Archív kategorie ‘Popouštění’

Zakalená ocel je křehká a náchylná k praskání. Aby se úrověň vnitřníhi pnutí snížila a zlepšila se houževnatost musí vždy po zakalení následovat popouštění. Popuštění je ohřev zakalené oceli na 150 – 700St, při popouštění se zakalená ocel  pomalu ohřeje na popouštěcí teplotu. Udržuje se po dokonalém prohřátí na této teplotě po dobu zvlášť rovnoměrně aby nevznikla nová tepelná pnutí.

Popuštění při nízkých teplotách

Používá se u nástrojů asi do 250st. Tvrdost se podstatně nesníží ale značně se zlepší houževnatost. Zároveň se zmenší vnitřní pnutí vzniklé při kalení. Teplota se kontroluje podle popuštěcích barev,které nabíhají na čistém povrchu součásti. Vznikají interferencí světla v tenké vrstvičce oxidů.

Popouštění při vysokých teplotách

Účelem popuštění při vyšších teplotách zpravidla nad 450St je získat struktury s příznivějšími mechanickými vlastnostmi zejména s velkou houževnatostí při vysoké mezi kluzu, vysoké mezi únavy.

 

Popouštění nástrojových ocelí

Popouštění je jedním z nejdůležitějších pochodů tepelného zpracování nástrojů. Jeho účelem je zvýšit houževnatost kalených nástrojů. Poněvadž však zvyšování houževnatosti kalených nástrojů je většinou provázeno nejen zmenšováním jejich tvrdosti, ale i rozměrovými změnami, nutno vhodný způsob popouštění volit velmi obezřetně. Pochody, které probíhají v zakalené oceli při popouštění, jsou velmi složité a možno je rozdělit do několika stupňů. Nejdůležitější vliv na výsledek popouštění mají karbidické fáze.

 

První stupeň.

Probíhá v uhlíkových ocelích již za nízkých teplot kolem 100 °C. Při něm z vysokouhlíkového martenzitu vzniká nízkouhlíkový martenzit a přechodný e karbid (Fe2C), v podobě koherent­ních destiček nebo jehlic. Tvrdost takto popouštěných nástrojů se až do teploty asi 150 °C téměř nemění, ale houževnatost se zvětšuje zejména v důsledku podstatného snížení vnitřních pnutí.

Při popouštění nástrojů z uhlíkových ocelí se jejich tvrdost zmenšuje tím více, čím vyšší je teplota a čím delší je doba popouštění. Z popouštěcích křivek uhlíkových ocelí  je zřejmý účinek výšky popouštěcí teploty na zmenšování tvrdosti u oceli s obsahem uhlíku asi 1 % (ocel 19 191) ve srovnání s ocelí o obsahu uhlíku asi 0,45 % (19 083). V ČSN jsou uváděny popouštěcí  křivky, takže je možno si podle požadované tvrdosti nástroje zvolit nejvhod­nější popouštěcí teplotu. Rozptyl tvrdosti při jejich použití obvykle nebývá +- 2HRC.

 

Druhý stupeň.

Probíhá asi od 200 °C, kdy u ocelí s vyšším obsa­hem uhlíku a ocelí slitinových nastává již přeměna zbytkového austenitu. Přesto, že se tvrdost popouštěné nástrojové oceli dále stejnoměrně zmenšuje, snižuje se v tomto teplotním rozsahu i houževnatost. Tyto strukturní přeměny se projevují také v objemových změnách a jsou patrný na deformačních křivkách znázorňujících délkové změny při popouštění kalených ocelí. Tak je tomu také u Mn—Or oceli 19 313 , ačkoliv se tvrdost při popouštění zmenšuje stejnoměrně .

 

Třetí stupeň.

Probíhá v oblasti nad teplotou 300 °0. Nízkouhlíkový martenzit a e-karbid Fe2C se mění na cementit Fe3C a ferit. Se stoupající popouštěcí teplotou probíhá koalescence (spojování) jed­notlivých částic cementitu. Ve slitinových ocelích obsahujících větší množství karbidotvorných prvků pak probíhají další karbidické reakce, při nichž vznikají různé komplexní karbidy.

 

Čtvrtý stupeň.

Probí­há zpravidla až nad tep­lotou 450 °C, a to jen u ocelí slitinových obsahujících větší množství karbidotvorných prvků, jako je např. chróm, wolfram, molybden,  vanad apod. U těchto ocelí se zbytkový austenit přeměňuje až při ochla­zování z vyšších teplot.

 

Při čtvrtém stupni po­pouštění probíhá u těchto ocelí jako např. u ocelí rychlořezných nebo některých ocelí pro práci za tep­la precipitační vytvrzování, spočívající ve vzniku jemně rozptýlených částic kom­plexních karbidů, které se nazývá druhotná tvrdost. Vylučováním jemných čás­tic těchto komplexních kar­bidů se zároveň zbytkový austenit stává při ochlazování z popouštěcí teploty schopným další martenzitické přeměny. Také tyto přeměny přispívají ke zvětšování tvrdosti při popouštění na vyšší teploty. Z popouštěcích křivek rychlořezné oceli 19 824 a oceli pro práci za tepla 19 721 je patrný průběh tvrdosti při popouštění na vyšší teploty. Slitinové oceli vykazující druhotnou tvrdost, např. rychlořezné oceli, je nutno popouštět tak, aby požadované tvrdosti bylo dosaženo až za maxi­mem druhotné tvrdosti.

 

Při popouštění kalených nástrojů je třeba ponechat je na popouštěcí teplotě potřebnou dobu tak, aby se dosáhlo co největší houževnatosti při požadované tvrdosti (obvykle to bývá 30 až 120 min. na každých 10 mm tloušťky nástroje). Při kusové výrobě nástrojů se někdy používá také tzv. samopopouštění. Kalené nástroje se po neúplném ochlazení popouštějí vnitřním teplem. Popouštěcí teplota se přitom sleduje na očištěném povrchu nástroje podle náběhových barev.

Jakmile nástroj dosáhne požadované teploty a tím i určité náběhové barvy, rychle se ochladí ve vodě.

K přesnému stanovení vhodné kombinace teploty a doby po­pouštění se používají pro jednotlivé druhy ocelí tzv. základní popouštěcí diagramy (obr. 2.51). Na svislé ose je vynesena tvrdost a na vodorovné ose je vliv teploty i doby popouštění vyjádřený společně popouštěcím paramet­rem.

Popouštěcí parametr je dán

Vztahem p = T(C + log t),kde T je absolutní teplota po­pouštění [°K], C- konstanta, t — doba popouštění [s] nebo [h].

Každá kombinace teploty a doby, která dává tutéž hodnotu parametru, má také stejný po­pouštěcí účinek na tvrdost. To však ještě neznamená, že i ostatní vlastnosti jsou stejné.

Kalené nástroje se obvykle popouštějí v komorových nebo šach­tových pecích, nejlépe s nuceným oběhem vzduchu. Pro teploty asi do 180 °C se nejčastěji používá olejových lázní, pro vyšší teploty solných lázní, v některých přípa­dech i lázní olověných. Při použití teplých lázní je nutno nástroje nejprve dostatečně předehřát, aby se spolehlivě osušily. Při ponoření vlhkého nástroje do teplé lázně by mohla lázeň vystříknout a tak zranit obsluhu. Zpravidla se má popouštět každý nástroj co nejdříve po zakalení, aby se odstranila velká vnitřní pnutí, a tím i nebezpečí popraskání.

Popouštěcí křehkost vzniká u nástrojů vyrobených z některých druhů nástrojových ocelí, a to při popouštění v určitých oblastech popouštěcích teplot. Účelem popouštění kalených nástrojů je dosáhnout pokud možno největší houževnatosti a plasticity, při poměrně velké tvrdosti a pevnosti.

Při popouštění kalených nástrojů vyrobených z uhlíkových ocelí a některých nízkolegovaných ocelí nastává jak plynulý pokles tvrdosti a pevnosti, tak i úměrné zvyšování houževnatosti. U někte­rých druhů nízkolegovaných ocelí především ocelí s určitou přísadou Mn, Cr a Ni, vzniká tzv. popouštěcí křehkost. Houževnatost v tomto

případě   bývá   menší   než   obvykle   při   daném   stupni   popuštění. Popouštěcí křehkost se výrazně projevuje v kritických  oblastech popouštěcích teplot — kolem 350 a 550 °C.

Vlastní  příčiny popouštěcí  křehkosti  jsou  vysvětlovány různě. V. Kraus, na podkladě výzkumných prací prováděných ve SVÚM v Praze, předpokládá např. tři druhy kinetiky vývoje popouštěcí křehkosti. Uvádí, že k vývoji popouštěcí křehkosti u některých druhů kalených ocelí dochází při výdrži v horní oblasti vyšších teplot popouštění (/), asi kolem 550 °C, a v dolní oblasti nižších teplot popouštění (II), asi kolem 350 °C, tedy izotermicky. Izotermickou složku popouštěcí křehkosti vysvětluje tím, že při austenitizačním ohřevu ocelí náchylných k popouštěcí křehkosti se na hranicích austenitického zrna hromadí dislokace doprová­zené shluky interstiticky ulože­ných atomů, obzvláště uhlíku. Současně se do těchto míst adsor­bují i atomy substitučních prvků. Po zakalení takové austenitizované oceli zůstávají v oblastech původních hranic austenitických zrn oblasti značných mřížkových poruch i oblasti vyšší koncentrace „interstitických“ atomů. Při po­pouštění jsou pak dány vhodné podmínky pro nukleaci a růst nové, převážně karbidické fáze,  čímž je snižována soudržnost zrn a tím i houževnatost.

Vývoj popouštěcí křehkosti je v horní oblasti popouštěcích teplot téměř lineárně úměrný logaritmu doby popouštění. V dolní oblasti nižších popouštěcích teplot probíhá vývoj popouštěcí křehkosti zpočátku rychleji, ale s prodlužováním doby se zpomaluje. Proto je výhodné u ocelí náchylných k popouštěcí křehkosti, pokud to hmot­nost nástroje dovolí, dobu popouštění v kritických oblastech popouštění co nejvíce zkracovat. Izotermická složka popouštěcí křeh­kosti bývá za nižších teplot popouštění spojena pravděpodobně též s přeměnou zbytkového austenitu v křehký martenzit.

 

Anizotermickou složku popouštěcí křehkosti vysvětluje V. Kraus u ocelí náchylných k popouštěcí křehkosti tím, že koncentrace atomů uhlíku i jiných prvků v tuhém roztoku bývá na hranicích zrn větší než uvnitř zrn. Při pomalém ochlazování z oblasti popouštěcích teplot (III) nastává za poklesu teploty vylučování nové fáze, převážně terciárního karbidu. Tato precipitace bývá tím větší, čím vyšší byla popouštěcí teplota a čím pomalejší bylo ochlazování z popouštěcí teploty.

Za takových podmínek popouš­tění bývá větší porušování sou­držnosti sousedících zrn, což má za následek snížení houževnatosti. Popouštěcí křehkost se proje­vuje snížením houževnatosti ocelí za pokojové nebo nižší teploty a zjišťuje se nejčastěji zkouškou vrubové houževnatosti nebo rázo­vou zkouškou v krutu. K přesněj­šímu ohodnocení popouštěcí křehkosti se zjišťuje vrubová houževnatost zkoušených ocelí při různých teplotách a zjištěné hodnoty pak umožňují sestrojit snadno tzv. čáry přechodu ke křehkému lomu.

Vliv popouštěcí křehkosti lze snížit buď úpravou chemického složení použitých ocelí, zejména malou přísadou Mo nebo W, popř. úpravou postupu jejich tepelného zpracování, např. zvýšením popouštěcí teploty nad kritickou teplotu popouštění, a pokud možno i zkrácením doby popouštění, což však závisí na hmotnosti kalených nástrojů.

K potlačení anizotermické složky popouštěcí křehkosti se s vý­hodou používá rychlejšího ochlazení z popouštěcí teploty, např. ochlazení v oleji. U hmotných nástrojů nebo nástrojů složitých tvarů, kdy je nebezpečí vzniku velkých vnitřních pnutí i velkých deformací, popř. i prasknutí, je možno s výhodou ochlazovat rychle až do teploty asi 450 °C  a teprve pak na volném vzduchu. Ve většině případů se však z praktických důvodů nástroje ochlazují z popouštěcí teploty pouze na vzduchu.

­

 

---