Tento článek poskytne poměrně podrobný popis toho, co je rekrystalizační žíhání. Kromě toho budou pro seznámení zváženy další druhy práce s ocelí, které zlepšují její strukturu a obrobitelnost kovu, snižují tvrdost a uvolňují vnitřní pnutí. Všechny hlavní vlastnosti slitiny závisí na struktuře slitiny a metodou, která mění strukturu, je tepelné zpracování. Rekrystalizační žíhání a mnoho dalších typů tepelného zpracování vyvinul D. K. Černov, dále toto téma rozvíjeli G. V. Kurdyumov, A. A. Bochvar, A. P. Guljajev.
Tepelné zpracování
Jedná se o kombinaci různých zahřívacích operací s pomocí speciálního vybavení a speciální technologie, s přidržováním a chlazením, které se provádějí přísně v určitém pořadí a v přesných režimech, aby se změnila vnitřní struktura slitiny a získat požadované vlastnosti. Tepelné zpracování se dělí na několik typů. Žíhání prvnídruh, který se používá pro absolutně jakékoli kovy a slitiny, nepřináší fázové přeměny v pevném stavu. K dosažení následujících vlastností se používá rekrystalizační žíhání.
Při zahřívání žíhání prvního druhu se zvyšuje pohyblivost atomů, chemická nehomogenita je zcela nebo částečně eliminována a vnitřní pnutí klesá. Vše závisí na teplotě ohřevu a době výdrže. Charakteristické je zde pomalé chlazení. Variacemi této metody jsou žíhání na odlehčení pnutí po odlévání, svařování nebo kování, difúzní žíhání a rekrystalizační žíhání.
Druhé žíhání
Toto žíhání je určeno také pro kovy a slitiny, které při žíhání v pevném stavu procházejí fázovými přeměnami - jak při zahřátí, tak při ochlazení. Zde jsou cíle poněkud širší než ty, které sleduje rekrystalizační žíhání oceli. Žíhání druhého druhu vede k vyváženější struktuře pro další zpracování materiálu. Zrnitost mizí, drtí se, zvyšuje se viskozita a plasticita, výrazně se snižuje tvrdost a pevnost. Takový kov lze již řezat. Ohřev se provádí na teploty mnohem vyšší než kritické a chlazení probíhá spolu s pecí - velmi pomalu.
Tepelné zpracování zahrnuje také kalení slitin pro pevnost a tvrdost. Zde naopak vzniká nerovnovážná struktura, která vlivem sorbitu, troostitu a martenzitu tyto parametry zvyšuje. Použité teploty jsou také mnohem vyšší než kritické, ale chlazení probíhá při velmi vysokých rychlostech. čtvrtý druhtepelné zpracování - popouštění, které uvolňuje vnitřní pnutí, snižuje tvrdost a zvyšuje houževnatost a tažnost kalených ocelí. Při zahřátí na teploty pod kritickou hodnotou může být rychlost chlazení libovolná. Transformace snižují nerovnovážnou strukturu. Takto funguje rekrystalizační žíhání oceli.
Výběr režimu
Tepelné zpracování může být předběžné a konečné. První slouží k přípravě vlastností materiálu a jeho struktury pro další technologické operace (zlepšení obrobitelnosti, řezání, tlakové zpracování). Konečné tepelné zpracování tvoří všechny vlastnosti hotového výrobku. Výběr režimu rekrystalizačního žíhání závisí na procesu a cílech tepelného zpracování.
Znamená zahřátí slitiny nebo kovu nad teplotu krystalizace a ne méně než sto nebo dvě stě stupňů. Následuje expozice při této teplotě po požadovanou dobu. Chlazení je poslední fází tohoto procesu. Tato technologie se dělí na plné, částečné a texturovací žíhání a výběr závisí na tom, jaký je účel rekrystalizačního žíhání.
Úplné žíhání
V praxi nejčastěji používáme plné žíhání, zde je ale potřeba dát pozor na to, že žíhání oceli a kalení jsou různé procesy. Při procesu rekrystalizačního žíhání se provádějí určité postupy, které předcházejí opracování kovu za studena pod tlakem pro usnadnění další práce s ním, popř.žíhání je výstupní typ tepelného zpracování, kdy hotový výrobek nebo polotovar získává požadované vlastnosti. Buď se jedná například o mezioperační operaci - pro účinné odstranění vytvrzení za studena.
Pro rovnoměrné rozpouštění legujících prvků v matrici a pro získání homogenní mikrostruktury se stejnými materiálovými vlastnostmi se žíhání provádí ve speciálním roztoku. Železné kovy vyžadují rekrystalizační žíhání při teplotách mezi 950 a 1200ºC za použití solného roztoku Durferrit Glühkohle nebo Durferrit GS 960.
Cíle
Nejčastěji se rekrystalizační žíhání ocelí provádí za účelem uvedení struktury materiálu na požadované parametry, které jsou nutné pro další práci. Používá se po tlakové úpravě, pokud pomalá rekrystalizace úplně neprošla a to neumožňuje odstranit vytvrzení.
Taková technologie se obvykle používá u za tepla válcovaných slitinových svitků, kde je základem hliník, dále po válcování za studena plechů, pásů, fólií z různých slitin a neželezných kovů (zde je nutné zmínit rekrystalizační žíhání niklu), tyče a dráty, za studena tvářené oceli a za studena tažené trubky. Samostatným postupem je žíhání při výrobě polotovarů a výrobků z neželezných kovů (včetně niklu).
Teplotní podmínky
Různé materiály vyžadují různé režimy tepelného zpracování. Obvykle celý proces netrvá déle než jednu hodinu k dokončení rekrystalizačního žíhání, ale teplotní režim pro každou slitinu je jeho vlastní. Slitiny na bázi hořčíku jsou tedy požadovány od 300 do 400 °С, slitiny niklu jsou vyžadovány od 800 do 1150 °С, uhlíkové oceli jsou vyžadovány od 650 do 710 °С, pro které je povinné rekrystalizační žíhání. Bod tání není přirozeně dosažen.
Slitiny hliníku nepotřebují tolik, stačí od 350 do 430 °C a čistý hliník rekrystalizuje při teplotách od 300 do 500 °C. Pro rekrystalizaci je zapotřebí titan od 670 do 690 °C, od 700 do 850 °C složení mědi a niklu, od 600 do 700 °C je potřeba bronz a mosaz, a ještě méně čistá měď, začíná rekrystalizace od 500 °C. Takové způsoby rekrystalizačního žíhání jsou vyžadovány pro určité kovy a slitiny.
Difúzní zpracování kovů
Tento typ žíhání se jinak nazývá homogenizace a provádí se za účelem odstranění následků dendritické segregace. Difúzní žíhání je potřebné u legovaných ocelí, kde je snížena tažnost a index houževnatosti v důsledku intrakrystalické segregace, která vede k lamelárním nebo křehkým lomům. Je nutné dosáhnout rovnovážné struktury, a proto je nutná difúzní úprava litého kovu. Kromě toho zlepšuje mechanické vlastnosti a zvyšuje jednotnost vlastností v celém hotovém výrobku.
Tady se staneproces: přebytečné fáze se rozpouštějí, chemické složení se vyrovnává, objevují se a rostou póry, zvětšuje se velikost zrna. Tento typ tepelného zpracování vyžaduje dlouhou expozici kovu při teplotách nad kritickou hodnotou (zde můžeme mluvit o 1200 stupních Celsia).
Izotermické tepelné zpracování
Tento typ žíhání se doporučuje pro legované oceli, kde se při konstantní teplotě austenit ve směsi rozkládá na ferit a cementit. K takovému rozkladu může dojít u jiných typů žíhání, pokud dochází k postupnému ochlazování v důsledku neustálého a postupného snižování teploty. Tím je dosaženo stejnoměrnosti struktury, zkracuje se doba tepelného zpracování.
Schéma izotermického žíhání je následující: nejprve zahřátí na indikátor, který překročí horní kritický bod o 50-70 stupňů, potom snížení teploty o 150 stupňů. Poté se ohřátá část přenese do pece nebo lázně, kde se teplota udržuje maximálně 700 °C. Doba trvání postupu bude záviset na složení kovu a geometrických rozměrech součásti. Směsi slitin mohou trvat hodiny, zatímco plechy z uhlíkové oceli válcované za tepla minuty.
Rozdíly
Při úplném žíhání je zajištěna rekrystalizace oceli, která zbavuje kov různých strukturních defektů. Ocel získává své nejdůležitější a charakteristické vlastnosti, měkne pro následné řezání. Potřebanejprve jej zahřejte na teplotu vyšší než Ac3 o 30–50 stupňů, zahřejte jej a poté pomalu ochlaďte.
Vystavení obvykle trvá nejméně půl hodiny, ale ne více než hodinu na tunu oceli s rychlostí ohřevu 100 stupňů Celsia za hodinu. Rychlost ochlazování se mění v závislosti na složení oceli a na stabilitě austenitu. Při rychlém ochlazení může být feriticko-cementitová disperzní struktura příliš tvrdá.
Chlazení
Rychlost chlazení se reguluje chlazením trouby s jejím postupným vypínáním a otevíráním dvířek. Při plném žíhání jde především o to, aby nedošlo k přehřátí slitiny. Částečné žíhání se provádí při teplotách pod Ac3, ale mírně nad Ac1.
Potom ocel částečně rekrystalizuje, a proto se nezbaví defektů. Takto se ošetřují oceli bez feritického páskování, pokud je třeba před dalším zpracováním a řezáním změkčit. Kromě úplného a neúplného žíhání dochází také k texturizačnímu rekrystalizačnímu žíhání.
Aplikace
Žíhání někdy doplňuje tváření za tepla (svitky válcované za tepla, jako jsou hliníkové slitiny, jsou před válcováním za studena žíhány, aby se odstranila tvrdá práce, která nutně nastává v důsledku válcování za tepla).
Žíhání tohoto typu se mnohem více využívá při výrobě výrobků a polotovarů ze slitin a čistých neželezných kovů. Jedná se již o nezávislou operaci tepelného zpracování. Ve srovnání s ocelí je velké množství neželezných kovů podrobeno zpracování za studena, po kterém je nutné rekrystalizační žíhání.
V průmyslu
Je-li požadována granulovaná forma cementitu, držení slitiny během žíhání až do úplné rekrystalizace může trvat dlouhou dobu – několik hodin. Pro deformaci za studena, která obvykle následuje po žíhání, je nejvýhodnější zrnitá forma cementitu, ke které dochází při rekrystalizaci v procesu nukleace a růstu nedeformovaných zrn, což vyžaduje zahřátí na určitou teplotu.
Rekrystalizační žíhání v průmyslu je počáteční operace, která dodává slitině nebo kovu plasticitu před zpracováním za studena. Neméně často se vyskytuje v intervalu mezi operacemi deformace za studena pro odstranění kalení a také jako výstupní proces konečného tepelného zpracování, aby výrobek nebo polotovar získal vlastnosti, které potřebuje.
Jak se to děje
Při zahřátí deformovaný kov zvyšuje pohyblivost atomů. Stará zrna se natahují, stávají se zranitelnou, nová zrna, již vyvážená a bez napětí, se intenzivně rodí a rostou. Srážejí se se starými, protáhlými, absorbují je do svého růstu až do úplného vymizení. Rekrystalizace oceli a slitin je hlavním cílem rekrystalizačního žíhání. Při zahřátí po dosažení požadované teploty mez kluzu a pevnost materiálu poměrně prudce klesá.
Ale plasticita se zvyšuje, zlepšuje obrobitelnost. Teplota, při které začíná rekrystalizace, se nazývá práh.rekrystalizace. Po jeho dosažení kov změkne. Teplota nemůže být konstantní. U konkrétní slitiny nebo kovu hraje stejně důležitou roli doba zahřívání, stupeň předdeformace, počáteční velikost zrna a mnoho dalšího.