Žíhání je proces tepelného zpracování, při kterém se kov nebo slitina zahřívá na vhodnou teplotu, udržuje se na této teplotě po určitou dobu a poté se pomalu ochladí, obvykle v peci. Podstatou žíhání je zahřátí oceli k austenitizaci s následnou perlitickou přeměnou, jejímž výsledkem je mikrostruktura blízkou rovnováze.
Cíle žíhání:
Snížení tvrdosti a zvýšení plasticity:To usnadňuje obrábění materiálu a zpracování za studena.
Homogenizovat složení a struktura:Tím se zjemní velikost zrna a zlepší se vlastnosti materiálu, případně se připraví mikrostruktura pro kalení.
Zbavte se vnitřního stresu a pracovního otužování:To pomáhá předcházet deformaci a praskání.
Žíhání a normalizace se primárně používají jako přípravná tepelná zpracování. U dílů s nízkým namáháním a skromnými požadavky na výkon může žíhání a normalizace sloužit také jako konečné tepelné zpracování.
Klasifikace metod žíhání
Běžné metody žíhání jsou klasifikovány podle teploty ohřevu:
Žíhání nad kritickou teplotou (Ac1 nebo Ac3):To zahrnuje úplné žíhání, difúzní žíhání, neúplné žíhání a sféroidizační žíhání.
Žíhání pod kritickou teplotou (Ac1 nebo Ac3):To zahrnuje rekrystalizační žíhání a žíhání pro odstranění pnutí.
Sedm typů metod žíhání
Úplné žíhání:
Proces:Ocel se zahřeje na 20-30 stupňů nad Ac3, udržuje se na této teplotě a poté se pomalu ochladí (obvykle v peci), aby se dosáhlo mikrostruktury blízké rovnováze (plně austenitizovaná).
Aplikace:Používá se hlavně pro podeutektoidní oceli (0.3-0,6 % C), včetně středně uhlíkových ocelí a odlitků z legované oceli s nízkým až středním obsahem uhlíku, výkovků a profilů válcovaných za tepla. Někdy se také používá pro svařence. Nízkouhlíkové oceli mohou mít po úplném žíhání tvrdost, která je pro obrábění příliš nízká. Zahřívání hypereutektoidních ocelí nad Accm a pomalé ochlazování může způsobit vysrážení Fe3CII podél hranic zrn, což výrazně snižuje pevnost, tvrdost, plasticitu a houževnatost, což by mohlo vést k potenciálním problémům při konečném tepelném zpracování.
Účel:Pro zjemnění velikosti zrn, homogenizaci struktury, uvolnění vnitřního pnutí, snížení tvrdosti a zlepšení obrobitelnosti. Mikrostruktura po úplném žíhání pro podeutektoidní ocel je ferit plus perlit (F+P). V praxi může být pro zlepšení produktivity chlazení zastaveno na přibližně 500 stupních a materiál může být chlazen vzduchem.
Izotermické žíhání:
Proces:Po austenitizaci se ocel rychle ochladí těsně pod teplotu Ar1 a udržuje se izotermicky, dokud se austenit nepřemění na perlit, poté se ochladí vzduchem na pokojovou teplotu. Tato metoda výrazně zkracuje dobu žíhání.
Aplikace: Suitable for steels with stable austenite, such as high carbon steels (C > 0.6%), alloy tool steels, and high alloy steels (with total alloy content >10 %). Izotermické žíhání je výhodné pro dosažení jednotné mikrostruktury a vlastností. Není však vhodný pro ocelové díly velkých průřezů nebo velké dávky, protože je obtížné zajistit jednotné izotermické podmínky v celém rozsahu.
Účel:Podobné plnému žíhání, ale s více kontrolovanými transformacemi.
Neúplné žíhání:
Proces:Ocel se zahřeje na teplotu mezi Ac1 a Ac3 (pro hypoeutektoidní oceli) nebo mezi Ac1 a Accm (pro hypereutektoidní oceli), udržuje se a poté pomalu ochlazuje, aby se získala téměř rovnovážná mikrostruktura.
Aplikace:Používá se hlavně pro hypereutektoidní oceli k dosažení sféroidní perlitové struktury, která zmírňuje vnitřní pnutí, snižuje tvrdost a zlepšuje obrobitelnost. Sferoidizační žíhání je formou neúplného žíhání.
Sferoidizační žíhání:
Proces:Ocel je zahřátá na 20-30 stupňů nad Ac1 a udržována po krátkou dobu, obvykle 2-4 hodin, následovaná ochlazením pece nebo prodlouženým izotermickým udržováním těsně pod Ar1.
Aplikace:Primárně pro eutektoidní a hypereutektoidní oceli, jako jsou uhlíkové nástrojové oceli, legované nástrojové oceli a ložiskové oceli. Účelem je vytvořit mikrostrukturu, kde jsou karbidy sféroidizovány, což má za následek globulární perlit. Tato struktura je měkčí a snáze se obrábí a při následném kalení zůstává velikost zrna austenitu jemná, což snižuje tendenci k deformaci a praskání. Pokud je v hypereutektoidní oceli síť karbidů, měla by být před sféroidizací provedena normalizace, aby se zajistila úspěšná sféroidizace.
Účel:Chcete-li snížit tvrdost, homogenizovat strukturu a zlepšit obrobitelnost při přípravě na kalení. Metody sferoidizačního žíhání zahrnují:
Jednoduché sferoidizační žíhání:Zahřívání oceli na 20-30 stupeň nad Ac1, udržování po vhodnou dobu, poté pomalé ochlazení v peci. Počáteční struktura by měla být jemný perlit, bez přítomnosti karbidových sítí.
Izotermické sféroidizační žíhání:Po zahřátí a udržení se ocel ochladí mírně pod Ar1 pro izotermické udržení. Po dokončení se ocel pomalu ochladí na přibližně 500 stupňů a poté se ochladí vzduchem. Tato metoda má výhody krátkého cyklu, jednotné sféroidizované struktury a kontrolovatelné kvality.
Cyklické sféroidizační žíhání.
Difúzní žíhání (homogenizační žíhání):
Proces:Ocelový ingot, odlitek nebo výkovek se zahřeje na teplotu mírně pod solidem a udržuje se po delší dobu, po čemž následuje pomalé chlazení, aby se eliminovala segregace chemického složení.
Aplikace:Používá se pro vysoce kvalitní legované oceli a odlitky nebo ingoty z legované oceli s výraznou segregací. Po difúzním žíhání je nutné úplné žíhání nebo normalizace pro zjemnění struktury.
Účel:Pro odstranění dendritické segregace a regionální segregace vzniklé během tuhnutí, dosažení jednotného složení a struktury.
Žíhání proti stresu:
Proces:Ocel se zahřeje na teplotu pod Ac1 (obecně 500-650 stupeň), udržuje se a poté se pomalu ochladí v peci.
Aplikace:Protože teplota je nižší než Ac1, tato metoda žíhání nezpůsobuje mikrostrukturální změny.
Účel:K odstranění zbytkových vnitřních pnutí.
Rekrystalizační žíhání:
Proces:Také známé jako mezižíhání, rekrystalizační žíhání zahrnuje zahřátí za studena opracovaného kovu na teplotu nad rekrystalizační teplotou, jeho udržování po vhodnou dobu a poté pomalé ochlazení, aby se uvolnilo mechanické zpevnění a zbytkové napětí.
Aplikace:Tento proces se používá, když kov prošel významnou plastickou deformací za studena a musí být zahřát nad určitou teplotu, aby se vyvolala rekrystalizace. Nejnižší teplota, při které dochází k rekrystalizaci, se nazývá minimální teplota rekrystalizace, obecně 0,4násobek bodu tání materiálu.
Účel:Eliminovat mechanické zpevňování a zbytkové napětí přeměnou deformovaných zrn na stejnoměrná rovnoosá zrna.
Výběr metod žíhání
Volba způsobu žíhání se obecně řídí těmito zásadami:
Úplné žíhání:Typicky se vybírá pro podeutektoidní oceli. Pro zkrácení doby žíhání lze použít izotermické žíhání.
Sferoidizační žíhání:Běžně se používá pro hypereutektoidní oceli. Pokud požadavky nejsou přísné, může být zvoleno neúplné žíhání. Nástrojové oceli a ložiskové oceli často procházejí sféroidizačním žíháním. Někdy jsou také sferoidizovány oceli s nízkým nebo středním obsahem uhlíku pro vytlačování za studena nebo hlavy za studena.
Rekrystalizační žíhání:Vybráno k odstranění ztužování.
Žíhání proti stresu:Vybráno pro eliminaci vnitřních pnutí způsobených různými kroky zpracování.
Difúzní žíhání:Často se volí pro vysoce kvalitní legované oceli a velké odlitky z legované oceli pro zlepšení mikrostruktury a chemické jednotnosti.