý končí pri dosiahnutí kritickej teploty Ac 3, teda na linke GOS.

V hypereutektoidných oceliach sa cementit pri zahrievaní nad teplotu Ac 1 rozpúšťa v austenite (podľa čiary SE), ktorý končí pri kritickej teplote Ac m, teda na linke SE.

Pre úplnejšie pochopenie procesov štruktúrnych premien uvažujme schému izotermickej premeny perlitu na austenit pri zahrievaní (obr. 1).

Ryža. 1. t - teplota; τ - čas; A - austenit; P - perlit; C - cementit; v 1 a v 2 - rýchlosti ohrevu; Ac 1 - kritická teplota (eutektoid)

Keďže perlit je zmesou cementitu a feritu v pomere približne 1:6, pri zahriatí sa na rozhraní medzi feritom a cementitom tvoria zrná austenitu. Pri následnom zahriatí sa cementit rozpúšťa v austenite a dochádza k ďalšiemu rastu austenitových zŕn. S rastom austenitových zŕn sa hmotnostný podiel uhlíka v austenite postupne zvyšuje. Rýchlosť ohrevu ovplyvňuje aj premenu perlitu na austenit. V diagrame lúče v 1 a v 2 graficky znázorňujú rôzne rýchlosti ohrevu. Čím nižšia je rýchlosť ohrevu, tým nižšie sú teploty, v ktorých prebieha celý proces fázových premien.

Dôležitou charakteristikou ocele je jej sklon k rastu austenitových zŕn pri zahrievaní. Keď dôjde k rastu zrna s miernym prehriatím nad kritickým bodom, oceľ sa považuje za dedične hrubozrnnú. Ak zrno začne rásť pri väčšom prehriatí, je dedične jemnozrnné. Rast zrna je vo veľkej miere ovplyvnený rôznymi nečistotami, ktoré sa dostávajú do ocele počas procesu tavenia. Tendencia rastu austenitových zŕn je charakteristikou topenia.

Veľkosť zrna ovplyvňuje mechanické vlastnosti ocelí. Jemnozrnná oceľ má výrazne vyššiu rázovú húževnatosť ako hrubozrnná oceľ, preto treba tento faktor brať do úvahy pri tepelnom spracovaní ocelí.

Skutočná veľkosť zrna je veľkosť zrna za normálnych teplotných podmienok po určitom druhu tepelného spracovania. Na určenie veľkosti zrna bola prijatá štandardná stupnica. GOST 5639-82* uvádza stupnicu na hodnotenie zrnitosti pomocou desaťbodového systému (obr. 2).

Ryža. 2. Štandardná stupnica zrnitosti ocele (100x):1-10 - body zrna

Veľkosť zrna sa určuje pri stonásobnom zväčšení porovnaním so štandardnou stupnicou. Na určenie zrnitosti je potrebné oceľ zahriať na teplotu 930 °C. Ak je pri tejto teplote číslo zrna 1 - 4, potom je táto oceľ dedične hrubozrnná. Ocele s počtom zŕn 5 - 8 a viac sú dedične jemnozrnné. Legujúce prvky (vanád, volfrám, molybdén, titán atď.) prispievajú k tvorbe dedične jemnozrnnej makroštruktúry. Pri vysokých teplotách sa takáto oceľ dobre hodí na akýkoľvek typ deformačného spracovania (valcovanie, kovanie, razenie atď.). V tomto prípade sa zhrubnutie zrna a mechanické vlastnosti neznižujú. Väčšina legovaných ocelí, ako aj mäkkých ocelí, je spravidla jemnozrnná. Všetky varné ocele sú dedične hrubozrnné, majú nízku rázovú pevnosť a vysokú krehkosť za studena.

Transformácia na oceľ po ochladení. Pri chladení ocelí s austenitickou štruktúrou môže dochádzať k rôznym transformáciám v závislosti od rýchlosti chladenia. Uvažujme schému izotermickej premeny austenitu na perlit (obr. 3). Krivky transformácie austenitu majú charakteristiku v tvare písmena C a ukazujú, že rýchlosť transformácie nie je rovnaká. Maximálna rýchlosť transformácie zodpovedá ochladeniu pod Ac 1 (727 °C) o 170 °C. Krivky pre začiatok a koniec transformácií sú posunuté doprava a zodpovedajú najväčšej stabilite.

Ryža. 3. t - teplota; τ - čas; A - austenit; P - perlit; B - bainit; M - martenzit; A zvyšok je zachovaný austenit; T - troostit; F - ferit; C - cementit; C - sorbitol; v 1 a v 2 - rýchlosti chladenia; Mn a Mk sú v tomto poradí teploty začiatku a konca martenzitickej transformácie; A p - polovičný austenit; v cr - kritická rýchlosť

Ľavá krivka v diagrame zodpovedá hranici začiatku premien, pravá krivka znázorňuje koniec premeny austenitu. Premena austenitu na perlit má difúzny charakter.

Rýchlosť difúzie závisí od stupňa podchladenia alebo rýchlosti ochladzovania. Produkty perlitovej transformácie majú lamelárnu štruktúru, sú definované ako perlit, sorbitol a troostit a líšia sa stupňom disperzie. Ale ak je perlit rovnovážnou štruktúrou, potom sorbitol a troostit sú nerovnovážne štruktúry, ich obsah uhlíka je viac alebo menej ako 0,8 %. V teplotnom rozsahu 500 ... 350 °C existuje aj prechodná (bainitová) transformácia. Pri väčšom stupni prechladenia (do 230 °C) je austenit v nestabilnom stave, chýbajú difúzne procesy a vzniká tuhý roztok presýtený uhlíkom.

Martenzitická transformácia v oceli má tri vlastnosti. Po prvé, martenzitická transformácia má bezdifúzny charakter. Po druhé, kryštály martenzitu sú orientované. Tretím znakom je, že k martenzitickej premene dochádza pri kontinuálnom chladení v rozsahu určitých teplôt pre každú oceľ. Teplota, pri ktorej začína martenzitická premena, sa nazýva martenzitický bod a označuje sa ako Mn a koncová teplota je označená ako Mk Poloha bodov Mn a Mk na diagrame závisí od množstva uhlíka v oceli a prítomnosti legujúcich prvkov. Vysoký obsah uhlíka a prítomnosť legujúcich prvkov spravidla znižuje polohu hrotov.

Položme grafy rýchlosti ochladzovania na diagram a nakreslite diagram vplyvu rýchlosti ochladzovania na teplotu premien austenitu. Z diagramov vidíme, že čím vyššia je rýchlosť ochladzovania, tým je výsledná štruktúra rozptýlenejšia. Pri nízkej rýchlosti v 1 vzniká perlit, pri vyššej rýchlosti v 2 - sorbitol a ešte vyššej rýchlosti v cr - troostit. Pri rýchlosti ochladzovania vyššej ako vcr sa časť austenitu premení na martenzit. Minimálna rýchlosť ochladzovania, pri ktorej je všetok austenit podchladený na bod Mn a mení sa na martenzit, sa nazýva kritická rýchlosť kalenia. Tento proces premeny na martenzit má veľký praktický význam a tvorí základ tepelného spracovania.

Perlitická transformácia v oceliach sa používa v procese žíhania; martenzitické - počas tvrdnutia; medziprodukt - pri izotermickom kalení.

Mechanické vlastnosti ocele s perlitovou, sorbitovou a troostitovou štruktúrou závisia od stupňa poklesu teploty rozkladu a disperzity feritovo-cementitovej štruktúry. Zároveň sa zvyšuje tvrdosť, medze pevnosti, plynulosť a vytrvalosť.

Štruktúra martenzitu má vyššiu tvrdosť a pevnosť a závisí aj od obsahu uhlíka v oceli. Negatívnym faktorom martenzitickej štruktúry je zvýšená krehkosť. Ako už bolo uvedené, legujúce prvky ovplyvňujú polohu bodov Mn a Mk a podľa toho ovplyvňujú praktickú rýchlosť vytvrdzovania, zvyčajne v klesajúcom smere.

Režim tepelného spracovania. Proces tepelného spracovania za účelom zmeny štruktúry a mechanických vlastností pozostáva z operácií zahrievania produktu, jeho udržiavania na danej teplote a chladenia pri určitej rýchlosti. Parametrami technologického procesu tepelného spracovania budú maximálna teplota ohrevu zliatiny, doba výdrže pri danej teplote a rýchlosti ohrevu a ochladzovania.

Ohrievanie ocele je jednou z hlavných operácií tepelného spracovania, od ktorej závisia fázové a štrukturálne premeny, zmeny fyzikálnych a mechanických vlastností, preto je režim ohrevu rozhodujúci pre získanie špecifických vlastností zliatiny. V praxi sa rozlišuje medzi technicky možnými a technicky prípustnými rýchlosťami ohrevu pre každý diel alebo sériu dielov.

Technicky možná rýchlosť ohrevu závisí od spôsobu ohrevu, typu vykurovacích zariadení, tvaru a umiestnenia výrobkov, hmotnosti súčasne zahrievaných častí a ďalších faktorov.

Technicky prípustná alebo technologická rýchlosť ohrevu závisí od chemického zloženia zliatiny, štruktúry, konfigurácie produktu a teplotného rozsahu, pri ktorom sa ohrev uskutočňuje. Doba zdržania je čas potrebný na úplné vyrovnanie teplôt v celom objeme produktu, a teda na dokončenie všetkých fázových a štrukturálnych premien.

Chladenie je konečný proces vykonávaný s cieľom získať požadovanú štruktúru s potrebnými mechanickými vlastnosťami.

V závislosti od teploty ohrevu a rýchlosti ochladzovania sa rozlišujú tieto hlavné typy tepelného spracovania: žíhanie, normalizácia a kalenie, po ktorom nasleduje popúšťanie.

Ryža. 4. 1 - perlit + ferit; 2 - austenit; 3 - martenzit; 4 - troostit; 5 - sorbitol; 6 - ferit + perlit

Na obr. Obrázok 4 ukazuje mikroštruktúry získané ako výsledok zahrievania a chladenia ocele triedy 40 pri rôznych rýchlostiach. Charakteristiky týchto mikroštruktúr sú uvedené v tabuľke. 1.

2. Žíhanie a normalizácia

Žíhanie.Žíhanie je zmäkčovanie dielov a obrobkov, ktoré pozostáva z ohrevu na určitú teplotu v kritických bodoch a následného pomalého chladenia v peci. Hlavným účelom žíhania je eliminovať štruktúrnu heterogenitu dielov a obrobkov získaných tlakovým spracovaním, odlievaním, kovaním a zváraním a rekryštalizovať štruktúry dielov (vrátane získania mikroštruktúry zrnitého perlitu a cementitu). Odstránením štruktúrnej heterogenity dochádza k zmene mechanických a technologických vlastností, odstráneniu vnútorných napätí, odstráneniu lámavosti, zníženiu tvrdosti, zvýšeniu pevnosti, ťažnosti a húževnatosti a zlepšeniu lisovateľnosti a obrobiteľnosti. V praxi sa rozlišuje žíhanie prvého a druhého druhu.

Žíhanie prvého druhu - ide o ohrev dielov a obrobkov s nerovnovážnou štruktúrou na získanie stabilne rovnovážnej štruktúry.

Žíhanie druhého druhu - ide o zahrievanie dielov a obrobkov nad kritické teploty, po ktorom nasleduje pomalé ochladzovanie, aby sa dosiahol stabilný stav konštrukcie. Zahriatie dielov a obrobkov nad kritické teploty zaisťuje úplnú rekryštalizáciu kovovej konštrukcie. Napríklad uhlíková konštrukčná oceľ triedy 40 v odliatku alebo výkovku bude mať deformovanú štruktúru vo forme veľkých zŕn feritu a perlitu (obr. 5, a). Keď sa táto oceľ zahreje na teplotu vyššiu ako Ac 3, deformovaná štruktúra sa premení na austenit a pri pomalom ochladzovaní na rovnovážnu štruktúru vo forme malých zŕn pravidelného tvaru feritu a perlitu (obr. 5, b). Táto štruktúra sa vyznačuje vysokou tvrdosťou, krehkosťou a nízkou opracovateľnosťou. Po úplnom žíhaní sa štruktúra zväčšuje, zrná perlitu sú rovnomerne rozložené, tvrdosť klesá a zlepšuje sa spracovateľnosť. Toto je podstata procesu žíhania dielov a obrobkov.

Ryža. 5. Mikroštruktúra ocele triedy 40 získaná ako výsledok odlievania a kovania (a) a po normalizácii (b)

Dôležitým faktorom podmieňujúcim kvalitné žíhanie je správna voľba teploty ohrevu, ktorá sa určuje z diagramu železo-uhlík (cementit) v závislosti od druhu ocele a hmotnostného podielu uhlíka. Hypoeutektoidné ocele sa teda zahrievajú na kritickú teplotu Ac 3 + (20 ... 30 ° C), hypereutektoidné ocele sa zahrievajú na kritickú teplotu Ac 1 + (20 ... 30 ° C) na čiastočné žíhanie. Pri ohreve ocele nad kritickú teplotu Ac 3 resp Ac m(v závislosti od kvality) mikroštruktúra perlitu prechádza do mikroštruktúry jemnozrnného austenitu.

Pre kvalitné žíhanie je potrebné správne zvoliť rýchlosť ohrevu a teplotu, ako aj rýchlosť chladenia.

Druhy žíhania. V praxi sa používajú tieto typy žíhania: úplné, neúplné, nízkoteplotné, izotermické, egalizačné, prípadne difúzne (obr. 6).

Úplné žíhanie podrobené razeniu, kovaniu a odlievaniu z podeutektoidnej a hypereutektoidnej ocele na rekryštalizáciu ich deformovanej mikroštruktúry. Teplota ohrevu pre úplné žíhanie sa volí 20 ... 30 °C nad kritickým bodom Ac 3 (obr. 7, a) a spolu s pecou sa ochladí na teplotu 500 °C, potom sa ochladí na vzduchu. Po úplnom žíhaní sa deformovaná štruktúra koriguje, zrno sa zjemňuje a perlitové a feritové zrná sú rovnomerne rozložené po celom priereze dielov. Zároveň sa znižuje tvrdosť, zvyšuje sa rázová húževnatosť, pevnosť a ťažnosť, zlepšuje sa obrobiteľnosť a hlavne sa uvoľňujú vnútorné napätia.

Ryža. 6.

Ryža. 7. Schéma úplného (a) a neúplného (b) žíhania uhlíkových ocelí:

Čiastočné žíhanie používa sa hlavne na diely a obrobky z hypereutektoidných ocelí. Pre podeutektoidné ocele sa tento typ žíhania používa na výkovky, výlisky a odliatky, ktorých mikroštruktúra získala správny rovnovážny jemnozrnný tvar. Počas neúplného žíhania (obr. 7, b) sa diely zahrejú na kritickú teplotu Ac 1 + (20 ... 30 ° C), udržiavajú sa na tejto teplote a ochladzujú sa spolu s pecou na teplotu Ac 1 - (20 ). .. 30 °C), udržiavaná pri tejto teplote a potom ochladená spolu s pecou na teplotu 500 °C, potom sa diel ochladí na vzduchu.

Neúplným žíhaním vzniká mikroštruktúra zrnitého (sféroidizovaného) perlitu alebo zrnitého cementitu. Zároveň sa znížia aj vnútorné napätia. Novo získaná mikroštruktúra zrnitého perlitu znižuje tvrdosť, zvyšuje ťažnosť a húževnatosť. Zlepšuje obrobiteľnosť.

Pomocou neúplného žíhania sa uvoľňujú vnútorné napätia, zabraňuje sa deformácii a tvorbe mikrotrhlín a zlepšuje sa opracovateľnosť dielov a obrobkov. Po zahriatí sa obrobky dlho uchovávajú v peci, aby sa úplne zohriali, a ochladia sa spolu s rúrou (rýchlosťou nie vyššou ako 60 °C/h). Neúplné žíhanie je svojím účelom a fyzikálno-chemickými procesmi vyskytujúcimi sa v častiach podobné sféroidnému žíhaniu.

Nízkoteplotné žíhanie používa sa na diely a obrobky získané kovaním, razením a odlievaním, ktorých štruktúra neprešla žiadnou osobitnou deformáciou, je v rovnovážnom stave a nevyžaduje korekciu, nie je potrebná jej rekryštalizácia. V tomto ohľade sa obrobky podrobujú nízkoteplotnému žíhaniu, aby sa uvoľnili vnútorné napätia a zlepšila sa obrobiteľnosť rezaním a ťahaním. Na tieto účely sa časti zahrievajú pod kritický bod Ac 1. Ohrievanie prebieha pomaly rýchlosťou až 150 °C/h, udržiava sa na tejto teplote, po dlhom pôsobení sa diely ochladzujú spolu s pecou alebo na vzduchu.

Izotermické žíhanie predmetné časti malých profilov z legovaných a uhlíkových ocelí. V tomto prípade sa konštrukčné ocele zahrievajú na teplotu 30 ... 40 ° C nad kritickým bodom Ac 1 a nástrojové ocele - na teplotu 50 ... 100 ° C nad kritickým bodom Ac 3. Po zahriatí a zahriatí (podržaním) sa diely prenesú do inej pece (kúpele), kde sa ochladia na teplotu o 50 ... 100 ° C nižšiu, ako bola pôvodne získaná

proces. Pri tejto teplote sa diely udržiavajú až do úplného (izotermického) rozkladu austenitu na zrnitý perlit. Pri tejto tepelnej operácii sa znižuje tvrdosť, zvyšuje sa pevnosť a ťažnosť a zlepšuje sa obrobiteľnosť rôznymi technologickými operáciami. Schéma izotermického žíhania výkovkov z legovanej ocele triedy KhVG je na obr. 8, a.

Ako je zrejmé z diagramu, výkovok sa po kovaní zahrieva pomocou postupnej metódy. Najprv sa ochladí o 50 ... 100 ° C pod kritickým bodom Ac 1, udržiava sa na tejto teplote, potom sa zahreje nad kritickým bodom Ac 1 o 20 ... 50 ° C, pričom sa na tejto teplote udržiava dlhý čas a chladené spolu s pecou.

Typ izotermického žíhania je žíhanie na zrnitý perlit (obr. 8, b). Žíhanie granulovaného perlitu sa uskutočňuje postupným zahrievaním a chladením až do úplného rozkladu austenitu na granulovaný perlit. Najprv sa zahrejú na kritický bod Ac 1 + (20 ... 30 ° C), potom sa ochladia na teplotu pod Ac 1 (700 ° C) a potom sa znova zahrejú na teplotu 500 ... 660 ° C . Po dlhom pôsobení pri poslednej teplote sa diely ochladia na vzduchu.

Ryža. 8. Schéma izotermického žíhania (a) a žíhania na výkovkoch z granulovaného perlitu (b) vyrobených z legovanej ocele triedy HVG:t - teplota; τ - čas; Ac 1, Ac 3 - kritické teploty

Vo väčšine odliatkov, vrátane odliatkov vyrobených zo zliatin železa a uhlíka, sa dosiahne heterogenita v chemickom zložení kryštálov (zŕn) - takzvaná interkryštalická iónová (dendritická alebo zonálna) likvácia. Na odstránenie tejto chemickej heterogenity sa v praxi používa vyrovnávanie , alebo difúzia , žíhanie (homogenizácia). Pre tento typ žíhania sa odliatky zahrievajú na vysokú teplotu, zvyčajne až 1 000 ... 1 100 ° C, udržiavajú sa na tejto teplote po dlhú dobu a potom sa pomaly ochladzujú spolu s pecou. Pri vysokých teplotách sa atómy niektorých chemických prvkov, nerovnomerne koncentrované, stávajú mobilnejšími a difundujú z jedného kryštálu do druhého. Existuje chemické zarovnanie chemického zloženia veľkých kryštálov (dendritov) aj malých kryštálov.

Po difúznom žíhaní sa získa hrubozrnná štruktúra, ktorá si vyžaduje dodatočné úplné alebo neúplné žíhanie. Ak boli obrobky vyžadujúce ďalšie tlakové spracovanie podrobené tomuto žíhaniu, potom tieto obrobky nie sú pred spracovaním podrobené dodatočnému žíhaniu. Takéto diely prechádzajú jedným typom žíhania až po tlakovej úprave (kovanie, razenie, ťahanie).

Poruchy pri žíhaní. Počas žíhania sa v dôsledku porušenia technologických podmienok môžu vytvárať tieto chyby: prehriatie, vyhorenie, oduhličenie a oxidácia dielov a obrobkov.

Prehriatie vzniká pri nedodržaní teplotného režimu pri vysokých teplotách a pri technologicky neopodstatnenom dlhom pôsobení v peci. V tomto prípade sa objaví hrubozrnná štruktúra, ktorá sa nazýva prehrievacia štruktúra.

Hrubozrnná štruktúra má zníženú ťažnosť, sklon k tvorbe trhlín, ťahové napätia a deformácie dielov. K prehriatiu môže dôjsť aj pri zahrievaní obrobkov na deformáciu za tepla, pri žíhaní výrobkov zložitých konfigurácií, zahrievaní na teplotu výrazne vyššiu ako je kritická teplota alebo pri dlhšom pôsobení pri technologicky opodstatnenej teplote.

Prehriatie je opraviteľná chyba. Na nápravu je potrebné vykonať úplné žíhanie pri dodržaní všetkých teplotných podmienok.

Výrazné prehriatie je sprevádzané rýchlym rastom zŕn, ktoré poškodzujú hranice týchto zŕn. Poškodenie hraníc zŕn je tzv vyhorieť . K vyhoreniu dochádza, keď je kov dlhodobo udržiavaný pri vysokých teplotách. V tomto prípade niekedy dochádza k čiastočnému roztaveniu hraníc zŕn alebo ich aktívnej oxidácii. Časť sa stáva krehkou.

Prepálenie je neopraviteľná chyba a je to chyba žíhania.

Dekarbonizácia A oxidácia diely a obrobky prechádzajú žíhaním v soľných kúpeľoch, elektrických a plameňových peciach. Pri týchto spôsoboch ohrevu povrch častí interaguje s rôznymi plynmi. Na základe stupňa expozície a chemickej interakcie s povrchmi dielov sa činidlá delia na oxidačné (kyslík, oxid uhoľnatý, vodná para) a oduhličovacie (kyslík, vodík, vodná para).

Povaha oxidácie v peci je určená palivom a jeho chemickým zložením, atmosférou pece, časom, kedy sú časti v peci a druhom konštrukčného materiálu. Oxidácia spôsobuje kovový kameň na povrchu dielu, zmenu jeho veľkosti a vedie k nákladom na dodatočné technologické operácie na čistenie okovín.

Dekarbonizácia ako porucha žíhania je spôsobená tým, že kyslík prítomný v atmosfére pece oxiduje uhlík skôr ako železo, t.j. uhlík vyhorí do malej hĺbky z povrchu dielu. Ak kyslík súčasne oxiduje uhlík a železo, dochádza k tvorbe vodného kameňa a kovovému odpadu. Ak je v atmosfére pece para, potom k dekarbonizácii dochádza veľmi aktívne. Dekarbonizácia znižuje prekaliteľnosť alebo všeobecne spôsobuje odolnosť voči kaleniu, znižuje únavovú pevnosť a zhoršuje chemické vlastnosti povrchov dielov.

Aby sa zabránilo oduhličeniu dielov, musí atmosféra pece obsahovať suchý vodík, oxid uhoľnatý alebo inertné neutrálne plyny. Okrem toho sa počas žíhania diely zahrievajú v hermeticky uzavretých boxoch potiahnutých hlinou, dreveným uhlím alebo liatinovými hoblinami.

Normalizácia. Normalizácia je proces tepelného spracovania dielov a obrobkov, pri ktorom sa ohrievajú na kritickú teplotu Ac 3 resp. Ac m+ (30 … 50 °C), udržiavané na tejto teplote a chladené na vzduchu. V procese normalizácie sa získa mikroštruktúra jemného (dispergovaného) perlitu. Zároveň sa mierne zníži tvrdosť a pevnosť, zvýši sa ťažnosť a rázová húževnatosť a zlepší sa obrobiteľnosť.

Teplota ohrevu na normalizáciu sa volí v závislosti od triedy ocele a hmotnostného podielu uhlíka v nej podľa oceľovej časti diagramu železo-uhlík. Účel normalizácie závisí od zloženia ocele, špecifickej úpravy po tvárnení a konštrukcie dielu.

Napríklad nízkouhlíkové ocele sa namiesto žíhania normalizujú, aby sa zlepšila obrobiteľnosť. Pred kalením sú nástrojové uhlíkové ocele tiež podrobené normalizácii, aby sa eliminovala cementitová sieť a získala sa jemná perlitová štruktúra. Oceľ triedy 30 po úplnom žíhaní (podľa dodávky) má tieto vlastnosti: pevnosť - 440 MPa; plasticita - 17%; tvrdosť - 179 HB; rázová húževnatosť KSV - 62 J/cm2. Po normalizácii sa tieto isté vlastnosti trochu zmenia: pevnosť je 390 MPa; plasticita - 23%; tvrdosť - 143 ... 179 HB; rázová húževnatosť KSV - 49 J/cm2. Príklad sa používa pre výkovky s priemerom do 100 mm. Ako vidíte, po normalizácii budú mechanické vlastnosti o niečo nižšie ako v dodanom stave z dôvodu stabilizácie kovovej štruktúry dielov. Tento faktor výrazne zlepšuje obrobiteľnosť rezných obrobkov.

Počas procesu normalizácie vznikajú defekty podobné defektom žíhania, ale v menej výraznej forme. Napríklad mierne prehriatie kovu nevedie k vyhoreniu. Čiastočné oduhličenie nevedie k tvorbe vodného kameňa a kovového odpadu.

3. Kalenie a popúšťanie

Otužovanie. Kalenie je zahriatie ocele na teplotu nad kritickú, udržiavanie na tejto teplote a následné rýchle ochladenie. V dôsledku tvrdnutia sa zvyšuje tvrdosť, pevnosť, elasticita, odolnosť proti opotrebovaniu a ďalšie mechanické vlastnosti.

Rýchlosť ochladzovania musí byť výrazne vyššia ako kritická rýchlosť, pri ktorej sa austenitová mikroštruktúra rozpadá na metastabilnú martenzitovú mikroštruktúru. Ako je známe, táto mikroštruktúra, podobne ako mikroštruktúra austenitu, má rovnomernú rozpustnosť uhlíka. Hlavným účelom kalenia je udržiavanie rovnomernej rozpustnosti uhlíka fixáciou mikroštruktúry.

Pri kritickej rýchlosti ochladzovania alebo podstatne vyššej, ako je táto, je fyzikálno-chemický stav austenitu fixovaný v jeho rovnomernej rozpustnosti uhlíka.

Počas procesu kalenia sa so zmenou mikroštruktúry menia mechanické vlastnosti (tvrdosť, rázová húževnatosť), fyzikálne vlastnosti (magnetickosť, elektrický odpor a pod.) a chemické vlastnosti (rovnomernosť chemického zloženia, korózna odolnosť).

Hlavným účelom kalenia je získať vysokú tvrdosť, odolnosť proti opotrebovaniu, zvýšenú pevnosť, elasticitu a zníženú ťažnosť. Všetky tieto vlastnosti sú tvorené dodržaním nasledujúcich technologických režimov tepelného spracovania:

• teplota ohrevu;
• rýchlosť ohrevu a doba zdržania;
• vykurovacie médium;
• rýchlosť ochladzovania.

Voľba teploty vytvrdzovania. Teplota ohrevu na kalenie je teoreticky určená z diagramu Fe - Fe 3 C. Pre uhlíkové ocele by mala byť 30 ... 50 ° C nad čiarou GSK (pozri obr. 3.6), t.j. pre hypoeutektoidné ocele sa zhoduje s kritická teplota Ac 3 + (30 ... 50 ° C), pre eutektoidné a hypereutektoidné ocele - s kritickou teplotou Ac 1 + (50 ... 70 ° C).

Pre legované ocele sa teplota ohrevu na kalenie určuje tromi spôsobmi: diametrálnym, magnetickým alebo skúšobným kalením.

Zistilo sa, že čím zložitejšia je legovaná oceľ z hľadiska chemického zloženia a povahy mikroštruktúry, tým vyššia by mala byť teplota ohrevu na kalenie, pretože karbidy vanádu, volfrámu, molybdénu, titánu a chrómu len pri zvýšených teplotách úspešne sa rozpúšťajú v austenite. V tomto prípade ako základ, ako pri výbere teplôt kalenia pre uhlíkové ocele, kritické body Ac 1, Ac 3 a Ac m. Teploty ohrevu pre kalenie legovaných ocelí sa zvyšujú o 250 ... 300 ° C nad kritické hodnoty a pre rýchlorezné ocele - o 400 ... 450 ° C.

Režimy vykurovania a chladenia. Doba ohrevu závisí od prierezu dielov a obrobkov, konštrukcie a výkonu vykurovacích zariadení. Napríklad pri ohreve v elektrických vzduchových peciach sa čas ohrevu určuje v priemere rýchlosťou 1 min na 1 mm prierezu dielca. Doba ohrevu v soľných kúpeľoch je 2-krát nižšia ako v elektrických peciach, pretože rýchlosť ohrevu v týchto kúpeľoch je 2-krát vyššia. Po zahriatí dielov na danú teplotu sa tieto udržiavajú až do úplnej fázovej transformácie a zahrievania v celom priereze. Ukazovateľom doby výdrže je premena pôvodnej štruktúry perlit + ferit na štruktúru austenitu. Prax ukázala, že špecifikovaná teplota ohrevu dielov nastáva vtedy, keď sa farba dielov rovná farbe pece (spodná časť, steny, strecha).

Rýchlosť ohrevu aj vedľajšie (negatívne) javy závisia od prostredia vo vykurovacích zariadeniach (kováčske pece, vane). Medzi negatívne javy patrí oduhličenie a oxidácia kalených dielov. Kováčske a elektrické (muflové) pece obsahujú vzdušné prostredie, ktorého kyslík oxiduje kalené diely. V soľných kúpeľoch soli nielen oxidujú, ale aj dekarbonizujú časti. Kúpele s roztaveným kovom (olovom) nemajú negatívny vplyv na zahrievané časti na kalenie.

Pred úplným získaním austenitickej štruktúry je potrebný čas 1/5 času ohrevu dielu. Pri technologicky správnych režimoch ohrevu, udržiavania a chladenia je eliminovaný výskyt veľkých vnútorných napätí, tvorba trhlín a iných defektov vytvrdzovania. Na druhej strane technologický časový režim eliminuje povrchovú oxidáciu a dekarbonizáciu dielov.

Štruktúra a vlastnosti kalených dielov závisia od rýchlosti ochladzovania počas kalenia. Rýchlosť ochladzovania, pri ktorej sa štruktúra austenitu transformuje na štruktúru vytvrdzovania (martenzit), sa nazýva kritická rýchlosť vytvrdzovania. Tento časový režim sa volí v závislosti od požadovanej mikroštruktúry súčiastky. Najvyššia rýchlosť ochladzovania dáva mikroštruktúru martenzitu, najnižšia (prírodná) - sorbitol.

Kaliace médiá. Kaliace médium a jeho chladiaca schopnosť zabezpečujú fixáciu rovnomerného rozpúšťania uhlíka v novovytvorenej mikroštruktúre rozkladu austenitu. V teplotnom rozsahu rozkladu austenitu na martenzit je potrebné pomalé chladenie, aby sa znížili vnútorné napätia. Na dosiahnutie úplného vytvrdnutia sa používajú chladiče s rôznymi chladiacimi kapacitami. Táto schopnosť závisí od viacerých faktorov: zníženie teploty chladiacej kvapaliny, tepelná kapacita kovu, jeho tepelná vodivosť, udržiavanie konštantnej teploty chladiaceho média, rýchlosť cirkulácie, zníženie teploty odparovania a zníženie viskozity chladiacej kvapaliny. Všetky tieto faktory zvyšujú rýchlosť chladenia.

Ako hasiace médiá sa používajú tieto roztoky a kvapaliny: voda, vodný roztok kuchynskej soli, olej, vzduch, minerály a iné materiály.

Na základe ich sily sú chladiče rozdelené do nasledujúcich skupín:

• slabý - prúd vzduchu, roztavených solí, horúcej a mydlovej vody;
• mierny - vretenový olej, transformátorový olej, roztavené soľné kúpele s 1% vody;
• stredne pôsobiace - roztoky vápna, glycerínu a tekutého skla v studenej vode;
• silná - čistá studená voda, kuchynská soľ v roztoku studenej vody, destilovaná voda a ortuť.

Rýchlosť ochladzovania závisí aj od spôsobu chladenia (ponorenia) kaleného dielu. V tomto prípade, keď je časť, ktorá sa má kaliť, ponorená do vody alebo oleja, rozlišujú sa tri stupne chladenia:

• vzhľad parného plášťa, ktorý zabraňuje ďalšiemu prenosu tepla (varenie filmu);
• zničenie parného plášťa a zvýšenie rýchlosti chladenia (varenie jadier);
• konvekcia chladiacej kvapaliny, ku ktorej dochádza pri teplote pod bodom varu.

Pre všetky tieto stupne je rýchlosť ochladzovania vyššia, čím nižšie sú teplotné podmienky medzi jednotlivými stupňami. Závisí to aj od rozsahu varu jadier.

Tento alebo ten typ chladiaceho média sa vyberá v závislosti od technologickej uskutočniteľnosti, chemického zloženia kovu dielu a požadovaných fyzikálnych a mechanických vlastností.

Voda a jej roztoky sú silnejšie chladivá. Voda má však značné nevýhody. Keď teplota vody počas procesu kalenia stúpa, jej chladiaca kapacita prudko klesá. Okrem toho má voda vysokú rýchlosť ochladzovania v teplotnom rozsahu martenzitickej transformácie.

Vodné roztoky solí, zásad a sódy zvyšujú rýchlosť ochladzovania a tiež zvyšujú rozsah varu zárodkov. Rôzne druhy olejov ako chladiacich médií znižujú rýchlosť chladenia, procesy martenzitickej premeny sú stabilnejšie. Medzi nevýhody olejov patrí ich horľavosť a tvorba popálenín na povrchu dielov.

Kalenie a kalenie. Kaliteľnosť závisí od hmotnostného podielu uhlíka v oceli. Čím väčší je hmotnostný podiel uhlíka v oceli, tým vyššia je prekaliteľnosť tejto ocele. Ocele s hmotnostným podielom uhlíka do 0,3%, ako aj uhlíkové konštrukčné ocele bežnej kvality podľa GOST 380-2005 nemožno kaliť, pretože v tejto skupine ocelí sa uhlík veľmi líši. Vzhľadom na to, že voľba teploty na kalenie sa uskutočňuje v závislosti od hmotnostného podielu uhlíka a v oceliach bežnej kvality nevieme presne určiť jeho obsah, táto skupina ocelí nepodlieha kaleniu.

Vysokokvalitné uhlíkové konštrukčné a legované ocele s uhlíkovým hmotnostným zlomkom 0,3 % a vyšším, ako aj všetky nástrojové ocele podliehajú kaleniu.

Prekaliteľnosť ocelí sa vzťahuje na hĺbku kalenia, t. j. schopnosť vytvárať mikroštruktúry martenzitu, troostitu alebo sorbitu počas procesu kalenia.

Kaliteľnosť závisí od kritickej rýchlosti ochladzovania a v dôsledku toho od stabilnej schopnosti austenitu nemeniť svoju mikroštruktúru. Štruktúra austenitu, ktorá zostáva studená, sa nazýva podchladený austenit.

Ak je kritická rýchlosť ochladzovania dielu rovnaká v celom priereze, diel bude mať prekaliteľnosť, t. j. v celom priereze bude existovať martenzitická štruktúra. Ak rýchlosť ochladzovania v celom priereze klesá smerom k jadru, potom jadro bude obsahovať ferit, ferit + perlit, sorbitol alebo troostit. Jadro častí s veľkým prierezom prakticky neakceptuje kalenie, pretože rýchlosť ochladzovania jadra bude pomalá a prirodzená.

Všetky legujúce prvky zvyšujú kaliteľnosť. Napríklad nikel prispieva k výraznému zvýšeniu prekaliteľnosti a prekaliteľnosti. Mangán, chróm, volfrám a molybdén zvyšujú teplotu kalenia a popúšťania a tiež zvyšujú prekaliteľnosť a prekaliteľnosť dielov a nástrojov, takže všetky legované ocele podrobené kaleniu majú vysokú prekaliteľnosť a uhlíkové ocele majú nižšiu prekaliteľnosť. Pri kalení cez celý prierez bude tvrdosť dielu rovnaká. Nepriechodným kalením sa bude znižovať od povrchu k jadru. Časť bude mať martenzitovú štruktúru na povrchu a troostitovú štruktúru na jadre. Čím nižší je hmotnostný podiel uhlíka v oceli, tým väčšia je štruktúra troostitu a tým nižšia tvrdosť a naopak.

Ako kritický parameter sa hodnotí prekaliteľnosť dielov počas kalenia. Tento parameter predstavuje maximálny priemer (rez) dielov, ktorých jadro bude mať semimartenzitickú tvrdnúcu štruktúru. Typicky je pre uhlíkové konštrukčné a nástrojové ocele kritický parameter 10 ... 20 mm a pre legované ocele - až 100 mm alebo viac (v závislosti od hmotnostného podielu uhlíka a legujúcich prvkov). Okrem toho kaliteľnosť závisí od chladiaceho média. Voda poskytuje vyššiu vytvrditeľnosť ako olej.

Oceľ s uhlíkovým hmotnostným zlomkom 0,2 % (chladenie vo vode) po kalení bude mať tvrdosť 25 HRC a oceľ s uhlíkovým hmotnostným zlomkom 0,5 % po kalení bude mať tvrdosť 45 HRC. V dôsledku toho, čím viac uhlíka je v oceli, tým vyššia je tvrdosť dielu získaná počas kalenia a následne tým väčšia hĺbka prekaliteľnosti. Na stanovenie hĺbky prekaliteľnosti uhlíkových nástrojových ocelí sa po vysokom popúšťaní štvorcových alebo kruhových profilov (21 ... 23 mm) pripravujú vzorky s dĺžkou 100 mm. V strede vzoriek sa urobí rez s hĺbkou 5 ... 7 mm. Hotové vzorky sa vytvrdzujú pri nasledujúcich teplotách: 760; 800; 840 °C. Vytvrdené vzorky sa ničia na kyvadlových baranidlách (alebo v lise). Hĺbka prekaliteľnosti (vytvrdená vrstva) alebo neprekaliteľnosti (neprekalená vrstva), trhliny prehriatia alebo stvrdnutia sú určené stavom a typom lomu.

Pomocou štandardnej stupnice sa určí skupina (alebo skóre) hĺbky prekaliteľnosti vytvrdených vzoriek pri rôznych teplotách. V štandardnej škále každá skupina (od 0 do V) zodpovedá hĺbkam prekaliteľnosti od 0,3 mm do 9 mm, cez prekaliteľnosť, húževnaté jadro, nekalenú zónu a kaliace trhliny. To všetko je určené vizuálne lomom vzoriek. Okrem toho je lomom vzoriek možné určiť kaliacu štruktúru (martenzit, semimartenzit, troostit, sorbit) alebo nekalenú zónu (perlit alebo ferit + perlit).

Na obr. 9 a bežne ukazuje vzorky ocele triedy 40 (GOST 1050-88*) s priemerom 12 ... 60 mm po kalení a ochladení vo vode. Vzorky 1 - 4 sú úplne vytvrdené s vytvorením martenzitovej štruktúry (kontinuálna kaliteľnosť). Keď sa priemer zväčšuje, vytvára sa kontinuálne tvrdnutie, ale štruktúry budú závisieť od kritickej rýchlosti tvrdnutia: martenzit, semimartenzit, troostit a sorbitol. Tvrdosť prierezu vzorky sa bude tiež meniť a bude sa pohybovať od 25 do 46 HRC v závislosti od štruktúry. Keď sa priemer vzorky zväčšuje, kritická rýchlosť kalenia klesá. Štruktúra prierezu vzorky bude nasledovná: martenzit, semimartenzit, troostit, sorbitol a perlit (alebo perlit + ferit). Tvrdosť pozdĺž prierezu vzorky bude 25 ... 46 HRC. Jadro vzorky, ktoré má štruktúru sorbitol + perlit, bude mať vysokú rázovú pevnosť a pevnosť.

Ryža. 9. a - po ochladení a ochladení vo vode; b - po ochladení a ochladení v oleji; - martenzit; - polomartenzit; - troostitis; - sorbitol; - perlit (alebo perlit + ferit)

Počas nepretržitého tvrdnutia (chladenie vo vode) budú vzorky 1 - 4 krehké.

V praxi sa na stanovenie kaliteľnosti používajú tieto metódy:

• štruktúrou lomu vzorky;
• na tvrdomere typu TK pozdĺž prierezu vo viacerých bodoch (od povrchu k jadru);
• metódou koncového vytvrdzovania.

Na určenie priemeru častí vyžadujúcich kontinuálne kalenie musí byť splnená nasledujúca podmienka: kritický priemer kalenia musí byť väčší ako priemer výrobku.

Pri stanovení prekaliteľnosti ocele metódou koncového kalenia sa odporúča určiť hĺbku prekaliteľnosti pomocou rôznych diagramov.

Poruchy kalenia. Porušenie podmienok vytvrdzovania (teplota ohrevu, spôsoby chladenia atď.) môže spôsobiť rôzne druhy chýb dielov a nástrojov:

• deformácie, deformácie a praskliny;
• nedostatočná tvrdosť;
• zvýšená krehkosť;
• tvorba mäkkých škvŕn;
• zmena veľkosti;
• vnútorné napätia;
• oxidácia a dekarbonizácia.

Dovolenka. Temperovanie je technologický proces ohrevu dielov po vytvrdnutí na nízke teploty (150 ... 650 ° C), t.j. pod kritický bod Ac 1, udržiavanie na tejto teplote a pomalé prirodzené ochladzovanie na vzduchu.

Účelom popúšťania je eliminovať vnútorné napätia v dieloch po kalení, zvýšiť rázovú pevnosť, znížiť krehkosť a čiastočne znížiť tvrdosť. Tieto ukazovatele sa dosahujú v súvislosti so získaním stabilnej kovovej konštrukcie dielu. Teplota popúšťania závisí od druhu kalených dielov a účelu popúšťania. V praxi sa využívajú nízke, stredné a vysoké sviatky.

Nízka dovolenka používa sa na zmiernenie vnútorných napätí a zvýšenie rázovej húževnatosti nástrojov vyrobených z legovaných a uhlíkových ocelí. Pri nízkom temperovaní sa diely ohrievajú na teplotu 150 ... 250 ° C, udržiavajú sa na tejto teplote a ochladzujú sa na vzduchu. Súčasne sa zachová tvrdosť a odolnosť rezného nástroja, ktorý sa získa po kalení.

Nízke popúšťanie sa používa na rezné a meracie nástroje, časti guľkových a valčekových ložísk, permanentné magnety a časti strojov z legovaných konštrukčných cementovaných a vysokopevnostných ocelí.

Priemerná dovolenka používa sa na elastické diely: pružiny, pružiny, úderové a lisovacie nástroje, torzné tyče a pod. Pri tomto type temperovania sa diely zohrejú na teplotu 300 ... 500 °C, zohrejú sa po celom priereze a ochladia sa na vzduchu . Po ochladení sa získa temperovaná štruktúra troostitu. Tvrdosť dielov získaných počas kalenia po popúšťaní výrazne klesá. Nárazová pevnosť sa prudko zvyšuje, čo vedie k zvýšeniu cyklickej húževnatosti (táto vlastnosť je nevyhnutná pre elastické časti).

Vysoká dovolenka sú vyrábané pre strojné diely z vysokokvalitných uhlíkových konštrukčných a legovaných ocelí pracujúcich pri veľkom zaťažení: hriadele, vretená, prevodové bloky, zubové spojky, račňové mechanizmy a pod. Tvrdosť dielov po kalení a vysokom popúšťaní v závislosti od triedy ocele, je 35 ... 47 HRC.

Pri vysokom temperovaní sa diely zahrievajú na teplotu 500 ... 650 ° C, udržiavajú sa na tejto teplote a ochladzujú sa na vzduchu (v niektorých prípadoch spolu s pecou). Po temperovaní bude štruktúra dielov temperovaná sorbitolom. Diel bude mať vysokú odolnosť proti opotrebeniu, pevnosť, rázovú pevnosť a relatívnu ťažnosť. V praxi sa využíva aj vysoké popúšťanie s deformáciou dielov pri ohreve (obr. 10). Diel sa deformuje medzi kritickými teplotami Ac 1 a Ac 3. Po deformácii sa diely pomaly ochladzujú na teplotu pod Ac 1, potom sa zahrievajú, udržiavajú a pomaly ochladzujú.

Ryža. 10. t - teplota; τ - čas; Ac 1, Ac 3 - kritické teploty; M n - teplota začiatku martenzitickej premeny

Zlepšenie - Toto je kalenie ocele, po ktorom nasleduje vysoké popúšťanie. Táto tepelná prevádzka sa používa pre časti strojov, ktoré pracujú pod značným, vrátane striedavého zaťaženia a sú vyrobené z konštrukčnej ocele akosti 30, 35, 40, 45, 50, 40X atď.

Starnutie je proces zmeny vlastností zliatin bez výraznej zmeny mikroštruktúry. Ak dôjde k zmene tvrdosti, pevnosti a ťažnosti za normálnych podmienok (18 ... 20 ° C), potom sa takéto starnutie nazýva prirodzené. Ak sa proces vyskytuje pri zvýšených teplotách (120 ... 150 ° C), potom sa starnutie nazýva umelé.

Pri prirodzenom starnutí diely vydržia niekoľko mesiacov, pri umelom starnutí - 24 ... 36 hodín Počas procesu starnutia je rozpustnosť chemických prvkov (uhlík, kremík a mangán, ako aj legujúce prísady) v štruktúre dielov stabilizované a spolu s nimi sú stabilizované aj konštrukcie.

Popúšťanie ako tepelné spracovanie je povinnou operáciou po kalení a vykonáva sa súčasne s kalením ihneď po ochladení dielov.

4. Chemicko-tepelné spracovanie

Povrchové kalenie. Počas prevádzky častí strojov, mechanizmov a nástrojov sa pracovné (trecie) plochy dielov a nástrojov opotrebúvajú a vyžadujú opätovné naostrenie alebo úplnú výmenu.

Opotrebenie pracovných plôch aj do malej hĺbky môže viesť k vážnym následkom. Aby pracovné povrchy mali vysokú odolnosť proti opotrebeniu, spoľahlivosť a trvanlivosť, používajú sa rôzne technologické metódy kalenia týchto povrchov. Existujú nasledujúce typy povlakov:

• jednozložkové nátery - nasýtenie povrchov jedným chemickým prvkom (kovom alebo nekovom): uhlík, dusík, chróm, tantal, mangán atď.;
• dvojzložkové nátery - nasýtenie povrchov dvoma chemickými prvkami (kov a nekov): uhlík + chróm, uhlík + bór, uhlík + dusík, uhlík + mangán, uhlík + síra atď.;
• viaczložkové nátery: uhlík + chróm + dusík, uhlík + bór + dusík, uhlík + fosfor + dusík, chróm + amónium + kremík atď.

Samostatnú skupinu tvoria povlaky vyrobené z chemických zlúčenín: karbidy, nitridy a oxidy.

Pri viditeľných rozdieloch v technologických postupoch kalenie pracovných (trecích) plôch spočíva v ich nasýtení akýmikoľvek kovmi alebo nekovmi pod vplyvom teploty alebo iných fyzikálnych a chemických procesov.

Chemicko-tepelné spracovanie podľa účelu použitia je rozdelené do dvoch skupín:

• chemicko-tepelná úprava určená na zvýšenie odolnosti proti opotrebeniu a povrchovej tvrdosti pracovných plôch dielov. Tento typ spracovania zahŕňa karburizáciu, nitridáciu, nitrokarburizáciu a difúznu metalizáciu;

• chemicko-tepelné spracovanie používané na získanie vlastností s vysokým trením (extrémny tlak). Chemický prvok, ktorý saturuje povrch dielov, zabraňuje odieraniu a lepeniu trecích povrchov. Tento typ zahŕňa sulfidáciu, pokovovanie olovom, teluráciu atď.

Chemicko-tepelné spracovanie sa teda zvyčajne nazýva technologický proces, ktorý spočíva v nasýtení povrchovej vrstvy dielov pri vysokých teplotách kovmi alebo nekovmi pomocou difúznej metódy.

Chemicko-tepelné spracovanie sa používa na zvýšenie tvrdosti, odolnosti proti opotrebovaniu, odolnosti proti korózii a únave a na dekoratívnu úpravu.

Chemicko-tepelné spracovanie dielov sa uskutočňuje v nejakom médiu (karburizátor), ktorého atómy môžu difundovať do povrchu týchto dielov. Procesy chemicko-tepelného spracovania pozostávajú z troch stupňov: disociácia, adsorpcia a difúzia. Disociácia - je uvoľňovanie atómov chemických prvkov (kovov a nekovov) schopných rozpúšťať sa v kovoch (zliatinách) častí difúziou. Tento proces prebieha v plynnom prostredí. Adsorpcia - ide o kontakt izolovaných (disociovaných) atómov chemických prvkov (kovov a nekovov) s povrchmi súčiastok a vznik chemickej väzby s kovovými atómami súčiastok.

Difúzia je proces prenikania saturujúceho prvku do atómových mriežok kovových častí.

Čím vyššia je teplota ohrevu dielov, tým rýchlejšie prejdú všetky tri stupne. Proces je obzvlášť aktívny pri teplotách rovných kritickým, pretože pri týchto teplotách dochádza k reštrukturalizácii atómových mriežok kovu častí. Počas procesu reštrukturalizácie sa atómy difúzneho prvku úspešne zavádzajú do atómových mriežok alebo nahradia atómy kovu častí v nich.

Chemicko-tepelné spracovanie má v porovnaní s tepelným spracovaním množstvo výhod:

• schopnosť spracovávať diely a nástroje akéhokoľvek tvaru, zložitosti a konfigurácie;
• rozdiel v mechanických vlastnostiach pracovnej časti častí a ich jadra;
• možnosť odstránenia porúch prehriatia následným tepelným spracovaním;
• možnosť kalenia nízkouhlíkových ocelí.

Ryža. jedenásť. 1 - pevný karburátor; 2 - svedkovia; 3 - cementačná skriňa; 4 - cementované časti

Cementácia. Cementovanie je chemicko-tepelná operácia, pri ktorej je povrchová vrstva dielov nasýtená uhlíkom. Cementovanie sa vykonáva s cieľom získať vysokú tvrdosť a odolnosť povrchu častí s vysokou rázovou pevnosťou jadra. Cementujú diely vyrobené z ocele s hmotnostným podielom uhlíka do 0,25%, pracujúce pri trení a pri striedavom zaťažení: ozubené kolesá, bloky prevodov, rozvádzacie a vačkové kladky, vačky, zdvihátka ventilov a iné diely, ako aj meracie prístroje - meradlá, šablóny, sondy a pod. Povrch dielov a nástrojov je nasýtený uhlíkom v niektorých prípadoch až do hĺbky 1,4 mm, zvyčajne je táto vrstva 0,8 mm. Hmotnostný podiel uhlíka nasýteného do povrchu dielov dosahuje 0,8 ... 1,0 %. Koncentrácia uhlíka klesá od povrchu dielu k jadru. Súčiastky vyrobené z konštrukčných uhlíkových a nízkolegovaných ocelí, ktoré nereagujú na zlepšenie kalením, sú teda podrobené karburizácii.

Pracovná kvapalina, v ktorej prebieha chemicko-tepelné spracovanie, sa nazýva karburátor. Nauhličovanie prebieha v pevných, kvapalných a plynových karburátoroch. Pre nauhličovanie v pevnom nauhličovači sa časti určené na nauhličovanie vložia do oceľového boxu (obr. 11), ktoré sa rovnomerne zalejú karburátorom. Súčasne s karburátorom sú umiestnené kontrolné vzorky, takzvaní svedkovia. Pri procese zahrievania a udržiavania sa odoberajú kontrolné vzorky, z ktorých sa určuje postup technologického procesu.

Na obr. Obrázok 12 ukazuje závislosť koncentrácie uhlíka od hĺbky nasýtenia. Pri hĺbke nasýtenia 0,1 mm teda koncentrácia uhlíka dosiahne 1 %, 0,2 mm - 0,9 %, 1 mm - 0,6 %, 1,6 mm - 0,16 %. Táto koncentrácia uhlíka v povrchoch trecích častí (ozubené kolesá, ozubené kolesá, hriadele, nápravy atď.) zabezpečuje spoľahlivosť a životnosť kontaktného páru.

Ryža. 12.

Pri cementácii v závislosti od hĺbky nasýtenia uhlíkom vznikajú rôzne mikroštruktúry (obr. 13). Pred tepelným spracovaním bude v hĺbke do 1 mm cementitová štruktúra, viac ako 1 mm - perlit a ďalej - ferit. Po tepelnom spracovaní (vytvrdnutí) bude v hĺbke do 1 mm štruktúra martenzitu, potom troostit a sorbitol. V hĺbke viac ako 2 ... 3 mm - pôvodná štruktúra.

Ryža. 13. Rôzne mikroštruktúry vytvorené počas cementovania v závislosti od hĺbky nasýtenia uhlíkom:1 - hypereutektoidná zóna (P+C); 2 - eutektoidná zóna (P); 3 - hypoeutektoidná zóna (P + F); 4 - jadro

Cementovanie v plynnom prostredí je hlavným chemicko-tepelným procesom v hromadnej výrobe. Nauhličovanie plynu sa vykonáva v muflových alebo šachtových peciach v nauhličovanej atmosfére. Atmosféra pece je karbonizovaná metánom, petrolejom alebo benzénom. Po nauhličení plynom sa používa kalenie, po ktorom nasleduje nízke popúšťanie. Plynová cementácia umožňuje riadenie procesu, čo následne vytvára podmienky pre mechanizáciu a automatizáciu výroby.

Počas cementácie sa vytvárajú tieto chyby:

• korózia povrchovej vrstvy soľami síranu bárnatého;
• znížený hmotnostný podiel uhlíka v cementovanej vrstve;
• oduhličenie, ku ktorému dochádza počas procesu chladenia v dôsledku prasklín alebo popálenín v boxoch;
• nerovnomerná hĺbka cementovanej vrstvy v dôsledku teplotných zmien v peci;
• presýtenie uhlíkom v cementovanej vrstve v dôsledku porušenia teplotných a časových režimov, ako aj v dôsledku vysokého obsahu uhličitanov v karburátore;
• malá hĺbka tmelenej vrstvy, ktorá sa vyskytuje pri nízkych teplotách a expozíciách;
• vnútorná oxidácia, ku ktorej dochádza počas nauhličovania plynu v dôsledku vysokého obsahu kyslíka v atmosfére pece.

Výskytu týchto defektov je možné predísť sledovaním chemického zloženia karburátorov, tepelných a časových podmienok. Korekcia defektov strojných častí sa vykonáva dodatočnou normalizáciou a následným chemicko-tepelným spracovaním.

Nitridácia. Nitridácia je proces chemicko-tepelného spracovania, pri ktorom sú povrchy dielov nasýtené dusíkom. Nitridácia sa vykonáva s cieľom získať vysokú tvrdosť povrchu, odolnosť proti opotrebeniu, únavovú pevnosť a odolnosť proti odieraniu, čím sa zvyšuje medza únosnosti, odolnosť voči korózii v atmosfére, sladkej vode a vodnej pare, ako aj odolnosť rôznych častí a nástrojov voči kavitácii. Nitridácia sa používa aj na dekoratívnu úpravu. Nitridovaná vrstva môže byť hlboká až 0,5 mm a mať tvrdosť 1 000 ... 1 100 HV, čo je oveľa tvrdšia ako cementit. Kvôli trvaniu procesu (až 90 hodín) a vysokým nákladom sa nitridácia používa menej často ako nauhličovanie. Proces nitridácie sa uskutočňuje v prostredí amoniaku pri teplotách 500 ... 600 °C. Pri zahrievaní sa z amoniaku uvoľňuje atómový dusík, ktorý difunduje do povrchu dielov. Na urýchlenie procesu nitridácie sa používa dvojstupňový cyklus (obr. 14). Táto technológia nitridácie urýchľuje proces 1,5 - 2 krát. Najprv sa diel zahreje na teplotu 500 ... 520 °C, potom sa uskutoční rýchly ohrev na teplotu 580 ... 600 °C a potom - dlhodobé vystavenie a chladenie spolu s pecou alebo v vzduchu.

Ryža. 14. t - teplota; τ - čas

Kvapalná nitridácia sa uskutočňuje pri teplote 570 °C v tavenine solí s obsahom dusíka. Kvapalná nitridácia zrýchľuje proces desaťnásobne a výrazne zvyšuje viskozitu dielu. Nevýhodou kvapalnej nitridácie je použitie toxických kyanidových solí.

Nitridácia je teda viacúčelová technologická operácia chemicko-tepelného spracovania, vykonávaná za účelom zvýšenia pevnosti a iných vlastností rôznych uhlíkových a legovaných konštrukčných, nástrojových a špeciálnych ocelí (korózii, žiaruvzdorných a žiaruvzdorných), žiaruvzdorné a spekané materiály, ako aj galvanické a difúzne povlaky.

Počas procesu nitridácie sa môžu vyskytnúť chyby. K deformácii a zmenám rozmerov dielov dochádza v dôsledku veľkých vnútorných napätí v dôsledku zväčšenia objemu nitridovanej vrstvy. Na odstránenie tejto chyby pri obrábaní je potrebné zmenšiť rozmery o 4 ... 6% hĺbky nitridovanej vrstvy.

Pri presýtení nitridovanej vrstvy dusíkom dochádza ku krehkosti a odlupovaniu. Na povrchu sa vytvorí krehká kôra do hĺbky 0,05 mm a odlupuje sa. Táto chyba sa dá odstrániť brúsením.

Znížená tvrdosť, bodkovaná tvrdosť alebo znížená hĺbka nitridovanej vrstvy sú defekty, ktoré vznikajú pri nedodržaní chemického zloženia prostredia, zlej príprave povrchu dielcov a porušení tepelného režimu. Aby sa predišlo vzniku týchto defektov, je potrebné dodržiavať technologické požiadavky na prípravu dielov na nitridáciu a dodržiavať postupnosť technologického procesu.

Kyanidácia a nitrokarburizácia. Kyanidácia je proces súčasného nasýtenia povrchu dielov uhlíkom a dusíkom. Časti vyrobené z ocelí s uhlíkovým hmotnostným zlomkom 0,3 ... 0,4 % sú podrobené kyanizácii. Kyanidácia sa vykonáva za účelom zvýšenia tvrdosti povrchu, pevnosti, odolnosti proti opotrebovaniu, životnosti a ďalších mechanických a prevádzkových vlastností. Kyanidácia má oproti iným typom chemicko-tepelného spracovania množstvo výhod: schopnosť spracovávať diely zložitých tvarov, krátke trvanie procesu a prakticky žiadne skrútenie alebo deformácie dielov počas spracovania. Ako nevýhody je potrebné poznamenať vysoké náklady na ochranu práce v dôsledku toxicity a vysoké náklady na kyanidové soli. To všetko výrazne zvyšuje náklady na kyanidované diely.

Existuje kvapalinová a plynová kyanidácia. Kyanidácia plynu sa nazýva nitrokarburizácia.

Kvapalná kyanidácia sa uskutočňuje v prostredí roztavených solí kyanidu sodného. Vykonáva sa pri teplote 820 ... 850 alebo 900 ... 950 °C. Proces, ktorý sa vykonáva pri teplote 820 ... 850 ° C, za 30 ... 90 minút, umožňuje získať vrstvu s hrúbkou až 0,35 mm, nasýtenú uhlíkom a dusíkom a pri 900 ... 950 ° C za 2 ... 6 hodín - vrstva do hrúbky 2 mm. Na obr. Obrázok 15 ukazuje závislosť hrúbky kyanizovanej vrstvy od teploty a trvania procesu. Napríklad pri dobe výdrže 2 hodiny pri teplote 890 °C dosahuje hĺbka kyanidovanej vrstvy 0,6 mm a pri dobe výdrže 4,5 hodiny pri teplote 830 °C - tiež 0,6 mm.

Po kyanidácii sa vykoná kalenie a nízke popúšťanie. Tvrdosť kyanizovanej vrstvy dosahuje 58 ... 62 HRC.

V praxi sa nízkoteplotná kyanidácia v roztavených kyanidových soliach používa na nauhličovanie nástrojov vyrobených z rýchlorezných ocelí. Vykonáva sa pri teplote 540 ... 560 ° C s dobou výdrže 1,0 ... 1,5 hodiny.V dôsledku tohto spracovania bude mať kyanidovaná vrstva tvrdosť 950 ... 1 100 HV.

Ryža. 15.

Hmotnostný podiel uhlíka v procese kyanizácie dosahuje 1%, dusík - 0,2%. Tieto ukazovatele závisia od kyanidačnej teploty (obr. 16).

Difúzna metalizácia. Proces nasýtenia povrchovej vrstvy dielov difúziou pri vysokej teplote

Ryža. 16. Obsah uhlíka (C) a dusíka (N) počas procesu kyanizácie

rôznych kovov sa nazýva difúzna metalizácia. Môže sa vykonávať v pevných, kvapalných a plynových karburátoroch (metalizéroch).

Pevné metalizéry sú práškové zmesi pozostávajúce z ferozliatin: ferochróm, kovový chróm, chlorid amónny atď.

Kvapalné metalizéry sú zvyčajne roztavené kovy, ako je zinok, hliník atď.

Plynové metalizátory sú prchavé chloridy kovov: hliník, chróm, kremík, titán atď.

V závislosti od použitého difúzneho kovu dielov sa rozlišujú tieto druhy difúzneho pokovovania: hliníkovanie (sýtenie hliníkom), chrómovanie, titánovanie, volfrámové pokovovanie, sulfatácia (sýtenie sírou), boridovanie atď.

Hliníkovanie uskutočnené pri teplote 700 ... 1 100 °C. V povrchovej vrstve v štruktúre α-železa sa hliník rozpúšťa, na povrchu sa vytvára hustý film oxidu hlinitého, ktorý má vysokú odolnosť proti korózii v atmosfére a morskej vode, ako aj vysokú odolnosť proti usadzovaniu pri teplotách 800 . .. 850 ° C, tvrdosť 500 HV. Hliníkovanie sa aplikuje na diely pracujúce pri zvýšených teplotách: ventily motora, kryty termočlánkov a pod. Hliníkovanie sa vykonáva nasledujúcimi spôsobmi: v práškových zmesiach, v roztavenom hliníku, elektrolýzou, v aerosóloch s hliníkom a rozprašovaním plynu. Chrómovanie podliehajúce častiam pracujúcim v agresívnom prostredí: časti parných zariadení, paro-vodné zariadenia, časti a zostavy pracujúce v plynnom prostredí pri vysokých teplotách. Chrómovanie sa vykonáva v práškových zmesiach, vákuu, roztavenom chróme, plynnom prostredí a keramických hmotách. Povrch nasýtený chrómom do hĺbky 0,15 mm je odolný voči vodnému kameňu v prostredí plynov do teploty 800 °C, v sladkej a morskej vode a v slabých kyselinách. Každá oceľ môže byť pochrómovaná. Tvrdosť chrómovej vrstvy v povrchu dosahuje 1 200 ... 1 300 HV. Na zvýšenie tvrdosti a húževnatosti sa diely po chrómovaní normalizujú.

Jedným z technologických procesov kalenia je termomechanická úprava (TMT).

Termomechanická úprava označuje kombinované metódy zmeny štruktúry a vlastností materiálov.

Termomechanické spracovanie kombinuje plastickú deformáciu a tepelné spracovanie (kalenie preddeformovanej ocele v austenitickom stave).

Výhodou termomechanického spracovania je, že s výrazným zvýšením pevnosti sa charakteristiky ťažnosti mierne znižujú a rázová húževnatosť je 1,5...2 krát vyššia v porovnaní s rázovou húževnatosťou pre rovnakú oceľ po kalení s nízkym popúšťaním.

V závislosti od teploty, pri ktorej sa deformácia uskutočňuje, sa rozlišuje vysokoteplotné termomechanické spracovanie (HTMT) a nízkoteplotné termomechanické spracovanie (LTMT).

Podstatou vysokoteplotného termomechanického spracovania je zahriatie ocele na teplotu austenitického stavu (vyššie uvedené A 3 ). Pri tejto teplote sa oceľ deformuje, čo vedie k vytvrdzovaniu austenitu. Oceľ s týmto stavom austenitu sa podrobuje kaleniu (obr. 16.1 a).

Vysokoteplotné termomechanické spracovanie prakticky eliminuje vznik popúšťacieho skrehnutia v nebezpečnom teplotnom rozsahu, oslabuje nezvratné popúšťacie skrehnutie a dramaticky zvyšuje húževnatosť pri izbovej teplote. Teplotný prah pre krehkosť za studena klesá. Vysokoteplotné termomechanické spracovanie zvyšuje odolnosť proti krehkému lomu a znižuje citlivosť na praskanie pri tepelnom spracovaní.

Ryža. 16.1. Schéma spôsobov termomechanického spracovania ocele: a – vysokoteplotné termomechanické spracovanie (HTMT); b – nízkoteplotná termomechanická úprava (LTMT).

Vysokoteplotné termomechanické spracovanie môže byť efektívne použité pre uhlíkové, legované, konštrukčné, pružinové a nástrojové ocele.

Pre udržanie vysokých hodnôt pevnosti sa vykonáva následné popúšťanie pri teplote 100...200 o C.

Nízkoteplotné termomechanické spracovanie (ausforming).

Oceľ sa zahrieva do austenitického stavu. Potom sa udržiava pri vysokej teplote, ochladí sa na teplotu nad teplotou začiatku martenzitickej premeny (400...600 o C), ale pod teplotou rekryštalizácie a pri tejto teplote sa vykonáva tlakové spracovanie a kalenie ( Obr. 16.1 b).

Nízkoteplotné termomechanické spracovanie, hoci poskytuje vyššie spevnenie, neznižuje tendenciu ocele ku krehkosti pri popúšťaní. Okrem toho vyžaduje vysoký stupeň deformácie (75...95%), takže je potrebné výkonné vybavenie.

Nízkoteplotné termomechanické spracovanie sa aplikuje na martenzitom kalené stredne uhlíkové legované ocele, ktoré majú sekundárnu stabilitu austenitu.

Nárast pevnosti pri termomechanickom spracovaní sa vysvetľuje tým, že v dôsledku deformácie austenitu dochádza k drveniu jeho zŕn (blokov). Rozmery blokov sa oproti klasickému kaleniu zmenší dvoj- až štvornásobne. Zvyšuje sa aj hustota dislokácií. Pri následnom kalení takéhoto austenitu sa vytvoria menšie martenzitické platne a znížia sa napätia.

Mechanické vlastnosti po rôznych typoch TMT pre inžinierske ocele majú v priemere nasledujúce charakteristiky (pozri tabuľku 16.1):

Tabuľka 16.1. Mechanické vlastnosti ocelí po TMT

Test

Vo vede o materiáloch

Na tému: „Tepelné spracovanie kovov a zliatin“

Iževsk

1. Úvod

2. Účel a druhy tepelného spracovania

4.Kolenie

6.Starnutie

7. Liečba chladom

8.Termomechanické spracovanie

9. Účel a druhy chemicko-tepelného spracovania

10. Tepelné spracovanie zliatin neželezných kovov

11.Záver

12.Literatúra

Úvod

Tepelné spracovanie sa používa v rôznych fázach výroby strojných dielov a kovových výrobkov. V niektorých prípadoch môže ísť o medzioperačnú operáciu, ktorá slúži na zlepšenie opracovateľnosti zliatin tlakom a rezaním, v iných o konečnú operáciu, ktorá poskytuje potrebný súbor ukazovateľov mechanických, fyzikálnych a prevádzkových vlastností výrobkov alebo polotovarov. - hotové výrobky. Polotovary sa podrobujú tepelnému spracovaniu, aby sa zlepšila štruktúra, znížila tvrdosť (zlepšená spracovateľnosť) a diely - aby sa im dali určité požadované vlastnosti (tvrdosť, odolnosť proti opotrebeniu, pevnosť a iné).

V dôsledku tepelného spracovania sa vlastnosti zliatin môžu meniť v širokých medziach. Možnosť výrazného zvýšenia mechanických vlastností po tepelnom spracovaní v porovnaní s východiskovým stavom umožňuje zvýšiť prípustné namáhanie, znížiť rozmery a hmotnosť strojov a mechanizmov, zvýšiť spoľahlivosť a životnosť výrobkov. Zlepšenie vlastností v dôsledku tepelného spracovania umožňuje použitie zliatin jednoduchšieho zloženia, a teda lacnejšie. Zliatiny získavajú aj niektoré nové vlastnosti, a preto sa ich rozsah použitia rozširuje.

Účel a druhy tepelného spracovania

Tepelné (tepelné) spracovanie označuje procesy, ktorých podstatou je zahrievanie a ochladzovanie výrobkov podľa určitých režimov, výsledkom čoho sú zmeny v štruktúre, fázovom zložení, mechanických a fyzikálnych vlastnostiach materiálu, bez zmeny chemického zloženia.

Účelom tepelného spracovania kovov je získať požadovanú tvrdosť a zlepšiť pevnostné charakteristiky kovov a zliatin. Tepelné spracovanie sa delí na tepelné, termomechanické a chemicko-tepelné. Tepelné spracovanie je len tepelná expozícia, termomechanické je kombináciou tepelnej expozície a plastickej deformácie, chemicko-tepelné je kombináciou tepelnej a chemickej expozície. Tepelné spracovanie, v závislosti od štrukturálneho stavu získaného jeho aplikáciou, sa delí na žíhanie (prvý a druhý druh), kalenie a popúšťanie.

Žíhanie

Žíhanie – tepelné spracovanie pozostáva z ohrevu kovu na určité teploty, jeho udržiavania a následného veľmi pomalého ochladzovania spolu s pecou. Používa sa na zlepšenie rezania kovov, zníženie tvrdosti, získanie štruktúry zŕn a tiež na uvoľnenie napätia, čiastočne (alebo úplne) odstraňuje všetky druhy nehomogenít, ktoré sa do kovu dostali počas predchádzajúcich operácií (obrábanie, tlakové spracovanie, odlievanie, zváranie), zlepšuje štruktúru ocele.

Žíhanie prvého druhu. Ide o žíhanie, pri ktorom nedochádza k žiadnym fázovým premenám, a ak k nim dôjde, neovplyvnia konečné výsledky určené na zamýšľaný účel. Rozlišujú sa tieto typy žíhania prvého druhu: homogenizácia a rekryštalizácia.

Homogenizácia– ide o žíhanie s dlhou expozíciou pri teplotách nad 950ºС (zvyčajne 1100–1200ºС), aby sa vyrovnalo chemické zloženie.

Rekryštalizácia- Ide o žíhanie kalenej ocele na teplotu presahujúcu teplotu, pri ktorej začína rekryštalizácia, s cieľom eliminovať kalenie a získať určitú veľkosť zrna.

Žíhanie druhého druhu. Toto je žíhanie, pri ktorom fázové transformácie určujú jeho zamýšľaný účel. Rozlišujú sa tieto typy: úplný, neúplný, difúzny, izotermický, ľahký, normalizovaný (normalizácia), sféroidizačný (pre granulovaný perlit).

Úplné žíhanie vyrába sa zahrievaním ocele na 30–50 °C nad kritickým bodom, udržiavaním na tejto teplote a pomalým ochladzovaním na 400–500 °C rýchlosťou 200 °C za hodinu pre uhlíkové ocele, 100 °C za hodinu pre nízkolegované ocele a 50 °C za hodinu pre vysokolegované ocele. Štruktúra ocele po žíhaní je rovnovážna a stabilná.

Čiastočné žíhanie vyrába sa zahrievaním ocele na jednu z teplôt nachádzajúcich sa v oblasti transformácie, udržiavaním a pomalým ochladzovaním. Čiastočné žíhanie sa používa na zníženie vnútorných napätí, zníženie tvrdosti a zlepšenie obrobiteľnosti.

Difúzne žíhanie. Kov sa zahrieva na teploty 1100–1200ºС, pretože v tomto prípade prebiehajú difúzne procesy potrebné na vyrovnanie chemického zloženia úplnejšie.

Izotermické žíhanie je nasledovná: oceľ sa zahreje a potom rýchlo ochladí (zvyčajne prenesením do inej pece) na teplotu pod kritickú teplotu o 50–100ºС. Používa sa hlavne na legované ocele. Ekonomicky výhodné, keďže trvanie klasického žíhania je (13 – 15) hodín a izotermického žíhania (4 – 6) hodín

Sferoidizačné žíhanie (na granulovanom perlite) pozostáva zo zahriatia ocele nad kritickú teplotu o 20 - 30 °C, jej udržania na tejto teplote a pomalého ochladzovania.

Svetlé žíhanie vykonávané podľa režimov úplného alebo neúplného žíhania s použitím ochranných atmosfér alebo v peciach s čiastočným vákuom. Používa sa na ochranu kovového povrchu pred oxidáciou a oduhličením.

Normalizácia– pozostáva zo zahriatia kovu na teplotu (30–50) ºС nad kritickým bodom a následného ochladenia na vzduchu. Účel normalizácie sa líši v závislosti od zloženia ocele. Namiesto žíhania sa nízkouhlíkové ocele normalizujú. Pri stredne uhlíkových oceliach sa namiesto kalenia a vysokého popúšťania používa normalizácia. Vysokouhlíkové ocele sa podrobujú normalizácii, aby sa odstránila cementitová sieť. Na korekciu štruktúry legovaných ocelí sa namiesto žíhania používa normalizácia, po ktorej nasleduje vysoké popúšťanie. Normalizácia v porovnaní s žíhaním je ekonomickejšia operácia, pretože nevyžaduje chladenie pecou.

Otužovanie

Otužovanie– ide o zahriatie na optimálnu teplotu, zotrvanie a následné rýchle ochladenie s cieľom získať nerovnovážnu štruktúru.

V dôsledku kalenia sa zvyšuje pevnosť a tvrdosť ocele a znižuje sa ťažnosť ocele. Hlavnými parametrami pri kalení sú teplota ohrevu a rýchlosť chladenia. Kritická rýchlosť kalenia je rýchlosť ochladzovania, ktorá zaisťuje vytvorenie štruktúry - martenzitu alebo martenzitu a zadržaného austenitu.

V závislosti od tvaru dielu, triedy ocele a požadovaného súboru vlastností sa používajú rôzne spôsoby kalenia.

Kalenie v jednom chladiči. Diel sa zahreje na kaliacu teplotu a ochladí v jednom chladiči (voda, olej).

Kalenie v dvoch prostrediach (prerušované kalenie)– ide o kalenie, pri ktorom sa dielec ochladzuje postupne v dvoch prostrediach: prvým médiom je chladiaca kvapalina (voda), druhým vzduch alebo olej.

Krokové otužovanie. Diel zohriaty na kaliacu teplotu sa ochladí v roztavených soliach, po dobe potrebnej na vyrovnanie teploty v celom priereze sa diel ochladí na vzduchu, čo pomáha znižovať kaliace napätia.

Izotermické vytvrdzovanie rovnako ako stupňovitý sa vyrába v dvoch chladiacich prostrediach. Teplota horúceho média (solné, dusičnanové alebo alkalické kúpele) je rôzna: závisí od chemického zloženia ocele, ale je vždy 20–100 °C nad bodom martenzitickej premeny pre danú oceľ. Konečné ochladenie na teplotu miestnosti sa uskutoční na vzduchu. Izotermické kalenie je široko používané pre diely vyrobené z vysokolegovaných ocelí. Po izotermickom kalení oceľ získava vlastnosti vysokej pevnosti, to znamená kombináciu vysokej húževnatosti a pevnosti.

Kalenie samotemperovaním Je široko používaný pri výrobe nástrojov. Proces spočíva v tom, že diely sú udržiavané v chladiacom médiu nie až do úplného ochladenia, ale v určitom momente sú z neho odstránené, aby sa v jadre dielu udržalo určité množstvo tepla. ktoré sa uskutočňuje následné temperovanie.

Dovolenka

Dovolenka oceľ je konečná operácia tepelného spracovania, ktorá tvorí štruktúru, a teda vlastnosti ocele. Popúšťanie spočíva v zahrievaní ocele na rôzne teploty (v závislosti od typu popúšťania, ale vždy pod kritickým bodom), jej udržiavaní na tejto teplote a ochladzovaní rôznymi rýchlosťami. Účelom popúšťania je zmierniť vnútorné napätia vznikajúce počas procesu kalenia a získať potrebnú štruktúru.

V závislosti od teploty ohrevu kaleného dielu sa rozlišujú tri druhy popúšťania: vysoké, stredné a nízke.

Vysoká dovolenka vyrobené pri teplotách ohrevu nad 350 – 600 °C, ale pod kritickým bodom; takéto popúšťanie sa používa pre konštrukčné ocele.

Priemerná dovolenka vyrábané pri teplotách ohrevu 350 – 500 °C; Takéto popúšťanie je široko používané pre pružinové a pružinové ocele.

Nízka dovolenka vyrábané pri teplotách 150 – 250 °C. Tvrdosť dielu po kalení zostáva takmer nezmenená; nízke popúšťanie sa používa pre uhlíkové a legované nástrojové ocele, ktoré vyžadujú vysokú tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu.

Kontrola temperovania sa vykonáva tak, že sa na povrchu dielu objavia matné farby.

Starnutie

Starnutie je proces zmeny vlastností zliatin bez badateľných zmien v mikroštruktúre. Sú známe dva typy starnutia: tepelné a deformačné.

Tepelné starnutie vzniká v dôsledku zmien rozpustnosti uhlíka v železe v závislosti od teploty.

Ak pri izbovej teplote dôjde k zmene tvrdosti, ťažnosti a pevnosti, potom sa takémuto starnutiu hovorí prirodzené.

Ak proces prebieha pri zvýšených teplotách, potom sa nazýva starnutie umelé.

Deformačné (mechanické) starnutie vzniká po plastickej deformácii za studena.

Liečba chladom

Nový typ tepelného spracovania na zvýšenie tvrdosti ocele premenou zadržaného austenitu kalenej ocele na martenzit. To sa robí ochladením ocele na teplotu dolného martenzitického bodu.

Metódy povrchového kalenia

Povrchové kalenie je proces tepelného spracovania, ktorý zahŕňa zahriatie povrchovej vrstvy ocele na teplotu nad kritickú a následné ochladenie, aby sa v povrchovej vrstve získala martenzitická štruktúra.

Rozlišujú sa tieto typy: indukčné kalenie; kalenie v elektrolyte, kalenie zahriatím vysokofrekvenčnými prúdmi (HF), kalenie ohrevom plynovým plameňom.

Indukčné kalenie je založená na fyzikálnom jave, ktorého podstatou je, že vysokofrekvenčný elektrický prúd prechádzajúci vodičom vytvára okolo neho elektromagnetické pole. Na povrchu časti umiestnenej v tomto poli sa indukujú vírivé prúdy, ktoré spôsobujú zahrievanie kovu na vysoké teploty. To umožňuje fázové transformácie.

V závislosti od spôsobu ohrevu je indukčné kalenie rozdelené do troch typov:

súčasné zahrievanie a vytvrdzovanie celého povrchu (používa sa pre malé časti);

sekvenčné zahrievanie a kalenie jednotlivých sekcií (používa sa pre kľukové hriadele a podobné časti);

kontinuálne sekvenčné zahrievanie a ochladzovanie pohybom (používa sa pri dlhých dieloch).

Kalenie plynovým plameňom. Proces vytvrdzovania plynovým plameňom spočíva v rýchlom zahriatí povrchu dielu acetylénovo-kyslíkovým, plynovo-kyslíkovým alebo kyslíkovo-petrolejovým plameňom na vytvrdzovaciu teplotu, po ktorom nasleduje ochladenie vodou alebo emulziou.

Kalenie v elektrolyte. Proces vytvrdzovania v elektrolyte je nasledovný: diel, ktorý sa má vytvrdzovať, sa spustí do kúpeľa s elektrolytom (5–10 % roztok kalcinovanej soli) a prechádza ním prúd 220–250 V. časť sa zahrieva na vysoké teploty. Diel sa ochladí buď v rovnakom elektrolyte (po vypnutí prúdu) alebo v špeciálnej kaliacej nádrži.

Termomechanická úprava

Termomechanické spracovanie (T.M.O.) je nová metóda spevnenia kovov a zliatin pri zachovaní dostatočnej ťažnosti, kombinujúca plastickú deformáciu a spevnenie tepelné spracovanie (kalenie a popúšťanie). Existujú tri hlavné spôsoby termomechanického spracovania.

Nízkoteplotné termomechanické spracovanie (L.T.M.O.) je založená na stupňovitom kalení, to znamená, že plastická deformácia ocele sa uskutočňuje pri teplotách relatívnej stability austenitu, po ktorej nasleduje kalenie a popúšťanie.

Vysokoteplotné termomechanické spracovanie (H.T.M.O.) plastická deformácia sa uskutočňuje pri teplotách stability austenitu, po ktorej nasleduje kalenie a popúšťanie.

Predbežná termomechanická úprava (P.T.M.O.) deformácia v tomto prípade môže byť uskutočnená pri teplotách N.T.M.O a V.T.M.O alebo pri teplote 20 °C. Ďalej sa vykonáva obvyklé tepelné spracovanie: kalenie a popúšťanie.

Tepelné spracovanie zliatin je neoddeliteľnou súčasťou výrobného procesu železnej a neželeznej metalurgie. V dôsledku tohto postupu sú kovy schopné zmeniť svoje charakteristiky na požadované hodnoty. V tomto článku sa pozrieme na hlavné typy tepelného spracovania používané v modernom priemysle.

Podstata tepelného spracovania

Počas výrobného procesu sú polotovary a kovové diely podrobené tepelnému spracovaniu, aby získali požadované vlastnosti (pevnosť, odolnosť proti korózii a opotrebovaniu atď.). Tepelné spracovanie zliatin je súbor umelo vytvorených procesov, pri ktorých dochádza v zliatinách vplyvom vysokých teplôt k štrukturálnym a fyzikálno-mechanickým zmenám, ale chemické zloženie látky je zachované.

Účel tepelného spracovania

Kovové výrobky, ktoré sa denne používajú v akomkoľvek odvetví národného hospodárstva, musia spĺňať vysoké požiadavky na odolnosť proti opotrebovaniu. Kov ako surovina potrebuje zlepšiť potrebné úžitkové vlastnosti, ktoré možno dosiahnuť vystavením vysokým teplotám. Tepelné vysoké teploty menia pôvodnú štruktúru látky, prerozdeľujú jej zložky a transformujú veľkosť a tvar kryštálov. To všetko vedie k minimalizácii vnútorného napätia kovu a tým k zvýšeniu jeho fyzikálno-mechanických vlastností.

Druhy tepelného spracovania

Tepelné spracovanie kovových zliatin spočíva v troch jednoduchých procesoch: zahriatie suroviny (polotovaru) na požadovanú teplotu, jej udržanie v stanovených podmienkach po požadovanú dobu a rýchle ochladenie. V modernej výrobe sa používa niekoľko typov tepelného spracovania, ktoré sa líšia v niektorých technologických vlastnostiach, ale procesný algoritmus vo všeobecnosti zostáva všade rovnaký.

V závislosti od spôsobu implementácie môže byť tepelné spracovanie nasledujúcich typov:

• Tepelné (kalenie, popúšťanie, žíhanie, starnutie, kryogénne spracovanie).
• Termomechanické spracovanie zahŕňa spracovanie pri vysokých teplotách v kombinácii s mechanickým namáhaním zliatiny.
• Chemicko-tepelné spracovanie zahŕňa tepelné spracovanie kovu s následným obohatením povrchu výrobku chemickými prvkami (uhlík, dusík, chróm atď.).

Žíhanie

Žíhanie je výrobný proces, pri ktorom sa kovy a zliatiny ohrievajú na danú teplotu a následne spolu s pecou, ​​v ktorej proces prebiehal, veľmi pomaly prirodzene chladnú. V dôsledku žíhania je možné eliminovať nehomogenity v chemickom zložení látky, zmierniť vnútorné pnutie, dosiahnuť štruktúru zrna a ako takú ju zlepšiť, ako aj znížiť tvrdosť zliatiny pre uľahčenie jej ďalšieho spracovania. Existujú dva typy prvého a druhého druhu.

Žíhanie prvého druhu zahŕňa tepelné spracovanie, v dôsledku čoho sú zmeny fázového stavu zliatiny nevýznamné alebo úplne chýbajú. Má tiež svoje vlastné odrody: homogenizovaná - teplota žíhania je 1100-1200, za takýchto podmienok sa zliatiny uchovávajú 8-15 hodín, rekryštalizácia (pri t 100-200) žíhanie sa používa pre nitovanú oceľ, to znamená deformovanú pri už je zima.

Žíhanie druhého rádu vedie k významným fázovým zmenám v zliatine. Má tiež niekoľko odrôd:

• Úplné žíhanie je zahriatie zliatiny o 30-50 °C nad kritickú teplotnú charakteristiku danej látky a ochladzovanie určenou rýchlosťou (200/hod - uhlíkové ocele, 100/hod a 50/hod - nízkolegované a vysokolegované ocele, resp. ).
• Neúplné - zahrievanie na kritický bod a pomalé chladenie.
• Difúzia - teplota žíhania 1100-1200.
• K izotermickému ohrevu dochádza rovnakým spôsobom ako pri úplnom žíhaní, ale potom sa uskutoční rýchle ochladenie na teplotu mierne pod kritickú a nechá sa vychladnúť na vzduchu.
• Normalizované - úplné žíhanie, po ktorom nasleduje ochladenie kovu na vzduchu a nie v peci.

Otužovanie

Kalenie je manipulácia so zliatinou, ktorej účelom je dosiahnuť martenzitickú premenu kovu, čím sa zníži ťažnosť výrobku a zvýši sa jeho pevnosť. Kalenie, rovnako ako žíhanie, zahŕňa zahrievanie kovu v peci nad kritickú teplotu na teplotu kalenia, rozdiel je vo vyššej rýchlosti ochladzovania, ku ktorému dochádza v kúpeli kvapaliny. V závislosti od kovu a dokonca aj jeho tvaru sa používajú rôzne typy kalenia:

• Kalenie v jednom prostredí, to znamená v jednom kúpeli s kvapalinou (voda na veľké časti, olej na malé časti).
• Prerušované ochladzovanie - chladenie prebieha v dvoch po sebe nasledujúcich stupňoch: najprv v kvapaline (ostrejšie chladivo) na teplotu približne 300 °C, potom na vzduchu alebo v inom olejovom kúpeli.
• Stupňovité - keď produkt dosiahne vytvrdzovaciu teplotu, nejaký čas sa ochladí v roztavených soliach a nasleduje ochladenie na vzduchu.
• Izotermická - technológia je veľmi podobná krokovému kaleniu, líši sa len časom expozície produktu pri teplote martenzitickej transformácie.
• Kalenie s vlastným temperovaním sa líši od iných typov tým, že vyhrievaný kov nie je úplne ochladený, takže v strede dielu zostáva teplá oblasť. V dôsledku tejto manipulácie produkt získava vlastnosti zvýšenej pevnosti na povrchu a vysokej viskozity v strede. Táto kombinácia je mimoriadne potrebná pre bicie nástroje (kladivá, dláta atď.)

Dovolenka

Kalenie je konečná fáza tepelného spracovania zliatin, určujúca konečnú štruktúru kovu. Hlavným účelom temperovania je znížiť krehkosť kovového výrobku. Princíp spočíva v zahriatí dielu na teplotu pod kritickú a jeho ochladení. Pretože sa režimy tepelného spracovania a rýchlosti chladenia kovových výrobkov na rôzne účely môžu líšiť, existujú tri typy temperovania:

• Vysoká teplota ohrevu od 350 do 600 na hodnotu pod kritickú. Tento postup sa najčastejšie používa pri kovových konštrukciách.
• Stredná - tepelné spracovanie pri t 350-500, bežné pre pružinové produkty a listové pružiny.
• Nízka - teplota ohrevu produktu nie je vyššia ako 250, čo vám umožňuje dosiahnuť vysokú pevnosť a odolnosť dielov proti opotrebovaniu.

Starnutie

Starnutie je tepelné spracovanie zliatin, ktoré spôsobuje rozklad presýteného kovu po vytvrdnutí. Výsledkom starnutia je zvýšenie hraníc tvrdosti, tekutosti a pevnosti hotového výrobku. Nielen liatina, ale aj ľahko deformovateľné hliníkové zliatiny podliehajú starnutiu. Ak sa kovový výrobok vystavený vytvrdzovaniu udržuje pri normálnej teplote, vyskytujú sa v ňom procesy, ktoré vedú k spontánnemu zvýšeniu pevnosti a zníženiu ťažnosti. Toto sa nazýva prirodzené.Ak sa rovnaká manipulácia vykoná v podmienkach zvýšenej teploty, bude sa to nazývať umelé starnutie.

Kryogénna liečba

Zmeny v štruktúre zliatin, a teda aj ich vlastnostiach, je možné dosiahnuť nielen pri vysokých, ale aj pri extrémne nízkych teplotách. Tepelné spracovanie zliatin pri teplotách pod nulou sa nazýva kryogénne. Táto technológia je široko používaná v rôznych odvetviach národného hospodárstva ako doplnok k vysokoteplotnému tepelnému spracovaniu, pretože môže výrazne znížiť náklady na tepelné vytvrdzovanie výrobkov.

Kryogénne spracovanie zliatin sa vykonáva pri t -196 v špeciálnom kryogénnom procesore. Táto technológia dokáže výrazne zvýšiť životnosť ošetreného dielu a antikorózne vlastnosti, ako aj eliminovať potrebu opakovaných úprav.

Termomechanická úprava

Nový spôsob spracovania zliatin spája spracovanie kovov pri vysokých teplotách s mechanickou deformáciou výrobkov v plastickom stave. Termomechanická úprava (TMT) môže byť troch typov podľa spôsobu realizácie:

• Nízkoteplotné TMT pozostáva z dvoch fáz: plastickej deformácie, po ktorej nasleduje kalenie a popúšťanie dielu. Hlavným rozdielom od iných typov TMT je teplota ohrevu do austenitického stavu zliatiny.
• Vysokoteplotné TMT zahŕňa zahrievanie zliatiny do martenzitického stavu v kombinácii s plastickou deformáciou.
• Predbežná deformácia sa uskutočňuje pri t 20, po ktorej nasleduje kalenie a popúšťanie kovu.

Chemicko-tepelné spracovanie

Štruktúru a vlastnosti zliatin je možné meniť aj pomocou chemicko-tepelného spracovania, ktoré kombinuje tepelné a chemické účinky na kovy. Konečným cieľom tohto postupu je, okrem udelenia zvýšenej pevnosti, tvrdosti a odolnosti proti opotrebeniu produktu, tiež poskytnúť dielu odolnosť voči kyselinám a požiarnu odolnosť. Táto skupina zahŕňa nasledujúce typy tepelného spracovania:

• Cementácia sa vykonáva, aby povrch produktu dodal dodatočnú pevnosť. Podstatou postupu je nasýtenie kovu uhlíkom. Cementovanie sa môže vykonávať dvoma spôsobmi: pevným a plynovým nauhličovaním. V prvom prípade sa spracovávaný materiál spolu s uhlím a jeho aktivátorom vloží do pece a zahreje sa na určitú teplotu, následne sa v tomto prostredí udržiava a ochladí. V prípade nauhličovania plynom sa produkt zahrieva v peci na 900 °C pod kontinuálnym prúdom plynu obsahujúceho uhlík.
• Nitridácia je chemicko-tepelná úprava kovových výrobkov saturáciou ich povrchu v dusíkovom prostredí. Výsledkom tohto postupu je zvýšenie pevnosti dielu v ťahu a zvýšenie jeho odolnosti proti korózii.
• Kyanidácia je nasýtenie kovu dusíkom aj uhlíkom. Médium môže byť kvapalné (roztavené soli obsahujúce uhlík a dusík) a plynné.
• Difúzna metalizácia je moderná metóda dodávania tepelnej odolnosti, odolnosti voči kyselinám a odolnosti voči opotrebovaniu kovovým výrobkom. Povrch takýchto zliatin je nasýtený rôznymi kovmi (hliník, chróm) a metaloidmi (kremík, bór).

Vlastnosti tepelného spracovania liatiny

Zliatiny liatiny sa podrobujú tepelnému spracovaniu trochu odlišnou technológiou ako zliatiny neželezných kovov. Liatina (sivá, vysokopevná, legovaná) prechádza nasledujúcimi druhmi tepelného spracovania: žíhanie (pri t 500-650 -), normalizácia, kalenie (kontinuálne, izotermické, povrchové), popúšťanie, nitridácia (sivá liatina), hliníkovanie (perlitická liatina), chrómovanie. Všetky tieto postupy vďaka tomu výrazne zlepšujú vlastnosti finálnych liatinových výrobkov: zvyšujú životnosť, eliminujú možnosť vzniku trhlín pri používaní výrobku, zvyšujú pevnosť a tepelnú odolnosť liatiny.

Tepelné spracovanie neželezných zliatin

Neželezné kovy a zliatiny majú rôzne vlastnosti, a preto sa spracúvajú rôznymi metódami. Zliatiny medi teda prechádzajú rekryštalizačným žíhaním, aby sa vyrovnalo chemické zloženie. Pre mosadz sa poskytuje technológia nízkoteplotného žíhania (200-300), pretože táto zliatina je náchylná na spontánne praskanie vo vlhkom prostredí. Bronz je podrobený homogenizácii a žíhaniu pri teplotách do 550 °C. Horčík je žíhaný, tvrdený a podrobený umelému starnutiu (u tvrdeného horčíka nedochádza k prirodzenému starnutiu). Hliník, podobne ako horčík, je podrobený trom metódam tepelného spracovania: žíhanie, kalenie a starnutie, po ktorých deformovaný materiál výrazne zvyšuje svoju pevnosť. Spracovanie titánových zliatin zahŕňa: kalenie, starnutie, nitridáciu a nauhličovanie.

Zhrnutie

Tepelné spracovanie kovov a zliatin je hlavným technologickým procesom v železnej aj neželeznej metalurgii. Moderné technológie disponujú rôznymi spôsobmi tepelného spracovania, ktoré umožňujú dosiahnuť požadované vlastnosti každého druhu spracovávaných zliatin. Každý kov má svoju vlastnú kritickú teplotu, čo znamená, že tepelné spracovanie sa musí vykonať s prihliadnutím na štrukturálne a fyzikálno-chemické vlastnosti látky. V konečnom dôsledku to umožní nielen dosiahnuť požadované výsledky, ale aj výrazne zefektívniť výrobné procesy.