1
TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ
2
Fázové přeměny v ocelích
• Vlastnosti ocelí závisí nejen na chemickém složení, ale i na struktuře. Požadovanou strukturu lze dosáhnout tepelným zpracováním, tj.řízenými tepelnými cykly.
• Při nich probíhají fázové přeměny –
• Austenitizace, perlitická, bainitická a martenzitická přeměna, příp.přeměny při popouštění
3
4
Perlitická přeměna
• Je to eutektoidní rozpad austenitu na směs feritu a cementitu = perlit
5
6
Perlitická přeměna
• Přeměna probíhá difúzí při teplotě pod A1. Vzniká lamelární perlit, tloušťka lamel závisí na difúzní rychlosti uhlíku v austenitu, která je tím vyšší, čím vyšší je teplota. Proto perlit, který vzniká při vyšší teplotě je hrubozrnný. Je-li teplota těsně pod eutektoidní, vzniká perlit globulární
7
Bainitická přeměna
• Objevuje se, probíhá-li rozpad austenitu při nižších teplotách (asi 500 - 250°C)
• Přeměna mřížky γ na α se uskutečňuje střihovým mechanismem, změna v rozdělení uhlíku je difúzní
• Vzniká nelamelární feriticko karbidická směs – bainit
• Mechanismus tvorby bainitu se mění v závislosti na teplotě
8
Bainitická přeměna – schéma tvorby bainitu ve středně uhlíkové oceli
• a) vznik horního bainitu
• b) vznik dolního bainitu
• α – bainitický ferit• γ– austenit• K – karbid ε,
popř.cementit
9
10
Martenzitická přeměna
• Probíhá bezdifúzně – při rychlém ochlazování, střihovým mechanismem při změně teploty – nikoliv izotermicky
• Začíná při teplotě označované jako Ms a končí při teplotě Mf
• Není to přeměna úplná, vždy zůstává zbytkový austenit
• Martenzit je přesycený tuhý roztok uhlíku v Fe α
11
Martenzitická přeměna
• Množství zbytkového austenitu závisí na řadě faktorů – např. chemickém složení oceli, podmínkách ochlazování apod.
• S rostoucím podílem ZA klesá tvrdost a následkem jeho rozpadu při provozním namáhání může docházet k rozměrovým změnám výrobku
12
Martenzitická přeměna
13
Martenzitická přeměna
• Martenzit může mít jehlicovitou nebo deskovitou strukturu. Deskový má nižší houževnatost
http://www.vscht.cz/met/stranky/vyuka/labcv/labor/fm_tepelne_zprac_oceli/teorie2.htm
14
Přeměny při popouštění
• Nejprve se uvolňuje uhlík ve formě přechodových karbidů – karbid ε a martenzit se stává nízkouhlíkový – kubický.
• Ve druhém stadiu se rozpadá ZA na strukturu bainitického typu
• Dalším zvýšením teploty se karbid ε mění na cementit, jeho zrna rostou, ztrácí se jejich orientace podle původních zrn martenzitu a zároveň se zotavuje tuhý roztok. Vzniká feriticko karbidická směs zvaná sorbit.
15
Přeměny při popouštění
• Sorbit je houževnatější , ale méně tvrdý než martenzit.
• Při popuštění slitinových ocelí na vyšší teploty se může objevit sekundární tvrdost.
• U ocelí s přísadou Cr, Mn, Cr-Ni při pomalém ochlazení při teplotě 450 – 600 °C se může objevit popouštěcí křehkost
16
DIAGRAMY ROZPADU AUSTENITU
• Jsou grafickým vyjádřením podmínek fázových přeměn v tuhém stavu u konkrétního typu oceli v souřadnicích teplota – čas
• Jsou známé pod označením IRA – izotermický rozpad austenitu, ARA – anizotermický rozpad austenitu (příp.TTT)
• Význam křivek lze popsat na typovém diagramu
17
18
Diagramy IRA
• Rozpad austenitu probíhá za konstantní teploty
19
IRA diagramy
• Na tvar IRA diagramů má hlavní vliv chemické složení oceli, zejména karbidotvorné přísady
20
ARA diagramy• Slouží pro plynulé
ochlazování ocelí• Lze odečíst nejnižší
ochlazovací rychlost, při které vzniká jen martenzit
• Číslice uvnitř určují podíl vzniklé struktury v procentech
21
Kalení a popouštění
• Kalení je tepelný cyklus, který se skládá z ohřevu na kalicí teplotu, výdrže a rychlého ochlazení.
• Cílem bývá zvýšení tvrdosti, pevnosti, odolnosti proti opotřebení bez změny chemického složení oceli.
• Rozlišujeme kalení martenzitické a bainitické – převažuje martenzitické
22
Kalicí teplota
• Pásmo kalicích teplot v diagramu Fe – C jako výsledek kompromisu mezi požadavkem homogenního austenitu a zachování jemnozrnné struktury
23
Druhy kalení
• 1- základní 2 – lomené
• 3 – termální 4 – izotermické (na bainit)
24
OCHLAZOVÁNÍ• Ochlazovací
rychlost na počátku menší, pak vysoká a po přechodu Ms
opět nižší.• Pro posouzení
kalicího média je rozhodující ochlazovací rychlost při cca 600°C(vysoká) a 300 °C (nižší)
25
Kalicí prostředí
• Ochlazovací účinnost různých prostředí závisí na: tepelné vodivosti, měrném teple, výparném teple a viskozitě kalicího prostředí
26
Kalicí prostředí - voda
• Parní polštář výrazně zpomaluje odvod tepla• Po dosažení bublinového varu je odvod nejintenzivnější• Ve třetím období se teplo odvádí jen vedením v kapalině
27
Popouštění - dělení
• Podle výšky popouštěcí teploty, která má rozhodující vliv na rozsah strukturních změn a změn mechanických vlastností, rozeznáváme:
• Popouštění na nízké teploty (do cca 300°C) – u nástrojových ocelí, cíl: snížit vnitřní pnutí, podíl ZA a stabilizovat rozměry při zachování vysoké tvrdosti.
28
Popouštění - dělení
• Popouštění na vysoké teploty (zušlechťování) – obvykle u konstrukčních ocelí v rozmezí teplot 400 - 600°C k dosažení optimální kombinace mezí pevnosti a kluzu, houževnatosti a plasticity. Tuto kombinaci umožňuje sorbitická struktura (vzniká ve 3., příp.4. stadiu popouštění).
29
Žíhání• Je to tepelné zpracování, směřující k
dosažení rovnovážného strukturního stavu, tudíž je pro ně typická malá ochlazovací rychlost i pomalý ohřev. (Rovnovážné struktury jsou ty, které odpovídají rovnovážnému diagramu.)
• Podle výšky žíhací teploty rozlišujeme:• Žíhání bez překrystalizace• Žíhání s překrystalizací
30
•A - žíhání na snížení pnutí •B - rekrystalizační •C - na měkko•D - normalizační •E - homogenizační
•Oblasti žíhacích teplot v diagramu Fe – C
31
Žíhání bez překrystalizace
• Žíhací teploty nepřekračují teplotu A1.
• Druhy:
• Žíhání na snížení vnitřního pnutí
• Žíhání rekrystalizační
• Žíhání na měkko
• (Případně další – protivločkové,….)
32
Žíhání s překrystalizací
• Žíhací teploty se pohybují nad teplotou Ac3
Druhy:
• Normalizační
• Homogenizační
• Izotermické
33
Tepelné zpracování grafitických litin
• Tepelným zpracováním ovlivňujeme výhradně matrici, TZ nemá vliv na tvar, množství ani rozložení grafitu.
• Litiny lze žíhat i kalit stejně jako oceli.
34
Tepelně mechanické zpracování
• Kombinace tváření a fázové přeměny
• Výsledkem jsou vysoké pevnostní vlastnosti
• Nejčastější jsou potupy, kdy se tváří v oblasti austenitu a po deformaci následuje martenzitická přeměna.
• Tvářením austenitu se zjemní zrno, martenzit pak bude také jemný
35
Druhy TMZ
• Vysokoteplotní TMZ (a) – tváření v oblasti nad A3, stupeň deformace 40 –90%. Zakalení bezprostředně poté (dřív než proběhne rekrystalizace cca do 1 min).
36
Druhy TMZ• Nízkoteplotní (b) –
austenitizace nad A3, ochlazení nad Ms (metastabilní austenit),tváření, zakalení.
• Deformace cca 50%, teplota pod rekrystalizační, A deformovaná zrna, přetvárný odpor vyšší než u VTMZ
Top Related