חישול מחדש של פלדה - הסרת השפעות העיבוי ושיקום הפלסטיות

חישול התגבשות מחדש הוא תהליך טיפול בחום המשמש בעיקר בחומרים שעברו עיבוד קר בעבר. מטרתו העיקרית היא להסיר את השפעות התקשות המאמץ, המכונה עבודה קרה, ולשקם את המיקרו-מבנה, מה שמאפשר לחומר להחזיר את הפלסטיות שלו.
במהלך גלגול קר, משיכה, הטבעה, כיפוף ותהליכי דפורמציה אחרים בטמפרטורות מתחת לטמפרטורת ההתגבשות מחדש, צפיפות העקירה עולה, הגרגירים מתארכים והחומר הופך קשה וחזק יותר, אך גם פחות גמיש. לאחר שמושגת דרגת התקשות גבוהה בעבודה, דפורמציה נוספת עשויה להיות קשה או בלתי אפשרית ללא טיפול חום ביניים.
חישול התגבשות מחדש המבוצע כהלכה מוביל להיווצרות גרגירים חדשים, ללא חלק משמעותי מהשפעות העיוות הקודם, אשר מחליפים לאחר מכן את המיקרו-מבנה המעוות. כתוצאה מכך, הפחתת קשיות וחוזק הקשורים להתקשות עבודה ועלייה משמעותית בפלסטיות.

מה זה קראש?

לִמְחוֹץ הוא אוסף של שינויים במיקרו-מבנה ובתכונות של חומר המתרחשים במהלך דפורמציה פלסטית, בעיקר דפורמציה קרה. במהלך דפורמציה מתרחשת תנועה חזקה והתרבות של נקעים, וצפיפותם הגוברת מעכבת את המשך התנועה של נקעים עוקבים.
כתוצאה מכך, החומר עובר התקשות דפורמציהכדי להשיג עיוות נוסף, יש להפעיל מאמץ הולך וגובר.
השפעות אופייניות של ריסוק הן:

• עלייה בצפיפות הפריקה,
• התארכות ועיוות של גרגירים בכיוון העיבוד,
• עלייה בקשיות,
• עלייה בחוזק התשואה ובחוזק,
• הפחתת פלסטיות,
• היווצרות מרקם קריסטלוגרפי,
• אחסון אנרגיית דפורמציה במיקרו-מבנה,
• אפשרות להיווצרות מתחים שיוריים.

מהו חישול באמצעות התגבשות מחדש?

חישול התגבשות מחדש כרוך בחימום של חומר מעוות פלסטית לטמפרטורה המאפשרת היווצרות וצמיחה של גרגירים חדשים בעלי צפיפות פריקה נמוכה בהרבה מאשר במבנה המעוות.
שׁוֹנֶה חישול מלא התהליך אינו דורש אוסטניטיזציה של הפלדה. התגבשות מחדש יכולה להתרחש במצב מוצק מבלי להפוך את המבנה לאוסטניט.
זהו הבדל מהותי בין חישול באמצעות התגבשות מחדש לבין טיפולי חום רבים המשתמשים בטרנספורמציות פאזה.

מדוע חומר דורש התגבשות מחדש לאחר ריסוק?

הקשחת מאמץ יכולה להיות אפקט רצוי כאשר המטרה היא להגביר את החוזק והקשיות של חומר. עם זאת, היא מייצגת מגבלה טכנולוגית בתהליכי ייצור רבים.
לדוגמה, במהלך משיכת תיל רב-שלבית או גלגול יריעות מתכת, החומר הופך קשה יותר ויותר ופחות רגיש לעיוות נוסף לאחר כל פעולה. המשך התהליך עשוי לדרוש כוחות גדולים יותר ויותר ולהגביר את הסיכון לסדקים.
חישול באמצעות התגבשות מחדש המבוצע בין שלבים עוקבים של עיבוד פלסטי יכול לשחזר גמישות נאותה ולאפשר עיוות נוסף.

שלבי שינויים במיקרו-מבנה במהלך חימום החומר לאחר עיבוד קר

ניתן להתייחס לשינויים המתרחשים במהלך חימום של חומר מעוות פלסטי בשלושה שלבים בסיסיים:

1. הִתאוֹשְׁשׁוּת,
2. התגבשות מחדש,
3. צמיחת תבואה.

שלבים אלה קשורים זה בזה אך מייצגים מנגנונים שונים של שינויים המתרחשים במיקרו-מבנה.

1. שחזור חומרים

הִתאוֹשְׁשׁוּת קודם להתגבשות מחדש עצמה. במהלך החימום, ניידותם של פגמי סריג הגביש עולה, מה שמאפשר ארגון מחדש חלקי והשמדה של נקעים.
האנרגיה שאוחסנה במהלך העיוות הקודם מצטמצמת, וחלק מהמאמצים השיוריים עשויים להצטמצם. סידור תזוזה ויצירת מבנה תת-גרעיני עשויים גם הם להתרחש.
במהלך שלב ההתאוששות, עם זאת, הסידור הבסיסי של הגרגירים המעוותים נשמר ברובו. הם עדיין לא הוחלפו במלואם על ידי גרגירים חדשים, כפי שמאפיין התגבשות מחדש.

2. התגבשות מחדש

לאחר שמושגים תנאים תרמיים מתאימים, גרגירים חדשים עם צפיפות פריקה נמוכה משמעותית מתחילים להיווצר בתוך החומר. היווצרותם מתאפשרת הודות לאנרגיה שאוחסנה בעבר במהלך דפורמציה פלסטית.
גרגירים חדשים גדלים בהדרגה על חשבון המיקרו-מבנה המעוות. ככל שהתהליך מתקדם, האזורים המוארכים והמעוותים מאוד מוחלפים בגרגירים חדשים בעלי צורה אחידה יותר.
שלב זה אחראי לשינויים הגדולים ביותר בתכונות המכניות: קשיות וחוזק כתוצאה מעבודה קרה פוחתים, בעוד שהפלסטיות עולה.

3. גידול דגנים

לאחר השלמת ההתגבשות מחדש, המשך שמירה על החומר בטמפרטורות גבוהות עלול להוביל ל... גידול תבואהגרגירים גדולים יותר גדלים על חשבון גרגירים קטנים יותר, שכן המערכת נוטה להפחית את שטח גבול הגרעין הכולל.
צמיחת גרגירים מוגזמת בדרך כלל אינה השפעה רצויה של חישול באמצעות התגבשות מחדש. טמפרטורות גבוהות מדי או זמני חישול ארוכים מדי עלולים להוביל להידרדרות בתכונות החומר הנדרשות.

מיקרו-מבנה לפני ואחרי התגבשות מחדש

טמפרטורת התגבשות מחדש

טמפרטורת ההתגבשות מחדש אינה מאפיין טמפרטורה קבוע אחד עבור כל המתכות, או אפילו עבור סוג אחד של חומר. התגבשות מחדש היא תהליך התלוי הן בטמפרטורה והן בזמן.

טמפרטורת ההתחלה וקצב ההתגבשות מחדש מושפעים, בין היתר, מ:

• סוג החומר,
• הרכב כימי,
• מידת העיוות הפלסטי הקודם,
• גודל גרגירים התחלתי,
• טמפרטורת עיבוד קודמת,
• זמן חימום,
• נוכחות של משקעים ויסודות סגסוגת,
• טוהר החומר.

לכן, ציון טמפרטורת חישול אוניברסלית אחת לצורך התגבשות מחדש עבור כל הפלדות יהיה שגויה. יש לקבוע את פרמטרי התהליך עבור החומר הספציפי ומצב העיוות הקודם שלו.

השפעת מידת העבודה הקרה על התגבשות מחדש

מידת העיוות הפלסטי הקודם היא בסיסית למהלך ההתגבשות מחדש. ככל שהמאמץ גדול יותר, כך גדלה כמות האנרגיה המאוחסנת בחומר וצפיפות הנקע גדולה יותר.
אנרגיה גבוהה המאוחסנת היא הכוח המניע מאחורי תהליך ההתגבשות מחדש. לכן, חומר שעובר דרגת עיוות גדולה יותר יכול להתגבש מחדש בקלות רבה יותר ובטמפרטורה נמוכה יותר או בזמן קצר יותר מאשר חומר שעובר דרגת עיוות פחותה.
יש גם קונספט קראש קריטיאם מידת העיוות קטנה מדי, מספר האתרים המתאימים להיווצרות גרגירים חדשים עשוי להיות לא מספיק כדי להשיג דפוס התגבשות מחדש טיפוסי. בתנאים מסוימים, הדבר יכול להוביל להיווצרות גרגירים גסים באופן לא רצוי.

השפעת הטמפרטורה וזמן החימום

טמפרטורה וזמן הם פרמטרים הקשורים זה בזה. עליית הטמפרטורה מגבירה את קצב תהליכי הדיפוזיה ואת ניידות גבולות הגרעינים, מה שמאפשר להתגבשות מחדש להתקדם מהר יותר.
בטמפרטורות נמוכות יותר, ייתכן שייקח זמן רב יותר להשיג דרגת התגבשות מחדש דומה. לעומת זאת, עלייה מוגזמת בטמפרטורה או בזמן לאחר השלמת ההתגבשות מחדש מגבירה את הסיכון לצמיחת גרגירים.
לכן, המחזור האופטימלי צריך להבטיח את מידת ההתגבשות מחדש הנדרשת מבלי להאריך שלא לצורך את זמן החישול.

השפעת ההתגבשות מחדש על קשיות

במהלך עיבוד קר, קשיות החומר עולה עקב התקשות במאמץ. במהלך התגבשות מחדש, נוצרים גרגירים חדשים בעלי צפיפות פריקה נמוכה משמעותית, וכתוצאה מכך ירידה משמעותית בקשיות.
ניתן להשתמש בשינוי בקשיות באופן מעשי כדי להעריך את התקדמות התהליך. במחקר חומרים, הקשר בין קשיות לטמפרטורת או זמן חישול יכול להצביע על המידה שבה מתרחשת התגבשות מחדש אינטנסיבית.

השפעת ההתגבשות מחדש על החוזק

התקשות במאמץ מגדילה את חוזק הכניעה והקשיחות של חומר. התגבשות מחדש מסירה חלק משמעותי מהתקשות זו, כך שתכונות החוזק הקשורות להתקשות במאמץ מופחתות.
זה לא פגם בתהליך, אלא השפעתו המיועדת כאשר החומר עומד לעבור פעולות עיצוב פלסטיות לאחר מכן.

השפעת ההתגבשות מחדש על הפלסטיות

אחת ההשפעות האופייניות ביותר של חישול התגבשות מחדש היא שחזור הפלסטיות שאבדה במהלך עיבוד קר.
חומר שהתקשה ופחות רגיש לעיוות נוסף לאחר גלגול או משיכה אינטנסיביים, ניתן לעבור עיבוד פלסטי נוסף לאחר חישול מתאים.
זו הסיבה שגיבוש מחדש הוא מרכיב חשוב בתהליכי ייצור רב-שלביים עבור יריעות, רצועות, חוטים, מוטות, צינורות ומוצרים מוגמרים למחצה אחרים המעובדים בקר.

חישול התגבשות מחדש של יריעות ורצועות

גלגול קר מאפשר להשיג סבילות מידיות קטנות, איכות פני שטח טובה ותכונות החומר הנדרשות, אך בו זמנית הוא גורם לחומר להתחזק.
אם נדרשים הפחתות עובי נוספות או משיכה עמוקה לאחר מכן, ייתכן שיהיה צורך בחישול התגבשות מחדש של החומר. תהליך זה משיב את יכולתו של היריעה או הרצועה לעבור עיוות נוסף.
בהתאם לטכנולוגיה, חישול עשוי להתבצע כתהליך ביניים בין שלבי גלגול עוקבים או כטיפול סופי כדי להעניק לחומר את תנאי האספקה ​​הנדרשים.

חישול התגבשות מחדש של חוט

במהלך משיכת החוט, חתך הרוחב שלו מצטמצם בהדרגה על ידי העברתו דרך תבניות. כל מעבר מגביר את מידת העיוות ומקשה עוד יותר את החומר.
לאחר שמושגת דרגת התקשות מסוימת, משיכה נוספת יכולה לדרוש כוחות גבוהים מאוד ולהגביר את הסיכון לנזק לחומר. חישול ביניים מאפשר להפחית את השפעות התקשות העבודה ולאפשר לתהליך המשיכה להימשך.

חישול מחדש של צינורות ופרופילים

צינורות ופרופילים המיוצרים או מכוילים בשיטות עיבוד קר יכולים גם הם לעבור התקשות משמעותית. בהתאם לחומר ולטכנולוגיה, ניתן להשתמש בחישול התגבשות מחדש בין שלבי משיכה, צמצום או עיצוב עוקבים.
זה מאפשר לחומר להחזיר את יכולתו להתעוות עוד יותר ומפחית את הסיכון לסדקים במהלך פעולות עוקבות.

חישול התגבשות מחדש וחישול הפגת מתחים

אין לבלבל בין חישול התגבשות מחדש לבין חישול להפגת מתחים.
חישול להפגת מתחים נועד בעיקר להפחית מתחים שיוריים תוך מזעור השינוי במיקרו-מבנה ובתכונות הבסיסיות של החומר. חישול התגבשות מחדש, לעומת זאת, נועד להוביל להיווצרות ולצמיחה של גרגירים חדשים, המחליפים את המבנה שעבר עיוות במהלך עיבוד פלסטי קודם.

חישול התגבשות מחדש וחישול מלא

חישול מלא היא משתמשת באוסטניטיזציה ובקירור איטי מאוד כדי להשיג את מבנה הפלדה הרצוי. לכן, היא קשורה לטרנספורמציות פאזה המתרחשות במהלך חימום וקירור.
חישול באמצעות התגבשות מחדש אינו דורש אוסטניטיזציה. מנגנון הפעולה שלו קשור בעיקר לאנרגיה המאוחסנת בחומר במהלך דפורמציה קודמת ובהיווצרות וצמיחה של גרגירים חדשים.

חישול ונרמול מחדש של התגבשות מחדש

נרמול פלדה כרוך בחימום החומר לטווח האוסטניט ולאחר מכן קירורו באוויר. בין היתר, הוא משמש להומוגניזציה ולעידון המבנה.
התגבשות מחדש משמשת בעיקר להסרת השפעות של דפורמציה קרה קודמת. לכן, תהליכים אלה משתמשים במנגנונים שונים ומשמשים במצבים טכנולוגיים שונים.

חישול וריכוך פלדה באמצעות התגבשות מחדש

חישול התגבשות מחדש יכול להוביל להפחתה משמעותית בקשיות ולכן מסווג כתהליך המאפשר ריכוך של פלדההסיבה לריכוך זה, עם זאת, היא אופיינית.
זה לא נובע בעיקר משינוי במורפולוגיה של קרביד, כמו בחישול ספרואידי, וגם לא מהטרנספורמציה האיטית של אוסטניט, כמו בחישול מלא. זוהי תוצאה של הסרת המבנה המוקשה במאמץ והחלפתו בגרגירים חדשים בעלי צפיפות פריקה נמוכה יותר.

התגבשות מחדש ופלדות אל חלד

עיצוב קר נמצא בשימוש נרחב גם בייצור נירוסטהגלגול, משיכה ועיצוב יכולים לגרום להתקשות משמעותית עקב מאמץ, במיוחד בכמה פלדות אוסטניטיות.
טיפול בחום מתאים יכול להוביל להתגבשות מחדש של המבנה המעוות. עם זאת, במקרה של פלדות אל-חלד, יש לבחור את פרמטרי התהליך תוך התחשבות בדרגה הספציפית ובתופעות אחרות שעלולות להתרחש במהלך החימום. לכן, אין להשתמש בטווח טמפרטורות אוניברסלי יחיד עבור כל פלדות האל-חלד.

מה משפיע על גודל הגרגירים לאחר התגבשות מחדש?

לגודל הגרגירים המושג לאחר התהליך יש השפעה משמעותית על התכונות הסופיות של החומר. הוא מושפע בעיקר מ:

• מידת הריסוק הקודם,
• גודל גרגירים לפני עיוות,
• טמפרטורת חישול,
• זמן חימום,
• הרכב כימי,
• נוכחות של משקעים המעכבים את תנועת גבולות הגרעינים.

שילוב שגוי של קצב מאמץ נמוך ותנאי חישול יכול להוביל להיווצרות גרגירים גסים. לכן, מידת העיוות המוקדמת היא פרמטר תהליך חשוב לא פחות מהטמפרטורה עצמה.

השגיאות הנפוצות ביותר במהלך חישול התגבשות מחדש

• טמפרטורה נמוכה מדי או זמן קצר מדי – ייתכן שההתגבשות מחדש אינה שלמה.
• טמפרטורה גבוהה מדי – לאחר השלמת ההתגבשות מחדש, עלולה להתרחש צמיחת גרגירים מוגזמת.
• זמן חימום ארוך מדי – מגביר את הסיכון לצמיחת גרגרים ומאריך את התהליך שלא לצורך.
• אי התחשבות במידת הריסוק - עלול להוביל לבחירה שגויה של פרמטרים.
• התייחסות לטמפרטורת ההתגבשות מחדש כערך קבוע אחד – מתעלם מהשפעת הזמן, ההרכב ומצב החומר.
• מבלבל בין התגבשות מחדש לבין הפגת מתחים – לשני התהליכים מטרות שונות והשפעות שונות על המיקרו-מבנה.

יתרונות חישול התגבשות מחדש

• הסרת חלק משמעותי מהשפעות התקשות המאמץ,
• שחזור הפלסטיות של החומר,
• הפחתת קשיות לאחר עיבוד קר,
• המאפשרים גלגול, משיכה או עיצוב נוספים,
• היווצרות גרגירים חדשים עם צפיפות פריקה נמוכה,
• יכול לשמש כעיבוד ביניים בתהליכים טכנולוגיים רב-שלביים.

מגבלות של חישול התגבשות מחדש

• התהליך דורש עיוות מוקדם של החומר, המספק את האנרגיה המניעה להתגבשות מחדש,
• הטמפרטורה תלויה בחומר ובמידת הריסוק הקודם,
• טמפרטורה או זמן מוגזמים עלולים לגרום לצמיחת גרגרים,
• דרגת עיוות קטנה מדי עלולה להקשות על השגת ההתגבשות הרצויה,
• התהליך מסיר את התקשות המאמץ המועילה אם זו הייתה התוצאה הסופית הרצויה.

יישום של חישול התגבשות מחדש

התהליך משמש בעיקר בייצור מוצרים בעיצוב קר. ניתן להשתמש בו הן לעיבוד ביניים והן לעיבוד סופי.

יישומים אופייניים כוללים:

• יריעות מגולגלות קר,
• סרטי פלדה,
• חוטים נמשכים,
• מוטות נמשכים בקור,
• צינורות נמשכים בקור ומצומצמים,
• פרופילים מעוצבים בקור,
• אלמנטים המיועדים לציור עמוק,
• מוצרים מוגמרים למחצה הדורשים מספר שלבים עוקבים של דפורמציה פלסטית.

חישול התגבשות מחדש - המידע החשוב ביותר

חישול באמצעות התגבשות מחדש הוא תהליך המיועד בעיקר לחומרים שעברו התקשות בעיבוד קר. במהלך החימום, תהליכי ההתאוששות והתגבשות מחדש מתרחשים לסירוגין, ועם חימום נוסף, עשויה להתחיל צמיחת גרגירים.
השלב החשוב ביותר הוא היווצרות גרגירים חדשים בעלי צפיפות פריקה נמוכה משמעותית, אשר מחליפים את המבנה המעוות מאוד שנוצר במהלך עבודה קרה. זה מוביל לירידה בקשיות ובחוזק כתוצאה מהתקשות במאמץ, ולשיקום הגמישות.
התהליך חשוב במיוחד בייצור יריעות, רצועות, חוטים, מוטות, צינורות ופרופילים בעיבוד קר. ניתן לבצעו בין שלבי דפורמציה עוקבים או כטיפול סופי. יש לבחור את טמפרטורת החישול וזמן החימום בהתבסס על סוג החומר, ההרכב הכימי שלו, מידת ההתקשות המוקדמת וגודל הגרגירים הנדרש.

שיטות טיפול תרמי ותרמוכימי של פלדה

חישול באמצעות התגבשות מחדש הוא רק אחד מקבוצת תהליכים המשמשים לשינוי המיקרו-מבנה והתכונות של פלדה. בהתאם לאפקט הרצוי, נעשה שימוש גם בתהליכים של נרמול, הפגת מתחים, התקשות, הרפיה ותהליכים תרמוכימיים כגון קרבוריזציה וניטרידינג.

שיטות טיפול בחום של פלדה

• נרמול פלדה – עידון גרגירים ואיחוד מיקרו-מבנה.
• חישול להפגת מתחים – הפחתת מתחים שיוריים.
• ריכוך פלדה – הפחתת קשיות ושיפור הרגישות לעיבוד נוסף.
• חישול מלא – אוסטניטיזציה וקירור איטי.
• חישול איזותרמי – טרנספורמציה מתבצעת תוך החזקה בטמפרטורה שנבחרה כראוי.
• חישול כדורי - ספירואידיזציה – שינוי במורפולוגיה של צמנטיט או קרבידים אחרים.
• חישול התגבשות מחדש – הסרת השפעות הריסוק ושיקום הפלסטיות.
• חישול הומוגני – צמצום הפרדה והומוגניזציה של הרכב החומרים.
• התקשות וטיפול בחום – עיצוב המיקרו-מבנה והתכונות על ידי התקשות וריפוי.
• פלדת הרפיה – שינוי מבוקר של תכונות פלדה לאחר התקשות.
• הקשחת אינדוקציה – חימום אינדוקציה משטחי וקירור מהיר.
• התקשות להבה – התקשות פני השטח לאחר חימום מקומי בלהבה.
• רוויה יתר – קבלת תמיסה מוצקה רוויה יתר על המידה באמצעות מחזור תרמי מתאים.
• הְזדַקְנוּת – הפרדת פאזות מבוקרת המובילה לחיזוק החומר.

שיטות טיפול תרמוכימי בפלדה

• ניטרידציה של פלדה – העשרה דיפוזיה של שכבת פני השטח בחנקן.
• פלדת קרבוריזציה – העשרה דיפוזיה של פני השטח בפחמן.
• קרבוניטרידינג – העשרה סימולטנית של שכבת פני השטח בפחמן וחנקן.
• ניטרוקרבוריזציה / ניטרוקרבוריזציה – העשרת השכבה בעיקר בחנקן ופחמן.
• הִתעַמְלוּת – רוויה דיפוזיה של פני השטח עם בורון.
• ציפוי כרום דיפוזיה – העשרת דיפוזיה של השכבה בכרום.
• אלומיניזציה דיפוזיה – העשרת דיפוזיה של השכבה באלומיניום.