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 – Austenitizace, perlitická, bainitická a martenzitická přeměna, příp.přeměny při popouštění

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

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

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

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

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

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

Martenzitická přeměna

Martenzitická přeměna http://www.vscht.cz/met/stranky/vyuka/labcv/labor/fm_tepelne_zprac_oceli/teorie2.htm Martenzit může mít jehlicovitou nebo deskovitou strukturu. Deskový má nižší houževnatost

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.

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

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

Diagramy IRA Rozpad austenitu probíhá za konstantní teploty

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

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

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

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

Druhy kalení 1- základní 2 – lomené 3 – termální 4 – izotermické (na bainit)

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)

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

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

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.

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).

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

A - žíhání na snížení pnutí B - rekrystalizační C - na měkko D - normalizační E - homogenizační Oblasti žíhacích teplot v diagramu Fe – C

Žíhání bez překrystalizace Žíhací teploty nepřekračují teplotu A1. Druhy: Žíhání na snížení vnitřního pnutí Žíhání rekrystalizační Žíhání na měkko (Případně další – protivločkové,….)

Žíhání s překrystalizací Žíhací teploty se pohybují nad teplotou Ac3 Druhy: Normalizační Homogenizační Izotermické

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.

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

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).

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