Wyżarzanie

Wyżarzanie – w technologii – rodzaj obróbki cieplnej metali, proces, w którym metale i stopy metali (a także szkło i inne materiały), poddawane obróbce termicznej w celu uczynienia ich mniej kruchymi i bardziej podatnymi na dalszą obróbkę. Wyżarzanie polega na podgrzaniu materiału, wygrzaniu go w niej, a następnie bardzo powolnym i równomiernym schłodzeniu go. W języku angielskim: annealing, także hist. hot working.


Czas i temperatury wymagane w procesie wyżarzania zależne są od materiału i pożądanych właściwości, które chce się uzyskać. Konieczność stopniowego schładzania wiąże się natomiast z potrzebą utrzymania jego struktury, w określonym stopniu zbliżonej do stanu równowagi termodynamicznej. Wyżarzanie zwiększa ciągliwość i plastyczność materiału. Zmniejsza możliwość powstania uszkodzeń materiału poprzez zmniejszenie występujących w nim naprężeń wewnętrznych. Proces wyżarzania stosowany był szeroko już w metalurgii starożytnej.

Wyżarzanie – obróbka cieplna metali

Obok hartowania, odpuszczania, przesycania i starzenia wyżarzanie stanowi jeden z głównych rodzajów obróbki cieplnej (zwykłej) metali. Klasyfikuje się go przy tym według rodzajów wykonywanych operacji na kilka rodzajów. Najważniejsze z nich to wyżarzanie ujednorodniające (w którym o istocie procesu nie decydują przemiany alotropowe), wyżarzanie rekrystalizujące i odprężające (w którym nie zachodzą przemiany alotropowe) oraz wyżarzanie, w którym o ostatecznej strukturze decydują przemiany alotropowe. Do tej ostatniej grupy należą wyżarzanie zupełne, izotermiczne, grafityzujące, sferoidyzujące oraz normalizujące. Najszersze zastosowanie znajdują przy tym operacje wyżarzania odprężającego i rekrystalizującego. Jeśli nie podano inaczej, dane dotyczące stosowanych temperatur  zastosowań odnoszą się do stopów żelaza:

Wyżarzanie ujednoradniające (ujednorodnianie, także homogenizowanie, homogenizacja) – materiał nagrzewany jest w nim do temperatury nieznacznie przekraczającej temperaturę solidusu. Materiał jest następnie długotrwale wygrzewany w tej temperaturze i stopniowo chłodzony. Celem ujednorodniania jest zmniejszenie niejednorodności składu chemicznego oraz struktury metalu.

Wyżarzanie normalizujące (normalizowanie) – stal nagrzewana i wygrzewana jest w nim w temperaturze o 30-50°C wyższej, niż Ac3 (w przypadku stali nadeuktoidalnej w temperaturze o 30-50°C wyższej, niż Acm). Studzenie materiału wymaga powolnego przepływu powietrza. Zapewnia to równomierną strukturę materiału i uzyskanie w nim drobnego ziarna. Drobnoziarnistość zapewnia także stosunkowo krótki czas wygrzewania i chłodzenia. Proces ten zwiększa wytrzymałość stali, a często także jej podatność na obróbkę poprzez skrawanie. Normalizowanie stosowane jest często przed dalszą obróbką cieplną materiału, w której przydatna jest jego jednolita struktura wyjściowa.

Wyżarzanie zupełne – zmniejsza ono ciągliwość oraz naprężenia własne materiału. Jest ono rodzajem wyżarzania normalizującego, w którym stosuje się inny sposób chłodzenia materiału. Studzenie jest powolne, odbywa się zazwyczaj ze studzeniem pieca, do temperatury niższej, niż Ar1. Ma to na celu całkowitą rekrystalizację stali.

Wyżarzanie niezupełne – stosowane dla stali podeutektoidalnej. Przy wygrzewaniu stosuje się zakres temperatur Ac1 – Ac3, następnie studzi się materiał do temperatury niższej, niż Ar1. Ma to na celu częściowe przekrystalizowanie stali.

Wyżarzanie sferoidyzujące (sferoidyzowanie) – polega ono na nagrzaniu materiału do temperatury nieco wyższej, niż Ac1, wygrzaniu go i studzeniu. Proces ten jest długotrwały, może trwać do kilkudziesięciu godzin. Ma to na celu sferoidyzację węglików. Otrzymuje się w ten sposób strukturę cementytu ziarnistego. Cechuje ją niska twardość oraz mała podatność na odkształcenia plastyczne w czasie obróbki plastycznej na zimno.

Wyżarzanie zmiękczające (zmiękaczanie) – jego celem jest zmniejszenie twardości materiału.

Wyżarzanie rekrystalizujące (rekrystalizowanie, rekrystalizacja) – jego celem jest uzyskanie ziarna o pożądanej wielkości oraz zmniejszenie skutków zgniotu. Odbywa się w przypadku stali utwardzanej plastycznie na zimno. Przeprowadzane jest Przebiega w temperaturze wyższej, niż temperatura początku rekrystalizacji. Stosowane jest najczęściej jako zabieg międzyoperacyjny dla usunięcia skutków zgniotu. Umożliwia to dalszą obróbkę plastyczną materiału na zimno.

Wyżarzanie odprężające – jego celem jest usunięcie występujących w metalu naprężeń tak, aby możliwie nie została zmieniona jego struktura. Dotyczy ono zwłaszcza odlewów, materiałów hartowanych, materiałów oraz materiałów odkształconych ze spoinami. W wielu przypadkach występujące naprężenia są znaczne, mogą prowadzić nawet do wystąpienia pęknięć w materiale. W przypadku wyżarzania odprężającego stosuje się nagrzewanie i wygrzewanie materiału w temperaturze niższej, niż Ac1 a następnie jego powolne studzenie. Stosuje się przy tym różne temperatury i różny czas wygrzewania, zależne od przyczyn naprężenia oraz od rodzaju materiału. Przy wyższych temperaturach czas wygrzewania ulega zazwyczaj skróceniu.

Wyżarzanie grafityzujące (grafityzowanie) – zwiększa twardość i skrawalność metalu. Odbywa się w tempraturze, w której następuje rozkład cementytu na grafit i ferryt.


Tagi
Humanistyczna encyklopedia nauki

Dodaj komentarz