Tepelné a chemicko-tepelné zpracování slitin Fe-C Žíhání, kalení, cementace, nitridace Tepelné zpracování ¨ Tepelné zpracování je pochod, při kterém je součást podrobena jednomu nebo několika tepelným cyklům, aby se dosáhlo požadované struktury a vlastností. ¨ cyklus tepelného zpracování - ohřev, výdrž na teplotě a ochlazení. ¨ ¨ ¨ Obr. 9-1: Obecný cyklus tepelného zpracování Základní rozdělení TZ ¨Tepelné zpracování (TZ): -Žíhání -Kalení -Popouštění -Zušlěchťování (kalení+popouštění) ¨Chemicko-tepelné zpracování (ChTZ): -Cementace -Nitridace -Ostatní (karbonitridace, sulfidace, boridování, fosfátování ..) ¨ Žíhání s překrystalizací ¨ Žíhání je tepelné zpracování, při kterém se součásti ochlazují pomalu na vzduchu nebo v peci. Struktura materiálu se blíží rovnovážnému stavu. ¨Žíhání: ¨1) S překrystalizací: ¨Normalizační (a); ¨homogenizační (b). ¨ Při žíhání s překrystalizací proběhne u ocelí buď úplná nebo alespoň částečná austenitizace. ¨ Žíhání homogenizační – vyrovnává chemickou nestejnorodost, která vznikla při tuhnutí odlitků nebo ingotů. Volí se homogenizační teplota vysoká – u ocelí obvykle v rozmezí 1100 až 1250°C. Výdrže na teplotě jsou dlouhé (10 až 15 hodin), ¨ Schéma normalizačního ž. ¨ ¨ skenovat0009.jpg Žíhání bez překrystalizace ¨ Žíhání normalizační – spočívá v ohřevu ocelí na teplotu 30 až 50°C nad A3 a ochlazování takovou rychlostí, aby se vytvořila struktura ferit + perlit. Normalizačním žíháním se zjemní austenitické zrno a zlepší mechanické vlastnosti. ¨Žíhání: ¨2) Bez překrystalizace: ¨Naměkko (c); ¨ke snížení pnutí (d); ¨rekrystalizační (e). ¨ Žíhání bez překrystalizace ¨ Žíhání naměkko – lamelárné perlit se mění na globulární, čímž se zlepší obrobitelnost. ¨ Žíhání ke snížení pnutí – snižuje na minimum pnutí vytvořená v součásti při předchozím tepelném zpracování, mechanickém opracování, svařování nebo odlévání. ¨ Žíhání rekrystalizační – je TZ ocelí tvářených za studena na teplotu, při které se odstraní zpevnění vyvolané předchozím tvářením za studena. Používá se také jako mezioperační žíhání při tváření za studena. ¨ ¨Jiné druhy žíhání rozpouštěcí, izotermické. Kalení ¨ Kalení je tepelné zpracování, které se skládá z ohřevu na kalicí teplotu, výdrže na této teplotě a ochlazování nadkritickou rychlostí. Kalením získáváme nerovnovážné struktury. ¨Z hlediska průřezu: ¨objemové; ¨povrchové. ¨Z hlediska struktury: ¨martenzitické; ¨bainitické. Kalení ¨ Martenzitické kalení - kalicí teploty podeutektoidních ocelí leží 30 až 50°C nad A3, nadeutektoidní oceli se kalí z teplot 30 až 50°C nad A1. Po zakalení tvoří strukturu podeutektoidních ocelí martenzit s podílem zbytkového austenitu. U nadeutektoidních ocelí se v zakalené struktuře vyskytuje martenzit, zbytkový austenit a sekundární cementit. ¨Jako ochlazovací prostředí se používají: ¨Vzduch – mírné prostředí. ¨Olej – ochlazuje intenzivněji než vzduch. ¨Voda – je nejintenzivnějším ochlazovacím prostředím. Schéma kalení ¨ skenovat0010.jpg Martenzitické kalení ¨ Martenzitické kalení: 1.Nepřetržité (přímé). 2.Přetržité: ¤Lomené kalení (a). ¤Termální kalení (b). ¤Kalení se zmrazováním ¤ (měřidla) (c). skenovat0011.jpg Bainitické kalení ¨ Bainitické kalení - transformuje se austenit na bainit. ¨Nepřetržité bainitické kalení – je méně časté. Po ochlazení vznikne směs bainitu a martenzitu, která se popouští, aby došlo k odstranění martenzitu. ¨Přetržité bainitické kalení (izotermické) – probíhá izotermická transformace na bainit. Po skončení překrystalizace je ve struktuře bainit a menší množství zbytkového austenitu. Povrchové kalení ¨ Podle zdroje tepla: ¨Povrchové kalení plamenem – zdrojem tepla je plamen hořáku, ve kterém se spaluje vhodný plyn (acetylen, svítiplyn, metan, propan) s kyslíkem. Ohřev je rychlý a výdrž na kalicí teplotě je také krátká, takže nedochází k růstu austenitického zrna. ¨Indukční povrchové kalení – součást se vloží do induktoru, kterým prochází elektrický proud o vysoké frekvenci. V povrchu součásti se indukují vířivé proudy. Ohřátá povrchová vrstva se zakalí vodní sprchou nebo v lázni. Popouštění a zušlechťování ¨ Popouštění - ohřev na popouštěcí teplotu a pomalé ochlazení. Popouštění při nízkých teplotách (do 350°C) snižuje pnutí po kalení, zmenšuje podíl zbytkového austenitu, zvyšuje houževnatost materiálu a jeho rozměrovou stálost. ¨ Zušlechťování je kombinované tepelné zpracování, které se skládá z martenzitického kalení a popouštění. Chemicko-tepelné zpracování ¨ V technické praxi se často vyskytuje požadavek na tvrdý povrch součásti a současně vysokou houževnatost jádra. ¨ ¨ Při ChTZ dochází k difúznímu sycení povrchu součásti kovem nebo nekovem za zvýšené teploty – mění se chemické složení a vlastnosti povrchu součásti. ¨Mezi základní ChTZ patří: -cementace; -nitridace. Cementování ¨ Při cementování se povrch součásti sytí uhlíkem. ¨Cementování v prostředí: plynném, kapalném a sypkém. ¨Cementování v plynném prostředí – využívá se reakce oxidu uhelnatého (2 CO ® CO2 + C) nebo rozpadu metanu (CH4 ® 2 H2 + C). ¨Cementování v kapalném prostředí – provádí se v kyanidových lázních. Probíhá velmi rychle; povrch je sycen poměrně rovnoměrně. ¨Cementování v sypkém prostředí – provádí se ve směsi, jejímiž hlavními složkami jsou dřevěné uhlí a uhličitan barnatý BaCO3. ¨ Cementační teploty se pohybují kolem 800 až 950°C. ¨Je možno získat nasycenou vrstvu o tloušťce do 2 až 3 mm. ¨ Před cementací se díly normalizují, po cementaci je nutno součást vždy zakalit. Nitridování ¨ Při nitridování se povrch součásti sytí dusíkem v plynném nebo kapalném prostředí. Povrchová vrstva obsahuje tvrdé nitridy vhodných prvků – nejčastěji Al, V, Cr. ¨Tvrdost povrchu po nitridování je vyšší než po cementaci nebo povrchovém kalení. ¨Deformace součásti jsou minimální, protože nitridační teploty jsou relativně nízké – kolem 550°C. ¨Tloušťka nasycené vrstvy - řádově desetiny a setiny milimetru. ¨ Před nitridaci se součásti zušlechťují, po nitridaci se již tepelně nezpracovávají. Závěr ¨Literatura: ¨[1] Askeland, D.R. The Science and Engineering of Materials. Chapman & Hall, 1996. ¨[2] Ptáček a kol. Nauka o materiálu I a II. CERM, 2003, 520+396 s. ¨[3] Hluchý, M., Kolouch, J. Strojírenská technologie 1. Scientia, 2007, 266 s. ¨ 0471736961!w234