Témata
Reklama

Změna mechanických vlastností při popouštění

14. 06. 2006

Důvodem poklesu pevnostních charakteristik, tvrdosti a zvyšování houževnatosti jsou přeměny při popouštění oceli. Popouštění jako ohřev, který následuje zpravidla bezprostředně po zakalení, při němž obě nerovnovážné fáze (martenzit a zbytkový austenit) procházejí změnami, jejichž průběh je závislý na složení oceli, na teplotě a době popouštění.

Za rozhodující fázové přeměny při popouštění lze považovat precipitační rozpad tetragonálního martenzitu. Současně s rozpadem martenzitu dochází i k rozpadu zbytkového austenitu, k relaxaci vnitřních pnutí (zejména v intervalu teplot 300 - 450 °C).

Fázové přeměny v uhlíkových ocelích můžeme rozdělit do čtyř stadií popouštění, přičemž teplotní hranice mezi nimi nelze jednoznačně vymezit, neboť jednotlivé pochody se mohou vzájemně překrývat.

Reklama
Reklama
Reklama
Popouštěcí diagram oceli 21MnTiB
Tranzitní křivky oceli 21MnTiB při různém zušlechtění

Jako první stadium popouštění (do 200 °C) se označuje rozpad tetragonálního martenzitu na nízkouhlíkový kubický martenzit a nerovnovážný karbid ε (Fe2,4C) s těsně uspořádanou hexagonální mřížkou. Koherentní karbid ε, precipitující přednostně na hranicích útvarů martenzitu, má výrazný vytvrzující účinek, který z větší části kompenzuje pokles tvrdosti způsobený poklesem intersticiálního zpevnění martenzitu. Vznik popouštěného martenzitu je tedy doprovázen pouze mírným poklesem tvrdosti a pevnosti.

Druhé stadium popouštění (asi 200 až 300 °C) lze spojovat s rozpadem zbytkového austenitu ve strukturu bainitického typu, která je podobná struktuře martenzitu popuštěného na stejnou teplotu. Tato přeměna je doprovázena růstem měrného objemu, uvolněním tepla a snížením úrovně vnitřních pnutí. Důsledkem rozpadu zbytkového austenitu je buď zmenšení poklesu tvrdosti oceli nebo její vzrůst, to však jen v případě jeho vysokého obsahu.

Třetí stadium popouštění (nad 300 °C) zahrnuje zejména tvorbu cementitu za současného rozpadu nízkouhlíkového martenzitu na ferit. Koherentně nukleované precipitáty cementitu postupně rostou za souběžného rozpouštění částic ε karbidů a postupného snižování obsahu uhlíku v matrici. Původně tyčinkovité útvary cementitu hrubnou s rostoucí teplotou popouštění. Odrazem uvedených změn je výrazný monotónní pokles tvrdosti a pevnosti za současného zvýšení tvárnosti a houževnatosti.

Čtvrté stadium popouštění (nad asi 500 °C) zahrnuje v případě uhlíkových ocelí hrubnutí částic cementitu v důsledku jeho postupující koalescence a sferoidizace a rekrystalizace a hrubnutí feritických zrn. V případě nízkolegovaných ocelí pak dochází během popouštění k obohacování cementitu o karbidotvorné prvky. U legovaných ocelí pak dochází ke vzniku speciálních karbidů s mřížkou odlišnou od cementitu. Precipitace těchto karbidů je podmíněna difuzí substitučních prvků, kterými jsou tyto karbidy tvořeny.

Pro příklad změn mechanických vlastností byla použita ocel 21MnTiB s výchozí feriticko-perlitickou strukturou o chemickém složení uvedeném v tabulce. Použitá ocel je mikrolegovaná borem pro zvýšení prokalitelnosti. Z této oceli se vyrábí vysokopevnostní šrouby do M20. Materiál byl zušlechtěn - kaleno 880 °C olej-voda, a následně popouštěn na teplotách 200 °C, 300 °C a 400 °C.

Chemické složení oceli 21MnTiB (hmotnostní %)

C

Mn

Si

B

Cu

Ti

Al

P

0,2

0,89

0,09

0,005

0,057

0,015

0,03

0,015

Struktura feriticko-perlitická, perlit jemně lamelární až přechodný.
Napuštěný martenzit s velmi jemným zbytkovým austenitem (kaleno 880 °C/popouštěno na teplotě 200 °C).
Struktura sorbitická orientovaná podle původních jehlic martenzitu (kaleno 880 °C/popouštěno na teplotě 300 °C).
Dokonale popuštěná sorbitická struktura(kaleno 880 °C/popouštěno na teplotě 400 °C).

Pro zjištění pevnostních charakteristik zušlechtěných vzorků byla použita statická zkouška tahem. Vliv teploty popouštění na průběh tranzitní křivky, hodnoty nárazové práce v oblasti houževnatých lomů a velikosti tranzitní teploty. Tranzitní křivky se zjišťovaly na standardních vzorcích určených pro zkoušku rázem v ohybu dle Charpyho. Pro popis tranzitních křivek byly použity funkce, které jednoznačně popisovaly průběh naměřených hodnot.

Optimalizace konvenčního tepelného zpracování v sobě zahrnuje volbu takového tepelného zpracování, kdy má materiál pro danou inženýrskou aplikaci potřebné vlastnosti. Tepelné zpracování je zpravidla používáno u materiálů k tomu vhodných za účelem zvýšení především pevnostních charakteristik při zachování dostatečné houževnatosti.

Lomové plochy testovacích vzorků.
Lomové plochy testovacích vzorků.

Pevnost materiálu využívají konstruktéři pro návrh konstrukce, nesmějí však opomenout plastické vlastnosti a tranzitní teplotu materiálu, který doporučí pro vlastní řešení konstrukce. Pro ocel 21MnTiB z hlediska nejlepších pevnostních a plastických vlastností a samozřejmě s přihlédnutím k hodnotám tranzitních teplot teplota zušlechtění na pevnost 910 MPa. Při tomto tepelném zpracování dosahuje použitý materiál optimálních podmínek jak pevnosti a plastických vlastností, tak i nejnižší tranzitní teploty. Pokud jsou zaručeny podmínky provozu konstrukce při vyšších teplotách, které nepoklesnou pod teploty -20 °C, lze využít vyššího pevnostního potenciálu této oceli snížením popouštěcích teplot na 300 °C až 200 °C a tím zvýšit pevnostní charakteristiky. Snížením popouštěcích teplot však klesnou plastické vlastnosti a zvýší se tranzitní teplota této oceli. Zvýšení pevnostních charakteristik je však nízké a je vhodnější využít jiného typu oceli, která by umožnila zachovat plastické vlastnosti a tranzitní teplotu.

Ing. Rostislav Chotěborský, Ph.D.

Ing. Petr Hrabě

ČZU v Praze, Technická fakulta

choteborsky@tf.czu.cz

www.tf.czu.cz

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 60623
Datum: 14. 06. 2006
Rubrika: Výroba / Materiály
Autor:
Firmy
Související články
Aplikace nanomateriálů ve strojírenství

Nanotechnologie umožňují vývoj nových generací kompozitů s vylepšenou funkčností a širokou škálou aplikací. V současnosti nanokompozity představují mnoho aplikací v mnoha průmyslových oborech. Užitné vlastnosti nanomateriálů vyplývají z jejich výjimečných fyzikálních a chemických vlastností, velikosti, tvaru či povrchové morfologii. Velikostní efekt (size efect) umožňuje výrazně zlepšovat užitné vlastnosti konvekčních materiálů. Nanotechnologie díky svému inovačnímu potenciálu již dnes výrazně ovlivňují moderní průmyslové produkty.

Pokročilé slitiny mědi a vysoce odolné mosazi

Společnost FRW Carobronze, která se specializuje na dodávky slitin mědi s pokročilými technickými vlastnostmi výrobcům v různých oborech, doplnila svoji řadu vysoce specializovaných slitin mědi o kované nebo vytlačované polotovary ze slitiny CuNi14Al2 (UN14A2) a kované nebo vytlačované polotovary z vysoce odolných mosazí CuZn19Al6 (UZ19A6) a CuZn23Al4 (UZ23A4).

Odlehčovací optimalizace 3D tištěné frézy

Vývoj v oboru obrábění se tradičně potýká s mimořádným dynamickým zatížením soustavy na straně jedné a požadavky na přesnost a produktivitu obrábění na straně druhé. Nalezení takové konstrukce nástroje, která odolá extrémním provozním podmínkám, a přitom umožní proces obrábění urychlit, může vést k zefektivnění výrobního procesu. Příkladem toho může být vývoj odlehčené frézovací hlavy. Dosavadní konstrukce obráběcích nástrojů vycházely z jednolitých plných tvarů zaručujících vysokou tuhost na úkor dynamických vlastností nástroje. Změnou vnitřní struktury je však možné najít optimum mezi těmito protichůdnými požadavky.

Související články
Vliv složek ochranných atmosfér na WAAM

Svařování v současné době není už pouze technologií ke spojování materiálů. S rozvojem aditivní výroby strojních součástí lze tento proces využít také pro výrobu komplexních a geometricky složitých součástí. Technologie WAAM využívá svařování pro vrstvení jednotlivých svarových housenek do tvaru vyráběné strojní součásti a je charakterizována mnoha proměnnými – mimo jiné i účinky ochranné atmosféry. Cílem příspěvku je zhodnotit vliv jednotlivých složek ochranných atmosfér používaných pro MAG svařování.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Jak se vyvíjí a vyrábí proudový motor?

V letošním roce uvedla První brněnská strojírna Velká Bíteš (PBS) na trh nový turbínový motor PBS TJ150. Jedná se o proudový motor, u kterého se výkon, resp. tah motoru uvádí v jednotkách Newton. Maximální tah tohoto motoru činí 1 500 N. Je to již pátý typ proudového motoru, který tato exportně orientovaná firma dodává na zahraniční trhy.

Nové perspektivy v obrábění titanových draků letounů

Rostoucí využití titanu pro aplikace v leteckém průmyslu je za poslední léta velmi dobře zdokumentováno. Stejně tak se tématem diskuze a zkoumání staly i problémy spojené s efektivním, produktivním a vysoce kvalitním obráběním tohoto oblíbeného materiálu. Každá obrobna chce samozřejmě při frézování titanu optimalizovat výkonnost použité frézy, ale bez vhodných technologií a správného know-how to nemusí být až tak snadné. Díky převratnému objevu se však v současnosti začínají v této oblasti věci měnit.

Zrod (a znovuzrození) břitové destičky

Prakticky veškeré výrobky z kovů se obrábějí pomocí břitových destiček – ať už se jedná o letecký průmysl, výrobu energetických zařízení, nebo oblast spotřebního zboží. Břitové destičky jsou využívány ve velkém měřítku a pro širokou škálu aplikací, od frézování masivních bloků motorů a tvarového obrábění forem využívaných výrobci sportovní obuvi až po obrábění číselníků. Seznam požadavků na břitové destičky je dlouhý: vysoká odolnost proti opotřebení a dlouhá životnost, vysoké rychlosti úběru kovu a maximální spolehlivost, a to i v náročných podmínkách, jako jsou složité dráhy nástrojů nebo hluboké dutiny, špičková výkonnost při obrábění za sucha i za mokra a vynikající kvalita obrobené plochy při dodržení přísných tolerancí.

Laserové řešení pro plastikářský průmysl

Konvenční technologie opracování plastů již v mnoha případech nevyhovuje požadavkům koncových uživatelů. Moderní lasery posouvají kvalitu výroby plastů na zcela novou úroveň. Lastic představuje implementaci nejmodernějších laserových technologií a ergonomického ovládání do jediného produktu, jenž je navržen tak, aby jeho aplikace do stávajících výrobních linek byla zcela bezproblémová.

Nové nástroje z opotřebovaných nástrojů

Není-li možné nástroje ze slinutého karbidu dále přeostřovat, zbývá většinou pouze jedna možnost – odho-dit je do šrotu. Použití nově vyvinuté metody recyklace však nyní umožňuje tyto opotřebované nástroje využít jako výchozí polotovar pro výrobu nástrojů nových.

Perfektní povrchová úprava

Ten, kdo vytváří povlaky, může dosáhnout bezvadných výsledků pouze důkladnou předpřípravou povlakovaného povrchu. Také za tímto účelem investovala firma Bot Oberflächentechnik z Kulmbachu do nového zařízení – a dosáhla tak nakonec fascinujících výsledků.

Kontinuální omílací systém do stávající periferie

Pokud jde o sériovou výrobu složitých tlakových odlitků z hliníkových slitin, je Kovolis Hedvikov preferovaným partnerem automobilových výrobců a dodavatelů. S cílem rozšířit kapacitu i možnosti zpracování investovala společnost do nového omílacího systému, přizpůsobeného široké škále dílů a místním podmínkám.

Horké komory pro práci s radioaktivním materiálem

V Řeži u Prahy bylo vybudováno nové výzkumné centrum, jehož součástí byla také výstavba kom-plexu horkých komor. Účelem výstavby bylo vytvořit pracoviště pro bezpečnou práci s vysoce radi-oaktivním materiálem. Po pěti letech budování se na začátku roku 2017 podařilo úspěšně zahájit aktivní provoz laboratoří, které jsou schopné zpracování, mechanického testování a mikrostrukturní analýzy radioaktivních materiálů (tlakové nádoby, vnitřní vestavby reaktorů, pokrytí paliva) s aktivi-tou až 300 TBq 60Co, materiálů pro reaktory III. a IV. generace a fúzní reaktory.

Vzestup leteckého a vesmírného trhu

Pro sektor třískového obrábění je automobilový průmysl jedním z nejdůležitějších trhů. V trendu stále více se uplatňujícího elektrického pohonu automobilů se výrobci obráběcích strojů a nástrojů snaží objevit nové trhy. Zaměřují se na letecký a vesmírný průmysl.

Prostorově optimalizované skladování

Pro zásobování všech strojů bez prostojů využívá společnost Thomann v Hergatzu bei Lindau buňkový skladovací systém společnosti Remmert. Speciální stanice pro vychystávání zvyšuje rychlost procesu vyskladňování materiálu o více než šedesát procent.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit