Ten artykuł dostarczy dość szczegółowego wyjaśnienia, czym jest wyżarzanie rekrystalizacyjne. Ponadto, w celu zapoznania się, rozważone zostaną inne rodzaje pracy ze stalą, które poprawiają jej strukturę i obrabialność metalu, zmniejszają twardość i łagodzą naprężenia wewnętrzne. Wszystkie główne właściwości stopu zależą od struktury stopu, a metodą zmiany struktury jest obróbka cieplna. Wyżarzanie rekrystalizacyjne i wiele innych rodzajów obróbki cieplnej zostały opracowane przez DK Chernov, dalej ten temat został opracowany przez G. V. Kurdyumov, A. A. Bochvar, A. P. Gulyaev.
Obróbka cieplna
Jest to połączenie różnych operacji ogrzewania za pomocą specjalnego sprzętu i specjalnej technologii, z podtrzymaniem i chłodzeniem, które są wykonywane ściśle w określonej kolejności i w precyzyjnych trybach w celu zmiany wewnętrznej struktury stopu i uzyskać pożądane właściwości. Obróbka cieplna dzieli się na kilka rodzajów. Wyżarzanie pierwszerodzaj, który jest stosowany do absolutnie dowolnych metali i stopów, nie powoduje przemian fazowych w stanie stałym. Wyżarzanie rekrystalizujące stosuje się w celu uzyskania następujących właściwości.
Gdy wyżarzanie pierwszego rodzaju jest podgrzewane, mobilność atomów wzrasta, niejednorodność chemiczna jest całkowicie lub częściowo eliminowana, a naprężenia wewnętrzne maleją. Wszystko zależy od temperatury grzania i czasu utrzymywania. Charakterystyczne jest tutaj powolne chłodzenie. Odmiany tej metody to wyżarzanie odprężające po odlewaniu, spawaniu lub kuciu, wyżarzanie dyfuzyjne i wyżarzanie rekrystalizujące.
Drugie wyżarzanie
To wyżarzanie jest również przeznaczone do metali i stopów, które ulegają przemianom fazowym podczas wyżarzania w stanie stałym – zarówno po podgrzaniu, jak i po schłodzeniu. Tutaj cele są nieco szersze niż przy wyżarzaniu rekrystalizacyjnym stali. Wyżarzanie drugiego rodzaju skutkuje bardziej zrównoważoną strukturą do dalszej obróbki materiału. Zanika ziarnistość, kruszy się, wzrasta lepkość i plastyczność, znacznie zmniejsza się twardość i wytrzymałość. Taki metal można już ciąć. Nagrzewanie odbywa się do temperatur znacznie wyższych niż krytyczne, a chłodzenie odbywa się wraz z piecem - bardzo powoli.
Obróbka cieplna obejmuje również hartowanie stopów pod kątem wytrzymałości i twardości. Tutaj, przeciwnie, powstaje struktura nierównowagowa, która zwiększa te parametry za sprawą sorbitu, troostytu i martenzytu. Stosowane temperatury są również znacznie wyższe niż krytyczne, ale chłodzenie odbywa się z bardzo dużymi prędkościami. czwarty rodzajobróbka cieplna - odpuszczanie, które łagodzi naprężenia wewnętrzne, zmniejsza twardość oraz zwiększa wiązkość i ciągliwość stali hartowanych. Po podgrzaniu do temperatur poniżej krytycznej szybkość chłodzenia może być dowolna. Transformacje redukują strukturę nierównowagową. Tak działa wyżarzanie rekrystalizacyjne stali.
Wybór trybu
Obróbka cieplna może być wstępna i końcowa. Pierwszy służy do przygotowania właściwości materiału i jego struktury do dalszych operacji technologicznych (poprawa skrawalności, cięcie, obróbka ciśnieniowa). Końcowa obróbka cieplna kształtuje wszystkie właściwości gotowego produktu. Wybór trybu wyżarzania rekrystalizującego zależy od procesu i celów obróbki cieplnej.
Oznacza ogrzewanie stopu lub metalu powyżej temperatury krystalizacji i nie niższej niż sto lub dwieście stopni. Następnie następuje ekspozycja w tej temperaturze przez wymagany czas. Chłodzenie jest ostatnim etapem tego procesu. Technologia ta jest podzielona na wyżarzanie pełne, częściowe i teksturujące, a wybór zależy od celu wyżarzania rekrystalizującego.
Pełne wyżarzanie
W praktyce najczęściej stosujemy wyżarzanie pełne, ale tutaj należy zwrócić uwagę na to, że wyżarzanie stali i hartowanie to różne procesy. Podczas procesu wyżarzania rekrystalizującego wykonuje się określone procedury, które poprzedzają obróbkę metalu na zimno pod ciśnieniem, aby ułatwić dalszą z nim obróbkę, lubwyżarzanie jest wyjściowym rodzajem obróbki cieplnej, w którym gotowy produkt lub półprodukt uzyskuje pożądane właściwości. Albo jest to operacja pośrednia, na przykład - w celu skutecznego usunięcia hartowania na zimno.
W celu równomiernego rozpuszczenia pierwiastków stopowych w osnowie oraz w celu uzyskania jednorodnej mikrostruktury o tych samych właściwościach materiałowych, wyżarzanie odbywa się w specjalnym roztworze. Metale żelazne wymagają wyżarzania rekrystalizującego w temperaturach od 950 do 1200ºC przy użyciu roztworu soli Durferrit Glühkohle lub Durferrit GS 960..
Cele
Najczęściej wyżarzanie rekrystalizacyjne stali prowadzi się w celu doprowadzenia struktury materiału do pożądanych parametrów niezbędnych do dalszej pracy. Stosuje się go po obróbce ciśnieniowej, jeśli powolna rekrystalizacja nie przeszła całkowicie, a to nie pozwala na usunięcie utwardzenia.
Taka technologia stosowana jest zwykle do walcowania na gorąco kręgów stopowych, gdzie podstawą jest aluminium, a także po walcowaniu na zimno blach, taśm, folii z różnych stopów i metali nieżelaznych (tu należy wspomnieć wyżarzanie rekrystalizacyjne niklu), pręty i druty, stale formowane na zimno i rury ciągnione na zimno. Odrębną procedurą jest wyżarzanie przy wytwarzaniu półproduktów i wyrobów z metali nieżelaznych (w tym niklu).
Warunki temperaturowe
Różne materiały wymagają różnych trybów obróbki cieplnej. Zwykle cały proces trwa nie dłużej niż godzinę, aby zakończyć wyżarzanie rekrystalizujące, ale reżim temperaturowy dla każdego stopu jest inny. Tak więc stopy na bazie magnezu są wymagane w temperaturze od 300 do 400 °C, stopy niklu są wymagane w temperaturze 800 do 1150 °С, stale węglowe są wymagane w temperaturze od 650 do 710 °С, dla których obowiązkowe jest wyżarzanie rekrystalizujące. Temperatura topnienia nie została naturalnie osiągnięta.
Stopy aluminium nie potrzebują tak wiele, wystarczy od 350 do 430 °C, a czyste aluminium rekrystalizuje w temperaturach od 300 do 500 °C. Od 670 do 690 °C potrzebny jest tytan do rekrystalizacji, od 700 do 850 °C wymagane są kompozycje miedzi i niklu, od 600 do 700 °C potrzebny jest brąz i mosiądz, a nawet mniej czysta miedź, zaczyna rekrystalizację od 500 °C. Takie tryby wyżarzania rekrystalizującego są wymagane dla niektórych metali i stopów.
Obróbka dyfuzyjna metali
Ten rodzaj wyżarzania jest inaczej nazywany homogenizacją i jest przeprowadzany w celu wyeliminowania konsekwencji segregacji dendrytycznej. Wyżarzanie dyfuzyjne jest konieczne w przypadku stali stopowych, w przypadku których współczynnik ciągliwości i wiązkości jest obniżony z powodu segregacji wewnątrzkrystalicznej, która prowadzi do pęknięć płytkowych lub kruchych. Konieczne jest osiągnięcie struktury równowagowej, dlatego konieczna jest obróbka dyfuzyjna odlewu. Ponadto poprawia zarówno właściwości mechaniczne, jak i zwiększa jednorodność właściwości w całym produkcie gotowym.
Oto co się dziejeproces: nadmiar faz ulega rozpuszczeniu, skład chemiczny jest wyrównany, pory pojawiają się i powiększają, zwiększa się wielkość ziarna. Ten rodzaj obróbki cieplnej wymaga długiej ekspozycji metalu w temperaturach powyżej krytycznych (tu możemy mówić o 1200 stopniach Celsjusza).
Izotermiczna obróbka cieplna
Ten rodzaj wyżarzania jest zalecany do stali stopowych, w których w stałej temperaturze austenit rozkłada się w mieszaninie na ferryt i cementyt. Taki rozkład może wystąpić w innych typach wyżarzania, jeśli następuje stopniowe ochładzanie spowodowane stałym i sukcesywnym spadkiem temperatury. W ten sposób uzyskuje się jednorodność struktury, skraca się czas obróbki cieplnej.
Schemat wyżarzania izotermicznego jest następujący: najpierw ogrzewanie do wskaźnika, który przekroczy górny punkt krytyczny o 50-70 stopni, a następnie obniżenie temperatury o 150 stopni. Następnie ogrzana część jest przenoszona do pieca lub łaźni, gdzie utrzymuje się temperaturę nie wyższą niż 700 °C. Czas trwania procedury będzie zależał od składu metalu i wymiarów geometrycznych części. Mieszanie stopów może zająć wiele godzin, podczas gdy walcowanie na gorąco blach ze stali węglowej zajmuje kilka minut.
Różnice
Przy pełnym wyżarzaniu zapewniona jest rekrystalizacja stali, uwalniając metal od różnych wad strukturalnych. Stal otrzymuje swoje najważniejsze i charakterystyczne właściwości, zmiękcza do późniejszego cięcia. Potrzebowaćnajpierw podgrzej go do temperatury powyżej Ac3 o 30-50 stopni, podgrzej, a następnie powoli ostudź.
Najczęściej ekspozycja trwa co najmniej pół godziny, ale nie dłużej niż godzinę na tonę stali przy szybkości nagrzewania wynoszącej 100 stopni Celsjusza na godzinę. Szybkość chłodzenia zmienia się w zależności od składu stali i stabilności austenitu. W przypadku szybkiego schłodzenia struktura rozproszona ferrytyczno-cementytowa może być zbyt twarda.
Schładzanie
Szybkość chłodzenia jest regulowana przez chłodzenie piekarnika z jego stopniowym wyłączaniem i otwieraniem drzwi. Przy pełnym wyżarzaniu najważniejsze jest, aby nie przegrzać stopu. Wyżarzanie częściowe przeprowadza się w temperaturach poniżej Ac3, ale nieco powyżej Ac1.
Wtedy stal częściowo się rekrystalizuje, a zatem nie pozbędzie się defektów. W ten sposób poddaje się obróbce stale bez ferrytycznych pasm, jeśli trzeba je tylko zmiękczyć przed dalszą obróbką i cięciem. Oprócz pełnego i niekompletnego wyżarzania jest również teksturujące wyżarzanie rekrystalizujące.
Aplikacja
Czasami wyżarzanie uzupełnia obróbkę na gorąco (zwoje walcowane na gorąco, takie jak stopy aluminium, są wyżarzane przed walcowaniem na zimno, aby usunąć ciężką pracę, która może wystąpić w wyniku walcowania na gorąco).
Wyżarzanie tego typu jest znacznie szerzej stosowane w produkcji wyrobów i półfabrykatów ze stopów i czystych metali nieżelaznych. Jest to już niezależna operacja obróbki cieplnej. W porównaniu ze stalami, ogromna ilość metali nieżelaznych jest poddawana obróbce na zimno, po której konieczne jest wyżarzanie rekrystalizujące.
W branży
Jeśli wymagana jest ziarnista postać cementytu, zatrzymanie stopu podczas wyżarzania aż do całkowitej rekrystalizacji może trwać długo - kilka godzin. Dla odkształcenia na zimno, które zwykle następuje po wyżarzaniu, najkorzystniejsza jest postać ziarnista cementytu, która powstaje podczas rekrystalizacji w procesie zarodkowania i wzrostu nieodkształconych ziaren, a to wymaga podgrzania do określonej temperatury.
Wyżarzanie rekrystalizujące w przemyśle jest pierwszą operacją nadania plastyczności stopowi lub metalowi przed obróbką na zimno. Nie rzadziej występuje w przerwach między operacjami deformacji na zimno w celu usunięcia utwardzenia, a także jako końcowy proces obróbki cieplnej, aby wyrób lub półfabrykat nabrał potrzebnych właściwości.
Jak to się dzieje
Po podgrzaniu zdeformowany metal zwiększa mobilność atomów. Stare ziarna są rozciągnięte, stają się kruche, nowe ziarna, już wyważone i wolne od napięć, rodzą się intensywnie i rosną. Zderzają się ze starymi, wydłużonymi, pochłaniając je w swój wzrost, aż do całkowitego zniknięcia. Rekrystalizacja stali i stopów jest głównym celem wyżarzania rekrystalizującego. Po podgrzaniu po osiągnięciu wymaganej temperatury granica plastyczności i wytrzymałość materiału dość gwałtownie spadają.
Ale plastyczność wzrasta, działa to na rzecz poprawy skrawalności. Temperatura, w której rozpoczyna się rekrystalizacja, nazywana jest progiem.rekrystalizacja. Kiedy zostanie osiągnięty, metal mięknie. Temperatura nie może być stała. W przypadku konkretnego stopu lub metalu równie ważną rolę odgrywa czas nagrzewania, stopień wstępnego odkształcenia, początkowa wielkość ziarna i wiele więcej.
