Hőkezelés

A hőkezelés olyan szabályozott hevítésből és hőátadásból és/vagy hűtésből álló technológiai művelet, amellyel a termékek tulajdonságai felhasználásuknak megfelelően módosíthatók. Vannak bizonyos hőkezelések, amelyeket meghatározott ötvözetcsaládhoz használnak, és vannak olyanok, amelyek függetlenek a hőkezelendő anyagtól. Az elvégzett hőkezelés eredményessége attól függ, hogy mennyire ismertek a munkadarabban lejátszódó folyamatok. Pontosan tudni kell, hogy milyen benne a hőmérséklet-elosztás, és milyen annak időbeli változása.

Nagyméretű, hidegben üzemelő, dinamikusan igénybevett szerkezetekbe építve a hagyományos vizsgálatok alapján megfelelőnek ítélt anyagok ridegtörése katasztrófák sorozatához vezetett. Az elridegedés a térközepesen kristályosodó anyagok jellemzője, így az acélszerkezeteket is fenyegeti. Az elridegedési hajlam, illetve az anyagok normál körülmények között mutatott szívósságának megítélésére szolgál, az ütve hajlító vizsgálat során mérhető, átmeneti hőmérséklet és ütőmunka. Ez utóbbi hőkezeléssel jelentős mértékben változtatható.

Lágyítás:

Általában hidegen alakított félkész termékekhez alkalmazott hőkezelés. Célja az előzetes és a további alakítást megnehezítő rácshibák eltüntetése az anyagból. Pl. hidegen hengerelt lemez további vastagságcsökkentése érhető el lágyító hőkezelés után.

Normalizálás:

A szövetben kialakult egyenetlenségeket szünteti meg. Rendszerint ausztenitesítő izzításból áll, amelyet levegőn való hűtés követ; így finom perlites szövet alakul ki. A normalizálás hőmérsékletét elsősorban a kiinduló karbontartalom határozza meg. A normalizálás gyakran nem a befejező hőkezelési művelet, csak a megfelelő szerkezetet hozza létre a következő hőkezelés számára. Ezzel szemben a 0,2% karbontartalmú hegeszthető ötvözetekben a normalizálást nem követi újabb hőkezelés. Ilyenkor a normalizálást az indokolhatja, hogy a melegalakítás hőmérséklete túl nagy volt, és durva szerkezet alakult ki, vagy kis mértékű hidegalakítást kapott a munkadarab, esetleg a melegalakítás egyenetlen volt, vagy a hegesztési varratok mentén kialakult durvulást kell megszüntetni. A normalizálás eredményét a próbadarab mechanikai tulajdonságainak mérésével, és nem a szövetszerkezet vizsgálatával állapítjuk meg.

Szemcsedurvító izzítás:

Normalizálás során gyakran alakul ki ún. soros szövet, amely az ötvözők nem homogén elosztásából ered. A forgácsolás során a periodikusan elhelyezkedő ferrit-, ill. perlitsorok igen kedvezőtlenek. Ezért eldurvítják a szövetet.

Újrakristályosító hőkezelés:

A hidegalakított termékek hevítésekor az alakított szemcsék rovására alakítatlan szemcsék fejlődnek. (Az acélok hidegalakítása a szemcséket deformálja, ez alakítási keményedést hoz létre. Az alakítási keménység lágyítással megszüntethető. Kb. 400-650 ºC-ra hevítve az alakított szemcsék rovására új, alakítatlan szemcsék jönnek létre. A kialakuló szemcseméret határozza meg a tulajdonságokat. (A szemcseméret az alakítás mértékétől, a hevítés hőmérsékletétől és idejétől függ.) A lágyított termékek tulajdonságait a kialakult szemcseméret határozza meg. Ez pedig a hidegalakítás mértékétől, a hevítés hőmérsékletétől és időtartamától függ. A várható eredményről az újrakristályosodási diagram tájékoztat. Általában finomszemcsés állapotra kell törekedni, de például trafólemezeknél a mágneses tulajdonságok annál kedvezőbbek, minél durvábbak a szemcsék. Sok esetben részleges lágyítást kell alkalmazni, tehát az újrakristályosítást csak részlegesen kell megvalósítani. Így lehet például a rugókeményre húzott huzalokból félkemény huzalokat előállítani. A lágyítás sikerének ellenőrzésére keménységvizsgálat, illetve szakító vizsgálat alkalmazható, alakítási technológiai próbákkal kiegészítve.

Stabilizáló hőkezelés:

Az ilyen hőkezelés során – ahogyan a nevéből is kitűnik – a szerkezet stabilizálása a cél. Például az időjárásnak ellenálló acélok stabilizáló izzításakor réz válik ki az ötvözetben. A felhasználás során a felület rozsdásodik, a vas laza szerkezetű oxiddá alakul, így a felülethez közel a réz feldúsul, ezáltal megakadályozza a további oxidálódást (rozsdásodást). Az ilyen védőréteg kialakulásához először az acélnak rozsdásodnia kell, ezért az ilyen termékeket nem szabad lefesteni.

Feszültségmentesítő hőkezelés:

A különböző technológiák alatt a gyártmányokban káros saját feszültségek keletkezhetnek. Ezek két szempontból károsak. Egyrészt hozzáadódnak az üzemi terhelés okozta feszültségekhez, ezzel csökkentik a terhelhetőséget, illetve élettartamot, másrészt hosszú idő alatt a saját feszültségek relaxálása miatt az alkatrész méretváltozása vagy vetemedése következhet be. Célszerű tehát a saját feszültségeket feszültségcsökkentő hőkezelésekkel relaxáltatni.

A leggyakoribb feladatok:

• Öntvények saját feszültségeinek relaxáltatása forgácsoló megmunkálás előtt, hogy a vetemedés még a megmunkálás előtt következzen be.
• Durva forgácsolás utáni és végső megmunkálás közötti feszültségmentesítés, hogy a vetemedés a végső méret kialakulása előtt menjen végbe.
• Hidegalakított termékek, vagy karcsú termékek hidegalakításos egyengetése utáni relaxáltatás, hogy az alakítási feszültségek relaxációja ne a raktározás vagy felhasználás során következzen be vetemedést okozva.
• Edzett alkatrészek illetve szerszámok feszültségcsökkentése a makroszkópikus és mikroszkópikus saját feszültségek relaxáltatásával, a törékenység csökkentése, illetve az élettartam növelése érdekében.
• A saját feszültségek leépülése annál gyorsabb és tökéletesebb, minél magasabb hőmérsékleten történik a hevítés. A feszültségek újbóli keletkezésének megakadályozása érdekében a hevítést igen lassú lehűtés kell, hogy kövesse (50-100°C/h).
• A relaxáltató hőmérséklet megválasztásánál általános szabály, hogy azt a legmagasabb hőmérsékletet kell választani, melyen még nem mennek végbe egyéb szempontok szerinti káros folyamatok. Ennek megfelelőenpéldául:
• a hidegalakított termékek lágyulása nem haladhatja meg az előírtakat,
• az edzett, illetve nemesített termékek keménységcsökkenése nem haladhatja meg az előírtakat, stb.

Ezek alapján az öntvények és hegesztett szerkezetek feszültségcsökkentésére akár 650-680 ºC is alkalmazható, de nemesített termékek esetén nem szabad a megeresztési hőmérséklet fölé hevíteni. Az edzett és hidegalakított termékek már 250 ºC fok fölött kezdenek lágyulni, kb. ez tekinthető tehát a határhőmérsékletnek.

Nemesítés:

A nemesítés összetett hőkezelés, edzésből és megeresztésből áll. Célja a finomszemcsés, úgynevezett szferoidites (nemesített) szövet előállítása. Ez az edzett szövet megeresztés alatti elbomlásával jön létre. Minél nagyobb a megeresztés hőmérséklete és minél hosszabb a hőntartás, a bomlási folyamat annál tökéletesebb. Ennek hatására a megeresztési hőmérséklet* növelésével csökken a keménység és a szilárdság, ezzel szemben nő az ütőmunka és az alakíthatóság. Végül a hőmérséklet növelésével elérhető az edzés hatásának teljes megszűnése, visszaáll a lágyított állapot. Adott acélminőség (kémiai összetétel) esetén a nemesítő hőkezelés paramétereit úgy kell meghatározni, hogy az előírt teljesítendő szilárdság és ütőmunka értéke is megfelelő legyen. Tehát bonyolult optimalizálási feladat megoldása szükséges.

Kérgesítő hőkezelések:

A kérgesítő hőkezelések célja általában az alkatrészek felületi kopásállóságának fokozása, oly módon, hogy az alkatrészek magja szívós, tehát töréssel szemben ellenálló legyen. Ez kétféle elven valósítható meg.

1. Olyan hőkezeléssel, mely esetén a kémiai összetétel a darabban nem változik, de a hőkezelési állapot, azaz a szerkezet igen. Ilyen esetben a mag szívósságát nemesített állapot biztosítja, a kéreg edzett szerkezete pedig úgy hozható létre, hogy a nemesített darab kérgét lokálisan ausztenitesítik és edzik. Ez lángedzéssel, indukciós edzéssel, elektronsugaras edzéssel**, lézeredzéssel, stb. valósítható meg. Legelterjedtebb az indukciós edzéssel történő kérgesítés.
2. A kérgesítés másik módja a termokémikus kezelés. Ez esetben a darab felületét valamilyen elemmel diffúziósan dúsítják, tehát a mag és a kéreg különböző kémiai összetételű.

Betétedzés:

A betétedzés lényege, hogy a kis karbon tartalmú acélok kérgébe karbont diffundáltatva a kéreg karbon tartalma a nemesíthető, sőt a szerszámacélokéra jellemző mértékűre növelhető. Ha ezt követően az egész darabot ausztenitesítik, majd edzik, a mag a kis karbon tartalom miatt nem edződik be, lágy és szívós marad, a kéreg pedig a karbon tartalomnak megfelelő kopásállóságú lesz.

*A nemesítés összetett hőkezelés, edzésből és megeresztésből áll. Célja a finomszemcsés, úgynevezett szferoidites szövet előállítása. Ez az edzett szövet megeresztés alatti elbomlásával jön létre. Minél nagyobb a megeresztés hőmérséklete és minél hosszabb a hőntartás, a bomlási folyamat annál tökéletesebb. Ennek hatására a megeresztési hőmérséklet növelésével csökken a keménység és a szilárdság, ezzel szemben nő az ütőmunka és az alakíthatóság.
**A munkadarabra irányított sugár felgyorsított elektronokból áll. Az elektronsugár mozgási energiája becsapódáskor hőenergiává alakul, ezáltal a felületi réteg megolvad és elgőzölög még mielőtt a fejlődött hő vezetés útján az anyagba jutna. Kizárólag vákuumban alkalmazható.

Forrás:
Dr. Kisfaludy Antal és Borossay Béla oktatási segédlete
Dr. Gácsi Zoltán és Dr. Mertinger Valéria: Fémtan