ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΚΑΤΕΡΓΑΣΙΕΣ ΧΑΛΥΒΩΝ ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ

Transcript

1 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ Θ Ε Ρ Μ Ι Κ Ε Σ Κ ΑΤ Ε Ρ Γ Α Σ Ι Ε Σ είναι σύνολο διεργασιών όπως: θέρμανση και ψύξη χάλυβα σε στερεά κατάσταση και σε καθορισμένες θερμοκρασιακές και χρονικές συνθήκες. Σ ΚΟ Π Ο Σ Θ Ε Ρ Μ Ι Κ Ω Ν Κ ΑΤ Ε Ρ Γ Α Σ Ι Ω Ν είναι να προσδώσουμε στον χάλυβα μια δομική κατάσταση τέτοια, που να οδηγεί στην εξασφάλιση συγκεκριμένων αναγκαίων και επιθυμητών ιδιοτήτων σ αυτό. Κατεργασίες ανόπτησης, που οδηγούν σε σταθερές δομές. Πλήρης ανόπτηση (full annealing) Ανόπτηση για εξομάλυνση (normalising) Αποτατική ανόπτηση (ανακούφιση τάσεων) (process anneal) Ανόπτηση σφαιροποίησης σεμεντίτη (spheroidising) Κατεργασίες σκλήρυνσης, που οδηγούν σε μετασταθείς δομές (εκτός ισορροπίας). Μαρτενσιτική βαφή Επαναφορά

2 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες ανόπτησης (full annealing) Πλήρης ανόπτηση (full annealing) Υποευτηκτοειδής χάλυβας Θέρμανση για ωστενιτοποίηση σε Τ μεγαλύτερη κατά ο πάνω από την Α 3. Ισόθερμη παραμονή Βραδεία απόψυξη στον φούρνο Υπερευτηκτοειδής χάλυβας Θέρμανση για ωστενιτοποίηση σε Τ μεγαλύτερη κατά ο πάνω από τους 727 ο C. Ισόθερμη παραμονή Βραδεία απόψυξη στον φούρνο Σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες και σε περισσότερο χρόνο αυξάνει το μέγεθος του κόκκου Όταν θέλουμε να ανακτήσουμε ιδιότητες μετά από θερμικές ή μηχανουργικές κατεργασίες Ολκιμότητα (δυσθραυστότητα) Ειδική μικροδομή Ανακούφιση τάσεων Ομοιογένεια λόγω αργής ψύξης

3 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες ανόπτησης (normalising) Ανόπτηση για εξομάλυνση (normalising) Υποευτηκτοειδής χάλυβας Υπερευτηκτοειδής χάλυβας Θέρμανση για πλήρη ωστενιτοποίηση σε Τ μεγαλύτερη κατά ο πάνω από την Α 3 ή Α cm. Ισόθερμη παραμονή. Aπόψυξη στον αέρα (ήρεμο) Σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες και σε περισσότερο χρόνο αυξάνει το μέγεθος του κόκκου Όταν θέλουμε Ομοιομορφία μικροδομής (μετά από έλαση, χύτευση, σφυρηλασία) Λεπτότερη μικροδομή Ανακούφιση τάσεων Αύξηση της κατεργασιμότητας.

4 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες ανόπτησης (normalising) Όταν θέλουμε Ομοιομορφία μικροδομής (μετά από έλαση, χύτευση, σφυρηλασία) Λεπτότερη μικροδομή Ανακούφιση τάσεων Αύξηση της κατεργασιμότητας.

5 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες ανόπτησης Όταν θέλουμε Ομοιομορφία μικροδομής (μετά από έλαση, χύτευση, σφυρηλασία) Λεπτότερη μικροδομή Ανακούφιση τάσεων Αύξηση της κατεργασιμότητας.

6 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες ανόπτησης Αποτατική ανόπτηση (process anneal) Συνήθως σε χάλυβες μετά από ψυχρηλασία ή μετά από έντονες μηχανουργικές Θέρμανση και ισόθερμη παραμονή σε Τ ο (< 727 ο ) Αργή ψύξη στον φούρνο. Όταν θέλουμε ανακούφιση τάσεων μετά από Ψυχρηλασία Συγκόλληση Χύτευση Διαμόρφωση εν θερμώ (Λεπτότερη μικροδομή) Έντονη κατεργασία κοπής

7 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες ανόπτησης Ανόπτηση για σφαιροποίηση σεμεντίτη (spheroidising) Υποευτηκτοειδής χάλυβας Υπερευτηκτοειδής χάλυβας Θέρμανση σε Τ ο Ισόθερμη παραμονή για αρκετό χρόνο. Aπόψυξη στον αέρα (ήρεμο) Όταν θέλουμε σε υπερευτηκτοειδή χάλυβα να μην έχουμε συνεχή δομή Fe 3 C. σε υποευτηκτοειδή χάλυβα πρίν από μηχανουργική κατεργασία (αύξηση ολκιμότητας)

8 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες ανόπτησης Τι προσέχουμε στις ανοπτήσεις: Όχι απότομη θέρμανση Χρόνος παραμονής στην θερμοκρασία (εμπειρικός κανόνας) Αποφυγή οξείδωσης και απανθράκωσης (ουδέτερη ατμόσφαιρα, Λουτρά αλάτων). Αποφεύγουμε υπερθερμάνσεις (επανόρθωση)

9 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες ανόπτησης Διάγραμμα TTT Χάλυβα C = 0,40% Ni = 1,65-2,0% Cr = 0,4-0,9% Mo = 0,2-0,3% Προσθήκη κραματικών στοιχείων Cr,Ni,Mo,Si,Mn καθυστερούν την έναρξη του μετασχηματισμού του ωστενίτη προς φερρίτη+σεμεντίτη Στη θερμοκρασία των ο το ΤΤΤ παρουσιάζει ένα κόλπο όπου η έναρξη του μετασχηματισμού μετατίθεται δεξιά και σε περίπου 2*10 4 sec ή 5,5 ώρες. Πρακτικά ένα τόσο μεγάλο διάστημα μας επιτρέπει να κάνουμε απότομη ψύξη στους 540 ο, ισόθερμη παραμονή όπου μπορούν να γίνουν διαδικασίες μορφοποίησης και μετά απότομη βαφή προς λήψη μαρτενσίτη, ήπια βαφή προς λήψη μπαινίτη, είτε παραμονή προς λήψη περλίτη.

10 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες ανόπτησης Με την προσθήκη κραματικών στοιχείων στους χάλυβες επιτυγχάνουμε: Μείωση της κρίσιμης ταχύτητας βαφής για παραγωγή μαρτενσίτη, άρα ευκολία σχηματισμού μαρτενσίτη (χάλυβες υψηλά κραματωμένοι βάφονται προς παραγωγή μαρτενσίτη ακόμη και στον αέρα). Υπάρχει μύτη του μπαινίτη για σχηματισμό μπαινίτη. Λόγοι προσθήκης κραματικών στοιχείων στους χάλυβες. 1. Ενίσχυση αντοχής φερρίτη με στερεό διάλυμα 2. Κατακρημνίζονται καρβίδια για αύξηση της σκληρότητας 3. Αυξάνει η αντοχή σε διάβρωση. 4. Βελτίωση εμβαπτότητας (ευκολίας μετασχηματισμού σε μαρτενσίτη

11 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες σκλήρυνσης Θέρμανση και Ισόθερμη παραμονή (Ωστενιτοποίηση) Σε θερμοκρασίες Θ>Α cm Χονδρόκοκκος γ Περισσότερες εσ. τάσεις στη βαφή (κίνδυνος ρωγμών) ταχεία απόψυξη σε Τ περ. Όχι απότομη θέρμανση Χρόνος παραμονής στην θερμοκρασία (εμπειρικός κανόνας) Αποφυγή οξείδωσης και απανθράκωσης (ουδέτερη ατμόσφαιρα, Λουτρά αλάτων). Σε χάλυβες με C<0,3 Αυξάνει πολύ η v cr Προσθήκη κραματικών στοιχείων Μαρτενσίτης Επαναφορά μαρτενσίτη Απότομη ψύξη Αποφεύγουμε την κατακρήμνιση καρβιδίων

12 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες σκλήρυνσης Σχήμα: Τυπική μορφή καμπύλης απόψυξης Περιοχή Α Η ταχύτητα απόψυξης είναι αργή λόγω της μικρής αγωγιμότητας των ατμών του υγρού ψύξης που σχηματίζονται στην επιφάνεια του χάλυβα. Περιοχή Β Η ταχύτητα απόψυξης είναι μεγάλη λόγω διάλυσης του στρώματος ατμών (εμφάνιση φαινομένου βρασμού του υγρού ψύξης στην ψυχόμενη μεταλλική επιφάνεια) Περιοχή Γ Η ταχύτητα απόψυξης είναι πολύ μικρή, η εξάτμιση του υγρού σταματά και η απαγωγή θερμότητας γίνεται μέσω του όγκου του υγρού. Η ταχύτητα απόψυξης ΔΤ/Δt εξαρτάται από: το είδος του ψυκτικού μέσου, τη θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου, τυχόν ταυτόχρονη ανάδευσή του, το μέγεθος-γεωμετρία-μάζα-κατάσταση επιφάνειας του ψυχόμενου χάλυβα.

13 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες σκλήρυνσης Η δραστικότητα του μέσου βαφής εκφράζεται μέσω ενός αριθμητικού συντελεστή Η που χαρακτηρίζει την αποτελεσματικότητα του μέσου βαφής από απόψεως ταχύτητας απόψυξης. Η=1 τίθεται για τη δραστικότητα ήρεμου νερού, θερμοκρασίας 20 ο C. Η δραστικότητα του ύδατος αυξάνεται με την προσθήκη αλάτων και μειώνεται με την προσθήκη γλυκερίνης ή σαπουνιού ή Na 2 SiO 3. maxh=5 για υδατικό διάλυμα 15% NaCl. Κατά σειρά φθίνουσας δραστικότητας τα συνήθη λουτρά ψύξης ταξινομούνται ως εξής: υδατικό διάλυμα άλατος, νερό, τήγματα αλάτων, διαλύματα ελαίων, καθαρά έλαια, αέρας

14 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες σκλήρυνσης Προβλήματα κατά την βαφή: 1. Διαστασιακή ανομοιογένεια εξαρτήματος. Οφείλεται σε διαφορετική ταχύτητα ψύξης της επιφάνειας από το εσωτερικό. Το αποφεύγουμε με κραμάτωση του χάλυβα, με κλιμακωτή μαρτενσιτική βαφή ή με κλιμακωτή μπαινιτική βαφή. 2. Ανεπαρκής βαφή. Πιθανόν λόγω μείωσης της δραστικότητας του λουτρού βαφής. Νέα ωστενιτοποίηση και βαφή. 3. Ρωγμές και στρεβλώσεις. BCT έχει μεγαλύτερο όγκο από FCC. Δεν υπάρχουν επίπεδα ολίσθησης στο BCT. H ψύξη στην επιφάνεια ταχύτερη από το κέντρο, οπότε λόγω ταχύτερης συστολής αναπτύσσονται εσωτερικές τάσεις. Πιθανές προυπάρχουσες τάσεις (συγκόλληση, ψυχρηλασία, χύτευση) Πως αποφεύγουμε ρωγμές και στρεβλώσεις: Επιλέγουμε λουτρό κατάλληλης δραστικότητας (μεγάλη δραστικότητα = μεγάλη ταχύτητα ψύξης) Επιλέγουμε κατάλληλο χάλυβα (κραμάτωση για μείωση της κρίσιμης ταχύτητας απόψυξης) Κλιμακωτή μπαινιτική βαφή. Κλιμακωτή μαρτενσιτική βαφή. Ανόπτηση (αποτατική) πριν από την βαφή. (Ανακούφιση εσωτερικών τάσεων)

15 ΣΤΗΝ ΠΡΑΞΗ κατεργασίες σκλήρυνσης Επαναφορά Μαρτενσίτη Θέρμανση σε Τ= 200 ο C και ισόθερμη παραμονή (ανακούφιση εσωτερικών τάσεων) Θέρμανση σε Τ= ο C και ισόθερμη παραμονή. Μαρτενσίτης αfe + Fe3C. Απόψυξη σε Τ περ.( ταχεία απόψυξη για να αποφύγουμε κατακρήμνιση καρβιδίων) Η μεταβολή της σκληρότητας συναρτήσει του χρόνου επαναφοράς, σε διάφορες θερμοκρασίες επαναφοράς, για τον ευτηκτοειδή κοινό χάλυβα.