Ta članek bo zagotovil dokaj podroben opis, kaj je rekristalizacijsko žarjenje. Poleg tega bodo za seznanitev upoštevane druge vrste dela z jeklom, ki izboljšajo njegovo strukturo in obdelovalnost kovine, zmanjšajo trdoto in razbremenijo notranje napetosti. Vse glavne lastnosti zlitine so odvisne od strukture zlitine, metoda, ki spreminja strukturo, pa je toplotna obdelava. Rekristalizacijsko žarjenje in številne druge vrste toplotne obdelave je razvil D. K. Chernov, nadalje pa so to temo razvili G. V. Kurdyumov, A. A. Bochvar, A. P. Gulyaev.
Toplotna obdelava
To je kombinacija različnih operacij ogrevanja s pomočjo posebne opreme in posebne tehnologije, z zadrževanjem in hlajenjem, ki se izvajajo strogo v določenem zaporedju in pod natančnimi načini, da se spremeni notranja struktura zlitine in pridobite želene lastnosti. Toplotna obdelava je razdeljena na več vrst. Žarjenje prvegavrsta, ki se uporablja za popolnoma vse kovine in zlitine, ne prinaša faznih transformacij v trdnem stanju. Rekristalizacijsko žarjenje se uporablja za doseganje naslednjih značilnosti.
Pri segrevanju žarjenja prve vrste se poveča mobilnost atomov, kemična nehomogenost se popolnoma ali delno odpravi, notranji stres pa se zmanjša. Vse je odvisno od temperature ogrevanja in časa zadrževanja. Tu je značilno počasno ohlajanje. Različice te metode so žarjenje za razbremenitev napetosti po litju, varjenju ali kovanju, difuzijsko žarjenje in rekristalizacijsko žarjenje.
Drugo žarjenje
To žarjenje je namenjeno tudi kovinam in zlitinam, ki so podvržene faznim transformacijam med žarjenjem v trdnem stanju – tako pri segrevanju kot pri hlajenju. Pri tem so cilji nekoliko širši od ciljev, ki jih zasleduje rekristalizacijsko žarjenje jekla. Žaljenje druge vrste povzroči bolj uravnoteženo strukturo za nadaljnjo obdelavo materiala. Zrnatost izgine, se zdrobi, povečata se viskoznost in plastičnost, trdota in trdnost se znatno zmanjšata. Takšno kovino je že mogoče rezati. Ogrevanje poteka na temperature, ki so veliko višje od kritičnih, hlajenje pa poteka skupaj s pečjo - zelo počasi.
Tudi toplotna obdelava vključuje utrjevanje zlitin za trdnost in trdoto. Tu se, nasprotno, oblikuje neravnotežna struktura, ki poveča te parametre zaradi sorbita, troostita in martenzita. Uporabljene temperature so tudi precej višje od kritičnih, vendar hlajenje poteka pri zelo visokih hitrostih. četrta vrstatoplotna obdelava - kaljenje, ki razbremeni notranje napetosti, zmanjša trdoto in poveča žilavost in duktilnost kaljenih jekel. Pri segrevanju na temperature pod kritično je lahko hitrost hlajenja poljubna. Transformacije zmanjšajo neravnovesno strukturo. Tako deluje rekristalizacijsko žarjenje jekla.
Izbira načina
Toplotna obdelava je lahko predhodna in končna. Prvi se uporablja za pripravo lastnosti materiala in njegove strukture za nadaljnje tehnološke operacije (izboljšanje obdelovalnosti, razrez, tlačna obdelava). Končna toplotna obdelava oblikuje vse lastnosti končnega izdelka. Kako je izbran način rekristalizacijskega žarjenja, je odvisno od postopka in ciljev toplotne obdelave.
Implicira segrevanje zlitine ali kovine nad temperaturo kristalizacije in ne manj kot sto ali dvesto stopinj. Temu sledi izpostavljenost pri tej temperaturi zahtevani čas. Hlajenje je zadnja faza tega procesa. Ta tehnologija je razdeljena na polno, delno in teksturirano žarjenje, izbira pa je odvisna od tega, kaj je namen rekristalizacijskega žarjenja.
Popolno žarjenje
V praksi najpogosteje uporabljamo polno žarjenje, pri tem pa morate biti pozorni na dejstvo, da sta žarjenje in kaljenje jekla različna procesa. Med postopkom rekristalizacijskega žarjenja se izvajajo določeni postopki, ki pred hladno obdelavo kovine pod tlakom olajšajo nadaljnje delo z njo oz.žarjenje je izhodna vrsta toplotne obdelave, ko končni izdelek ali polizdelek dobi želene lastnosti. Ali je to na primer vmesna operacija - za učinkovito odstranjevanje hladnega utrjevanja.
Za enakomerno raztapljanje legirnih elementov v matriksu in za pridobitev homogene mikrostrukture z enakimi lastnostmi materiala se žarjenje izvaja v posebni raztopini. Železne kovine zahtevajo rekristalizacijsko žarjenje pri temperaturah med 950 in 1200 °C z uporabo raztopine soli Durferrit Glühkohle ali Durferrit GS 960..
Cilji
Najpogosteje se izvaja rekristalizacijsko žarjenje jekel, da se struktura materiala pripelje do želenih parametrov, ki so potrebni za nadaljnje delo. Uporablja se po obdelavi pod tlakom, če počasna rekristalizacija ni v celoti prešla in to ne omogoča odstranitve strjevanja.
Takšna tehnologija se običajno uporablja za vroče valjane zlitine, pri katerih je osnova aluminij, pa tudi po hladnem valjanju pločevine, trakov, folij iz različnih zlitin in barvnih kovin (tukaj je treba omeniti rekristalizacijsko žarjenje niklja), palice in žice, hladno oblikovana jekla in hladno vlečene cevi. Ločen postopek je žarjenje pri proizvodnji polizdelkov in izdelkov iz barvnih kovin (vključno z nikljem).
Temperaturne razmere
Različni materiali zahtevajo različne načine toplotne obdelave. Običajno celoten postopek ne traja več kot eno uro, da se zaključi rekristalizacijsko žarjenje, vendar je temperaturni režim za vsako zlitino lasten. Torej, zlitine na osnovi magnezija so potrebne od 300 do 400 °C, nikljeve zlitine od 800 do 1150 °C, ogljikova jekla so potrebna od 650 do 710 °C, za katere je obvezno rekristalizacijsko žarjenje. Tališče seveda ni doseženo.
Aluminijeve zlitine ne potrebujejo toliko, dovolj je od 350 do 430 °C, čisti aluminij pa prekristalizira pri temperaturah od 300 do 500 °C. Za prekristalizacijo je potreben titan od 670 do 690 °C, od 700 do 850 °C bakrene in nikljeve sestave, od 600 do 700 °C bron in medenina, še manj pa čisti baker, rekristalizacijo začne pri 500 °C.. Takšni načini rekristalizacijskega žarjenja so potrebni za nekatere kovine in zlitine.
Difuzijska obdelava kovin
Ta vrsta žarjenja se sicer imenuje homogeniziranje in se izvaja z namenom odprave posledic dendritske segregacije. Difuzijsko žarjenje je potrebno za legirana jekla, kjer sta indeks duktilnosti in žilavosti zmanjšani zaradi intrakristalne segregacije, kar vodi do lamelnih ali krhkih zlomov. Treba je doseči ravnotežno strukturo, zato je potrebna difuzijska obdelava lite kovine. Poleg tega izboljša tako mehanske lastnosti kot poveča enotnost lastnosti v celotnem končnem izdelku.
To se zgodiproces: odvečne faze se raztopijo, kemična sestava se izravna, pore se pojavijo in rastejo, velikost zrn se poveča. Ta vrsta toplotne obdelave zahteva dolgo izpostavljenost kovine pri temperaturah nad kritično (tu lahko govorimo o 1200 stopinjah Celzija).
Izotermična toplotna obdelava
Ta vrsta žarjenja je priporočljiva za legirana jekla, kjer se pri stalni temperaturi avstenit v mešanici razgradi na ferit in cementit. Do takšne razgradnje lahko pride pri drugih vrstah žarjenja, če pride do postopnega ohlajanja zaradi stalnega in zaporednega zniževanja temperature. Tako je dosežena enotnost strukture, skrajša se čas toplotne obdelave.
Shema izotermnega žarjenja je naslednja: najprej segrevanje do indikatorja, ki bo presegel zgornjo kritično točko za 50-70 stopinj, nato znižanje temperature za 150 stopinj. Po tem se segreti del prenese v peč ali kopel, kjer se temperatura vzdržuje največ 700 °C. Trajanje postopka bo odvisno od sestave kovine in geometrijskih dimenzij dela. Zlitine lahko trajajo ure, vroče valjane pločevine iz ogljikovega jekla pa minute.
Razlike
S popolnim žarjenjem je zagotovljena prekristalizacija jekla, ki razbremeni kovino različnih strukturnih napak. Jeklo prejme svoje najpomembnejše in značilne lastnosti, se zmehča za naknadno rezanje. Potrebanajprej segrejte na temperaturo nad Ac3 za 30-50 stopinj, segrejte in nato počasi ohladite.
Najpogosteje izpostavljenost traja vsaj pol ure, vendar ne več kot eno uro na tono jekla s hitrostjo segrevanja 100 stopinj Celzija na uro. Hitrost hlajenja je odvisna od sestave jekla in od stabilnosti avstenita. Če se hitro ohladi, je lahko feritno-cementitna dispergirana struktura pretrda.
Ohlajanje
Hitrost hlajenja uravnavamo s hlajenjem pečice s postopnim izklopom in odpiranjem vrat. Pri popolnem žarjenju je glavna stvar, da zlitine ne pregrejete. Delno žarjenje se izvaja pri temperaturah pod Ac3, vendar nekoliko nad Ac1.
Takrat se bo jeklo delno prekristaliziralo, zato se ne bo znebilo napak. Tako se obdelajo jekla brez feritnih trakov, če jih je treba pred nadaljnjo obdelavo in rezanjem le zmehčati. Poleg popolnega in nepopolnega obstaja tudi teksturirno rekristalizacijsko žarjenje.
Prijava
Včasih žarjenje dopolnjuje vročo obdelavo (vroče valjane tuljave, kot so aluminijeve zlitine, se žarijo pred hladnim valjanjem, da se odstrani trdo delo, ki se bo pojavilo kot posledica vročega valjanja).
Tovrstno žarjenje se veliko bolj uporablja pri proizvodnji izdelkov in polizdelkov iz zlitin in čistih neželeznih kovin. To je že samostojna operacija toplotne obdelave. V primerjavi z jekli je ogromno neželeznih kovin podvrženih hladni obdelavi, po kateri je potrebno rekristalizacijsko žarjenje.
V industriji
Če je potrebna granulirana oblika cementita, lahko zlitino držite med žarjenjem do popolne prekristalizacije dolgo - nekaj ur. Za hladno deformacijo, ki običajno sledi žarjenju, je najbolj ugodna granulirana oblika cementita, ki nastane pri rekristalizaciji v procesu nukleacije in rasti nedeformiranih zrn, kar zahteva segrevanje na določeno temperaturo.
Rekristalizacijsko žarjenje v industriji je začetna operacija za dajanje plastičnosti zlitini ali kovini pred hladno obdelavo. Nič manj pogosto je prisoten v intervalu med operacijami hladne deformacije za odstranjevanje utrjevanja in tudi kot izhodni postopek končne toplotne obdelave, tako da izdelek ali polizdelek pridobi lastnosti, ki jih potrebuje.
Kako se to zgodi
Pri segrevanju deformirana kovina poveča mobilnost atomov. Stara zrna se raztegnejo, postanejo ranljiva, nova zrna, že uravnotežena in brez napetosti, se intenzivno rodijo in rastejo. Trčijo s starimi, podolgovatimi in jih absorbirajo v svojo rast do popolnega izginotja. Rekristalizacija jekla in zlitin je glavni cilj rekristalizacijskega žarjenja. Ko se segreje po doseganju zahtevane temperature, se meja tečenja in trdnost materiala precej močno zmanjšata.
Toda plastičnost se poveča, deluje na izboljšanje obdelovalnosti. Temperatura, pri kateri se začne rekristalizacija, se imenuje prag.prekristalizacija. Ko je dosežena, se kovina zmehča. Temperatura ne more biti konstantna. Za določeno zlitino ali kovino imajo enako pomembno vlogo trajanje segrevanja, stopnja preddeformacije, začetna velikost zrn in še veliko več.
