Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

MTDII1 Tepelné zpracování kovů II Tel: 387 77 3057.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "MTDII1 Tepelné zpracování kovů II Tel: 387 77 3057."— Transkript prezentace:

1 MTDII1 Tepelné zpracování kovů II Tel:

2 Popouštění ocelí  Cílem popouštění ocelí je snížit jejich křehkost vzniklou při martenzitickém kalení. Popouštění je založeno na částečné přeměně struktury materiálu při teplotách mezi 150 a 400 °C. Nežádoucím jevem spojeným s popouštěním je pokles tvrdosti zakaleného materiálu.  Při popouštěcích teplotách do 180 °C se tetragonální martenzit mění na martenzit kubický. Snížení křehkosti je výrazné, tvrdost se zmenšuje jen nepatrně. Podstatně se sníží vnitřní pnutí uvnitř materiálu. Postup se uskutečňuje vyvařením zakalených výrobků v oleji. MTDII2

3  Při popouštění za teplot mezi 180 a 300 °C dochází k rozpadu zbytkového austenitu na bainit. Snížení křehkosti je vyšší než v předchozím případě, vyšší je však i pokles tvrdosti.  Při popouštění za teplot mezi 300 a 400 °C dochází k úplnému rozpadu martenzitu na velmi jemnou feritickou strukturu s globulárním cementitem. Jehlicovitý tvar feritických zrn se zachovává. Křehkost i tvrdost se snižují podstatně.  Při popouštění za teplot nad 400 °C narůstají cementitové globule, jehlicovitá struktura mizí. Vzniklá struktura, zvláštní forma perlitu nazývaná sorbit, je velmi pevná a houževnatá. MTDII3 Popouštění ocelí

4 Zušlechťování ocelí  Cílem zušlechťování je dosažení sorbitické struktury vyznačující se vysokou pevností, houževnatostí a zvýšenou mezí kluzu. Princip zušlechťování spočívá ve spojení martensitického zakalení oceli a jejího následného popuštění na teploty vyšší než 400 °C.  Zušlechťování se používá jednak u hotových výrobků, jednak u hutních polotovarů. MTDII4 o_materiali/nauka_o_materiali1.htm Sorbitickástruktura = směs jemného feritu a cementitu Sorbitická struktura = směs jemného feritu a cementitu

5 Patentování ocelí  Patentování ocelí je postup užívaný při výrobě ocelových drátů tažením. Ocel se při tažení průvlakem zpevňuje, tvrdne. U oceli s malým obsahem uhlíku se pro odstranění zpevnění mezi jednotlivé tahy zařazuje normalizační nebo rekrystalizační žíhání. U pevnějších ocelí s vyšším obsahem uhlíku vyžíhání nepostačuje. Proto se volí postup obdobný izotermickému kalení na bainit, prováděný kontinuálně při teplotách lázně asi 500 °C, spojený s opakovaným tažením. Takto zpracované oceli se nazývají patentované. Patentované dráty mají vysokou pevnost (  Pt = 1500 až 3000 Mpa) při dobré houževnatosti. Používají se na struny, pružiny a lana. MTDII5

6 Povrchové tvrzení ocelí  V technické praxi se vyskytují případy, kdy na mechanické vlastnosti součásti jsou kladeny rozporné požadavky. Jedním z těchto případů je spojení požadavku na tvrdý povrch součásti, odolný opotřebení, a současně požadavku na odolnost součásti proti dynamickému, to jest rázovému nebo proměnlivému zatížení, tedy na její houževnatost. Příkladem takové součásti je pístní čep spalovacího motoru, otáčející se v kluzném ložisku a zachycující velmi proměnlivá zatížení od pístu.  Existuje více metod vedoucích ke splnění tohoto cíle. Některé z nich patří do oblasti tepelného zpracování, jiné do oblasti tváření nebo oblasti povrchových úprav kovů. 1.z metod ryze tepelného zpracování  povrchové kalení 2.z metod chemicko tepelného zpracování  nitridace  cementace  nitrocementace. MTDII6

7 Povrchovékalení Povrchové kalení  Metoda je založena na tak rychlém zahřátí povrchu materiálu, že pouze povrchová vrstva žádané tloušťky dosáhne teploty vhodné pro kalení a po ochlazení se zakalí. Ve větších hloubkách materiálu je feritická a perlitická struktura, která se při ochlazení nezmění.  Oceli určené k povrchovému kalení musí být samy o sobě dobře kalitelné. Vhodné jsou oceli s 0,45 až 0,6 % uhlíku. Zpravidla se u nich před kalením provádí normalizační žíhání nebo zušlechťování. Jak již bylo uvedeno, tyto podeutektoidní oceli je třeba pro kalení uvést do oblasti austenitu. Povrchové kalení se provádí také u litiny.  Požadované rychlosti ohřevu je možno dosáhnout dvěma způsoby: plamenem o vysoké teplotě nebo elektroindukčně. MTDII7 ss%20test2.jpg Průřez povrchově zakaleného zubu s použitím indukčního ohřevu - je dobře patrná tepelně ovlivněná zóna

8 Povrchové kalení   V prvém případě se nejčastěji užívá plamene kyslíkoacetylenového. Ohřev a ochlazení mohou probíhat dvěma způsoby. Buď se povrch předmětu pod hořákem zvolna pohybuje (či opačně se hořák pohybuje nad povrchem předmětu) a blízko za hořákem je povrch ochlazován vodní sprchou. Nebo, u rotačních předmětů, se předmět pod hořákem rychle otáčí až celý povrch dosáhne požadované teploty a následně se celý ochladí. Tloušťka prohřáté a tedy i zakalené vrstvy se reguluje dobou ohřevu a je minimálně 2 mm. MTDII8 skola.blogspot.fr/2011/03/ povrchove-kaleni.html

9 Povrchové kalení  Při indukčním ohřevu je předmět vložen do vhodně tvarované indukční cívky s jediným závitem. Průchodem proudu s frekvencí od 15 do 500 kHz se v povrchu kalené součásti indukují proudy jako v sekundárním vinutí transformátoru. Energie indukovaných proudů se mění v teplo zahřívající povrch součásti. Pak se součást ochladí. Tloušťka prohřáté a tedy i zakalené vrstvy se reguluje frekvencí proudu. Zvýšením frekvence se dosáhne tenčí prohřáté vrstvy. Nejmenší tloušťka zakalené vrstvy je 1 mm. MTDII9 rnal.jpg Indukční ohřev při povrchovém kalení vnitřního ozubení

10 Cementace  Při cementaci se používají oceli, které mají málo uhlíku, do 0,2 %. Takové oceli jsou houževnaté, ale pro malý obsah uhlíku nekalitelné. Tvrdosti povrchové vrstvy se dosáhne vytvořením kalitelné povrchové vrstvy, to je zvýšením obsahu uhlíku v povrchu asi na 0,7 až 0,9 % C, difusí uhlíku zvenku a následným zakalením předmětu. Cementací se zpravidla rozumí celý proces složený z nauhličení materiálu a jeho zakalení, i když toto označení ve skutečnosti patří samotné nauhličovací fázi.  Difúze uhlíku se provádí při ohřátí cementovaných součástí na teplotu, při které je materiál schopen uhlík v sobě dobře rozpouštět. To znamená, že ocel musí být zahřáta do oblasti austenitu na teploty 850 až 900 °C. Austenit je, jak bylo uvedeno, tuhým roztokem uhlíku v železe , které je v sobě schopno rozpustit až 2,14 % C. MTDII10

11 Cementace Základními způsoby cementace jsou  v prášku dřevěného uhlí s přísadou 7 až 20 % uhličitanu barnatého, urychlujícího proces nauhličení  v solné lázni, nejčastěji kyanidu sodném  v plynu, nejčastěji CO, CH 4. MTDII11

12 Cementace  Cementace v prášku je nejjednodušší, nevyžaduje nákladné zařízení. Předměty se vkládají do plechových krabic a zasypávají práškem. Krabice se pak vkládají do pece. Nevýhodou tohoto způsobu je jeho pomalost. Za hodinu se ocel nauhličí do hloubky asi 0,1 mm.  Při cementaci v lázni a v plynu dochází ohřevem k rozkladu uhlíkatých sloučenin a takto uvolněné atomy uhlíku rychleji pronikají do povrchu materiálu. Nejrychleji probíhá cementace v plynu. Oba způsoby vyžadují speciální zařízení. MTDII12

13 Cementace   Požadované tvrdosti povrchu součástí se při cementaci dosáhne až zakalením nauhličené vrstvy. Materiál ve větších hloubkách, který nebyl nauhličen, zůstal nekalitelný a zachoval si původní vlastnosti včetně požadované houževnatosti. Z hlediska nebezpečí vzniku vnitřních pnutí leží optimální kalicí teplota při výše uvedeném složení nauhličené povrchové vrstvy (přibližně eutektoidní složení oceli) těsně nad A 1, ale cementace sama probíhala při teplotách vyšších. Proto se náročnější součásti nechávají pomalu vychladnout a na optimální teplotu se znovu ohřejí. Pak teprve se kalí. Méně náročné výrobky se kalí přímo z cementační teploty bezprostředně po vyjmutí z cementačního prostředí, tzv. z jednoho žáru. MTDII13 Výchozí struktura oceli (zvětšení 400x) Struktura oceli po nauhličování: 900°C/2hod/CH4 (zvětšení 100x)

14 Nitridace   Nitridace je založena na zcela jiném principu než předchozí metody. Povrchová vrstva získává svoji tvrdost přítomností tvrdých a stabilních nitridů některých legujících prvků, především hliníku (~ 1 %), chromu (~ 2 %), vanadu (~ 0,5 %) a molybdenu (~ 0,25 %). Také železo samo tvoří dostatečně tvrdé nitridy, které ale nejsou stabilní a po čase se rozpadají.   Nitridy se v povrchové vrstvě vytvářejí difusí dusíku při teplotách 500 až 600 °C, nitridací. Nitridaci nelze provádět v prostředí molekulárního dusíku, který se s kovy slučuje jen velmi málo. Dobře s kovy reaguje atomární dusík, vznikající štěpením různých dusíkatých sloučenin za zvýšené teploty. Tato forma dusíku se nazývá „dusík ve stavu zrodu“. MTDII14

15 Nitridace Nitridace se provádí v prostředí   plynném, nejčastěji rozkladem čpavku   kapalném, nejčastěji ve směsi kyanidu sodného a kyanatanu draselného.   Rychlost nitridace je pouze asi 0,01 mm za hodinu. + Výhodami nitridace oproti povrchovému kalení a cementaci je   vyšší tvrdost povrchové vrstvy   nižší provozní teploty a s tím spojené nižší pnutí materiálu   skutečnost, že se neprovádí kalení   vedlejší efekt zvýšené odolnosti proti korozi   vedlejší efekt zvýšené meze únavy materiálu. - Nevýhodou nitridace je malá rychlost procesu. MTDII15

16 Nitrocementace  Nitrocementace je kombinací cementace a nitridace v jednom procesu. Podle užité teploty jeden z postupů převažuje: při teplotách 750 až 800 °C v kyanidových solných lázních (kyanid sodný NaCN, kyanid draselný KCN) nitridace, při teplotách 800 až 900 °C v plynné cementační atmosféře s přísadou čpavku cementace.  Po nitrocementaci je nutno materiál zakalit. MTDII16

17 Tepelné zpracování litiny ŠEDÁ LITINA (typ grafitické litiny) - uhlík vyloučen jako grafit Dělení např. podle tvaru grafitu  S lupínkovým grafitem = šedá litina  S kuličkovým grafitem – tvárná litina  S červíkovým grafitem - vermikulární  S vločkovým grafitem – temperovaná BÍLÁ LITINA - uhlík chemicky vázán jako Fe 3 C, struktura tvořena směsí cementitu a perlitu  Jsou velmi tvrdé, odolné proti opotřebení, ale křehké, velmi špatně obrobitelné ale křehké, velmi špatně obrobitelné (pouze broušení) MTDII17

18 Tepelné zpracování litiny  ŠEDÁ LITINA  žíhání k odstranění vnitřního pnutí; provádí se s cílem odstranění pnutí, které vzniklo v odlitcích vlivem jejich nerovnoměrného chladnutí; spočívá v pomalém ohřevu na 450 až 550 °C po dobu 1 až 6 hodin podle tloušťky stěn odlitku a následujícím pomalém chladnutí; za stejným účelem se může zejména u velkých a těžkých odlitků provádět tak zvané stárnutí, při kterém se tyto nechávají po delší dobu (až několik měsíců) volně ležet  žíhání pro zlepšení obrobitelnosti při 800 až 900 °C, při kterém dochází k rozpadu cementitu na grafit MTDII18

19 Tepelné zpracování litiny  zušlechťování pro zvýšení pevnosti, odolnosti proti opotřebení a k dosažení homogenní struktury; provádí se u litin legovaných niklem a chromem; kalicí teplota je 800 až 900 °C, popouštěcí teplota 250 až 650 °C  povrchové kalení plamenem a vysokofrekvenčně  nitridace. BÍLÁ LITINA  temperováním. Žíháním při teplotě 900 až 1000 °C po dobu 15 až 24 hodin dochází k rozpadu cementitu na grafit a k částečnému oduhličení povrchu. Po žíhání následuje velmi pomalé chladnutí. MTDII19

20 Tepelné zpracování neželezných kovů Nejvýznamnějšími způsoby tepelného zpracování neželezných kovů jsou  rekrystalizační žíhání  žíhání k odstranění pnutí  homogenizační žíhání  vytvrzování pro zvýšení pevnosti a tvrdosti. MTDII20

21 Rekrystalizační žíhání NEželezných kovů  Rekrystalizační žíhání se provádí u materiálů po jejich tváření za studena. Je obdobou rekrystalizačního žíhání oceli nebo litiny. Žíhací teploty závisejí na druhu materiálu, předchozím způsobu tváření a požadovanými vlastnostmi výrobku. U hliníkových slitin jsou od 250 do 350 °C, u slitin mědi od 250 do 800 °C. MTDII21

22 Žíhání k odstranění pnutí NEželezných kovů Tento způsob žíhání se provádí k odstranění pnutí vzniklého v materiálu  nerovnoměrným chladnutím odlitků  deformacemi vzniklými při tváření za studena  jiným tepelným zpracováním  obráběním za vysokých řezných tlaků. Žíhací teploty jsou nižší než teploty rekrystalizační, podle druhu materiálu od 180 do 350 °C. MTDII22

23 Homogenizační žíhání NEželezných kovů Účelem homogenizačního žíhání je odstranění heterogenity (různorodosti) struktury a složení v litých slitinách, která může být dvojího druhu:  odmíšeniny příměsí  vrstevnatost krystalů tuhého roztoku.  Odmíšeniny příměsí se hromadí v částech odlitku, které tuhnou až poslední. Jejich odstranění je obtížné pro velké vzdálenosti, které by jednotlivé částečky musely při difusi překonat.  Vrstevnatost krystalů tuhého roztoku je možno odstranit poměrně snadno difusí za dostatečně vysokých teplot působících po dostatečně dlouhou dobu. MTDII23

24 Vytvrzování  Vytvrzování se provádí zejména u hliníkových a měděných slitin. Jeho cílem je zvýšení pevnosti, tvrdosti a meze kluzu materiálu. Vytvrzovat je možno pouze slitiny složené ze základních krystalů a segregované fáze, jejíž rozpustnost je závislá na teplotě, s klesající teplotou se snižuje a jejíž segregaci je možno rychlým ochlazením potlačit MTDII24

25 Vytvrzování  Postup se skládá ze čtyř kroků. Prvním krokem je ohřev slitiny na teplotu do oblasti tuhého roztoku α. Tato teplota má být blízká teplotě solidu (čára ab). U slitiny X v obrázku je to teplota T. Bod d udává maximální rozpustnost složky B (ve formě tuhého roztoku β) ve složce A při teplotě T d. Ve druhém obrázku, znázorňujícím vytvrzování hliníkových slitin, je ohřev vyznačen čarou ef MTDII25

26 Vytvrzování  Druhým krokem je rozpouštěcí žíhání, při kterém se segregát zcela rozpustí a vznikne homogenní tuhý roztok. Doba žíhání (čára fg) závisí na druhu slitiny a velikosti polotovaru. MTDII26

27 Vytvrzování  Třetím krokem je rychlé ochlazení (zakalení) do vody nebo oleje (čára gh), kterým je potlačena segregace složky B (ve formě tuhého roztoku β) z tuhého roztoku α a po kterém slitina zůstane v nerovnovážné stavu přesyceného tuhého roztoku. MTDII27

28 Vytvrzování  Čtvrtým krokem je přechod slitiny z nerovnovážné do částečně rovnovážného stavu, při kterém dochází k vylučování vytvrzující fáze, segregátu β, na hranicích zrn i uvnitř krystalů α. Tento děj se nazývá stárnutí nebo také precipitace. MTDII28 Stárnutí může probíhat za normální teploty jako tzv. přirozené (plná čára vedená od bodu h doprava), nebo za zvýšené teploty jako tzv. umělé (čárkovaný průběh). Doba umělého stárnutí musí být přesně dodržena, protože při překročení optimální doby se materiál vrací ke svým původním mechanickým vlastnostem a jeho pevnost se zmenší (tzv. přestárnutí).

29 Použitá literatura   a6_Chemtepzprac.pdf a6_Chemtepzprac.pdf a6_Chemtepzprac.pdf  Podklady – Ing. J. Hladký  MTDII29

30 MTDII30 Děkuji za pozornost


Stáhnout ppt "MTDII1 Tepelné zpracování kovů II Tel: 387 77 3057."

Podobné prezentace


Reklamy Google