36
1 TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ

  • Upload
    nicole

  • View
    73

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ. 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 – - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

1

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ

Page 2: 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

Page 3: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

3

Page 4: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

4

Perlitická přeměna

• Je to eutektoidní rozpad austenitu na směs feritu a cementitu = perlit

Page 5: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

5

Page 6: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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

Page 7: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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

Page 8: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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

Page 9: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

9

Page 10: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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

Page 11: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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

Page 12: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

12

Martenzitická přeměna

Page 13: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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

Page 14: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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.

Page 15: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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

Page 16: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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

Page 17: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

17

Page 18: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

18

Diagramy IRA

• Rozpad austenitu probíhá za konstantní teploty

Page 19: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

19

IRA diagramy

• Na tvar IRA diagramů má hlavní vliv chemické složení oceli, zejména karbidotvorné přísady

Page 20: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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

Page 21: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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

Page 22: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

22

Kalicí teplota

• Pásmo kalicích teplot v diagramu Fe – C jako výsledek kompromisu mezi požadavkem homogenního austenitu a zachování jemnozrnné struktury

Page 23: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

23

Druhy kalení

• 1- základní 2 – lomené

• 3 – termální 4 – izotermické (na bainit)

Page 24: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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)

Page 25: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

25

Kalicí prostředí

• Ochlazovací účinnost různých prostředí závisí na: tepelné vodivosti, měrném teple, výparném teple a viskozitě kalicího prostředí

Page 26: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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

Page 27: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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.

Page 28: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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).

Page 29: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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

Page 30: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

30

•A - žíhání na snížení pnutí •B - rekrystalizační •C - na měkko•D - normalizační •E - homogenizační

•Oblasti žíhacích teplot v diagramu Fe – C

Page 31: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

31

Žíhání bez překrystalizace

• Žíhací teploty nepřekračují teplotu A1.

• Druhy:

• Žíhání na snížení vnitřního pnutí

• Žíhání rekrystalizační

• Žíhání na měkko

• (Případně další – protivločkové,….)

Page 32: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

32

Žíhání s překrystalizací

• Žíhací teploty se pohybují nad teplotou Ac3

Druhy:

• Normalizační

• Homogenizační

• Izotermické

Page 33: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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.

Page 34: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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

Page 35: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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).

Page 36: TEPELNÉ  ZPRACOVÁNÍ

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