Θερμικές Κατεργασίες

θερμικήκατεργασία ορίζεταιμίαδιεργασία,κατάτηνοποίατοεπεξεργαζόμενοτεμάχιουφίσταταιένασυγκεκριμένοθερμικό κύκλομεταακόλουθαστάδια: (i)θέρμανσηαπότηθερμοκρασίαπεριβάλλοντοςστηνεπιθυμητήθερμοκρασία, (ii)παραμονή στηνενλόγωθερμοκρασίαγιαέναορισμένοχρονικόδιάστημα, (iii)ψύξημέχριτηθερμοκρασίαπεριβάλλοντος. Ταπαραπάνωστάδια(i)-(iii)αποτελούντογενικευμένοσχήμαμίαςοποιασδήποτεθερμικήςκατεργασίας. Θερμική κατεργασία ορίζεται μία διεργασία, κατά την οποία το επεξεργαζόμενο τεμάχιο υφίσταται ένα συγκεκριμένο θερμικό κύκλο με τα Ακόλουθα στάδια: (i) Θέρμανση από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος στην επιθυμητή θερμοκρασία, (ii) Παραμονή στην εν λόγω θερμοκρασία για ένα ορισμένο χρονικό διάστημα, (iii) Ψύξη μέχρι τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Οι βασικές παράμετροι, οι οποίες διαφοροποιούν μεταξύ τους τις θερμικές κατεργασίες, είναι οι ακόλουθες: Η θερμοκρασία Ο χρόνος παραμονής στην παραπάνω θερμοκρασία Ο ρυθμός απόψυξης.

Διάγραμμα φάσεων χάλυβα

Θερμικές Κατεργασίες Χάλυβα Ορισμοί Φερρίτης (ferrite): Το στερεό διάλυμα α-Fe με άνθρακα Ωστενίτης (austenite): Το στερεό διάλυμα γ-Fe με άνθρακα Σεμεντίτης (cementite): Το καρβίδιο του σιδήρου Fe3C με ορθορομβική δομή. Περλίτης (pearlite): μίγμα φάσεων φερρίτη και σεμεντίτη, προϊόν της ευτηκτοειδούς αντιδράσεως Ανθρακοχάλυβες (carbon steels): Χάλυβες που περιέχουν μόνον άνθρακα. Η ύπαρξη τυχόν μικροποσοτήτων από άλλα στοιχεία δεν επηρεάζει τη διαμόρφωση της δομής τους. Ευτηκτοειδής χάλυβας (eutectoid steel): ανθρακοχάλυβας με περιεκτικότητα 0.8%κ.β. άνθρακα Υποευτηκτοειδής χάλυβας (hypoeutectoid steel): ): ανθρακοχάλυβας με περιεκτικότητα μικρότερη από 0.8%κ.β. άνθρακα Υπερευτηκτοειδής χάλυβας (hypereutectoid steel): ): ανθρακοχάλυβας με περιεκτικότητα μεγαλύτερη από 0.8%κ.β. άνθρακα Ωστενιτοποίηση (Austenitizing): Θερμική κατεργασία που περιλαμβάνει θέρμανση του χάλυβα πάνω από την θερμοκρασία Α3 για την μετατροπή του χάλυβα σε ωστενίτη Βαφή (quenching): Η απότομη ψύξη του χάλυβα από την ωστενιτική περιοχή για τον σχηματισμό μαρτενσίτη. Θερμοκρασία Ms: Η θερμοκρασία στην οποία ξεκινά ο μαρτενσιτικός μετασχηματισμός, όπου η κινούσα δύναμη αποκτά μια κρίσιμη τιμή για την υπέρβαση του ενεργειακού φράγματος για την πυρήνωση μαρτενσίτη

Θερμικές Κατεργασίες Χάλυβα Ορισμοί Μπαινίτης (bainite): Η δομή που προκύπτει από μετασχηματισμό του ωστενίτη στη θερμοκρασιακή περιοχή Ms<T<550°C. Διακρίνεται σε άνω και κάτω μπαινίτη. Διάγραμμα CCT: Διάγραμμα θερμοκρασίας – χρόνου στο οποίο αποτυπώνεται η έναρξη και η λήξη των μετασχηματισμών κατά τη συνεχή ψύξη των χαλύβων. Εμβαπτότητα (hardenability): Η ευκολία ενός χάλυβα να σχηματίζει μαρτενσίτη κατά την βαφή. Επαναφορά (tempering): Οι μεταβολές στη δομή ενός χάλυβα που προκύπτουν από τη θέρμανσή του μετά τη βαφή. Η επαναφορά προδίδει ολκιμότητα στον χάλυβα με μικρή σχετικά μείωση της σκληρότητας. Ανόπτηση (Annealing): Θερμική κατεργασία με στόχο να μαλακώσει το υλικό και να αυξηθεί η ολκιμότητα και η δυσθραυστότητα Βαφή και επαναφορά (quenching and tempering): Η βασική θερμική κατεργασία για την σκλήρυνση των χαλύβων. Περιλαμβάνει ωστενιτοποίηση, βαφή για μαρτενσιτικό μετασχηματισμό του ωστενίτη και επαναφορά του μαρτενσίτη για αύξηση της ολκιμότητας Επιφανειακές κατεργασίες (Surface treatments): Κατεργασίες που επηρεάζουν μόνον την επιφάνεια ενός μηχανολογικού στοιχείου Ενανθράκωση (carburizing): Ο εμπλουτισμός της επιφάνειας με άνθρακα, που οδηγεί στην αύξηση της επιφανειακής σκληρότητας Εναζώτωση (Nitriding): Ο εμπλουτισμός της επιφάνειας με άζωτο, που οδηγεί στην αύξηση της επιφανειακής σκληρότητας

Ωστενιτοποίηση Η θερμοκρασία ωστενιτοποίησης κυμαίνεται μεταξύ 830 και 900°C για τους υποευτηκτοειδείς χάλυβες και σε αυτές τις θερμοκρασίες το υλικό παίρνει ένα «ανοιχτό πορτοκαλί» χρώμα λόγω πύρωσης. Οι υπερευτηκτοειδείς χάλυβες υφίστανται θέρμανση στους °C, ενώ σε χάλυβες, που περιέχουν μεγάλα ποσοστά άλλων στοιχείων κραματοποίησης (π.χ. Cr, Mo, Ni, κ.λπ), η θέρμανσή ενδέχεται να υπερβεί τους °C. Ο απαιτούμενος χρόνος παραμονής του υλικού στη θερμοκρασία ωστενιτοποίησης κυμαίνεται από μερικά λεπτά έως και μερικές ώρες, πράγμα που εξαρτάται από τη χημική σύσταση του χάλυβα, αλλά και από το μέγεθος του κατεργαζόμενου τεμαχίου.

Ταχύτητα ψύξης Η ταχύτητα ψύξης είναι καθοριστική τόσο για βαθμό σκλήρυνσης, όσο και για τις αστοχίες (ρηγματώσεις), που μπορούν να εμφανισθούν λόγω ανάπτυξης εσωτερικών τάσεων. Όσο πιο απότομη είναι η ταχύτητα ψύξης, τόσο αυξάνεται και η σκληρότητα του υλικού, με άμεσο όμως επακόλουθο τη δραματική μείωση της δυσθραυστότητας και με κίνδυνο την εμφάνιση ρωγμών. Η ταχύτητα ψύξης εξαρτάται από τη δραστικότητα του μέσου ψύξης και αυξάνεται σύμφωνα με την ακόλουθη σειρά: αέρας < λάδι < νερό < αλατόνερο

Διάγραμμα CCT ευτηκτοειδούς χάλυβα (Continuous Cooling Transformation) (Συνεχούς ψύξης μετασχηματισμού)

Βαφή – Επαναφορά ευτηκτοειδούς χάλυβα

Διάγραμμα Χρόνου-Θερμοκρασίας -Μετασχηματισμού (ΤΤΤ)

Θερμικές Κατεργασίες Χάλυβα (παραδείγματα ισόθερμου μετασχηματισμού)

Θερμικές Κατεργασίες Χάλυβα (παραδείγματα) Διαδρομή 1 (κόκκινη γραμμή). Το δοκίμιο ψύχεται γρήγορα μέχρι τους 160 ο C και παραμένει στη θερμοκρασία αυτή για 20 λεπτά. Κάτω από τη θερμοκρασία Μs αρχίζει ο σχηματισμός του Μαρτενσίτη από Ωστενίτη. Στους 160 ο C το 50% του ωστενίτη μετασχηματίζεται σε μαρτενσίτη. Διαδρομή 2 (πράσινη γραμμή). Το δοκίμιο παραμένει για 100 sec στους 250 ο C, χρόνος που δεν αρκεί για το σχηματισμό μπαϊνίτη. Με ψύξη στη συνέχεια σε θερμοκρασία περιβάλλοντος σχηματίζεται αποκλειστικά μαρτενσίτης. Διαδρομή 3 (μπλέ γραμμή). Μετά από απότομη ψύξη στους 300 ο C και παραμονή για 500 sec σ’ αυτή τη θερμοκρασία σχηματίζεται μια δομή από 50% σε μπαϊνίτη και ωστενίτη. Ψύχωντας στη συνέχεια απότομα σε θερμοκρασία περιβάλλοντος προκύπτει μια δομή από 50% σε μπαϊνίτη και μαρτενσίτη. Διαδρομή 4 (πορτοκαλλί γραμμή). Μετά από απότομη ψυξη στους 600 ο C, παραμονή σ΄αυτή τη θερμοκρασία για sec και στη συνέχεια ψύξη σε θερμοκρασία περιβάλλοντος η τελική δομή είναι αυτή του λεπτόκοκκου περλίτη.

Tempcore κατεργασία