Objašnjenje žarenja – definicija, postupak i prednosti

Postupci toplinske obrade uključuju precizne postupke zagrijavanja i hlađenja kako bi se promijenila fizikalna i mehanička svojstva metala. Općenito, za promjenu nepoželjnih svojstava i jačanje poželjnih.

Jedan takav postupak toplinske obrade je žarenje, koje nam omogućuje modificiranje mehaničkih karakteristika određenih metala i legura kako bi bolje odgovarale njihovoj namjeni.

Započnimo.

Što je žarenje?

Proces žarenja koristi toplinu za smanjenje tvrdoće i povećanje duktilnosti i žilavosti raznih čelika, lijevanog željeza i legura. Uključuje zagrijavanje obratka iznad temperature rekristalizacije. Na taj se način potiče stvaranje novih zrna i omogućuje se preusmjeravanje postojećih zrna.

Preraspodjela i formiranje zrna oslobađa unutarnje naprezanje metala i daje kristalnoj strukturi profinjeniji protok. Ovo je korisno svojstvo za većinu slučajeva upotrebe.

Zbog velikog izbora čelika i metalnih legura, dostupni su mnogi specijalizirani tipovi procesa žarenja. Najčešći su potpuno ili potpuno žarenje i procesno žarenje (tzv. međužarenje ili rekristalizacijsko žarenje).

Iako se normalizacija često smatra zasebnim procesom toplinske obrade, to je zapravo vrsta procesa žarenja gdje se metali hlade na sobnoj temperaturi umjesto da se ohlade kontroliranom brzinom unutar peći.

Kada se koristi žarenje?

Žarenje stvara mekši čelik od kaljenja i stoga se uglavnom koristi na proizvodima koji ne moraju izdržati značajna naprezanja. Ali postoji mnogo različitih slučajeva kada se žarenje koristi na metalnim dijelovima:

1. Preokret radnog otvrdnjavanja

2. Omekšavanje skrućivanja zavara

3. Razvoj električne vodljivosti

4. Uklanjanje zaostalih naprezanja

Preokret radnog otvrdnjavanja

Žarenje se obično provodi nakon što je proizvod podvrgnut mehaničkim operacijama koje dovode do tvrdih i lomljivih metala. Savijanje, oblikovanje, valjanje, brušenje i izvlačenje prikladni su primjeri takvih operacija. Na primjer, kada se metalna žica izvlači kako bi se smanjila njezina veličina, ona razvija unutarnja naprezanja i stvrdnjava se.

Rezultirajuća tvrdoća obrađenih metala čini daljnju obradu teškom i riskantnom jer metali mogu puknuti. Ali daljnji procesi su operativni zahtjev. Stoga, kako bismo vratili metal u stanje prije obrade i učinili ga prihvatljivijim za sljedeće operacije, provodimo procesno žarenje.

Žarenje povećava duktilnost metala i smanjuje njegovu tvrdoću. Ovo čini izradak sposobnijim za oblikovanje i strojnu obradu. Žareni metali se tako mogu podvrgnuti daljnjim operacijama.

Proces žarenja posebno je koristan pri proizvodnji složenih dijelova. Budući da trebamo izvršiti mnoge operacije, proces žarenja nam pomaže vratiti dio bliže stanju prije rada nakon svake operacije.

Omekšavanje skrućivanja zavara

Postupci zavarivanja pri visokim temperaturama mogu uzrokovati stvaranje zona utjecaja topline (ZUT). Ove zone karakterizira visoka tvrdoća i lomljivost. U takvim slučajevima, žarenje vraća svojstva ZUT bliže izvornim mehaničkim svojstvima.

Razvoj električne vodljivosti

Žarenje također može utjecati na električna svojstva metala. Stoga se također koristi za poboljšanje električne vodljivosti određenih metala.

Uklanjanje zaostalih naprezanja

Osim što utječe na sposobnost oblikovanja i obradivost materijala, hladna obrada također uzrokuje unutarnja naprezanja materijala. Čak i kada nema daljnjih operacija koje treba izvršiti, dobra je praksa ublažiti unutarnja naprezanja koja se javljaju nakon raznih mehaničkih operacija.

Ako ih ne riješite, to može dovesti do pucanja, loma materijala, izobličenja i drugih mehaničkih problema u budućnosti.

Žarenje nam omogućuje smanjenje zaostalih naprezanja i ponovno postizanje jednolikih svojstava u materijalu. Time se povećava vijek trajanja i operativne sposobnosti odabranih materijala.

Proces žarenja

Proces žarenja može se podijeliti u tri različite faze.

1. Faza oporavka

2. Faza rekristalizacije

3. Faza rasta zrna

Stadij oporavka

U fazi obnavljanja, zagrijavamo metal do unaprijed određene temperature ispod točke taljenja. Grijaći uređaj kao što je peć ili pećnica koristi se za grijanje u kontroliranom i dosljednom okruženju.

Toplina peći smanjuje broj dislokacija kako atomi počinju migrirati u kristalnoj rešetki. Time se vraća duktilnost i smanjuje tvrdoća materijala. Procesi migracije također eliminiraju unutarnja naprezanja i stoga je ova faza poznata kao faza oporavka.

Faza rekristalizacije

Kada se postigne željena temperatura, metal dodatno zagrijavamo do temperature rekristalizacije. Temperatura rekristalizacije također je ispod točke tališta metala. To je ista temperatura koja se cilja prilikom normalizacije metalnih proizvoda.

Nakon postizanja te temperature, metal držimo na njoj određeno vrijeme. Trajanje ovisi o željenim svojstvima i kvaliteti metala.

U ovoj se fazi kristalna struktura počinje reorganizirati i počinje stvaranje novih zrnatih struktura. Ovo poništava učinke stvrdnjavanja i pomaže vratiti svojstva materijala na razinu prije rada.

Stadij rasta zrna

Faza rasta zrna povećava veličinu novonastalih kao i bivših zrna nakon što počne hlađenje. Čimbenici poput brzine hlađenja, atmosfere i kvalitete materijala određuju fazni sastav te veličinu i rast kristalnog zrna.

Čelik i drugi željezni metali obično se hlade na sobnu temperaturu u prisutnosti mirnog zraka. S druge strane, metali poput bakra i mjedi mogu se ili polagano hladiti na zraku ili brzo potopiti u vodu. U usporedbi s normalizacijom, brzina hlađenja kod žarenja je sporija.

Ponekad mogu biti potrebne daljnje operacije nakon žarenja kako bi se postigla željena mehanička i kemijska svojstva materijala.

Prednosti žarenja

Proces žarenja daje sljedeće prednosti.

1. Povećana duktilnost

2. Povećana žilavost

3. Povećana obradivost i mogućnost oblikovanja

4. Smanjena tvrdoća kako bi odgovarala prihvatljivim razinama

5. Smanjena ili potpuno eliminirana unutarnja naprezanja

6. Poboljšana homogenost

7. Poboljšan izgled

8. Bolja otpornost na kemikalije i habanje

9. Poboljšana magnetska svojstva i električna vodljivost

10. Smanjeno skupljanje

Zaključak

Žarenje je važan korak u procesu toplinske obrade u proizvodnji složenih dijelova, kao i onih koji zahtijevaju više operacija da bi postigli svoj konačni oblik.

Ali žarenje zahtijeva pažljivo planiranje i izvođenje. Uz svijest o ispravnom sastavu materijala i faznom dijagramu, žarenje nam može pomoći da omekšamo mnoge različite vrste metala. Uglavnom se izvodi na ugljičnom čeliku i lijevanom željezu, ali također i na drugim materijalima kao što su bakar, aluminij i mesing zbog brojnih prednosti.