Recoacerea detensionată a oțelului și metalelor – temperatură, proces și aplicare

Wyżarzanie odprężające Detensionarea este un proces de tratament termic utilizat pentru a reduce tensiunile reziduale dintr-un material după sudare, turnare, forjare, laminare, prelucrare mecanică, îndreptare sau alte procese tehnologice. Detensionarea efectuată corect îmbunătățește stabilitatea dimensională a componentei și reduce riscul de deformare în timpul prelucrării sau utilizării ulterioare.
Procesul implică încălzirea materialului la o temperatură mai mică decât cea care induce modificările structurale fundamentale caracteristice altor tipuri de tratament termic, încălzirea pentru o perioadă de timp adecvată și apoi răcirea controlată. Parametrii exacți depind de tipul de material, de starea acestuia, de dimensiunile componentei, de tehnologia de fabricație anterioară și de nivelul și distribuția tensiunilor reziduale.
Recoacerea de detensionare este utilizată atât pentru oțelurile carbon și oțelurile aliate, precum și – cu parametri corespunzători – pentru fontă, aliaje de aluminiu, cupru, titan și alte materiale metalice. Este deosebit de importantă pentru structurile sudate, piesele forjate și turnate de mari dimensiuni și componentele prelucrate cu precizie, unde chiar și modificări dimensionale minore pot avea implicații operaționale.

Ce este recoacerea de detensionare?

Tensiunile reziduale pot rămâne într-un material chiar și în absența forțelor externe. Acestea apar în principal atunci când diferite zone ale unei componente suferă deformări diferite, se încălzesc sau se răcesc la viteze diferite sau suferă modificări structurale diferite.
Procesele tipice care cauzează tensiuni reziduale includ:

• turnarea și solidificarea neuniformă a materialului,
• sudare și încălzirea și contracția locală asociată a sudurii,
• laminare, forjare, ștanțare, îndoire și îndreptare,
• tragere și alte procese de formare la rece,
• prelucrare mecanică, în special cu așchii mari de material,
• șlefuire și tratament intensiv al suprafeței,
• călire și alte procese de tratament termic,
• încălzirea sau răcirea neuniformă a elementelor cu secțiuni transversale diferite.

În timpul recoacerii de detensionare, creșterea temperaturii sporește potențialul proceselor de relaxare a tensiunii. Materialul rămâne la o anumită temperatură pentru o perioadă specificată de timp, permițând reducerea semnificativă a tensiunilor fără a-i altera complet microstructura.
Totuși, aceasta nu înseamnă că recoacerea elimină întotdeauna complet tensiunile. Gradul de ameliorare a tensiunii depinde de factori precum temperatura, timpul de înmuiere, tipul de aliaj, starea materialului și istoricul prelucrărilor anterioare.

De ce se efectuează recoacerea de detensionare?

Scopul principal al procesului este de a crește stabilitatea componentei în timpul producției ulterioare și al utilizării. Tensiunile reziduale pot duce la modificări ale formei componentei după frezare, strunjire, găurire sau tăiere a materialului. În cazuri extreme, acestea pot, de asemenea, favoriza formarea fisurilor.
Recoacerea pentru detensionare este utilizată, printre altele, pentru:

• reducerea tensiunilor reziduale după sudare,
• limitarea deformării în timpul prelucrării ulterioare,
• creșterea stabilității dimensionale a pieselor de precizie,
• reducerea tensiunilor generate în timpul forjării, laminării sau îndreptării,
• stabilizarea pieselor turnate și forjate de mari dimensiuni,
• pregătirea semifabricatului pentru operațiunile tehnologice ulterioare,
• reducând riscul unor modificări necontrolate ale formei elementului finit.

Recoacere de detensionare - temperatura procesului

Temperatura este unul dintre cei mai importanți parametri de detensionare. Nu există o temperatură universală unică, potrivită pentru toate materialele. Intervalul trebuie selectat în funcție de gradul specific, microstructura sa, condițiile de livrare și proprietățile post-tratare necesare.
Următoarele valori sunt orientative și nu ar trebui să înlocuiască parametrii specificați pentru un anumit tip de material, standard, documentație tehnologică sau recomandări ale producătorului.

În practica industrială, temperatura de relaxare a tensiunii trebuie luată în considerare împreună cu timpul de impregnare. Creșterea temperaturii accelerează de obicei procesul de relaxare a tensiunii, dar temperaturile excesive pot provoca modificări nedorite ale microstructurii și proprietăților materialului.

Timp de înmuiere în timpul recoacerii

Timpul de încălzire depinde de tipul de material, temperatura procesului, dimensiunile componentei, grosimea secțiunii transversale și greutatea lotului. Momentul măsurării timpului de încălzire este, de asemenea, crucial - componenta trebuie să atingă temperatura corespunzătoare în aria secțiunii transversale necesare.
Componentele mici și cu pereți subțiri pot necesita un timp de încălzire relativ scurt, în timp ce piesele forjate masive, piesele turnate sau structurile sudate necesită un timp mult mai lung pentru egalizarea temperaturii și relaxarea eficientă a tensiunii.
Din acest motiv, reguli simple precum „o oră pentru o grosime dată” ar trebui considerate doar ca îndrumări tehnologice. În producția de componente critice, parametrii ar trebui derivați din tehnologia de tratament termic adecvată.

Încălzirea elementului

Încălzirea controlată este deosebit de importantă pentru componente mari, forme complexe și variații semnificative ale grosimii secțiunii transversale. Încălzirea prea rapidă poate cauza diferențe semnificative de temperatură între suprafață și miez, introducând astfel solicitări termice suplimentare.
Cu cât componenta este mai mare și cu cât secțiunea sa transversală este mai variată, cu atât aportul uniform de căldură devine mai important. Pentru piesele forjate masive, piesele turnate și structurile sudate, procesul de încălzire ar trebui să facă parte din tehnologia de proces dezvoltată.

Răcire după recoacere de detensionare

Controlul răcirii este la fel de important ca procesul de încălzire și îmbibare în sine. Dacă componenta detensionată este răcită prea repede sau neuniform, diferențele de temperatură dintre zonele individuale pot reintroduce stresul.
În funcție de materialul și dimensiunile componentei, se utilizează răcirea cu cuptorul la o temperatură specifică, răcirea controlată în cuptor sau răcirea suplimentară în aer liniștit. Metoda de răcire trebuie să ia în considerare atât gradul necesar de reducere a stresului, cât și potențialul de modificări structurale.

Etapele recoacerii de detensionare

1. Pregătirea elementului – determinarea tipului de material, a stării acestuia, a dimensiunilor și a cauzei solicitărilor.
2. Încălzire controlată – aducerea elementului la temperatura necesară, limitând în același timp gradienții termici excesivi.
3. Egalizarea temperaturii – obținerea temperaturii corespunzătoare în aria secțiunii transversale necesare a elementului.
4. Încălzire – menținerea materialului la o anumită temperatură pentru o perioadă de timp care să permită o reducere adecvată a tensiunii.
5. Răcire controlată – scăderea temperaturii într-un mod care limitează posibilitatea formării din nou a stresului.

Efectul recoacerii de detensionare asupra proprietăților materialelor

O recoacere de detensionare efectuată corect ar trebui în primul rând să reducă tensiunile reziduale, minimizând în același timp impactul asupra proprietăților de bază ale materialului. Totuși, acest lucru nu înseamnă că proprietățile mecanice rămân întotdeauna complet neschimbate.

Duritate

În multe oțeluri, o detensionare aleasă corespunzător provoacă doar o ușoară modificare a durității. Cu toate acestea, efectul procesului depinde de temperatură și de starea anterioară a materialului. În materialele călite la rece sau tratate termic, creșterea temperaturii poate duce la pierderea parțială a efectului de călire sau la modificări microstructurale.

Rezistență la curgere și rezistență la tracțiune

Modificările limitei de curgere și ale rezistenței la tracțiune depind de parametrii materialului și ai procesului. Scopul detensionării nu este de a crește rezistența, ci în primul rând de a reduce tensiunile reziduale. Cu toate acestea, temperaturile excesiv de ridicate sau timpii de încălzire excesiv de lungi pot afecta proprietățile mecanice, în special în cazul materialelor întărite anterior.

Stabilizare

Unul dintre cele mai importante efecte practice ale detensionării este creșterea stabilității dimensionale. Acest lucru este crucial în producția de cadre de mașini, matrițe, ștanțe, arbori, plăci, piese forjate mari și alte componente prelucrate cu precizie.
Dacă un semifabricat conține tensiuni reziduale semnificative, îndepărtarea materialului în timpul frezării sau strunjirii poate perturba echilibrul acestora și poate duce la îndoirea sau răsucirea piesei prelucrate. Detensionarea efectuată în etapa corespunzătoare a procesului tehnologic poate reduce acest fenomen.

Recoacere de detensionare post-sudură

Sudarea se numără printre cele mai importante aplicații ale tratamentului de detensionare. În timpul sudării, o mică suprafață a materialului este încălzită intens, în timp ce restul structurii rămâne semnificativ mai rece. Răcirea ulterioară și contracția materialului determină dezvoltarea unor tensiuni reziduale.
În cazul materialelor și aplicațiilor adecvate, tratamentul termic post-sudură poate reduce tensiunile de sudare și poate stabiliza structura. Cu toate acestea, parametrii unui astfel de proces nu ar trebui selectați exclusiv pe baza intervalului general de temperatură; aceștia trebuie să țină cont de gradul materialului, grosimea componentei, tipul de îmbinare și cerințele standardelor relevante și ale documentației procesului.

Recoacere de detensionare după prelucrare

Detensionarea poate fi utilizată și între etapele de prelucrare. Este utilă în special la producerea de piese mari sau de precizie care necesită îndepărtare semnificativă de material în timpul degroșării.
Un proces tipic ar putea implica degroșarea, detensionarea și apoi finisarea. Acest lucru permite ca orice distorsiune rezultată din redistribuirea tensiunilor să apară înainte de a fi obținute suprafața și dimensiunile finale.

Aplicarea recoacerii de detensionare

Structuri sudate

Procesul poate fi utilizat în cadre mari, caroserii, rezervoare, structuri de mașini și alte componente sudate unde stabilitatea dimensională și reducerea tensiunilor post-sudură sunt importante.

Piese forjate și piese forjate

Piesele forjate de dimensiuni mari pot conține solicitări rezultate atât din deformarea plastică, cât și din răcirea neuniformă. Tratamentul termic adecvat poate fi o etapă în pregătirea materialului pentru prelucrarea ulterioară.

Turnări

Tensiunile se pot dezvolta în piesele turnate în timpul solidificării și răcirii, în special în componentele cu grosimi variabile ale pereților. Detensionarea este utilizată, printre altele, pentru a crește stabilitatea dimensională a pieselor turnate și a altor componente mari.

Matrițe, ștanțe și scule

În cazul matrițelor și stanțelor, stabilitatea dimensională are un impact direct asupra preciziei pieselor fabricate. Detensionarea între etapele de prelucrare poate reduce deformarea care apare după frezarea intensivă sau alte operațiuni mecanice.

Industria energetică și a mașinilor

Procedeul este utilizat și în producția și repararea componentelor instalațiilor industriale, a carcasei, a arborilor, a conductelor și a altor componente, dacă tehnologia unui anumit material prevede reducerea stresului prin tratament termic.

Recoacerea de detensionare și alte tipuri de recoacere

Recoacerea de detensionare nu trebuie confundată cu recoacerea de normalizare, înmuiere, recristalizare, omogenizare sau sferoidizare. Procesele individuale sunt efectuate la diferite intervale de temperatură și sunt concepute pentru a obține efecte tehnologice diferite.
În cazul ameliorării stresului, sarcina principală este reducerea tensiunilor reziduale cu cea mai mică modificare posibilă a structurii și proprietăților materialuluiÎn alte procese de recoacere, însă, modificarea microstructurii poate fi obiectivul principal al tratamentului.
O comparație a proceselor individuale este prezentată mai detaliat pe site-ul web compararea metodelor de tratare termică a oțelului.

Avantajele recoacerii de detensionare

• reducerea tensiunilor reziduale,
• îmbunătățirea stabilității dimensionale a elementelor,
• limitarea deformării în timpul prelucrării ulterioare,
• reducerea riscului de deformare după sudare, forjare sau turnare,
• capacitatea de a stabiliza elemente mari și complexe,
• pregătirea semifabricatului pentru finisare precisă.

Limitările recoacerii de detensionare

• temperatura incorectă poate modifica microstructura sau proprietățile materialului,
• procesul nu duce întotdeauna la eliminarea completă a tensiunilor reziduale,
• componentele mari necesită un ciclu lung și controlat de încălzire și răcire,
• parametrii adecvați pentru un tip de oțel nu trebuie neapărat să fie adecvați și pentru altul,
• În cazul unor aliaje, trebuie luat în considerare efectul temperaturii asupra rezistenței la coroziune, stării de ecruisare sau tratamentului termic anterior.

Wyżarzanie odprężające este un proces important de tratament termic utilizat pentru a reduce tensiunile reziduale generate în timpul sudării, turnării, forjării, laminării, îndreptării, prelucrării mecanice și a altor procese de fabricație. Temperatura, timpul de înmuiere și metodele de încălzire și răcire selectate corespunzător cresc stabilitatea dimensională a componentei și reduc riscul de deformare ulterioară.
Parametrii de detensionare trebuie întotdeauna selectați în funcție de gradul și starea specifică a materialului. Oțelurile înalt aliate, oțelurile care au fost tratate termic anterior și aliajele neferoase necesită o atenție deosebită, deoarece temperaturile excesiv de ridicate pot provoca modificări ale proprietăților dincolo de scopul principal al procesului.

Metode de tratare termică și termochimică a oțelului

Înmuierea este doar un grup de procese utilizate pentru modificarea microstructurii și proprietăților oțelului. În funcție de efectul dorit, se utilizează, de asemenea, normalizarea, detensionarea, călirea, revenirea și procese termochimice, cum ar fi carburarea și nitrurarea.

Metode de tratare termică a oțelului

• Normalizarea oțelului – rafinarea granulelor și unificarea microstructurii.
• Wyżarzanie odprężające – reducerea tensiunilor reziduale.
• Înmuierea oțelului – reducerea durității și îmbunătățirea susceptibilității la prelucrări ulterioare.
• Recoacere completă – austenitizare și răcire lentă.
• Recoacere izotermă – transformare efectuată menținându-se la o temperatură selectată corespunzător.
• Recoacere cu bile – sferoidizare – modificarea morfologiei cementitei sau a altor carburi.
• Recoacere prin recristalizare – înlăturarea efectelor de strivire și refacerea plasticității.
• Recoacere de omogenizare – reducerea segregării și omogenizarea compoziției materialelor.
• Întărire și tratament termic – modelarea microstructurii și a proprietăților prin călire și revenire.
• Revenire oțel – modificarea controlată a proprietăților oțelului după călire.
• Călire prin inducție – încălzire prin inducție superficială și răcire rapidă.
• Călire la flacără – întărire superficială după încălzire locală cu flacără.
• Suprasaturație – obținerea unei soluții solide suprasaturate printr-un ciclu termic adecvat.
• Îmbătrânire – separare controlată a fazelor care duce la întărirea materialului.

Metode de tratare termochimică a oțelului

• Nitrurarea oțelului – îmbogățirea prin difuzie a stratului superficial cu azot.
• Cementarea oțelului – îmbogățirea difuzivă a suprafeței cu carbon.
• Carbonitrurare – îmbogățirea simultană a stratului superficial cu carbon și azot.
• Nitrocarburare / nitrocarburare – îmbogățirea stratului în principal cu azot și carbon.
• Foraj – saturația prin difuzie a suprafeței cu bor.
• Placare cu crom difuz – îmbogățirea prin difuzie a stratului cu crom.
• Aluminizare prin difuzie – îmbogățirea prin difuzie a stratului în aluminiu.