Tepelné zpracování ocelí. Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc. ; Ing. Karel Němec, Ph.D.

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Tepelné zpracování ocelí. Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc. ; Ing. Karel Němec, Ph.D."

Bohumil Vopička
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Tepelné zpracování ocelí Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc. ; Ing. Karel Němec, Ph.D.

2 Schéma průběhu tepelného zpracování 1 ohřev, 2 výdrž na teplotě, 3 ochlazování

3 Diagram Fe-Fe 3 C

4 Základní typy žíhání u ocelí Žíhání 1) s překrystalizací - homogenizační - rozpouštěcí - normalizační 2) bez překrystalizace - naměkko - rekrystalizační - ke snížení pnutí

5 Základní typy žíhání u ocelí Homogenizační žíhání se provádí za účelem snížení chemické heterogenity, vznikající při tuhnutí následkem dendritické segregace. Rozpouštěcí žíhání má rozpustit karbidické (popř. nitridické) fáze v tuhém roztoku. Normalizační žíhání se provádí za účelem zjemnění austenitického zrna a ke zrovnoměrnění sekundární struktury. Slouží též k odstranění často se vyskytující Widmannstättenovy struktury. Žíhání naměkko snižuje tvrdost a zlepšuje obrobitelnost oceli díky sferoidizaci perlitického, příp. sekundárního, cementitu. Rekrystalizační žíhání má za úkol odstranit deformační zpevnění způsobené předcházejícím tvářením za studena. Žíhání ke snížení pnutí se provádí s cílem snížit vnitřní pnutí vzniklá po svařování, tváření za studena, rozsáhlém obrábění nebo nerovnoměrném ochlazení dílů složitých tvarů a větších rozměrů.

6 Normalizační žíhání Schéma tepelného zpracování Pásmo žíhacích teplot

7 Normalizační žíhání Výchozí stav, Widmannstättenova struktura Struktura po normalizačním žíhání

8 Žíhání naměkko Schéma tepelného zpracování Pásmo žíhacích teplot

9 Žíhání naměkko Výchozí stav, lamelární perlit Globulární (zrnitý) perlit po žíhání naměkko

10 Přehled způsobů kalení oceli

11 Martenzitické kalení Schéma martenzitického kalení Pásmo kalících teplot

12 Způsoby martenzitického kalení Kalení - nepřetržité (přímé) - lomené - termální - se zmrazením

13 Vliv obsahu uhlíku rozpuštěného v austenitu na tvrdost uhlíkových ocelí 1 max. hodnoty tvrdosti po kalení (100% martenzitu) 2 po kalení z teploty nad A c1 3 po kalení z teploty A c % martenzitu ve struktuře 5 po normalizačním žíhání 6 po žíhání naměkko (zrnitý perlit)

14 Prokalitelnost, pás prokalitelnosti Schéma Jominiho zkoušky prokalitelnosti Pás prokalitelnosti oceli , 2 hranice pásu prokalitelnosti 3 křivka prokalitelnosti

15 Správná struktura po zakalení Podeutektoidní ocel Nadeutektoidní ocel

16 Nesprávná struktura po zakalení Podeutektoidní ocel Nadeutektoidní ocel

17 Detail martenzitu Tenká folie - TEM

18 Kalení a nízkoteplotní popouštění Schema tepelného zpracování

19 Zušlechťování Schema tepelného zpracování Zušlechťovací diagram

20 Stadia popouštění M... martenzit tetragonální M K... martenzit kubický ( 0,25 % C) A Z... zbytkový austenit e... Fe 2,4 C (přechodový karbid) Cem... Fe 3 C S sorbit

21 Jemný a hrubý sorbit Jemný sorbit Hrubý sorbit

22 Izotermické způsoby tepelného zpracování

23 Chemicko-tepelné zpracování

24 Přehled metod chemicko-tepelného zpracování Cementování Nitridování Nitrocementování Karbonitridování Sulfonitridování Tvrdé chromování Alitování (hliníkování) Silitování (křemíkování) Boridování (bórování) a další

25 Cementování Difúzní sycení povrchu uhlíkem za zvýšené teploty K cementování se používají oceli s nízkým obsahem uhlíku (< 0,25 hm. %) Obvyklý rozsah cementačních teplot je C Požadované vlastnosti cementované součásti se získají až tepelným zpracováním Tvrdost povrchu po cementaci dosahuje až 800 HV Tloušťka cementované vrstvy se nejčastěji pohybuje v rozmezí 0,5 1,5 mm

26 Schéma cementace v diagramu Fe-Fe 3 C

27 Cementační prostředí Pevné sypké dřevěné uhlí + 7 až 20% BaCO 3 (NaCO 3, CaCO 3 ) Kapalné roztavené solné lázně NaCN nebo KCN + NaCl nebo KCl Plynné plyn CO, příp. CH 4 pece typu Monocarb

28 Hloubka cementované vrstvy při cementování: 1 v lázni 2 v plynu 3 v prášku

29 Tepelné zpracování po nauhličení 1 kalení přímo z cementační teploty 2 kalení s přichlazením 3 kalení s podchlazením 4 kalení po ochlazení z cementační teploty 5 dvojité kalení, a kalení na jádro, b kalení na vrstvu Po zakalení musí vždy následovat ještě nízkoteplotní popouštění!

30 Makrostruktura řezu cementovaným ozubeným kolem

31 Nitridování Difuzní sycení povrchu dusíkem za zvýšené teploty Nitridují se oceli s obsahem uhlíku 0,3 0,4 hm. % Obvyklý rozsah nitridačních teplot je C Doba nitridace bývá relativně dlouhá (až 60 hodin) Tvrdost nitridované vrstvy se zpravidla pohybuje v rozmezí HV. Je závislá na obsahu legujících prvků v oceli tvořících tvrdé nitridy (Cr, Al, Mo, V, W). Tloušťka nitridované vrstvy bývá 0,2 0,6 mm

32 Způsoby nitridace Nitridace v plynném prostředí Provádí se v plynotěsných zvonových, šachtových nebo komorových pecích, zdrojem plynu je čpavek NH 3 V kapalném prostředí Provádí se v roztavených kianidech Iontová (plazmová) nitridace Moderní postup Součásti jsou uloženy izolovaně ve vakuové nádobě a zapojeny jako katoda. Nádoba tvoří anodu a udržuje se v ní snížený tlak zředěné směsi plynů (směs N a H). Po připojení vysokého napětí proběhne ionizace dusíku a vzniklé elektrické pole pohybuje anionty dusíku k součástkám.

33 Iontová nitridace 1 součástky 2 vakuovaná komora 3 zásobník se směsí H a N 4 zdroj vysokého napětí

34 Porovnání tvrdosti a hloubky povrchové vrstvy po různém chemicko-tepelném zpracování 1 nitridované 2 karbonitridované 3 nitrocementované 4 cementované 5 povrchově kalené

35 Tepelně-mechanické zpracování Kombinovaný účinek tváření a tepelného zpracování Používá se zejména ke zvyšování mechanických vlastností legovaných konstrukčních ocelí.

36 Základní způsoby tepelně-mechanického zpracování 1 - Vysokoteplotní tepelně-mechanické zpracování 2 - Nízkoteplotní tepelně-mechanické zpracování

37 Doporučená literatura Ptáček, L. a kol.: Nauka o materiálu I. Akademické nakladatelství CERM, Brno, 2001, (2. opravené a doplněné vydání 2003) Pluhař, J. a kol.: Nauka o materiálech. SNTL, Praha, 1989 Askeland, D.R.- Phulé, P.P.: The Science and Engineering of Materials. Thomson-Brooks/Cool, 4th ed (5th ed. 2005) Callister, W.D., Jr.: Materials Science and Engineering. An Introduction. John Wiley & Sons, Inc., 6th ed., 2003

Podobné dokumenty

Tepelné a chemickotepelné zpracování slitin Fe-C. Žíhání, kalení, cementace, nitridace

Tepelné a chemickotepelné zpracování slitin Fe-C Žíhání, kalení, cementace, nitridace Tepelné zpracování Tepelné zpracování je pochod, při kterém je součást podrobena jednomu nebo několika tepelným cyklům,