Žíhání druhého druhu Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007
Rozdělení Žíhání 2. druhu oceli litiny Neželezné kovy austenitizace Rozpad austenitu temperování Ostatní žíhání heterogenizace normalizace Úplná překrystalizace
Obecné zákony Vliv hranic zrn : koherentní malá povrchová energie, malá rychlost pohybu nekoherentní pětinásobná povrch. energie, velká rychlost pohybu Nekoherentní rozhraní : dislokační málo pohyblivé vysokoúhlové (amorfní) značně pohyblivé Orientační následnost (dědičnost) nové fáze především u koherentních rozhraní Vytvoření zárodků stabilnější fáze vede k vymizení méně stabilní fáze Druhy žíhání jsou silně závislé na typu slitiny (jaké má fázové přeměny)
Kinetika překrystalizace růst teploty
Kinetika překrystalizace pokles teploty
Metastabilní diagram Fe C základ pro oceli
Druhy žíhání ocelí Úplné žíhání Izotermické žíhání Normalizační žíhání Patentování
Austenitizace oceli Probíhá bez inkubační periody nejde potlačit Legury zpomalují austenitizaci Zárodky vznikají na hranici cementit ferit nebo uvnitř feritu (pro velká feritická zrna) Dříve austenitizuje perlit kratší difuzní dráhy Rychlost posuvu hranice je nepřímo úměrná skoku koncentrace, skok F A menší než A - Cem Na konci přeměny perlitu zmizí ferit, zůstane austenit a zbytek cementitu
Růst austenitu Uvnitř feritu jen při jeho přebytku Na rozhraní cementit ferit častější
Austenitizace eutektoidní oceli P perlit A austenit K karbidy, především cementit
Austenitizace podeutektoidní oceli F ferit P perlt A austenit K karbidy, především cementit
Austenitické zrno Také primární zrno oceli. Při normální austenitizaci 10 až 20 µm. Při vyšší teplotě jemnější rychleji roste rychlost nukleace než růstu. Výdrž po austenitizaci možný růst zrna. Dědičností byla určena velikost perlitických kolonií, feritických zrn, martenzitu vše jen v rámci jednoho austenitického zrna. Proto se při austenitizaci obnovuje původní austenitické zrno. Žíhání na zvýšení obrobitelnosti cílený růst zrna. Teplota 950 až 1100 o C. Lepší lámavost třísky.
Vlivy na austenitické zrno Mn zvyšuje růst zrn hrubozrnné oceli. Al a Cr brzdí růst zrn Al už od 0,05 % (disperze AlN, AlC), ale jen do 950 o C. Zkouška náchylnosti k hrubozrnnosti : 3 hodiny při 930 o C, pak zviditelnit austenitické zrno cementací nebo oxidací (normální leptání zviditelní sekundární zrno) S růstem zrna klesá vrubová houževnatost a zvláště roste tranzitní teplota.
Rovnovážný rozpad austenitu eutektoidní složení Perlitické kolonie nukleují na hranici austenitického zrna. První většinou nukleuje cementit. Přeměna má inkubační dobu. Lamely rostou dopředu kolmo na hranici austenitického zrna - po stranách jsou méně pohyblivé dislokační hranice. Tenčí lamely mají lepší mechanické vlastnosti. Perlitická kolonie vzniká vždy v rámci jednoho austenitického zrna
Mechanismus vzniku perlitu
Charakteristiky perlitu Teplota vzniku 650 o C 600 o C 550 o C Mezidesková vzdálenost 0,5 1 mikrometr 0,4 0,2 mikrometrů 0,1 mikrometru Tvrdost HV 170-230 230-330 330-400 Velikost lamel závisí především na rychlosti ochlazování - vliv inkubační doby
Podeutektoidní ocel
Podeutektoidní struktura pomalé ochlazování
Widmannstettenova struktura Vytváří se desky feritu, orientační vztah s austenitem (110) F (111) A Ocel 0,3 až 0,5 % C, veliká austenitická zrna Podporuje urychlené ochlazování V zásadě nežádoucí zhoršuje mechanické vlastnosti Odstranění : - zpomalit ochlazování v intervalu A3 až A1
Využití Widmannstettenovy struktury Feritické desky narůstají po stupíncích výšky 10 až 1000 µm. Na hranicích stupínků se může hromadit disperze NbC, VC, Mo 2 C, velikost zrn okolo 10 nm. Zpevní ferit je žádoucí řízené ochlazování. Jeden typ mikrolegovaných ocelí.
Struktura do 0,1 % C Nevznikne perlit Cementitická zrna na rozhraní feritických zrn.
Nadeutektoidní ocel
Karbidická síťka nadeutektoidní oceli Fe 3 C Odstranění : zrychlit ochlazování
Kvasieutektoid - Vzniká v modré oblasti. Při prudkém ochlazení z austenitické oblasti až sem nevznikne proeutektoidní fáze. - Nepřesnost při určování množství uhlíku z množství perlitu. - Vzniká pro 0,5 až 1,5 % C.
Normalizace oceli Ohřev 30 až 50 o C nad A 3 nebo A m. Častější u podeutektoidních a eutektoidních ocelí. Je nutné ochlazování na vzduchu pro co nejjemnější perlit a větší množství kvazieutektoidu. Často ke zlepšení struktury před kalením. U nadeutektoidních ocelí k rozbití karbidické síťky. U výšelegovaných ocelí nebezpečí přikalení. U uhlíkových ocelí přesně reprodukovatelná struktura.
Úplné žíhání ocelí Austenitizace a pomalý rovnovážný rozpad austenitu. Užití u podeutektoidních ocelí, odstranění Widmannstettenovy struktury a hrubozrnnosti. Vzniká rovnovážná feriticko-perlitická struktura. Ohřev 20 až 40 o C nad A 3, velmi pomalé chlazení (C oceli 200 K/hod, legované 30 až 100 K/hod. Možno vyndat z pece při 500 až 600 o C těsně nad nosem IRA diagramu. Při hrubozrnnosti krátce přehřát na teplotu 1100 až 1150 o C odstraní se dědičnost struktury
Izotermické žíhání oceli Jako sferoidizační u nadeutektoidní oceli. Teplota 740 až 780 o C velmi úzký interval. Čím nižší rychlost ochlazování, tím větší globule cementitu. Možno urychlit cyklickým ohřevem nad a pod A 1. I pro rozpad hrubozrnného perlitu.
Patentování oceli Před vysokým tažením za studena na dráty a podobně. Pro podeutektoidní ocel. Ohřev 150 až 200 o C nad A 3 a prudké ochlazení v olověné nebo solné lázni 450 až 550 o C. Vytvoří se samý kvazieutektoid z velmi jemného perlitu, pevný a plastický. Po tahu za studena (možné přetvoření až do 100 %) pevnost v tahu 1,5 až 2 GPa.
Vliv druhu perlitu
Žíhání u litin
Temperace bílé litiny Bílý lom Typické složení litiny 3,1 % C, 1 % Si Bílý lom - feritická V oxidačním prostředí vzduch Celková doba ohřevu okolo 10 hodin
Temperace bílé litiny šedý lom Typické složení litiny 3,1 % C, 1 % Si Šedý lom - perlitická V neutrálním prostředí dusík Celková doba ohřevu okolo 10 hodin
Přeměny v litině
Žíhání litiny Odstranění bílých míst Tzv zákalky ledeburitická místa v grafitické litině. Cementit je tu málo stabilní stačí málo k jeho rozpadu Teplota žíhání 850 až 950 o C, doba 0,5 až 5 hodin.
Žíhání litiny Změkčující žíhání V grafitické litině obsahující perlit. Dosahujeme rozpadu perlitu. Teplota 670 až 750 o C, doba 1 až 4 hodiny. Část cementitu v perlitu zgrafitizuje, část se sbalí v globule. Někdy i u ocelí nadeutektoidní oceli s obsahem 1 2 % Si nebo 5 10 % Ni. Grafitizovaná ocel dobré antifrikční vlastnosti.
Žíhání litiny Normalizace litiny Není příliš častá. Vytváříme základní strukturu z jemnozrnného perlitu. Velké zpevnění u feritické litiny, u perlitické jen malé. Teplota 850 až 950 o C, doba 0,3 až 3 hodiny.
Žíhání neželezných kovů Heterogenizační žíhání : dosažení řízené segregace jedné nebo více fází z fáze matečné - před tažením - před kováním - ke zvýšení korozivzdornosti - získání monokrystalů Žíhání s úplnou překrystalizací
Heterogenizační žíhání Změkčující před tvářením U všech vytvrditelných Al slitin Likvidace vlivů válcování Ohřev a velmi pomalé ochlazování (v peci) pod 30 K/hod (dural) Úplné dural - teplota 380 420 o C, po dobu 10 60 minut. Neúplné -částečné (segreguje jen část příměsí) dural 350 370 o C, po dobu 2 4 hodiny.
Heterogenizační žíhání Změkčující před kováním Optimální je segregát druhé fáze velikosti 1 až 5 µm. Částice nad 5 µm snižují plasticitu, částice pod 1 µm se při kování rozpustí. Provádí se těsně po homogenizačním ohřevu, sníží 1,5 3 x lisovací tlak. Pro Al slitiny teplota 350 o C, po dobu 3 hodin. Nutno přesně dodržet podmínky.
Heterogenizační žíhání Zvýšení korozivzdornosti Např. u AlMg slitin vyloučení příměsí snižujících korozivzdornost. Vyloučení intermetalické fáze Al 3 Mg 2 s optimální zrnitostí. Teplota žíhání 320 o C.
Heterogenizační žíhání Získání monokrystalů Pro mosaz Cu60Zn40 Cyklování mezi 20 a 820 o C, po posledním ohřevu rychlé ochlazení. Lze získat monokrystal beta fáze velikosti až několik cm.
Žíhání s úplnou překrystalizací Ohřev nad teplotu překrystalizace a velmi pomalé ochlazování. Dojde k úplné obnově rovnovážné struktury v celém objemu. Slouží k : odstranění textury zjemnění zrna stabilizaci tvaru a rozměrů.