Tērauda atkausēšana kā termiskās apstrādes veids. Metāla tehnoloģija

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-02 13:59

Jaunu materiālu radīšana un to īpašību kontrole ir metāla tehnoloģiju māksla. Viens no tā instrumentiem ir termiskā apstrāde. Šie procesi dod iespēju mainīt sakausējumu raksturlielumus un attiecīgi arī lietošanas jomas. Tērauda atkausēšana ir plaši izmantota iespēja, lai novērstu izstrādājumu ražošanas defektus, palielinātu to izturību un uzticamību.

Apstrādāt uzdevumus un to šķirnes

Atlaidināšanas darbības tiek veiktas ar mērķi:

• intrakristāliskās struktūras optimizācija, leģējošu elementu sakārtošana;
• iekšējo kropļojumu un spriedzes samazināšana strauju procesa temperatūras svārstību dēļ;
• objektu elastības palielināšana turpmākai griešanai.

Klasiskā operācija tiek saukta par “pilnu atkvēlināšanu”, tomēr ir vairākas tās šķirnes atkarībā no norādītajām īpašībām un uzdevumu raksturlielumiem: nepilnīga, zema, difūzija (homogenizācija),izotermiska, rekristalizācija, normalizācija. Principā tie visi ir līdzīgi, tomēr tēraudu termiskās apstrādes režīmi būtiski atšķiras.

Termiskā apstrāde, pamatojoties uz diagrammu

Visas pārvērtības melnajā metalurģijā, kuru pamatā ir temperatūras spēle, skaidri atbilst dzelzs-oglekļa sakausējumu diagrammai. Tas ir vizuāls palīglīdzeklis oglekļa tēraudu vai čuguna mikrostruktūras, kā arī konstrukciju transformācijas punktu un to pazīmju noteikšanai sildīšanas vai dzesēšanas ietekmē.

Metāla tehnoloģija regulē visu veidu oglekļa tēraudu atkausēšanu, izmantojot šo grafiku. Nepilnīgai, zemai un arī pārkristalizācijai “sākuma” temperatūras vērtības ir PSK līnija, proti, tās kritiskais punkts Ac₁. Tērauda pilnīga atkausēšana un normalizācija ir termiski orientēta uz GSE diagrammas līniju, tās kritiskajiem punktiem Ac₃ un Ac_{m. Diagramma arī skaidri parāda noteiktas termiskās apstrādes metodes saistību ar materiāla veidu oglekļa satura ziņā un atbilstošo tās ieviešanas iespēju konkrētam sakausējumam.}

Pilna atkausēšana

Objekti: lējumi un kalumi no hipoeutektoīda sakausējuma, savukārt tērauda sastāvam ir jāuzpilda ogleklis līdz 0,8%.

Mērķis:

• maksimālas izmaiņas mikrostruktūrā, kas iegūta ar liešanu un karsto spiedienu, neviendabīgo rupji graudaino ferīta-perlīta sastāvu veidojot viendabīgā smalkgraudainā;
• samazina cietību un palielina elastību turpmākai apstrādeigriešana.

Tehnoloģijas. Tērauda atkausēšanas temperatūra ir par 30-50˚С augstāka par kritisko punktu Ac_{3. Kad metāls sasniedz noteiktos termiskos raksturlielumus, tie kādu laiku tiek uzturēti šajā līmenī, kas ļauj veikt visas nepieciešamās pārvērtības. Lieli perlīta un ferīta graudi pilnībā pārvēršas austenītā. Nākamais posms ir lēna dzesēšana kopā ar krāsni, kuras laikā ferīts un perlīts atkal tiek atdalīti no austenīta, kuram ir smalki graudi un vienmērīga struktūra.}

Pilnīga tērauda atkausēšana ļauj novērst vissarežģītākos iekšējos defektus, tomēr tā ir ļoti ilga un energoietilpīga.

Nepilnīga atkausēšana

Objekti: hipoeutektoīds tērauds bez nopietnām iekšējām neviendabībām.

Mērķis: perlīta graudu slīpēšana un mīkstināšana, nemainot ferīta bāzi.

Tehnoloģijas. Metāla karsēšana līdz temperatūrai, kas atrodas intervālā starp kritiskajiem punktiem Ac₁ un Ac_{3. Sagatavju ekspozīcija krāsnī ar stabiliem raksturlielumiem veicina nepieciešamo procesu pabeigšanu. Atdzesēšana notiek lēnām, kopā ar cepeškrāsni. Izejā tiek iegūta tāda pati perlīta-ferīta smalkgraudaina struktūra. Ar šādu termisko efektu perlīts pārvēršas smalkgraudainā, savukārt ferīts paliek nemainīgs kristālisks un var mainīties tikai strukturāli, arī slīpējot.}

Nepilnīga tērauda atkausēšana ļauj līdzsvarot vienkāršu objektu iekšējo stāvokli un īpašības, tā ir mazāk energoietilpīga.

Zema atkausēšana(pārkristalizācija)

Objekti: visa veida velmētais oglekļa tērauds, leģēts tērauds ar oglekļa saturu 0,65% robežās (piemēram, lodīšu gultņi), detaļas un sagataves no krāsainajiem metāliem, kam nav nopietnu iekšēju defektu, bet nepieciešams zema enerģijas patēriņa korekcija.

Mērķis:

• iekšējo spriegumu un sacietēšanas noņemšana gan aukstās, gan karstās deformācijas ietekmē;
• novērst metināto konstrukciju nevienmērīgas dzesēšanas negatīvās sekas, palielināt šuvju plastiskumu un izturību;
• krāsainās metalurģijas izstrādājumu mikrostruktūras viendabīgums;
• lamelārā perlīta sferoidizācija - piešķirot tam graudainu formu.

Tehnoloģija.

Daļas tiek uzkarsētas par 50–100˚C zem kritiskā punkta Ac_{1. Šādas ietekmes ietekmē tiek novērstas nelielas iekšējās izmaiņas. Viss tehnoloģiskais process aizņem apmēram 1-1,5 stundas. Aptuvenie temperatūras diapazoni dažiem materiāliem:}

1. Oglekļa tērauds un vara sakausējumi - 600–700˚C.
2. Niķeļa sakausējumi - 800–1200˚C.
3. Alumīnija sakausējumi - 300–450˚C.

Dzesēšana tiek veikta gaisā. Martensīta un beinīta tēraudiem metāla tehnoloģija nodrošina šim procesam citu nosaukumu - augsta rūdīšana. Tas ir vienkāršs un pieejamu veids, kā uzlabot detaļu un konstrukciju īpašības.

Homogenizācija (difūzijas atkausēšana)

Objekti: lieli liešanas izstrādājumi, īpaši lējumileģētais tērauds.

Mērķis: vienmērīgs sakausējuma elementu atomu sadalījums pa kristāla režģiem un visu lietņa tilpumu augstas temperatūras difūzijas rezultātā; sagataves struktūras mīkstināšana, tās cietības samazināšana pirms turpmāko tehnoloģisko darbību veikšanas.

Tehnoloģijas. Materiāls tiek uzkarsēts līdz augstām temperatūrām 1000-1200˚С. Stabili siltuma raksturlielumi jāsaglabā ilgu laiku - apmēram 10-15 stundas atkarībā no liešanas struktūras izmēra un sarežģītības. Pabeidzot visas augstas temperatūras transformācijas stadijas, seko lēna dzesēšana.

Darba ietilpīgs, bet ļoti efektīvs process lielu konstrukciju mikrostruktūras izlīdzināšanai.

Izotermiskā atkausēšana

Objekti: oglekļa tērauda loksnes, leģēti un ļoti leģēti izstrādājumi.

Mērķis: mikrostruktūras uzlabošana, iekšējo defektu likvidēšana ar mazāku laiku.

Tehnoloģijas. Metāls sākotnēji tiek uzkarsēts līdz pilnai atlaidināšanas temperatūrai un tiek saglabāts laiks, kas nepieciešams visu esošo konstrukciju pārvēršanai austenītā. Pēc tam lēnām atdzesē, iegremdējot karstā sālī. Sasniedzot siltumu 50-100˚C zem punkta Ac_{1, to ievieto krāsnī, lai uzturētu to šajā līmenī tik ilgi, cik nepieciešams pilnīgai austenīta transformācijai. perlītā un cementītā. Galīgā dzesēšana notiek gaisā.}

Metode ļauj sasniegt vajadzīgās leģētā tērauda sagatavju īpašības, vienlaikus ietaupot laiku, salīdzinot ar pilnuatkausēšana.

Normalizācija

Objekti: lējumi, kalumi un detaļas, kas izgatavotas no zema oglekļa, vidēja oglekļa un mazleģēta tērauda.

Mērķis: racionalizēt iekšējo stāvokli, piešķirt vēlamo cietību un izturību, uzlabot iekšējo stāvokli pirms turpmākajiem termiskās apstrādes un griešanas posmiem.

Tehnoloģijas. Tērauds tiek uzkarsēts līdz temperatūrai, kas atrodas nedaudz virs GSE līnijas un tās kritiskajiem punktiem, tiek turēts un atdzesēts gaisā. Tādējādi procesu pabeigšanas ātrums palielinās. Taču, izmantojot šo procedūru, racionālu mierīgu struktūru iespējams panākt tikai tad, ja tērauda sastāvu nosaka ogleklis ne vairāk kā 0,4% apmērā. Palielinoties oglekļa daudzumam, palielinās cietība. Tam pašam tēraudam pēc normalizācijas ir lielāka cietība, kā arī vienmērīgi izvietoti smalkie graudi. Tehnika ļauj ievērojami palielināt sakausējumu izturību pret iznīcināšanu un griešanas elastību.

Iespējami atlaidināšanas defekti

Veicot termiskās apstrādes darbības, ir jāievēro norādītie temperatūras sildīšanas un dzesēšanas režīmi. Prasību pārkāpuma gadījumā var rasties dažādi defekti.

1. Virsmas slāņa oksidēšanās un zvīņu veidošanās. Darbības laikā karstais metāls reaģē ar atmosfēras skābekli, kā rezultātā uz sagataves virsmas veidojas katlakmens. Jātīra mehāniski vai arīpašas ķīmiskas vielas.
2. Oglekļa apdegums. Tas rodas arī skābekļa ietekmes rezultātā uz karstu metālu. Oglekļa daudzuma samazināšanās virsmas slānī noved pie tā mehānisko un tehnoloģisko īpašību samazināšanās. Lai novērstu šos procesus, paralēli aizsarggāzu ievadīšanai krāsnī ir jāveic tērauda atkausēšana, kuras galvenais uzdevums ir novērst sakausējuma mijiedarbību ar skābekli.
3. Pārkaršana. Tas ir sekas ilgstošai iedarbībai krāsnī augstā temperatūrā. Tā rezultātā notiek pārmērīga graudu augšana, neviendabīgas rupjgraudainas struktūras iegūšana un trausluma palielināšanās. Jālabo ar citu pilnu atlaidināšanas soli.
4. Izdedzis. Rodas, pārsniedzot pieļaujamās sildīšanas un iedarbības vērtības, izraisa saišu iznīcināšanu starp dažiem graudiem, pilnībā sabojā visu metāla struktūru un nav pakļauta korekcijai.

Lai novērstu kļūmes, ir svarīgi precīzi veikt termiskās apstrādes darbus, iegūt profesionālās prasmes un stingri kontrolēt procesu.

Tērauda atkausēšana ir ļoti efektīva tehnoloģija jebkuras sarežģītības un sastāva detaļu mikrostruktūras nogādāšanai optimālā iekšējā struktūrā un stāvoklī, kas nepieciešama turpmākajos termiskās ietekmes posmos, griešanai un konstrukcijas nodošanai ekspluatācijā.