Shrnutí na Tepelné a chemicko-tepelné zpracování oceli
Tepelné a Chemicko-tepelné Zpracování Oceli: Kompletní Průvodce
Úvod
Tepelné zpracování ocelí je soubor postupů, při kterých se mění teplotou v tuhém stavu mikrostruktura a tím i mechanické vlastnosti ocelí (tvrdost, pevnost, houževnatost). Cílem je upravit vlastnosti materiálu tak, aby vyhovoval konkrétnímu použití: kalení pro zvýšení tvrdosti, popouštění pro obnovení houževnatosti nebo chemicko-tepelné zpracování pro lokální změnu složení povrchu.
Definice: Tepelné zpracování ocelí je proces, při kterém se ocel zahřeje na určitou teplotu, setrvá a následně se ochladí tak, aby se změnila její vnitřní struktura a vlastnosti.
Základní pojmy a diagramy
IRA a ARA diagramy
-
IRA diagram (izometrický rozpad austenitu): při konstantní teplotě dochází k izotermické přeměně austenitu na jiné fáze (perlit, bainit, martenzit). Výsledná struktura závisí na teplotě a čase setrvání.
-
ARA diagram (anizometrický rozpad austenitu): ochlazování není v krocích, ale plynule, výsledná struktura je směs fází podle průběhu křivky ochlazování (perlit, bainit, martenzit).
Definice: Austenit je pevná fáze železa s kubickou plošně centrovanou mřížkou označovanou \($\gamma$\). Ferrit má mřížku označovanou \($\alpha$\).
Hlavní typy přeměn austenitu
- Perlitická přeměna: \($\gamma$\) přeměna na \($\alpha$\) + vyloučený cementit; vzniká lamelární perlit (střídavé vrstvy feritu a cementitu).
- Bainitická přeměna: vznikají feritové jehlice obklopené cementitem; dělí se na horní (nižší tvrdost) a dolní bainit (vyšší tvrdost).
- Martenzitická přeměna: difúze potlačena, \($\gamma$\) se mění na přepsaný tuhý roztok uhlíku v \($\alpha$\) — martenzit; velmi tvrdý a křehký. Část austenitu může zůstat jako zbytkový austenit.
Definice: Martenzit je přesycený tuhý roztok uhlíku v železe \($\alpha$\), vzniklý přeměnou bez difúze.
Kalení (quenching)
Účel a postup
- Účelem kalení je zvýšit tvrdost oceli.
- Postup: zahřátí na kalící teplotu (nad $727^{\circ}\mathrm{C}$) a po setrvání rychlé ochlazení tak, aby vznikla bainitická nebo martenzitická struktura.
- Použití: čepy, ozubená kola, hřídele.
- Typické kalící teploty: $727-1300^{\circ}\mathrm{C}$ (v závislosti na složení oceli).
Faktory ovlivňující výslednou tvrdost
- Obsah uhlíku
- Rychlost ochlazování a následné popouštění
- Legující prvky
Tabulka: přibližné dosažitelné tvrdosti podle obsahu uhlíku
| Skupina ocelí | Typická HRC |
|---|---|
| Nízkouhlíkové | 20–45 |
| Středně uhlíkové | 45–55 |
| Vysokouhlíkové | 55–67 |
| Legované | až 70 |
Kalitelnost
- Kalitelnost = schopnost oceli vytvořit martenzit při ochlazení
- Závisí na chemickém složení, obsahu uhlíku a legujících prvcích
- Oceli s obsahem uhlíku pod $0{,}2%$ jsou obvykle nekalitelné
- Oceli s obsahem uhlíku $\geq 0{,}35%$ jsou dobře kalitelné
Kalící prostředí a metody
- Kapaliny: voda, oleje (rychlé až střední chlazení)
- Vzduch: pomalé chlazení, používá se u vysoce legovaných ocelí
Metody:
- Termální kalení: z kalící teploty se nejdříve chladí v olejové lázni na $200-300^{\circ}\mathrm{C}$, pak na vzduch
- Izometrické kalení: z kalící teploty se chladí do solné lázně na cca $500^{\circ}\mathrm{C}$ až do přeměny austenitu na bainit; většinou není třeba popouštět
- Patentování: používá se pro lana a pružiny, ochlazování v olovněné lázni při $450-500^{\circ}\mathrm{C}$
Povrchové kalení
- Používá se pro zvýšení tvrdosti povrchu strojních součástí při zachování houževnatého jádra
- Výsledek: tvrdý a křehký povrch, houževnaté jádro
- Aplikace: ozubená kola, ložiska, nástroje
Popouštění (tempering)
Účel a průběh
- Provádí se po kal
Zaregistruj se pro celé shrnutíUž máš účet? Přihlásit se
Tepelné zpracování ocelí
Klíčová slova: Tepelné zpracování ocelí, Tepelné a chemické zušlechťování povrchů, Povrchová úprava chromem
Klíčové pojmy: Tepelné zpracování mění mikrostrukturu a vlastnosti oceli, Kalení: zahřátí nad $727^{\circ}\mathrm{C}$ a rychlé ochlazení pro martenzit nebo bainit, Popouštění snižuje tvrdost a zvyšuje houževnatost (typicky ~ $450^{\circ}\mathrm{C}$), Cementování nasycuje povrch uhlíkem, vhodné pro nízkouhlíkové oceli, Nitridování nasycuje dusíkem při $500-600^{\circ}\mathrm{C}$ a často nepotřebuje další tepelné zpracování, Kalitelnost závisí na obsahu uhlíku a legujících prvcích; pod $0{,}2\%$ uhlíku jsou oceli nekalitelné, Jominyho zkouška měří tvrdost po délce vzorku a hodnotí kalitelnost, Vickersova zkouška je přesná metoda pro kontrolu prokalení malých vrstev, Povrchové kalení zvyšuje odolnost proti opotřebení při zachování houževnatého jádra, IRA = izometrický rozpad (izotermický), ARA = anizometrický rozpad (přirozené ochlazování)