Tepelné zpracování

1. TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ

1

2. Fázové přeměny v ocelích

• Vlastnosti ocelí závisí nejen na chemickém
složení, ale i na struktuře. Požadovanou
strukturu lze dosáhnout tepelným
zpracováním, tj.řízenými tepelnými cykly.
• Při nich probíhají fázové přeměny –
• Austenitizace, perlitická, bainitická
a martenzitická přeměna,
příp.přeměny při popouštění
2

3. Snímek 3

3

4. Perlitická přeměna

• Je to eutektoidní rozpad austenitu na směs
feritu a cementitu = perlit
4

5. Snímek 5

5

6. Perlitická přeměna

• Přeměna probíhá difúzí při
teplotě pod A1. Vzniká
lamelární perlit, tloušťka
lamel závisí na difúzní
rychlosti uhlíku v
austenitu, která je tím
vyšší, čím vyšší je teplota.
Proto perlit, který vzniká
při vyšší teplotě je
hrubozrnný. Je-li teplota
těsně pod eutektoidní,
vzniká perlit globulární
6

7. Bainitická přeměna

• Objevuje se, probíhá-li rozpad austenitu při
nižších teplotách (asi 500 - 250°C)
• Přeměna mřížky γ na α se uskutečňuje střihovým
mechanismem, změna v rozdělení uhlíku je
difúzní
• Vzniká nelamelární feriticko karbidická směs –
bainit
• Mechanismus tvorby bainitu se mění v závislosti
na teplotě
7

8. Bainitická přeměna – schéma tvorby bainitu ve středně uhlíkové oceli

• a) vznik horního
bainitu
• b) vznik dolního
bainitu
• α – bainitický ferit
• γ– austenit
• K – karbid ε,
popř.cementit
8

9. Snímek 9

9

10. Martenzitická přeměna

• Probíhá bezdifúzně – při rychlém ochlazování,
střihovým mechanismem při změně teploty –
nikoliv izotermicky
• Začíná při teplotě označované jako Ms a končí při
teplotě Mf
• Není to přeměna úplná, vždy zůstává zbytkový
austenit
• Martenzit je přesycený tuhý roztok uhlíku v Fe α
10

11. Martenzitická přeměna

• Množství zbytkového
austenitu závisí na řadě
faktorů – např. chemickém
složení oceli, podmínkách
ochlazování apod.
• S rostoucím podílem ZA
klesá tvrdost a následkem
jeho rozpadu při
provozním namáhání
může docházet k
rozměrovým změnám
výrobku
11

12. Martenzitická přeměna

12

13. Martenzitická přeměna

http://www.vscht.cz/met/stranky/vyuka/labcv/labor/fm_tepelne_zprac_oceli/teorie2.htm
• Martenzit může mít jehlicovitou nebo deskovitou
strukturu. Deskový má nižší houževnatost
13

14. Přeměny při popouštění

• Nejprve se uvolňuje uhlík ve formě přechodových
karbidů – karbid ε a martenzit se stává
nízkouhlíkový – kubický.
• Ve druhém stadiu se rozpadá ZA na strukturu
bainitického typu
• Dalším zvýšením teploty se karbid ε mění na
cementit, jeho zrna rostou, ztrácí se jejich
orientace podle původních zrn martenzitu a
zároveň se zotavuje tuhý roztok. Vzniká feriticko
karbidická směs zvaná sorbit.
14

15. Přeměny při popouštění

• Sorbit je houževnatější , ale méně tvrdý než
martenzit.
• Při popuštění slitinových ocelí na vyšší
teploty se může objevit sekundární
tvrdost.
• U ocelí s přísadou Cr, Mn, Cr-Ni při
pomalém ochlazení při teplotě 450 – 600 °C
se může objevit popouštěcí křehkost
15

16. DIAGRAMY ROZPADU AUSTENITU

• Jsou grafickým vyjádřením podmínek
fázových přeměn v tuhém stavu u
konkrétního typu oceli v souřadnicích
teplota – čas
• Jsou známé pod označením IRA –
izotermický rozpad austenitu, ARA –
anizotermický rozpad austenitu (příp.TTT)
• Význam křivek lze popsat na typovém diagramu
16

17. Snímek 17

17

18. Diagramy IRA

• Rozpad austenitu probíhá za konstantní teploty
18

19. IRA diagramy

• Na tvar IRA diagramů má hlavní vliv chemické
složení oceli, zejména karbidotvorné přísady
19

20. ARA diagramy

• Slouží pro plynulé
ochlazování ocelí
• Lze odečíst nejnižší
ochlazovací rychlost,
při které vzniká jen
martenzit
• Číslice uvnitř určují
podíl vzniklé
struktury v
procentech
20

21. Kalení a popouštění

• Kalení je tepelný cyklus, který se skládá z
ohřevu na kalicí teplotu, výdrže a rychlého
ochlazení.
• Cílem bývá zvýšení tvrdosti, pevnosti,
odolnosti proti opotřebení bez změny
chemického složení oceli.
• Rozlišujeme kalení martenzitické a
bainitické – převažuje martenzitické
21

22. Kalicí teplota

• Pásmo kalicích teplot
v diagramu Fe – C
jako výsledek
kompromisu mezi
požadavkem
homogenního
austenitu a zachování
jemnozrnné struktury
22

23. Druhy kalení

• 1- základní
• 3 – termální
2 – lomené
4 – izotermické (na bainit)
23

24. OCHLAZOVÁNÍ

• Ochlazovací
rychlost na počátku
menší, pak vysoká a
po přechodu Ms
opět nižší.
• Pro posouzení
kalicího média je
rozhodující
ochlazovací
rychlost při cca
600°C(vysoká) a
300 °C (nižší)
24

25. Kalicí prostředí

• Ochlazovací účinnost
různých prostředí
závisí na: tepelné
vodivosti, měrném
teple, výparném teple
a viskozitě kalicího
prostředí
25

26. Kalicí prostředí - voda

• Parní polštář výrazně zpomaluje odvod tepla
• Po dosažení bublinového varu je odvod nejintenzivnější
• Ve třetím období se teplo odvádí jen vedením v kapalině
26

27. Popouštění - dělení

• Podle výšky popouštěcí teploty, která má
rozhodující vliv na rozsah strukturních
změn a změn mechanických vlastností,
rozeznáváme:
• Popouštění na nízké teploty (do cca
300°C) – u nástrojových ocelí, cíl: snížit
vnitřní pnutí, podíl ZA a stabilizovat
rozměry při zachování vysoké tvrdosti.
27

28. Popouštění - dělení

• Popouštění na vysoké teploty
(zušlechťování) – obvykle u konstrukčních
ocelí v rozmezí teplot 400 - 600°C k
dosažení optimální kombinace mezí
pevnosti a kluzu, houževnatosti a plasticity.
Tuto kombinaci umožňuje sorbitická
struktura (vzniká ve 3., příp.4. stadiu
popouštění).
28

29. Žíhání

• Je to tepelné zpracování, směřující k
dosažení rovnovážného strukturního stavu,
tudíž je pro ně typická malá ochlazovací
rychlost i pomalý ohřev. (Rovnovážné
struktury jsou ty, které odpovídají
rovnovážnému diagramu.)
• Podle výšky žíhací teploty rozlišujeme:
• Žíhání bez překrystalizace
• Žíhání s překrystalizací
29

30. Snímek 30

•A - žíhání na snížení
pnutí
•B - rekrystalizační
•C - na měkko
•D - normalizační
•E - homogenizační
•Oblasti žíhacích teplot v diagramu Fe – C
30

31. Žíhání bez překrystalizace

• Žíhací teploty nepřekračují teplotu A1.
Druhy:
Žíhání na snížení vnitřního pnutí
Žíhání rekrystalizační
Žíhání na měkko
(Případně další – protivločkové,….)
31

32. Žíhání s překrystalizací

• Žíhací teploty se pohybují nad teplotou Ac3
Druhy:
• Normalizační
• Homogenizační
• Izotermické
32

33. Tepelné zpracování grafitických litin

• Tepelným zpracováním ovlivňujeme
výhradně matrici, TZ nemá vliv na tvar,
množství ani rozložení grafitu.
• Litiny lze žíhat i kalit stejně jako oceli.
33

34. Tepelně mechanické zpracování

• Kombinace tváření a fázové přeměny
• Výsledkem jsou vysoké pevnostní vlastnosti
• Nejčastější jsou potupy, kdy se tváří v
oblasti austenitu a po deformaci následuje
martenzitická přeměna.
• Tvářením austenitu se zjemní zrno,
martenzit pak bude také jemný
34

35. Druhy TMZ

• Vysokoteplotní TMZ
(a) – tváření v oblasti
nad A3, stupeň
deformace 40 –90%.
Zakalení
bezprostředně poté
(dřív než proběhne
rekrystalizace cca do 1
min).
35

36. Druhy TMZ

• Nízkoteplotní (b) –
austenitizace nad A3,
ochlazení nad Ms
(metastabilní austenit),
tváření, zakalení.
• Deformace cca 50%,
teplota pod
rekrystalizační, A
deformovaná zrna,
přetvárný odpor vyšší
než u VTMZ
36