Žarenje je proces toplinske obrade u kojem se metal ili legura zagrijavaju na odgovarajuću temperaturu, drže na toj temperaturi određeni period, a zatim polako hlade, obično u peći. Bit žarenja je zagrijavanje čelika kako bi se austenitizirao, nakon čega slijedi perlitna transformacija, što rezultira mikrostrukturom bliskom ravnoteži.
Ciljevi žarenja:
Smanjite tvrdoću i povećajte plastičnost:To čini materijal lakšim za strojnu i hladnu obradu.
Homogenizirati sastav i strukturu:Ovo pročišćava veličinu zrna i poboljšava svojstva materijala ili priprema mikrostrukturu za kaljenje.
Ublažite unutarnje naprezanje i otvrdnjavanje radom:To pomaže u sprječavanju deformacija i pucanja.
Žarenje i normalizacija prvenstveno se koriste kao pripremne toplinske obrade. Za dijelove s niskim naprezanjem i skromnim zahtjevima za performansama, žarenje i normalizacija također mogu poslužiti kao završna toplinska obrada.
Klasifikacija metoda žarenja
Uobičajene metode žarenja klasificiraju se prema temperaturi zagrijavanja:
Žarenje iznad kritične temperature (Ac1 ili Ac3):To uključuje potpuno žarenje, difuzijsko žarenje, nepotpuno žarenje i sferoidizirajuće žarenje.
Žarenje ispod kritične temperature (Ac1 ili Ac3):To uključuje rekristalizacijsko žarenje i žarenje za smanjenje naprezanja.
Sedam vrsta metoda žarenja
Potpuno žarenje:
Proces:Čelik se zagrijava na 20-30 stupanj iznad Ac3, održava na toj temperaturi, a zatim se polako hladi (obično u peći) kako bi se postigla mikrostruktura blizu ravnoteže (potpuno austenitizirana).
Prijave:Uglavnom se koristi za hipoeutektoidne čelike (0.3-0.6% C), uključujući srednje ugljične čelike i odljevke, otkivke i vruće valjane profile od nisko do srednje ugljičnog legiranog čelika. Također se ponekad koristi za zavarivanje. Čelici s niskim udjelom ugljika, nakon potpunog žarenja, mogu imati tvrdoću koja je preniska za strojnu obradu. Zagrijavanje hipereutektoidnih čelika iznad Accm i polagano hlađenje može uzrokovati taloženje Fe3CII duž granica zrna, značajno smanjujući čvrstoću, tvrdoću, plastičnost i žilavost, što može dovesti do potencijalnih problema u konačnoj toplinskoj obradi.
Svrha:Za pročišćavanje veličine zrna, homogeniziranje strukture, smanjenje unutarnjeg naprezanja, smanjenje tvrdoće i poboljšanje obradivosti. Mikrostruktura nakon potpunog žarenja hipoeutektoidnog čelika je ferit plus perlit (F+P). U praksi, za poboljšanje produktivnosti, hlađenje se može zaustaviti na oko 500 stupnjeva, a materijal se može hladiti zrakom.
Izotermno žarenje:
Proces:Nakon austenitizacije, čelik se brzo ohladi na temperaturu malo ispod Ar1 i drži izotermno dok se austenit ne transformira u perlit, zatim se ohladi na zraku do sobne temperature. Ova metoda značajno smanjuje vrijeme žarenja.
Prijave: Suitable for steels with stable austenite, such as high carbon steels (C > 0.6%), alloy tool steels, and high alloy steels (with total alloy content >10%). Izotermno žarenje je korisno za postizanje jednolike mikrostrukture i svojstava. Međutim, nije prikladan za čelične komponente velikog presjeka ili velike serije, jer je teško osigurati jednolike izotermne uvjete u cijelosti.
Svrha:Slično potpunom žarenju, ali s više kontroliranih transformacija.
Nepotpuno žarenje:
Proces:Čelik se zagrijava na temperaturu između Ac1 i Ac3 (za hipoeutektoidne čelike) ili između Ac1 i Accm (za hipereutektoidne čelike), održava se i zatim polako hladi kako bi se dobila mikrostruktura gotovo ravnotežna.
Prijave:Uglavnom se koristi za hipereutektoidne čelike za postizanje sferoidne perlitne strukture, koja smanjuje unutarnje naprezanje, smanjuje tvrdoću i poboljšava obradivost. Sferoidizirajuće žarenje je oblik nepotpunog žarenja.
Sferoidizirajuće žarenje:
Proces:Čelik se zagrijava do 20-30 stupnjeva iznad Ac1 i drži kratko vrijeme, obično 2-4 sati, nakon čega slijedi hlađenje peći ili produženo izotermno držanje malo ispod Ar1.
Prijave:Primarno za eutektoidne i hipereutektoidne čelike kao što su ugljični alatni čelici, legirani alatni čelici i čelici za ležajeve. Svrha je proizvesti mikrostrukturu u kojoj su karbidi sferoidizirani, što rezultira kuglastim perlitom. Ova struktura je mekša i lakša za strojnu obradu, a tijekom naknadnog kaljenja, veličina zrna austenita ostaje fina, smanjujući tendenciju deformacije i pucanja. Ako postoji mreža karbida u hipereutektoidnom čeliku, normaliziranje treba učiniti prije sferoidizacije kako bi se osigurala uspješna sferoidizacija.
Svrha:Za smanjenje tvrdoće, homogeniziranje strukture i poboljšanje obradivosti u pripremi za kaljenje. Metode sferoidizirajućeg žarenja uključuju:
Pojedinačno sferoidizirajuće žarenje:Zagrijavanje čelika na 20-30 stupanj iznad Ac1, držanje odgovarajućeg razdoblja, zatim lagano hlađenje u peći. Početna struktura bi trebala biti fini perlit, bez karbidnih mreža.
Izotermno sferoidizirajuće žarenje:Nakon zagrijavanja i držanja, čelik se hladi na malo ispod Ar1 za izotermno držanje. Kada je dovršen, čelik se polako hladi na oko 500 stupnjeva, a zatim se hladi zrakom. Ova metoda ima prednosti kratkog ciklusa, jednolike sferoidizirane strukture i kontrolirane kvalitete.
Cikličko sferoidizirajuće žarenje.
Difuzijsko žarenje (homogenizacijsko žarenje):
Proces:Čelični ingot, odljevak ili kovanje zagrijavaju se na temperaturu malo ispod solidusa i drže dulje vrijeme, nakon čega slijedi sporo hlađenje kako bi se uklonila segregacija kemijskog sastava.
Prijave:Koristi se za visokokvalitetne legirane čelike i odljevke od legiranog čelika ili ingote sa značajnom segregacijom. Nakon difuzijskog žarenja potrebno je potpuno žarenje ili normaliziranje kako bi se poboljšala struktura.
Svrha:Za uklanjanje dendritske segregacije i regionalne segregacije nastale tijekom skrućivanja, postizanje jednolikog sastava i strukture.
Žarenje za ublažavanje stresa:
Proces:Čelik se zagrijava na temperaturu ispod Ac1 (općenito 500-650 stupnjeva), održava se i zatim polako hladi u peći.
Prijave:Budući da je temperatura ispod Ac1, ova metoda žarenja ne uzrokuje mikrostrukturne promjene.
Svrha:Za uklanjanje zaostalih unutarnjih naprezanja.
Rekristalizacijsko žarenje:
Proces:Također poznato kao srednje žarenje, rekristalizacijsko žarenje uključuje zagrijavanje hladno obrađenog metala na temperaturu iznad temperature rekristalizacije, držanje odgovarajuće vrijeme, a zatim polagano hlađenje kako bi se smanjilo otvrdnuće i zaostalo naprezanje.
Prijave:Ovaj se postupak koristi kada je metal podvrgnut značajnoj hladnoj plastičnoj deformaciji i mora se zagrijati iznad određene temperature kako bi se izazvala rekristalizacija. Najniža temperatura na kojoj dolazi do rekristalizacije naziva se minimalna temperatura rekristalizacije, općenito 0.4 puta talište materijala.
Svrha:Za uklanjanje otvrdnuća i zaostalog naprezanja pretvaranjem deformiranih zrna u ujednačena zrna s jednakom osi.
Izbor metoda žarenja
Izbor metode žarenja općenito slijedi ova načela:
Potpuno žarenje:Tipično odabran za hipoeutektoidne čelike. Za skraćeno vrijeme žarenja može se koristiti izotermno žarenje.
Sferoidizirajuće žarenje:Obično se koristi za hipereutektoidne čelike. Ako zahtjevi nisu strogi, može se odabrati nepotpuno žarenje. Alatni čelici i čelici za ležajeve često se podvrgavaju sferoidizirajućem žarenju. Ponekad se čelici s niskim ili srednjim udjelom ugljika za hladnu ekstruziju ili hladno nabijanje također sferoidiziraju.
Rekristalizacijsko žarenje:Odabrano za uklanjanje otvrdnuća pri radu.
Žarenje za ublažavanje stresa:Odabran za uklanjanje unutarnjih naprezanja uzrokovanih različitim koracima obrade.
Difuzijsko žarenje:Često se odabire za visokokvalitetne legirane čelike i velike odljevke od legiranih čelika za poboljšanje mikrostrukture i kemijske ujednačenosti.