Znanje - Sanxin

 

 

I. Osnovna načela organizacijske transformacije

Tijekom procesa zagrijavanja čelika, transformacija mikrostrukture je proces u kojem jedna kristalna faza prelazi u drugu. Uzimajući hipereutektoidni čelik kao primjer:

- Eutektoidni čelik: Sadržaj ugljika je približno 0.77%, a na sobnoj temperaturi uglavnom postoji u obliku perlita (slojevita struktura sastavljena od ferita i cementita).

- Austenit: Face-centred kubic (FCC) struktura, sposobna otopiti više ugljika, i to je stabilna faza na visokim temperaturama.

Prema faznom dijagramu željezo-ugljik, teoretski govoreći, kada se čelik zagrije na 723 stupnja Celzijusa, perlit će se transformirati u austenit. Međutim, u stvarnosti, zbog brzine zagrijavanja i trajanja procesa transformacije, stvarna temperatura transformacije je viša od 723 stupnja Celzijusa, što je poznato kao toplinska histereza. Tu stvarnu temperaturu transformacije označavamo kao Ac1. Što je veća brzina zagrijavanja, veći je Ac1 i kraće je vrijeme transformacije. (Budući da postoji minimalno vrijeme transformacije za prijelaz iz perlita u austenit, ne može se dovršiti trenutno kao transformacija iz austenita u martenzit. Stoga će transformacija iz perlita u austenit imati minimalno vrijeme. Unutar tog vremena, značaj povećanja Ac1 nije značajan. Međutim, postoji iznimka od ovog pravila. To je inverzija martenzita. To jest, martenzit se izravno pretvara u austenit. Vrijeme transformacije u ovom slučaju također će biti vrlo kratko.)

II. Proces transformacije iz perlita u austenit

Ovaj se proces može podijeliti u tri glavna koraka:

1. Nukleacija

- Temperaturni uvjeti: Temperatura prelazi 723 ℃, dostižući ili premašujući Ac1.

- Strukturne promjene: jezgre austenita počinju se stvarati unutar perlita.

- Mehanizam: Struktura kristalne rešetke željeza mijenja se iz tjelesno centrirane kubične (BCC) u plošno centrirane kubične (FCC), au isto vrijeme, ugljik u feritu i cementitu se redistribuira, u početku stvarajući austenitne jezgre.

2. Rast jezgre

- Proces: austenitna jezgra počinje rasti i širi se po perlitu.

- Mehanizam širenja: ferit kontinuirano prelazi u austenit, a ugljik u cementitu difundira u austenit i postupno se otapa.

- Temperatura i vrijeme: Ovaj proces će se nastaviti sve dok se cijeli perlit potpuno ne transformira u austenit. Što je viša temperatura, to je brža transformacija, ali pretjerano visoke temperature uzrokovat će grublje zrna.

3. Homogenizacija komponenti

- Cilj: homogenizirati sadržaj ugljika unutar austenita.

- Funkcija vremena zadržavanja: nakon završetka transformacije iz perlita u austenit, potrebno je određeno vrijeme zadržavanja kako bi se ugljik mogao potpuno difundirati unutar austenita, postižući homogenizaciju.

- Utjecaj prekomjernog vremena zadržavanja: Pretjerano vrijeme zadržavanja uzrokovat će daljnji rast zrna austenita, što će rezultirati strukturom grubog zrna, čime se smanjuju mehanička svojstva materijala.

III. Veličina zrna i njena kontrola

Veličina zrna je važan faktor koji utječe na mehanička svojstva čelika. Što su zrna finija, veća je čvrstoća i žilavost materijala. Različite vrste čelika imaju različitu osjetljivost na pregrijavanje:

- uglavnom krupnozrnati čelik: vrlo osjetljiv na pregrijavanje; kada je temperatura nešto viša, zrna brzo rastu.

- Osnovni sitnozrnati čelik: Nije osjetljiv na pregrijavanje i može zadržati sitna zrna na višim temperaturama.

Veličina i količina zrna variraju ovisno o trajanju držanja i temperaturi. Kada smo ranije govorili o martenzitu, također smo spomenuli da što su zrnca finija i brojnija, to su granice zrna složenije i odgovarajuća čvrstoća će biti veća. Nasuprot tome, snaga će biti relativno manja. Stoga je kontrola veličine zrna posebno važna. Međutim, u stvarnoj proizvodnji različite vrste čelika različito reagiraju na temperaturu. Neki su čelici vrlo osjetljivi na pregrijavanje i zrna će značajno narasti kada je temperatura malo viša. Dok se kod nekih drugih čelika veličina zrna ne mijenja značajno unutar određenog raspona pregrijavanja. U proizvodnji se prvi naziva osnovnim krupnozrnatim čelikom, a drugi se naziva osnovnim sitnozrnatim čelikom. Sljedeća slika izražava odnos tendencije između bitnih krupnozrnatih i bitnih sitnozrnatih čelika.

U stvarnoj proizvodnji, temperaturu zagrijavanja i vrijeme držanja potrebno je kontrolirati prema specifičnoj vrsti čelika i zahtjevima procesa kako bi se postigla najbolja veličina zrna. Prije svega, takozvana "u suštini gruba zrna" i "u biti fina zrna" su samo u smislu njihove osjetljivosti na pregrijavanje i ne predstavljaju stvarnu usporedbu njihovih konačnih veličina zrna. Ako se temperatura ispravno kontrolira, suštinski gruba zrna također mogu postići vrlo sitne veličine zrna, i obrnuto, suštinski fina zrna također mogu biti vrlo gruba. Na primjer, za 20Cr, kada se normalno zagrijava (ne više od 930°C), veličina zrna 20Cr je vrlo fina. Međutim, kada je potrebno pougljičenje, budući da temperatura zagrijavanja često mora biti viša od 930°C, stvarna veličina zrna može postati grublja. Drugo, ovdje se nećemo upuštati u to koji je čelik u biti grub, a koji u biti fini. Budući da kao klasifikacija nema veliko usmjeravajuće značenje za praktične primjene.

Naša zemlja je postavila različite ocjene od 1-8 za ocjenu veličine zrna. Sljedeća slika prikazuje shematski dijagram standardnih razreda veličine zrna čelika.

IV. Greške i prevencija tijekom procesa zagrijavanja

1. Pregrijavanje

- Manifestacija: Grubljenje zrna austenita, pogoršanje svojstava materijala.

- Prevencija: Kontrolirajte temperaturu i trajanje zagrijavanja. Ako je potrebno, ponovno rafiniranje zrna normalizacijom ili tretmanom žarenja.

2. Pregorijevanje

- Manifestacija: Dolazi do oksidacije granica austenitnih zrna, pa čak i do lokalnog taljenja, što dovodi do krtosti materijala i nepopravljivih oštećenja.

- Prevencija i kontrola: Strogo kontrolirajte temperaturu grijanja kako biste izbjegli postizanje temperature pregorjevanja.

3. Oksidacija

- Manifestacija: Oksidacija se događa na površini čelika, stvarajući oksidni sloj, koji utječe na točnost dimenzija i kvalitetu površine. Za oksidaciju ispod 560 stupnjeva Celzijusa, budući da se uglavnom sastoji od željeznog trioksida, površina je gusta i može učinkovito spriječiti daljnju oksidaciju. Međutim, kada temperatura prijeđe 560 stupnjeva Celzijevih (što je temperatura zagrijavanja za većinu toplinskih obrada čelika), formira se labav FeO sloj koji ne može spriječiti daljnju oksidaciju. Stoga, što je vrijeme dulje, to će promjene dimenzija i hrapavost uzrokovane oksidacijom biti ozbiljnije. Stoga u praksi treba usvojiti zaštitne mjere kako bi se izbjegla oksidacija.

- Prevencija i kontrola: Koristite zaštitnu atmosferu tijekom zagrijavanja ili nanesite antioksidacijske premaze.

4. Dekarburizacija

- Manifestacija: Površinski ugljik se oksidira i formira sloj za dekarburizaciju, što smanjuje tvrdoću i otpornost površine na habanje.

- Prevencija i kontrola: Koristite zaštitnu atmosferu ili premaz kako biste smanjili kontakt s kisikom i drugim oksidirajućim plinovima.

V. Optimizacija procesa grijanja

Kako bi se optimizirao proces grijanja, potrebno je sveobuhvatno razmotriti sljedeće čimbenike:

1. Svojstva materijala: Na temelju dijagrama stanja različitih vrsta čelika odrediti odgovarajuću temperaturu zagrijavanja i vrijeme držanja.

2. Dimenzije i oblici dijelova: Uzmite u obzir razlike u dimenzijama i presjecima dijelova te prilagodite brzinu zagrijavanja i vrijeme držanja kako biste izbjegli deformacije i pucanje.

3. Zaštitne mjere: Koristite zaštitne atmosfere, premaze ili druge mjere za sprječavanje oksidacije i dekarburizacije.

Razumnom kontrolom procesa zagrijavanja, uz osiguranje jednolike transformacije mikrostrukture, mogu se izbjeći nedostaci kao što su pregrijavanje, prekomjerno izgaranje, oksidacija i dekarburizacija, čime se postižu izvrsna mehanička svojstva.

Ako imate bilo kakvih pitanja i zahtjeva za toplinsku obradu ili razvoj dijelova, poboljšajte svoj lanac opskrbe, slobodno nas kontaktirajte na info@castings-forging.com