Znanje - Sanxin

 

 

I. Osnovni principi organizacione transformacije

Tokom procesa zagrijavanja čelika, transformacija mikrostrukture je proces u kojem se jedna kristalna faza pretvara 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 cubic (FCC) struktura, sposobna da rastvori više ugljenika, i stabilna je faza na visokim temperaturama.

Prema faznom dijagramu gvožđe-ugljenik, teoretski govoreći, kada se čelik zagreje na 723 stepena Celzijusa, perlit će se transformisati u austenit. Međutim, u stvarnosti, zbog brzine zagrijavanja i trajanja procesa transformacije, stvarna temperatura transformacije je viša od 723 stepena Celzijusa, što je poznato kao termička histereza. Ovu stvarnu temperaturu transformacije označavamo kao Ac1. Što je veća brzina grijanja, to je veći Ac1, a vrijeme transformacije je kraće. (Budući da postoji minimalno vrijeme transformacije za prijelaz iz perlita u austenit, ono se ne može završiti trenutno kao transformacija iz austenita u martenzit. Dakle, transformacija iz perlita u austenit će imati minimalno vrijeme. Unutar tog vremena značaj povećanja Ac1 nije značajan. Međutim, postoji izuzetak od ovog pravila, to je transformacija austenita u martenzit direktno. Vrijeme transformacije u ovom slučaju će također biti vrlo kratko.)

II. Proces transformacije iz perlita u austenit

Ovaj proces se može podijeliti u tri glavna koraka:

1. Nukleacija

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

- Strukturna promjena: Austenitna jezgra počinju da se formiraju unutar perlita.

- Mehanizam: Struktura kristalne rešetke željeza mijenja se iz kubične (BCC) u kubičnu (FCC), a istovremeno se ugljik u feritu i cementitu redistribuira, u početku formirajući jezgra austenita.

2. Rast jezgra

- Proces: Austenitno jezgro počinje da raste i širi se kroz perlit.

- Mehanizam ekspanzije: ferit se kontinuirano pretvara u austenit, a ugljenik u cementitu difundira u austenit i postepeno se otapa.

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

3. Homogenizacija komponenti

- Cilj: homogenizirati sadržaj ugljika unutar austenita.

- Funkcija vremena zadržavanja: Nakon što je transformacija iz perlita u austenit završena, potrebno je određeno vrijeme zadržavanja kako bi se omogućilo da ugljen difundira u potpunosti unutar austenita, postižući homogenizaciju.

- Uticaj prekomjernog vremena držanja: Prekomjerno vrijeme držanja će uzrokovati daljnji rast zrna austenita, što rezultira grubom zrnastom strukturom, 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, to je veća čvrstoća i žilavost materijala. Različite vrste čelika imaju različitu osjetljivost na pregrijavanje:

- U osnovi krupnozrni čelik: vrlo osjetljiv na pregrijavanje; kada je temperatura nešto viša, zrna rastu brzo.

- Osnovni sitnozrnati čelik: Nije osjetljiv na pregrijavanje i može održati fina zrna na višim temperaturama.

Veličina i količina zrna variraju u zavisnosti od trajanja držanja i temperature. Kada smo ranije govorili o martenzitu, takođe smo spomenuli da što su zrna finija i brojnija, to su složenije granice zrna i veća će biti odgovarajuća čvrstoća. Nasuprot tome, snaga će biti relativno niža. Stoga je kontrola veličine zrna posebno važna. Međutim, u stvarnoj proizvodnji, različite vrste čelika različito reagiraju na temperaturu. Neki čelici su vrlo osjetljivi na pregrijavanje i zrna će značajno porasti kada temperatura bude nešto viša. Dok se kod nekih drugih čelika veličina zrna ne mijenja značajno unutar određenog raspona pregrijavanja. U proizvodnji, prvi se naziva esencijalni krupnozrnati čelik, a drugi se naziva esencijalni sitnozrnati čelik. Sljedeća slika prikazuje odnos tendencije između bitnih krupnozrnih i bitnih sitnozrnih čelika.

U stvarnoj proizvodnji, temperatura zagrijavanja i vrijeme držanja moraju se kontrolirati u skladu sa specifičnim tipom čelika i zahtjevima procesa kako bi se postigla najbolja veličina zrna. Prije svega, takozvana "u suštini krupna zrna" i "u suštini fina zrna" su samo u smislu njihove osjetljivosti na pregrijavanje i ne predstavljaju stvarnu usporedbu njihovih konačnih veličina zrna. Ako se temperatura pravilno kontroliše, suštinski krupna zrna takođe mogu da postignu veoma sitne veličine zrna, i obrnuto, suštinski fina zrna takođe mogu biti veoma gruba. Na primjer, za 20Cr, kada se zagrije normalno (ne više od 930°C), veličina zrna 20Cr je vrlo fina. Međutim, kada je potrebna obrada ugljenikom, budući da temperatura zagrijavanja često mora biti viša od 930°C, stvarna veličina zrna može postati grublja. Drugo, ovdje nećemo ulaziti u to koji je čelik u suštini grub, a koji u suštini fin. Jer kao klasifikacija, ona nema veliki značaj za praktičnu primjenu.

Naša zemlja je postavila različite ocjene od 1-8 za procjenu veličine zrna. Na sljedećoj slici prikazan je šematski dijagram standardne veličine zrna čelika.

IV. Defekti i prevencija tokom procesa grijanja

1. Pregrijavanje

- Manifestacija: zgrušavanje zrna austenita, pogoršanje svojstava materijala.

- Prevencija: Kontrolirajte temperaturu i trajanje grijanja. Ako je potrebno, ponovno rafiniranje zrna kroz tretman normalizacije ili žarenja.

2. Pregorevanje

- Manifestacija: Dolazi do oksidacije granica zrna austenita, pa čak i lokalnog topljenja, što dovodi do krtosti materijala i nepopravljive štete.

- Prevencija i kontrola: Strogo kontrolirajte temperaturu grijanja kako biste izbjegli dostizanje temperature prekomjernog sagorijevanja.

3. Oksidacija

- Manifestacija: Oksidacija se javlja na površini čelika, formirajući oksidni sloj, što utiče na točnost dimenzija i kvalitet površine. Za oksidaciju ispod 560 stepeni Celzijusa, budući da se uglavnom sastoji od željeznog trioksida, površina je gusta i može efikasno spriječiti dalju oksidaciju. Međutim, kada temperatura prijeđe 560 stepeni Celzijusa (što je temperatura zagrijavanja za većinu toplinskih tretmana čelika), formira se labav sloj FeO, koji ne može spriječiti dalju oksidaciju. Stoga, što je duže vrijeme, to će biti teže promjene dimenzija i hrapavost uzrokovane oksidacijom. Stoga, u praksi, treba poduzeti zaštitne mjere kako bi se izbjegla oksidacija.

- Prevencija i kontrola: Koristite zaštitnu atmosferu tokom grijanja ili nanesite antioksidacijske premaze.

4. Dekarbonizacija

- Manifestacija: površinski ugljik se oksidira kako bi se formirao sloj dekarbonizacije, što smanjuje tvrdoću i otpornost na habanje površine.

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

V. Optimizacija procesa grijanja

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

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

2. Dimenzije i oblici dijelova: Uzmite u obzir razlike u dimenzijama i poprečnim presjecima dijelova i 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 dekarbonizacije.

Razumnom kontrolom procesa zagrijavanja, uz osiguravanje ujednačene transformacije mikrostrukture, mogu se izbjeći defekti kao što su pregrijavanje, prekomjerno sagorijevanje, oksidacija i dekarbonizacija, čime se postižu odlična mehanička svojstva.

Ako imate bilo kakvih pitanja i potražnje za toplinskom obradom ili razvojem dijelova, poboljšajte svoj lanac opskrbe, slobodno nas kontaktirajte na info@castings-forging.com