Kalenie, Popúšťanie, Normalizácia, Žíhanie a Rozdiely medzi Kovanými a Tvárnenými Kovmi

Kov je z chemického hľadiska kryštalická, elektropozitívna látka s voľnými valenčnými elektrónmi, ktoré sú spoločné pre všetky atómy kovu a môžu sa v ňom voľne pohybovať, nazývané voľné elektróny. Vlastnosti kovov, ako je vysoká elektrická a tepelná vodivosť, závisia od teploty. Stúpajúca teplota spôsobí zvýšenie elektrického odporu, klesajúca teplota zlepšuje vodivosť. V pevnom skupenstve majú kovy plasticitu (kujnosť, tvarovateľnosť), sú schopné odrážať svetlo a sú nepriehľadné.

V oblasti výroby kovov sú kľúčovými pojmami tepelné a mechanické spracovanie. Tepelné spracovanie, ako je kalenie, popúšťanie, normalizácia a žíhanie, významne ovplyvňuje vlastnosti kovov, vrátane tých, ktoré sa používajú pri výrobe. Tieto formy sú kľúčové pri dosahovaní požadovaných mechanických vlastností pre rôzne mechanické aplikácie. Mechanické spracovanie zase odlišuje kované a tvárnené kovy, ktoré majú jedinečné vlastnosti, výkonnostné výhody a aplikácie. Pochopenie týchto rozdielov je nevyhnutné pre inžinierov, výrobcov a kupujúcich pri výbere správneho materiálu pre ich konkrétne použitie.

Čo je to Kalenie?

Kalenie kovov je proces tepelného spracovania, ktorý zvyšuje tvrdosť, pevnosť a odolnosť materiálu. Kalenie kovov mení ich mikroštruktúru, čím zlepšuje mechanické vlastnosti. Je to zásadný proces tepelného spracovania, ktorý zlepšuje pevnosť, tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Kvalitné kalenie kovov je ideálnym riešením k vylepšeniu materiálu pre mnoho výrobkov.

Díky pokročilým technikám, ako je cementace, indukční kalení a nitridace, lze přesně přizpůsobit vlastnosti kovů požadavkům konkrétní aplikace.

Čo je to Popúšťanie?

Popúšťanie je proces tepelného spracovania, pri ktorom sa kalený kovový materiál alebo súčiastka zahreje na určitú teplotu, udržiava sa na tejto teplote určitý čas a potom sa určitým spôsobom ochladí. Popúšťanie je operácia vykonávaná bezprostredne po kalení a zvyčajne je poslednou časťou tepelného spracovania obrobku. Kombinovaný proces kalenia a popúšťania sa nazýva konečné spracovanie.

Primárny účel popúšťania:

• Zníženie vnútorného napätia a zníženie krehkosti. Kalené diely sú vystavené značnému napätiu a krehkosti. Ak nie sú včas popúšťané, majú tendenciu sa deformovať alebo dokonca praskať.
• Úprava mechanických vlastností obrobku. Po kalení má obrobok vysokú tvrdosť a vysokú krehkosť. Popúšťaním je možné upraviť tvrdosť, pevnosť, plasticitu a húževnatosť tak, aby spĺňali rôzne výkonnostné požiadavky rôznych obrobkov.
• Stabilizácia veľkosti obrobku. Metalografickú štruktúru je možné stabilizovať popúšťaním, aby sa zabezpečilo, že počas budúceho použitia nedôjde k deformácii.
• Zlepšiť rezný výkon určitých legovaných ocelí.

Účinok popúšťania:

Účinok temperovania je: ① Zlepšiť stabilitu organizácie tak, aby sa štruktúra obrobku počas používania nemení, a tým sa zachovala stabilná geometrická veľkosť a výkon. ② Odstráňte vnútorné napätie, aby ste zlepšili výkon obrobku a stabilizovali geometrické rozmery obrobku. ③ Upravte mechanické vlastnosti ocele tak, aby spĺňali požiadavky použitia. Dôvodom, prečo má popúšťanie tieto účinky, je to, že so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje atómová aktivita. Atómy železa, uhlíka a iných legujúcich prvkov v oceli môžu difundovať rýchlejšie, čo vedie k preskupeniu a kombinácii častíc, čím sa oceľ stáva nestabilnou. Nevyvážená organizácia sa postupne mení na stabilnú a vyváženú organizáciu.

Odstránenie vnútorného napätia súvisí aj so znížením pevnosti kovu so zvyšujúcou sa teplotou. Pri popúšťaní ocele sa tvrdosť a pevnosť znižuje a plasticita sa zvyšuje. Čím vyššia je teplota popúšťania, tým výraznejšia je zmena týchto mechanických vlastností. Niektoré legované ocele s vyšším obsahom legujúcich prvkov pri popúšťaní v určitom teplotnom rozsahu vyzrážajú jemné častice kovových zlúčenín, čo zvyšuje pevnosť a tvrdosť. Tento jav sa nazýva sekundárne kalenie.

Požiadavky na popúšťanie a typy

Obrobky s rôznym účelom by sa mali popúšťať pri rôznych teplotách, aby spĺňali požiadavky na použitie. Vo výrobe sa často vychádza z požiadaviek na výkon obrobku. Podľa rôznych teplôt ohrevu sa popúšťanie delí na nízkoteplotné, strednoteplotné a vysokoteplotné.

Keď sa oceľ popúšťa pri teplote okolo 300 °C, často sa zvyšuje jej krehkosť. Tento jav sa nazýva prvý typ popúšťacej krehkosti. Vo všeobecnosti by sa v tomto teplotnom rozsahu nemala popúšťať. Niektoré konštrukčné ocele so stredným obsahom uhlíka sú tiež náchylné na krehkosť, ak sa po popúšťaní pri vysokej teplote pomaly ochladia na izbovú teplotu. Tento jav sa nazýva druhý typ popúšťacej krehkosti. Pridanie molybdénu do ocele alebo chladenie v oleji alebo vode počas popúšťania môže zabrániť druhému typu popúšťacej krehkosti. Tento druh krehkosti sa dá eliminovať opätovným ohriatím druhého typu popúšťanej krehkej ocele na pôvodnú popúšťaciu teplotu.

Čo je to Normalizácia?

Normalizácia je tepelné spracovanie, ktoré zlepšuje húževnatosť ocele. Po zahriatí oceľového komponentu na teplotu o 30 až 50 °C nad teplotu Ac3 sa udržiava v teple a chladí sa vzduchom. Hlavnou vlastnosťou je, že rýchlosť chladenia je rýchlejšia ako pri žíhaní a nižšia ako pri kalení. Počas normalizácie sa kryštalické zrná ocele zjemňujú pri mierne rýchlejšom chladení. Nielenže sa dá dosiahnuť uspokojivá pevnosť, ale sa dá aj výrazne zlepšiť a znížiť húževnatosť (hodnota AKV) - tendencia komponentu k praskaniu. Po normalizačnom spracovaní niektorých nízkolegovaných oceľových plechov valcovaných za tepla, nízkolegovaných oceľových výkovkov a odliatkov sa môžu výrazne zlepšiť komplexné mechanické vlastnosti materiálov a zlepší sa aj rezný výkon.

Účely a použitia normalizácie:

1. Pri hypereutektoidných oceliach sa normalizácia používa na odstránenie prehriatej hrubozrnnej štruktúry a Widmanstattenovej štruktúry odliatkov, výkovkov a zvarov a pásovej štruktúry vo valcovaných materiáloch; na zjemnenie zŕn; a možno ju použiť ako predbežné tepelné spracovanie pred kalením.
2. V prípade hypereutektoidných ocelí môže normalizácia eliminovať retikulovaný sekundárny cementit a zjemniť perlit, čím sa zlepšia mechanické vlastnosti a uľahčí sa následné sferoidizačné žíhanie.
3. Pri nízkouhlíkových hlbokoťahaných tenkých oceľových plechoch môže normalizácia odstrániť voľný cementit na hraniciach zŕn, čím sa zlepší ich výkon pri hlbokom ťahaní.
4. Pri nízkouhlíkovej oceli a nízkouhlíkovej nízkolegovanej oceli môže normalizácia dosiahnuť perlitovú štruktúru s lupienkami, zvýšiť tvrdosť na HB140-190, zabrániť javu „zapichovania noža“ počas rezania a zlepšiť obrobiteľnosť. Normalizácia je ekonomickejšia a pohodlnejšia pre stredne uhlíkovú oceľ, ak je k dispozícii normalizácia a žíhanie.
5. Pre bežné konštrukčné ocele so stredným obsahom uhlíka, ktorých mechanické vlastnosti nie sú vysoké, sa namiesto kalenia a popúšťania za vysokých teplôt môže použiť normalizácia, čo je ľahko ovládateľné a stabilné v štruktúre a veľkosti ocele.
6. Normalizácia pri vysokých teplotách (150～200℃ nad Ac3) môže znížiť segregáciu zloženia odliatkov a výkovkov v dôsledku vysokej rýchlosti difúzie pri vysokých teplotách. Po normalizácii pri vysokých teplotách môže druhá normalizácia pri nižších teplotách zjemniť hrubé zrná.
7. Pri niektorých nízko- a stredne uhlíkových legovaných oceliach používaných v parných turbínach a kotloch sa často používa normalizácia na dosiahnutie bainitickej štruktúry. Po vysokoteplotnom popúšťaní má potom pri teplote 400 - 550 ℃ dobrú odolnosť proti tečeniu.
8. Okrem oceľových dielov a ocele sa normalizácia široko používa aj pri tepelnom spracovaní tvárnej liatiny na získanie perlitovej matrice a zlepšenie pevnosti tvárnej liatiny.

Keďže charakteristickým znakom normalizácie je chladenie vzduchom, okolitá teplota, spôsob stohovania, prúdenie vzduchu a veľkosť obrobku ovplyvňujú organizáciu a výkon po normalizácii. Normalizačná štruktúra sa môže použiť aj ako klasifikačná metóda pre legované ocele. Vo všeobecnosti sa legované ocele delia na perlit, bainit, martenzitickú a austenitická oceľ na základe štruktúry získanej chladením vzduchom po zahriatí vzorky s priemerom 25 mm na 900 °C.

Čo je to Žíhanie?

Žíhanie je proces tepelného spracovania kovu, pri ktorom sa kov pomaly zahrieva na určitú teplotu, udržiava sa dostatočne dlho a potom sa ochladzuje vhodnou rýchlosťou. Mnohé ocele sa dodávajú v stave po žíhaní. Tvrdomer Rockwell dokáže testovať tvrdosť ocele na testovanie tvrdosti HRB. Pre tenšie oceľové plechy, oceľové pásy a tenkostenné oceľové rúry sa na testovanie tvrdosti HRT môže použiť povrchový tvrdomer Rockwell.

Účel žíhania:

• Zlepšiť alebo odstrániť štrukturálne chyby a zvyškové napätia spôsobené odlievaním ocele, kovaním, valcovaním a zváraním a zabrániť deformácii a praskaniu obrobku.
• Zmäkčite obrobok na rezanie.
• Zjemnite zrná a zlepšite štruktúru, aby ste zlepšili mechanické vlastnosti obrobku.
• Pripravte organizáciu na konečné tepelné spracovanie (kalenie, popúšťanie).

Bežne používané žíhacie procesy:

1. Úplné žíhanie: Používa sa na zjemnenie hrubej prehriatej štruktúry so zlými mechanickými vlastnosťami po odlievaní, kovaní, g a zváraní stredne a nízkouhlíkovej ocele.
2. Sférické žíhanie: Používa sa na zníženie vysokej tvrdosti nástrojovej ocele a ložiskovej ocele po kovaní.
3. Izotermické žíhanie: Znižuje tvrdosť niektorých legovaných konštrukčných ocelí s vyšším obsahom niklu a chrómu určených na rezanie.
4. Rekryštalizačné žíhanie: Eliminuje jav kalenia (zvýšenie tvrdosti a zníženie plasticity) kovových drôtov a plechov počas ťahania a valcovania za studena.
5. Grafitizačné žíhanie: Používa sa na výrobu liatiny s vysokým obsahom cementitu na tvárnu liatinu s dobrou plasticitou.
6. Difúzne žíhanie: Používa sa na homogenizáciu chemického zloženia odliatkov zo zliatin a zlepšenie ich vlastností.
7. Žíhanie na odstránenie napätia: Eliminuje vnútorné napätie v oceľových odliatkoch a zvarových dieloch.

Žíhanie sa najčastejšie nájde v plechoch (ako sú oceľové plechy valcované za studena a pozinkované oceľové plechy), tyčiach a kovových drôtoch dokončených za studena, hliníku a tiež na vytvorenie jednotnejších materiálov, ak zváranie viedlo k zvyškovému namáhaniu v oblasti postihnutej teplom.

Ako sa žíhanie porovnáva s normalizáciou?

Na rozdiel od žíhania je normalizácia procesom zvyšovania tvrdosti. Ak chcete normalizovať kov, zvýšite teplotu materiálu nad austenitický rozsah a potom ho ochladíte na vzduchu s izbovou teplotou. Ak hľadáte mäkší, viac tvárny kov, vyberte žíhanie. Ak hľadáte tvrdší, menej tvárny kov, vyberte si normalizáciu.

Kované vs. Tvárnené Kovy: Kľúčové Rozdiely, Aplikácie a Výhody

Pokiaľ ide o výrobu kovov, dva pojmy sa často objavujú vedľa seba: kované a tvárnené. Hoci sa na prvý pohľad môžu zdať podobné, predstavujú dve odlišné kategórie spracovania kovov s jedinečnými vlastnosťami, výkonnostnými výhodami a aplikáciami. Pochopenie rozdielu medzi kovanými a tvárnenými kovmi je nevyhnutné pre inžinierov, výrobcov a kupujúcich pri výbere správneho materiálu pre ich konkrétne použitie.

Čo znamená kované pri spracovaní kovov?

Kovanie je deformačný proces, pri ktorom na kov pôsobia tlakové sily, zvyčajne pri vysokých teplotách, aby sa dosiahol požadovaný tvar. Kovanie sa môže vykonávať kladivom, lisovaním alebo valcovaním kovu pomocou zápustiek.

Kľúčové vlastnosti kovaného kovu:

• Zjemnená štruktúra zrna
• Vysoká pevnosť a húževnatosť
• Lepšia odolnosť voči únave
• Menej vnútorných dutín alebo inklúzií

Bežné kované výrobky:

• Príruby
• Hriadele
• Prstene
• Ozubené kolesá
• Komponenty tlakových nádob

Druhy kovania:

• Voľné kovanie: Ideálne pre veľké komponenty.
• Kovanie v uzavretej zápustke (v raznici): Používa sa na dosiahnutie presnejších tvarov.
• Bezšvíkové valcované kované prstence: Často sa používa v leteckom priemysle a pri výrobe energie.

Čo je to tvárnený kov?

Termín „tvárnený“ označuje kov, ktorý bol mechanicky opracovaný do svojej konečnej podoby, zvyčajne valcovaním, ťahaním, pretláčaním alebo kovaním. Kľúčovou myšlienkou je, že tvárnené kovy nie sú odlievané, čo znamená, že neboli odlievané z roztaveného kovu do foriem.

Charakteristiky tvárneného kovu:

• Tvárny a tvárny
• Jednotná štruktúra zŕn
• Ľahšie sa obrába a zvára
• Dobrá povrchová úprava

Bežné tvárnené výrobky:

• Potrubia a hadice
• Kolená a odpaliská
• Plechy a plechy
• Drôty a tyče
• Konštrukčné tvary (I-nosníky, uhly)

Kľúčové rozdiely medzi kovaným a tvárneným kovom

Normy a certifikácie

Kované výrobky:

• ASTM A182 (Kované alebo valcované príruby z legovanej a nehrdzavejúcej ocele)
• ASTM B564 (Výkovky zo zliatin niklu)
• ASME B16.5 / B16.47 (Kované príruby)

Tvárnené výrobky:

• ASTM A403 (Tvarovky z kovanej austenitických nehrdzavejúcich oceľových rúrok)
• ASTM A240 (Tvárnené plechy, plechy a pásy z nehrdzavejúcej ocele)
• ASTM A554 (Zvárané mechanické rúry z nehrdzavejúcej ocele)

Ktorý z nich by ste si mali vybrať: kovaný alebo tvárnený?

Voľba medzi kovaným a tvárneným kovom závisí vo veľkej miere od požiadaviek aplikácie:

Kovaný kov si vyberte, keď:

• Súčasť je vystavená vysokému namáhaniu alebo tlaku (napr. vysokotlakové príruby, kritické hriadele)
• Vyžaduje sa vyššia pevnosť a odolnosť voči únave
• Rozmerová integrita je pri zaťažení kritická

Tvárnený kov si vyberte, keď:

• Komponent nie je vystavený extrémnemu zaťaženiu
• Dôležitá je obrobiteľnosť a zvárateľnosť
• Je potrebná veľkoobjemová výroba s nižšími nákladmi

Priemyselné aplikácie

Metalurgické poznatky: Prečo kovanie robí kov pevnejším

Kovanie upravuje tok zŕn tak, aby kopíroval tvar dielu, čím sa eliminujú diskontinuity a hranice zŕn, ktoré pôsobia ako slabé miesta. Toto zjemnenie zŕn robí kované komponenty výrazne pevnejšími a spoľahlivejšími v prostrediach citlivých na únavu materiálu. Kované materiály tiež profitujú z mechanického opracovania, ale ich vnútorná štruktúra je menej optimalizovaná ako pri kovaných dieloch.

Často kladené otázky o kovaných a tvárnených kovoch

• Môže byť kov kovaný aj tvárny? Áno. „Kované“ opisuje všeobecný stav plastického opracovania a kovanie je jeden typ kovaného procesu.
• Je liaty kov to isté ako kovaný? Nie. Odliatok kovu sa vyrába naliatím roztaveného kovu do formy a má tendenciu mať väčšie zrnité štruktúry a väčšiu pórovitosť.
• Ktorý je lepší z hľadiska odolnosti proti korózii? Odolnosť proti korózii závisí od zloženia materiálu. Kované materiály však môžu v niektorých prostrediach ponúkať lepšiu odolnosť vďaka zníženej pórovitosti.
• Je kovaná oceľ pevnejšia ako kovaná oceľ? Vo všeobecnosti nie. Kovaná oceľ je pevnejšia kvôli lepšiemu usporiadaniu vlákien a menšiemu počtu vnútorných chýb.

Kaliace valce: Kľúčová aplikácia v metalurgii

V oblasti výroby ocele slúžia kaliace valce ako skvelý príklad kľúčovej aplikácie tepelného spracovania. Tieto valce sú počas valcovania vystavené extrémnym teplotám a hmotnostiam, čo si vyžaduje kombináciu tvrdosti a odolnosti. Kaliaca príprava sa často volí tak, aby povrch valca dosiahol požadovanú tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu.

V mechanických nastaveniach je dôležité rozlišovanie medzi popúšťaním a kalením. Napríklad pri generovaní kaliacich valcov pri používaní v oceliarňach je nevyhnutný pomer tvrdosti a pevnosti. Tieto valce pravidelne prechádzajú hasiacou prípravou, aby sa dosiahla základná povrchová tvrdosť potrebná na odolanie extrémnym podmienkam valcovní. Mikroštrukturálne zmeny, ku ktorým dochádza počas spevňovania a hasenia, sú nevyhnutné pre pochopenie ich vplyvu na vlastnosti kovov. Počas kalenia dochádza k rekryštalizácii mikroštruktúry kovu a vývoju zŕn. Keď sa kov zahrieva, častice naberajú energiu a menia sa, čím formujú nové, bezpästné zrná. Táto úprava eliminuje odlúčenia a iné úlomky, čím vzniká rovnomernejšia a stabilnejšia štruktúra. Mierne ochladzovanie umožňuje týmto novo tvarovaným zrnám rásť, čo vedie k hrubšej štruktúre zŕn.

Kalenie, najmä v prostredí kaliacich valcov, zahŕňa ešte senzačnejšiu zmenu. Rýchle ochladzovanie zachytáva častice uhlíka vo vnútri prierezu lisu, čím vytvára silne napätú štruktúru známu ako martenzit. Táto martenzitická zmena je dôležitá pre zvýšenú tvrdosť a kvalitu kalených ocelí. V kaliacich valcoch je táto zmena dôležitá pre dosiahnutie odolnosti proti opotrebeniu, ktorá je nevyhnutná pre ich použitie vo valcovniach.

tags: #kaleny #alebo #kovany #kov