Wyżarzanie stali
① Dostosowanie twardości do operacji obróbki skrawaniem. Jeśli przedmiot obrabiany jest zbyt twardy, nie można go ciąć; jeśli jest zbyt miękki, łamanie wiórów staje się trudne podczas cięcia. Zazwyczaj zakres twardości
170–250 HB jest odpowiedni do ogólnej obróbki skrawaniem.
② Eliminacja naprężeń wewnętrznych resztkowych w celu zapobiegania deformacji lub pękaniu części stalowych podczas późniejszej obróbki lub obróbki cieplnej. Naprężenia wewnętrzne resztkowe powstają na powierzchni i wewnątrz przedmiotu obrabianego podczas procesów kształtowania wsadowego (takich jak odlewanie, kucie, spawanie) lub obróbki skrawaniem. Naprężenia te ulegną redystrybucji podczas późniejszej obróbki przedmiotu obrabianego, prowadząc do deformacji lub pękania.
③ Udoskonalenie wielkości ziarna, poprawa mikrostruktury, poprawa właściwości mechanicznych i przygotowanie struktury do ostatecznej obróbki cieplnej.
2. Klasyfikacja procesów wyżarzania
- Wyżarzanie powyżej temperatury krytycznej (Ac1, Ac3)
Kategoria ta obejmuje wyżarzanie pełne, wyżarzanie niepełne, wyżarzanie sferoidyzujące i wyżarzanie dyfuzyjne.
- Wyżarzanie poniżej temperatury krytycznej
Przykłady obejmują wyżarzanie rekrystalizacyjne i wyżarzanie odprężające.
3. Typowe procesy wyżarzania
Rodzaj procesu wyżarzania, który obejmuje powolne nagrzewanie przedmiotu obrabianego do temperatury 30–50°C powyżej Ac3, utrzymywanie go w tej temperaturze przez określony czas (wygrzewanie), a następnie powolne chłodzenie. Jest również znane jako wyżarzanie konwencjonalne lub wyżarzanie rekrystalizacyjne.
Nazywa się je "pełnym", ponieważ struktura stali może przejść pełną transformację austenityczną poprzez rekrystalizację (zarodkowanie i wzrost ziarna).
Ograniczenia: Wyżarzanie pełne wykorzystuje powolne chłodzenie w piecu, co skutkuje długim cyklem procesu i przedłużonym zajęciem sprzętu. Aby poprawić wykorzystanie sprzętu, wyżarzanie izotermiczne jest często stosowane jako zamiennik.
2) Wyżarzanie izotermiczne
Proces wyżarzania izotermicznego przebiega następująco: nagrzewanie stali podeutektoidalnej do temperatury 30–50°C powyżej Ac3, a także nagrzewanie stali eutektoidalnej i nadeutektoidalnej do temperatury 30–50°C powyżej Ac1. Po utrzymaniu w odpowiednich temperaturach przez odpowiedni czas, należy zaprzestać nagrzewania i otworzyć drzwi pieca, aby szybko schłodzić przedmiot obrabiany do określonej temperatury poniżej Ar1. Utrzymywać przedmiot obrabiany w tej temperaturze, aż cała austenit zostanie przekształcona w perlit warstwowy - stal podeutektoidalna tworzy również proeutektoidalny ferryt, podczas gdy stal nadeutektoidalna tworzy również proeutektoidalny cementyt. Na koniec schłodzić przedmiot obrabiany w dowolnym tempie, zwykle wyjmując go z pieca i chłodząc na powietrzu.
Temperatura izotermiczna nie może być ani za niska, ani za wysoka. Jeśli jest za niska, twardość po wyżarzaniu będzie stosunkowo wysoka; jeśli jest za wysoka, czas wygrzewania izotermicznego musi zostać wydłużony.
Wyżarzanie izotermiczne ma ten sam cel, co wyżarzanie pełne. Może skrócić czas przebywania przedmiotu obrabianego w piecu i uzyskać bardziej jednorodną mikrostrukturę i twardość.
Zastosowanie: Wyżarzanie izotermiczne jest stosowane głównie do stali wysokowęglowych i stali stopowych z długim okresem inkubacji. Przechłodzony austenit tych stali przekształca się dość wolno w zakresie temperatur przemiany perlitowej. Jeśli zostanie zastosowane wyżarzanie pełne, często zajmuje to kilkadziesiąt godzin, co jest bardzo nieekonomiczne.
Proces wyżarzania sferoidyzującego obejmuje nagrzewanie stali eutektoidalnej lub nadeutektoidalnej do temperatury 10–20°C powyżej Ac1, pozwalając na samoistne sferoidyzowanie większej ilości nierozpuszczonych cząstek węglików podczas długotrwałego wygrzewania. Po utrzymaniu przez pewien czas, stal jest powoli chłodzona do temperatury poniżej 600°C, a następnie wyjmowana z pieca w celu chłodzenia na powietrzu, tym samym sferoidyzując cementyt w perlitu.
Mikrostruktura uzyskana z wyżarzania sferoidyzującego charakteryzuje się ziarnistymi cząstkami cementytu rozproszonymi w osnowie ferrytycznej, co określa się jako perlit sferoidalny (lub perlit guzkowy).
Uwaga: Jeśli przed wyżarzaniem sferoidyzującym występuje silny węglik sieciowy w stali, najpierw należy przeprowadzić normalizację w celu wyeliminowania cementytu sieciowego, a następnie wyżarzanie sferoidyzujące. Niezastosowanie się do tego wpłynie na efekt sferoidyzacji.
Odpowiada procesowi obróbki cieplnej, w którym przedmiot obrabiany jest powoli nagrzewany z piecem do temperatury 500–600°C, utrzymywany w tej temperaturze przez określony czas, a następnie powoli chłodzony z piecem do temperatury poniżej 200–300°C przed wyjęciem z pieca. Należy zauważyć, że podczas tego procesu nie zachodzi żadna transformacja mikrostrukturalna w przedmiocie obrabianym.
Cel: Ma zastosowanie głównie do przedmiotów obrabianych i części, które przeszły obróbkę skrawaniem. Celem jest wyeliminowanie naprężeń resztkowych w półfabrykatach i częściach, ustabilizowanie wymiarów i kształtu przedmiotu obrabianego oraz zmniejszenie tendencji do deformacji i pękania części podczas obróbki skrawaniem i eksploatacji.
Uwaga: Należy zauważyć, że wyżarzanie odprężające nie może całkowicie usunąć naprężeń wewnętrznych, a jedynie częściowo je eliminuje, neutralizując w ten sposób ich szkodliwe skutki.
Odpowiada procesowi obróbki cieplnej, który obejmuje nagrzewanie stali do stosunkowo wysokiej temperatury poniżej temperatury solidus stopu, utrzymywanie jej przez dłuższy czas (10–15 godzin), a następnie powolne chłodzenie.
Jest to metoda wyżarzania stosowana do wlewków lub odlewów ze stali i stopów metali nieżelaznych (takich jak brąz cynowy, brąz krzemowy, miedzionikiel itp.).
Cel: Wyżarzanie homogenizujące sprzyja dyfuzji w stanie stałym pierwiastków w stopie w celu zmniejszenia segregacji składu chemicznego i niejednorodności mikrostrukturalnej w obrębie wielkości ziarna (segregacja wewnątrzziarnista, znana również jako segregacja dendrytyczna), które występują w wlewkach stalowych, odlewach stalowych lub kęsiskach odlewanych podczas krzepnięcia.
Powodem, dla którego temperatura wyżarzania homogenizującego jest tak wysoka, jest przyspieszenie dyfuzji pierwiastków stopowych i skrócenie czasu wygrzewania w miarę możliwości. Temperatura wyżarzania homogenizującego dla stali stopowych jest znacznie wyższa niż Ac3, zwykle w zakresie od 1050°C do 1200°C.
