Tento článok poskytne pomerne podrobný popis toho, čo je rekryštalizačné žíhanie. Okrem toho sa na oboznámenie zvážia aj iné druhy práce s oceľou, ktoré zlepšujú jej štruktúru a spracovateľnosť kovu, znižujú tvrdosť a zmierňujú vnútorné napätia. Všetky hlavné vlastnosti zliatiny závisia od štruktúry zliatiny a metódou, ktorá mení štruktúru, je tepelné spracovanie. Rekryštalizačné žíhanie a mnoho ďalších typov tepelného spracovania vyvinul D. K. Chernov, ďalej túto tému rozpracovali G. V. Kurdyumov, A. A. Bochvar, A. P. Gulyaev.
Tepelné spracovanie
Ide o kombináciu rôznych vykurovacích operácií pomocou špeciálneho vybavenia a špeciálnej technológie, s pridržiavaním a chladením, ktoré sa vykonávajú striktne v určitom poradí a v presných režimoch, aby sa zmenila vnútorná štruktúra zliatiny a získať požadované vlastnosti. Tepelné spracovanie je rozdelené do niekoľkých typov. Žíhanie prvéhodruh, ktorý sa používa pre absolútne akékoľvek kovy a zliatiny, neprináša fázové premeny v pevnom stave. Na dosiahnutie nasledujúcich charakteristík sa používa rekryštalizačné žíhanie.
Keď sa žíhanie prvého druhu zahrieva, zvyšuje sa pohyblivosť atómov, úplne alebo čiastočne sa eliminuje chemická nehomogenita a znižuje sa vnútorné napätie. Všetko závisí od teploty ohrevu a doby výdrže. Charakteristické je tu pomalé ochladzovanie. Variácie tejto metódy sú žíhanie na odľahčenie napätia po odlievaní, zváraní alebo kovaní, difúzne žíhanie a rekryštalizačné žíhanie.
Druhé žíhanie
Toto žíhanie je určené aj pre kovy a zliatiny, ktoré počas žíhania v tuhom stave prechádzajú fázovými premenami - pri zahrievaní aj pri chladení. Tu sú ciele o niečo širšie ako tie, ktoré sleduje rekryštalizačné žíhanie ocele. Žíhanie druhého druhu vedie k vyváženejšej štruktúre pre ďalšie spracovanie materiálu. Zrnitosť mizne, drví sa, zvyšuje sa viskozita a plasticita, výrazne sa znižuje tvrdosť a pevnosť. Takýto kov sa už dá rezať. Ohrievanie sa vykonáva na teploty oveľa vyššie ako sú kritické teploty a chladenie prebieha spolu s pecou - veľmi pomaly.
Tepelné spracovanie zahŕňa aj kalenie zliatin pre pevnosť a tvrdosť. Tu naopak vzniká nerovnovážna štruktúra, ktorá vplyvom sorbitu, troostitu a martenzitu tieto parametre zvyšuje. Použité teploty sú tiež oveľa vyššie ako kritické, ale chladenie prebieha pri veľmi vysokých rýchlostiach. štvrtý druhtepelné spracovanie - popúšťanie, ktoré uvoľňuje vnútorné napätia, znižuje tvrdosť a zvyšuje húževnatosť a ťažnosť kalených ocelí. Pri zahrievaní na teploty pod kritickou hodnotou môže byť rýchlosť chladenia ľubovoľná. Transformácie znižujú nerovnovážnu štruktúru. Takto funguje rekryštalizačné žíhanie ocele.
Výber režimu
Tepelné spracovanie môže byť predbežné a konečné. Prvý slúži na prípravu vlastností materiálu a jeho štruktúry pre ďalšie technologické operácie (zlepšenie obrobiteľnosti, rezanie, tlakové spracovanie). Konečné tepelné spracovanie tvorí všetky vlastnosti hotového výrobku. Spôsob výberu režimu rekryštalizačného žíhania závisí od procesu a cieľov tepelného spracovania.
Znamená zahrievanie zliatiny alebo kovu nad kryštalizačnú teplotu a nie menej ako sto alebo dvesto stupňov. Nasleduje vystavenie pri tejto teplote po požadovanú dobu. Chladenie je konečnou fázou tohto procesu. Táto technológia sa delí na úplné, čiastočné a textúrovacie žíhanie a výber závisí od účelu rekryštalizačného žíhania.
Úplné žíhanie
V praxi najčastejšie využívame úplné žíhanie, no tu si treba dať pozor na to, že žíhanie ocele a kalenie sú rozdielne procesy. Pri procese rekryštalizačného žíhania sa vykonávajú určité postupy, ktoré predchádzajú opracovaniu kovu za studena pod tlakom, aby sa uľahčila ďalšia práca s ním, príp.žíhanie je výstupný typ tepelného spracovania, kedy hotový výrobok alebo polotovar získa požadované vlastnosti. Buď ide o prechodnú operáciu, napríklad – na efektívne odstránenie vytvrdnutia za studena.
Pre rovnomerné rozpustenie legujúcich prvkov v matrici a pre získanie homogénnej mikroštruktúry s rovnakými materiálovými vlastnosťami sa žíhanie vykonáva v špeciálnom roztoku. Železné kovy vyžadujú rekryštalizačné žíhanie pri teplotách medzi 950 a 1200 °C s použitím roztoku soli Durferrit Glühkohle alebo Durferrit GS 960..
Goals
Najčastejšie sa rekryštalizačné žíhanie ocelí vykonáva s cieľom uviesť štruktúru materiálu na požadované parametre, ktoré sú potrebné pre ďalšiu prácu. Používa sa po tlakovej úprave, ak pomalá rekryštalizácia úplne neprebehla a to neumožňuje odstrániť vytvrdnutie.
Takáto technológia sa bežne používa pri zvitkoch zliatiny valcovaných za tepla, kde je základom hliník, ako aj po valcovaní plechov, pásov, fólií z rôznych zliatin a farebných kovov za studena (tu je potrebné spomenúť rekryštalizačné žíhanie niklu), tyče a drôty, ocele tvarované za studena a rúry ťahané za studena. Samostatným postupom je žíhanie pri výrobe polotovarov a výrobkov z neželezných kovov (vrátane niklu).
Teplotné podmienky
Rôzne materiály vyžadujú rôzne režimy tepelného spracovania. Zvyčajne celý proces netrvá dlhšie ako jednu hodinu, kým sa dokončí rekryštalizačné žíhanie, ale teplotný režim pre každú zliatinu je vlastný. Zliatiny na báze horčíka sa vyžadujú od 300 do 400 °С, zliatiny niklu sa vyžadujú od 800 do 1150 °С, uhlíkové ocele sa vyžadujú od 650 do 710 °С, pre ktoré je povinné rekryštalizačné žíhanie. Teplota topenia sa prirodzene nedosiahne.
Zliatiny hliníka nepotrebujú toľko, stačí od 350 do 430 °C a čistý hliník rekryštalizuje pri teplotách od 300 do 500 °C. Od 670 do 690 °C je potrebný titán na rekryštalizáciu, od 700 do 850 °C sú potrebné kompozície medi a niklu, od 600 do 700 °C je potrebný bronz a mosadz, a ešte menej čistá meď, začína rekryštalizácia od 500 °C. Takéto spôsoby rekryštalizačného žíhania sú potrebné pre určité kovy a zliatiny.
Difúzne spracovanie kovov
Tento typ žíhania sa inak nazýva homogenizácia a vykonáva sa s cieľom eliminovať následky dendritickej segregácie. Difúzne žíhanie je potrebné pre legované ocele, kde sa index ťažnosti a húževnatosti znižuje v dôsledku intrakryštalickej segregácie, čo vedie k lamelárnym alebo krehkým lomom. Je potrebné dosiahnuť rovnovážnu štruktúru, a preto je potrebná difúzna úprava liateho kovu. Okrem toho zlepšuje mechanické vlastnosti a zvyšuje jednotnosť vlastností celého hotového výrobku.
Stane sa toproces: nadbytočné fázy sa rozpustia, chemické zloženie sa vyrovná, póry sa objavia a rastú, zrnitosť sa zväčší. Tento typ tepelného spracovania vyžaduje dlhú expozíciu kovu pri teplotách nad kritickou hodnotou (tu môžeme hovoriť o 1200 stupňoch Celzia).
Izotermické tepelné spracovanie
Tento typ žíhania sa odporúča pre legované ocele, kde sa pri konštantnej teplote austenit v zmesi rozkladá na ferit a cementit. K takémuto rozkladu môže dôjsť pri iných typoch žíhania, ak dochádza k postupnému ochladzovaniu v dôsledku neustáleho a postupného znižovania teploty. Tým sa dosiahne jednotnosť štruktúry, skráti sa čas tepelného spracovania.
Schéma izotermického žíhania je nasledovná: najprv zahriatie na indikátor, ktorý prekročí horný kritický bod o 50-70 stupňov, potom zníženie teploty o 150 stupňov. Potom sa zohriata časť prenesie do pece alebo kúpeľa, kde sa teplota udržiava nie viac ako 700 °C. Trvanie postupu bude závisieť od zloženia kovu a geometrických rozmerov dielu. Zliatinové zmesi môžu trvať hodiny, kým plechy z uhlíkovej ocele valcované za tepla niekoľko minút.
Rozdiely
Pri úplnom žíhaní je zabezpečená rekryštalizácia ocele, čím sa kov zbavuje rôznych štrukturálnych defektov. Oceľ získava svoje najdôležitejšie a charakteristické vlastnosti, mäkne pre následné rezanie. Potrebanajprv ho zohrejte na teplotu vyššiu ako Ac3 o 30-50 stupňov, zohrejte ho a potom pomaly ochlaďte.
Najčastejšie expozícia trvá najmenej pol hodiny, ale nie viac ako hodinu na tonu ocele s rýchlosťou ohrevu 100 stupňov Celzia za hodinu. Rýchlosť ochladzovania sa mení v závislosti od zloženia ocele a od stability austenitu. Pri rýchlom ochladení môže byť feriticko-cementitová disperzná štruktúra príliš tvrdá.
Ochladzovanie
Rýchlosť chladenia sa reguluje ochladzovaním rúry s jej postupným vypínaním a otváraním dvierok. Pri úplnom žíhaní je hlavnou vecou neprehriatie zliatiny. Čiastočné žíhanie sa vykonáva pri teplotách pod Ac3, ale mierne nad Ac1.
Potom oceľ čiastočne rekryštalizuje, a preto sa nezbaví defektov. Takto sa upravujú ocele bez feritického páskovania, ak je potrebné ich pred ďalším spracovaním a rezaním zmäkčiť. Okrem úplného a neúplného je tu aj texturizačné rekryštalizačné žíhanie.
Aplikácia
Žíhanie niekedy dopĺňa opracovanie za tepla (zvitky valcované za tepla, ako sú hliníkové zliatiny, sa žíhajú pred valcovaním za studena, aby sa odstránila ťažká práca, ktorá sa nevyhnutne vyskytuje v dôsledku valcovania za tepla).
Žíhanie tohto typu je oveľa širšie využívané pri výrobe výrobkov a polotovarov zo zliatin a čistých neželezných kovov. Toto je už nezávislá operácia tepelného spracovania. V porovnaní s oceľami je obrovské množstvo neželezných kovov podrobených spracovaniu za studena, po ktorom je potrebné rekryštalizačné žíhanie.
V priemysle
Ak sa vyžaduje zrnitá forma cementitu, držanie zliatiny počas žíhania až do úplnej rekryštalizácie môže trvať dlho - niekoľko hodín. Pre deformáciu za studena, ktorá zvyčajne nasleduje po žíhaní, je najvýhodnejšia zrnitá forma cementitu, ku ktorej dochádza pri rekryštalizácii v procese nukleácie a rastu nedeformovaných zŕn, čo si vyžaduje zahriatie na určitú teplotu.
Rekryštalizačné žíhanie v priemysle je počiatočná operácia na dodanie plasticity zliatine alebo kovu pred spracovaním za studena. Nemenej často sa vyskytuje v intervale medzi operáciami deformácie za studena na odstránenie kalenia a tiež ako výstupný proces konečného tepelného spracovania, aby výrobok alebo polotovar nadobudli vlastnosti, ktoré potrebuje.
Ako sa to deje
Pri zahrievaní deformovaný kov zvyšuje pohyblivosť atómov. Staré zrná sa naťahujú, stávajú sa zraniteľnými, nové zrná, už vyvážené a bez napätia, sa intenzívne rodia a rastú. Narážajú na staré, predĺžené, absorbujú ich do svojho rastu až do úplného vymiznutia. Rekryštalizácia ocele a zliatin je hlavným cieľom rekryštalizačného žíhania. Pri zahriatí po dosiahnutí požadovanej teploty medza klzu a pevnosť materiálu pomerne prudko klesá.
Ale plasticita sa zvyšuje, zlepšuje sa obrobiteľnosť. Teplota, pri ktorej začína rekryštalizácia, sa nazýva prah.rekryštalizácia. Keď sa dosiahne, kov zmäkne. Teplota nemôže byť konštantná. Pre konkrétnu zliatinu alebo kov hrá rovnako dôležitú úlohu trvanie ohrevu, stupeň preddeformácie, počiatočná veľkosť zrna a mnohé ďalšie.