Çeliğin Küresel Tavlanması (Sferoidleştirilmesi) – İşlem, Mikro yapı ve Uygulama

Küresel tavlama, diğer adıyla küreselleştirme tavlaması veya küreselleştirmeBu işlem, esas olarak çelikteki sementit veya diğer karbürlerin küresel veya küresele yakın bir formda elde edilmesi için kullanılan bir ısıl işlem sürecidir. Bu süreç, özellikle yüksek karbonlu, takım ve rulman çelikleri için önemlidir; çünkü karbürlerin miktarı, boyutu, şekli ve dağılımı, malzemenin sertliğini, işlenebilirliğini ve sonraki sertleştirme sırasındaki davranışını büyük ölçüde etkiler.
Tipik bir perlit yapısında, sementit, ferrit plakaları arasında düzenlenmiş ince plakacıklar şeklinde bulunur. Uygun tavlama sırasında, difüzyon süreçleri meydana gelir ve bu çökelmelerin kademeli olarak parçalanmasına, yuvarlaklaşmasına ve yeniden oluşmasına yol açar. Sonuç olarak, sementitten oluşan bir yapı oluşur. Ferrit matris içinde dağılmış küresel sementit parçacıklarısferoidit olarak da adlandırılır.
Küreselleştirme tavlaması yöntemlerden biridir. yumuşayan çelikAncak önemi sadece sertliği azaltmakla sınırlı değildir. Uygun şekilde hazırlanmış bir karbür yapısı, işleme ve sonrasındaki ısıl işlem için elverişli bir başlangıç ​​koşulu sağlar.

Bilyalı tavlama nedir?

Bu sürecin özü, sementit ve diğer karbürlerin morfolojisini değiştirmektir. Perlitik bir yapıda, sementit çoğunlukla levha şeklinde bulunur. Bu yapı nispeten yüksek sertlik sağlayabilir, ancak yüksek karbonlu çeliklerde işlemeyi zorlaştırabilir.
Seçilen sıcaklık aralığında uzun süreli ısıtma sırasında difüzyon süreçleri meydana gelir. Sementit plakaları yavaş yavaş uzun şekillerini kaybeder, parçalanır, yuvarlaklaşır ve daha kompakt parçacıklar oluşturabilir.
Bu süreç şu şekilde adlandırılır: sementitin küreselleşmesiDaha küresel bir şekil elde etme çabası, diğer şeylerin yanı sıra, sistemin yüzey enerjisini azaltmakla ilgilidir. Küresel parçacıklar, ince lameller çökeltilere kıyasla hacimlerine göre daha küçük bir faz sınır alanına sahiptir.

Sementit ve karbürler – hangileri küreselleşmeye uğrar?

Sementit Fe₃C Sementit, karbon çeliklerinde bulunan sert ve kırılgan bir fazdır. Perlit içinde, ferrit ile dönüşümlü plakalar sistemi oluşturur. Sementit içeriğinin artırılması ve morfolojisinin değiştirilmesi, çeliğin mekanik ve teknolojik özelliklerini önemli ölçüde etkiler.
Alaşımlı çeliklerde durum daha karmaşık olabilir. Krom, molibden, tungsten veya vanadyum gibi karbür oluşturan elementler, farklı karbür türlerinin oluşumuna katılabilir. Bu nedenle, takım çeliklerinden bahsederken daha doğru bir ifadeyle şunları söylemek gerekir: Sementit veya diğer karbürlerin küreselleştirilmesiBu, belirli türün bileşimine bağlıdır.

Küreselleştirme tavlamasının amacı

Bilyalı tavlama, öncelikle çeliğin daha ileri işlemlerden önce uygun yapısal duruma getirilmesi gerektiğinde yapılır. Özellikle yüksek karbon içeriğine ve önemli miktarda karbür fazına sahip malzemeler için önemlidir.

Bu sürecin en önemli hedefleri şunlardır:

• Sementit veya diğer karbürlerin küresel bir formunu elde etmek,
• Yüksek karbonlu çeliklerin sertliğini azaltmak,
• Uygun çelik kalitelerinin işlenebilirliğini iyileştirmek,
• Malzemenin daha ileri teknolojik süreçlere karşı duyarlılığını artırmak,
• Uygun karbür dağılımını elde etmek,
• Takım çeliğinin mekanik işleme için hazırlanması,
• Sonraki sertleştirme işleminden önce uygun bir mikro yapı elde etmek.

Bilye tavlama sıcaklığı

Küreselleştirme tavlaması, tüm çelik kalitelerine uygulanabilen tek bir evrensel sıcaklıkla tanımlanmamalıdır. Proses parametreleri öncelikle belirli malzemenin kritik sıcaklığı Ac1 ile ilişkili olarak seçilir.

Türüne, başlangıç ​​yapısına ve gerekli küreselleşme hızına bağlı olarak, aşağıdakiler dahil olmak üzere farklı işlem varyantları kullanılabilir:

• Ac1'in biraz altında bir sıcaklıkta uzun süreli ısıtma,
• Ac1'e çok yakın bir sıcaklıkta ısıtma,
• Ac1'in biraz üzerinde ısıtma, ardından uygun şekilde yavaş soğutma,
• Ac1'e yakın bir sıcaklık aralığında döngüsel ısıtma ve soğutma.

Kesin sıcaklık ve işlem süresi, belirli çelik kalitesinin özelliklerine göre belirlenmelidir. Özellikle yüksek alaşımlı çeliklerde, farklı karbür türlerinin stabilitesi, küreselleştirme sürecini önemli ölçüde etkileyebilir.

Ac1 sıcaklığının anlamı

Ac1 Isıtma sırasında östenit oluşumuna yol açan dönüşümün başladığı sıcaklığı gösterir. Küreselleştirme tavlama döngüsü tasarlanırken en önemli referans noktalarından biridir.
Eğer işlem Ac1'in altında gerçekleşirse, malzemenin tam östenitleşmesi olmaz; ancak artan sıcaklık, sementitin morfolojisini değiştiren difüzyon süreçlerini mümkün kılar.
Diğer varyantlarda, malzeme periyodik olarak Ac1'in biraz üzerine kadar ısıtılabilir. Kısmi yapısal dönüşüm ve ardından kontrollü soğutma, istenen karbür formunun elde edilmesini hızlandırabilir.

Küreselleşme sürecinin gidişatı

1. Isıtma

Çelik, kullanılan teknolojiye göre belirlenen bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Kesit boyunca aşırı sıcaklık farklarını en aza indirmek için ısıtma hızı, malzeme türüne, bileşen boyutuna ve geometrisine göre seçilmelidir.

2. Isıtma

Malzeme, difüzyon süreçlerinin gerçekleşmesine yetecek kadar bir süre boyunca uygun sıcaklık aralığında kalır. Sementit yeniden oluşumu hemen gerçekleşmediği için bekleme süresi nispeten uzun olabilir.
Bu süre zarfında, uzun veya levha şeklindeki sementit çökeltileri kademeli olarak şekil değiştirir. Parçalanır, yuvarlaklaşır ve daha düşük yüzey enerjisine sahip bir yapıya doğru evrimleşirler.

3. Soğutma

Soğutma yöntemi kullanılan proses varyantına bağlıdır. Ac1 sıcaklığı üzerinden geçiş kullanan teknolojilerde, soğutma hızı nihai yapı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, ısıtmadan başlayarak, tavlama ve son olarak soğutmaya kadar termal döngü bir bütün olarak ele alınmalıdır.

Çeliğin mikro yapısı nasıl değişir?

Sferoidleşme etkisini göstermenin en kolay yolu, perlitik yapıyı sferoiditik yapıyla karşılaştırmaktır.

Sferoidit – yapısal özellikleri

Sferoidit Bu, sementit veya diğer karbürlerin, çoğunlukla ferritik bir matris içinde dağılmış yuvarlak parçacıklar halinde bulunduğu bir mikro yapıdır. Bu, tüm parçacıkların mükemmel küresel olması gerektiği anlamına gelmez. Pratik bir mikro yapıda, değişen derecelerde yuvarlaklık, boyut ve düzenlemeye sahip çökelmeler meydana gelir.
Karbür dağılımının homojenliği de çok önemlidir. Takım ve rulman çeliklerinde, yanlış parçacık boyutu veya dağılımı, sonraki östenitleşmeyi ve sertleştirme sonrası malzemenin nihai özelliklerini etkileyebilir.

Bilyalı tavlama işleminin sertlik üzerindeki etkisi

Küreselleştirme, özellikle yüksek karbonlu çelikler için etkili bir yumuşatma yöntemidir. Sementit morfolojisinin lameller yapıdan dağılmış parçacıklara dönüşmesi, malzemenin yapısının deformasyona karşı direncini azaltır.
Ancak, nihai sertlik çelik kalitesine, karbon içeriğine, alaşım elementlerine, karbürlerin türüne ve miktarına ve küreselleşme derecesine bağlıdır. Bu nedenle, bilyalı tavlama işlemine tek bir nihai sertlik değeri atanamaz.

Küreselleştirmenin işlenebilirlik üzerindeki etkisi

Bu işlemin en önemli kullanım alanlarından biri, çeliği son ısıl işlemden önce gerçekleştirilen tornalama, frezeleme, delme ve diğer işleme operasyonlarına hazırlamaktır.
Perlit içindeki sementit plakacıkları, takım bıçağı tarafından kesilen sert mikroyapısal elemanları oluşturur. Küreselleştirme sonrasında, sert fazlar daha yumuşak ferrit matrisi içinde daha izole parçacıklar olarak ortaya çıkar ve bu da birçok yüksek karbonlu çelikte kesmeyi kolaylaştırır.
Ancak bu, mümkün olan en düşük sertliğin her zaman en iyi işlenebilirliği sağlayacağı anlamına gelmez. Aşırı yumuşak ve sünek bir matris, birikmiş kenarların veya istenmeyen talaşların oluşumunu teşvik edebilir. Bu nedenle, küreselleştirme parametreleri, belirli üretim sürecinin gereksinimlerine uygun olarak seçilir.

Sertleştirmeden önce küreselleştirme tavlaması

Bilyalı tavlama, öncü bir işlem olarak büyük önem taşır. çelik sertleştirmeBu durum özellikle takım ve rulman çelikleri için geçerlidir.
Sertleştirme işleminden önce gerçekleşen sonraki östenitleştirme sırasında, karbürlerin bir kısmı östenit içinde çözünerek çözeltideki karbon ve alaşım elementi içeriğini artırır. Geri kalan kısım ise çözünmemiş karbürler olarak kalabilir.
Sertleştirmeden önce karbürlerin durumu, çözünme hızlarını, östenit bileşimini, tane boyutunu ve sertleştirme sonrasındaki nihai mikroyapıyı ve özellikleri etkiler. bırakmak.

Takım çeliklerinin bilyalı tavlama işlemi

Takım çelikleri, küreselleştirme tavlamasına tabi tutulan en önemli malzeme gruplarından biridir. Yüksek karbon içeriği ve karbür oluşturan elementlerin varlığı, son ısıl işlemden sonra yüksek sertlik ve aşınma direnci sağlar, ancak aynı zamanda elverişsiz bir yapısal durumda işlenmeyi zorlaştırır.
Bu nedenle, yarı mamul ürünler takım çeliği ve karbon çeliği Malzeme, yumuşak tavlama işleminden geçirilerek tedarik edilebilir veya işlenebilir; bu da son sertleştirme işleminden önce çoğu mekanik işlemin gerçekleştirilmesine olanak tanır.

Rulman çeliklerinin küreselleştirme tavlaması

Rulman çeliklerinde karbür yapısının kontrolü özellikle önemlidir. Son sertleştirmeden önce, malzemenin halkaların, yatak yüzeylerinin ve diğer bileşenlerin hassas bir şekilde işlenmesine olanak sağlaması ve aynı zamanda östenitleştirme öncesinde uygun şekilde hazırlanmış bir yapıya sahip olması gerekir.
Matris boyunca dağılmış küresel karbürler, malzemenin son işleme öncesinde istenen teknolojik duruma ulaşmasını sağlar. Bunların homojen dağılımı, daha sonraki sertleşmede de rol oynar.

Yüksek karbonlu çeliklerin küreselleştirme tavlaması

Karbon içeriği ve karbür fazlarının oranı arttıkça küreselleştirmenin önemi de artar. Yüksek karbonlu çeliklerde, klasik tam tavlama Bu durum her zaman sonraki kesimler için en uygun mikroyapıyı sağlamaz.
Bu nedenle bilyalı tavlama birçok uygulamada kullanılır; amacı sadece sertliği azaltmak değil, her şeyden önce karbür yapısını yeniden oluşturmaktır.

Bilyalı Tavlama vs. Tam Tavlama

Bilyalı Tavlama ve İzotermal Tavlama Karşılaştırması

İzotermal tavlama Bu yöntem, aşırı soğutulmuş östenitin kontrollü bir şekilde dönüştürülmesini sağlamak için malzemenin uygun şekilde seçilmiş bir sıcaklığa maruz bırakılmasını kullanır. Dolayısıyla temel parametre, östenit dönüşümünün kinetiğidir.
Küreselleştirme tavlamasında temel amaç, karbürlerin şeklini ve dağılımını değiştirmektir. Her iki işlem de işlenmesi daha kolay bir malzeme üretebilir, ancak farklı mekanizmalar kullanırlar ve karıştırılmamalıdır.

Bilyalı Tavlama ve Normalleştirme

Podcza'lar çeliğin normalleştirilmesi Malzeme östenitleştirilir ve ardından havada soğutulur. Amaçlardan biri, yapıyı homojenleştirmek ve inceltmektir.
Öte yandan, küreselleştirme tavlaması karbür fazlarının yeniden oluşmasına yol açar. Sertleştirmeden önce işleme tabi tutulacak yüksek karbonlu çeliklerde, küreselleştirme, normalleştirmeye göre çok daha uygun bir hazırlık süreci olabilir.

Küreselleştirme tavlaması ve gerilim giderme tavlaması

Wyżarzanie odprężające Başlıca amacı, örneğin kaynak, işleme, döküm veya önceki ısıl işlemler sırasında ortaya çıkan artık gerilimleri azaltmaktır.
Bilyalı tavlamada temel amaç karbürün mikroyapısını değiştirmektir. Bu nedenle, her ikisi de genel tavlama işlemleri şemsiyesi altında yer alsa da, bunlar iki ayrı işlemdir.

Sferoidizasyonun etkinliğini etkileyen faktörler nelerdir?

Eksik küreselleşme

Sıcaklık, süre veya ısıl döngü yanlış seçilirse, küreselleşme tamamlanmayabilir. Zaten yuvarlaklaşmış parçacıkların yanında, mikroyapıda uzun veya levha benzeri sementit parçaları kalır.
Eksik küreselleştirme, malzemenin özelliklerinde düzensizliğe ve işlenebilirliğin azalmasına yol açabilir ve ayrıca sertleşmeden önce gerçekleşen östenitleşme sürecini de etkileyebilir.

Aşırı küreselleşme ve karbür büyümesi

Daha uzun tavlama süresi otomatik olarak daha iyi sonuçlar anlamına gelmez. Uzun süreli tavlama, daha küçük parçacıklar pahasına daha büyük parçacıkların birleşmesine ve büyümesine neden olabilir.
Bu işlemin amacı, karbürlerin boyutunu en üst düzeye çıkarmaktan ziyade, uygun küreselleşme derecesini ve gerekli karbür boyut ve dağılımını elde etmektir. Aşırı iri karbürler, sonraki ısıl işlemeyi ve malzemenin nihai özelliklerini olumsuz etkileyebilir.

Bilyalı tavlamanın avantajları

• Yüksek karbonlu çeliklerin sertliğini azaltmak,
• Birçok takım ve rulman çeliğinin işlenebilirliğinin iyileştirilmesi,
• Sementit ve diğer karbürlerin uygun morfolojisinin elde edilmesi,
• Hassas mekanik işleme için malzemenin hazırlanması,
• Sertleştirme işleminden önce uygun mikroyapının elde edilmesi,
• Sementitin istenmeyen levha benzeri formunun sınırlandırılması olasılığı.

Sürecin dezavantajları ve sınırlamaları

• Bazı küreselleşme varyantlarının nispeten uzun süresi,
• Belirli bir çelik türü için sıcaklığın hassas bir şekilde seçilmesi gerekliliği,
• Çok kısa bir işlem süresiyle eksik küreselleşme elde etme olasılığı,
• Isıtma süresinin çok uzun olması durumunda aşırı karbür oluşumu riski vardır.
• Etkinin başlangıçtaki mikroyapıya olan güçlü bağımlılığı,
• Tüm çelik türleri için uygun tek bir evrensel çevrim yoktur.

Bilyalı Tavlama – En Önemli Bilgiler

Bilye tavlama veya küreselleştirmeBu, esas olarak yüksek karbonlu çeliklerde kullanılan bir ısıl işlem sürecidir. Karakteristik etkisi, sementit veya diğer karbürlerin, malzeme matrisi boyunca dağılmış, neredeyse küresel şekilli parçacıklara dönüşmesidir.
Karbürlerin morfolojisinin değiştirilmesi, sertliği azaltabilir ve işlenebilirliği iyileştirebilir; ayrıca malzemeyi sonraki östenitleme ve sertleştirme işlemlerine hazırlayabilir. Bu nedenle, küreselleştirme, takım çelikleri, rulman çelikleri ve diğer yüksek karbonlu çeliklerin teknolojisinde özellikle önemlidir.
Evrensel tek bir bilyalı tavlama döngüsü yoktur. Sıcaklık, bekleme süresi ve soğutma yöntemi, belirli çelik kalitesinin kritik sıcaklıklarına, kimyasal bileşimine, başlangıç ​​yapısına ve istenen nihai durumuna göre seçilmelidir.

Çeliğin ısıl ve termokimyasal işlem yöntemleri

Yumuşatma, çeliğin mikroyapısını ve özelliklerini değiştirmek için kullanılan işlemlerden sadece biridir. İstenen etkiye bağlı olarak, normalleştirme, gerilim giderme, sertleştirme, temperleme ve karbürleme ve nitrürleme gibi termokimyasal işlemler de kullanılır.

Çelik ısıl işlem yöntemleri

• Çeliğin normalleştirilmesi – Tane inceltmesi ve mikroyapı birleşimi.
• Wyżarzanie odprężające – Artık gerilimlerin azaltılması.
• Çeliğin yumuşaması – sertliği azaltır ve daha ileri işlemlere karşı duyarlılığı artırır.
• Tam tavlama – östenitleştirme ve yavaş soğutma.
• İzotermal tavlama – Dönüşüm, uygun şekilde seçilmiş bir sıcaklıkta tutularak gerçekleştirilir.
• Küresel tavlama – küreselleştirme – Sementit veya diğer karbürlerin morfolojisinde meydana gelen değişiklik.
• Yeniden kristalleşme tavlaması – Ezilme etkilerinin giderilmesi ve esnekliğin yeniden kazandırılması.
• Homojenleştirici tavlama – Ayrışmayı azaltmak ve malzeme bileşimini homojenleştirmek.
• Sertleştirme ve ısıl işlem – Sertleştirme ve temperleme yoluyla mikroyapıyı ve özellikleri şekillendirme.
• Çeliğin temperlenmesi – Sertleştirme işleminden sonra çelik özelliklerinin kontrollü bir şekilde değiştirilmesi.
• İndüksiyonla sertleştirme – Yüzeyden ısıtma ve hızlı soğutma.
• Alevle sertleştirme – Alevle lokal ısıtma sonrası yüzey sertleşmesi.
• Aşırı doygunluk – Uygun bir termal döngü ile aşırı doymuş katı çözelti elde edilmesi.
• Yaşlanma – Malzeme mukavemetini artıran kontrollü faz ayrışması.

Çeliğin termokimyasal işleme yöntemleri

• Çeliğin nitrürlenmesi – Yüzey tabakasının difüzyon yoluyla azotla zenginleştirilmesi.
• Çelik karbonlama – Yüzeyin difüzyon yoluyla karbonla zenginleştirilmesi.
• Karbonitridleme – Yüzey tabakasının eş zamanlı olarak karbon ve azotla zenginleştirilmesi.
• Nitrokarbürizasyon / nitrokarbürizasyon – Katmanın öncelikle azot ve karbonla zenginleştirilmesi.
• Sondaj – Yüzeyin bor ile difüzyon doygunluğu.
• Difüzyon krom kaplama – Krom tabakasının difüzyon yoluyla zenginleştirilmesi.
• Difüzyon alüminyumlaştırma – Alüminyum tabakasının difüzyon yoluyla zenginleştirilmesi.