Popouštění ocelí. Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Strojní fakulty Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007

Transkript

1 Popouštění ocelí Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Strojní fakulty Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007

2 Základní schema popouštění

3 Precipitace uhlíku Do 100 o C - počátek precipitace uhlíku přerozdělení C na shluky dislokací a klastry (již od 40 o C) 100 až 300 o C metastabilní karbidy - hexagonální ε karbid Fe 2 C (do 200 o C), koherentní destičky 10 až 100 nm - rombický η karbid Fe 2 C (do 200 o C) koherentní částice - rombický χ karbid Fe 5 C 2 (nad 200 o C) Nad 250 o C vznik cementitu (typicky 300 až 400 o C) - překrystalizací metastabilních karbidů i přímo z martenzitu - má tvar destiček, s vysokoúhlovými hranicemi 350 až 600 o C sferoidizace cementitu, později koagulace Nad 600 o C již jen koagulace cementitu

4 Rozpad zbytkového austenitu Při 200 až 300 o C Mění se na dolní bainit Při větším obsahu zbrzdí pokles tvrdosti, případně i malý vzrůst Rozpad možno vyvolat také silným poklesem teploty ( kapalný dusík, o C) TZ při záporných teplotách

5 Rozpad martenzitu Do 150 o C dvoufázový rozpad, okolo karbidů nízkouhlíkový martenzit atermální rozpad nezávislost na čase, jen na teplotě 150 až 300 o C již i difuzní růst karbidů i nizkouhlíkového martenzitu Při 300 o C prakticky již jen nízkouhlíkový martenzit s 0,1 % C RTG nerozlišitelný od feritu Při 400 o C již jen ferit s 0,01 % C, přesycený dislokacemi, kopíruje martenzitické jehlice 400 až 600 o C rychlé vymizení nadbytečných dislokací. Hranice jehlic stabilizovány karbidy Nad 600 o C při migraci a koagulaci karbidů se ztrácí jehlice

6 Schema popouštěcích struktur Málo uhlíku Hodně uhlíku A nízkouhlíkový deskový martenzit dislokační B popuštění 300 o C. Precipitace karbidů v deskách. C popuštění 500 o C. Zotavení dislokační struktury martenzitu. D popuštění 600 o C. Rekrystalizovaný cementit, zrna feritu. E vysokouhlíkový jehlicový dvojčatový martenzit. F popuštění 100 o C. Jemné karbidy na rozhraní dvojčat. G popuštění 200 o C. Koherentní cementit podél dvojčat. H popuštění 400 o C. Rozpad dvojčatové struktury. Karbidy koagulují.

7 Popouštění uhlíkových ocelí

8 Eutektoidní uhlíková ocel

9 Tvrdost uhlíkových ocelí

10 Vliv legur První stadium do 150 o C nemají vliv Druhé a třetí stadium do 400 o C zpomalují růst karbidů až do 500 o C, např. Cr, W, Mo, V, Co, Si. Posunují teplotu intenzivního odpevnění z o C na o C Nad 450 o C se podílejí na tvorbě karbidů: - mění cementit na jiné karbidy : (Fe, Cr) 3 C (Cr, Fe) 7 C 3 - vytvářejí nové karbidy : VC, Mo 2 C, TiC, W 2 C velmi jemnozrnné proti cementitu Ni urychluje koagulaci karbidů, ostatní ji zpomalují

11 Tvrdost při popuštění Červeně stadia popouštění (4. stadium precipitace) Pro ocel 0,35 % C, dolní křivka uhlíková, D středně legovaná, E se sekundární tvrdostí

12 Princip sekundární tvrdosti Precipitáty karbidů TiC, VC, Mo 2 C, W 2 C. Chrom sám nestačí Cr 7 C 3 rychle koaguluje. Ale silně podporuje.

13 Příklad sekundární tvrdosti vliv chromu

14 Popouštěcí křehkost

15 Dolní křehkost Je nevratná Jen při výdrži na teplotě okolo 350 o C Neprojeví se při pomalém ochlazování z vyšší teploty Má menší význam

16 Horní křehkost Je vratná - je možné ji zlikvidovat ohřevem na 600 o C a rychlým ochlazením. Projeví se i při pomalém ochlazování z vyšší teploty. Současně růst tranzitní teploty důležitější. Příčinou je segregace nečistot P, Sb, Sn, As. Potlačení : zmenšení obsahu P, Sb, Sn, As urychlené ochlazování přes kritický interval přídavek 0,2 až 0,3 % Mo vysokoteplotní termomechanické zpracování

17 Vliv teploty a doby popouštění Optimální doba popouštění jedna hodina

18 Druhy popuštění Stabilizační popouštění 100 až 180 o C, 30 až 150 hodin měrky, ložiska Nízké popuštění 120 až 250 o C po 1 2 hodiny zmenšení pnutí, zachování tvrdosti Střední popuštění 350 až 450 o C málo používané, na pružiny Vysoké popouštění zušlechtění. Na 450 až 650 o C po několik hodin. Tvrdost a pevnost jako u feriticko-perlitické struktury, ale vyšší houževnatost

19 Nízké popouštění eutektoidní oceli

20 Porovnání vlastností (ocel , zušlechtění)

21 Popouštění druhá tvrdost Ocel , kaleno do oleje, popouštěno 2 hodiny Rozhoduje i teplota austenitizace relativně vysoká

22 Kalení rychlořezné oceli Teplota kalení až 1200 o C nejvyšší v TZ ocelí

23 Dvojité kalení s popouštěním

24 Popouštění pod napětím Zatěžuje se na 60 až 70 % meze kluzu. Zvyšuje mez kluzu a odolnost krepu a relaxaci. Zvýší až desetinásobně životnost pružin.