Praca związana z obróbką metali bywa skomplikowana. Jednym z jej elementów jest konieczność dopilnowania, aby obrabiane materiały zachowywały odpowiednie właściwości. W tym celu możemy wymienić kilka istotnych zabiegów, ale dziś skupimy się na takim pojęciu, jak wyżarzanie metali. To rodzaj obróbki cieplnej, stosowanej najczęściej w celu zmniejszenia twardości i kruchości materiału oraz zmniejszenia ryzyka jego uszkodzenia lub pęknięcia. Wymieniamy najpopularniejsze rodzaje wyżarzania, krótko je opiszemy i odpowiemy na podstawowe pytania.
Co to jest wyżarzanie metali i na czym polega?
W obróbce metali wyżarzanie jest powszechnym procesem obróbki cieplnej, stosowanym do zmiany właściwości fizycznych i mechanicznych niektórych rodzajów materiału w celu zmniejszenia ich twardości, zwiększenia ciągliwości i wyeliminowania naprężeń wewnętrznych. Metoda ta jest powszechnie stosowana np. do odwracania lub zmniejszania efektów obróbki na zimno, aby umożliwić dalsze opracowanie materiału. W niektórych okolicznościach wyżarzanie może mieć również wpływ na właściwości chemiczne i elektryczne metalu.
Wyżarzanie polega na podgrzaniu materiału powyżej jego temperatury rekrystalizacji, utrzymywaniu go w tej temperaturze przez określony czas, a następnie jego schłodzenie z odpowiednią, wcześniej ustaloną szybkością. Rozwiązanie to jest stosowane w wielu gałęziach przemysłu, od budownictwa oraz produkcji po motoryzację i jubilerstwo.
Dlaczego stosuje się wyżarzanie?
Podstawowym celem wyżarzania jest zmiana właściwości mechanicznych metalu, dzięki czemu będzie on bardziej miękki i bardziej urabialny. Wyżarzanie zmniejsza ryzyko pęknięć, odkształceń i innych uszkodzeń materiału. Twarde, kruche metale mogą również powodować nadmierne zużycie lub uszkodzenie narzędzi i maszyn – wyżarzanie zupełne zmniejsza ten wpływ.
Jak wspominaliśmy, wyżarzanie metali jest często stosowane po procesach obróbki na zimno, takich jak ciągnienie, szlifowanie, walcowanie lub gięcie, aby zmniejszyć jego skutki i umożliwić dalszą obróbkę materiału. Jest również powszechnie wykorzystywane do usuwania naprężeń, pojawiających się po spawaniu. W takim przypadku stosuje się wyżarzanie odprężające.
Wyżarzanie rodzaje – jakie są najpopularniejsze?
Metale mogą być wyżarzane na kilka różnych sposobów. Podjęcie decyzji, który rodzaj obróbki powinien być zastosowany w odniesieniu do konkretnego stopu stali, powinno być determinowane m.in. właściwościami, które chcemy uzyskać poprzez taki proces. Przyjrzyjmy się kilku popularnym rodzajom wyżarzania.
- Wyżarzanie zupełne
Podczas stosowania tej metody metalowe elementy są podgrzewane do temperatury około 30°C wyższej niż ich krytyczna temperatura transformacji. Materiał jest wygrzewany przez pewien czas, po czym pozwala się mu w naturalny sposób ostygnąć. Celem wyżarzania zupełnego jest usunięcie wewnętrznych naprężeń, poprawa obrabialności oraz zmniejszenie twardości stali.
- Wyżarzanie zmiękczające (sferoidyzujące)
Wyżarzanie to ma zastosowanie do stali, które zawierają więcej niż 0,8% węgla. Elementy są podgrzewane do temperatury ok. 650°C i utrzymywane w niej przez pewien czas, aby przekształcić mikrostrukturę materiału. Następnie metal jest bardzo wolno schładzany do temperatury 600 °C, a dalej może stygnąć w dowolny sposób. Wyżarzanie zmiękczające jest zwykle wykonywane na elementach, które zostały utwardzone przez zgniot, aby umożliwić ich dalszą obróbkę. Otrzymany produkt ma ulepszoną ciągliwość i wytrzymałość przy zmniejszonej twardości.
- Wyżarzanie izotermiczne
W wyżarzaniu izotermicznym stal jest nagrzewana powyżej górnej temperatury krytycznej, co pozwala na równomierną austenityzację całego elementu. Następnie szybko ochładza się materiał do temperatury ok. 550 °C i przez pewien czas utrzymuje na tym poziomie. Ostatni etap to naturalne, powolne schłodzenie metalu. Proces ten zmniejsza twardość stali.
- Wyżarzanie odprężające
Często stosowane w przypadku stali nierdzewnej lub austenitycznej. Podczas wyżarzania odprężającego poddawane mu elementy są podgrzewane poniżej dolnej linii krytycznej, ale bez zmiany mikrostruktury materiału, a następnie bardzo powoli schładzane. Proces ten likwiduje wszelkie naprężenia odlewnicze, spawalnicze i cieplne.
- Wyżarzanie normalizujące stali
Metoda ta służy do zwiększenia ciągliwości i wytrzymałości metalu. Wyżarzanie normalizujące stali polega na podgrzaniu materiału do temperatury ok. 30°C wyższej niż ich krytyczna temperatura transformacji, wygrzaniu, a następnie ostudzeniu do temperatury pokojowej.
Jakie metale mogą skorzystać na procesie wyżarzania?
Wyżarzanie jest najczęściej stosowane w przypadku stali, ale możliwe jest również wykorzystanie tego procesu do obróbki aluminium, miedzi, mosiądzu i niektórych stopów. Różne rodzaje wyżarzania mają zastosowanie do różnych materiałów oraz w różnych sytuacjach.
Dobrym przykładem zastosowania opisywanej metody są blachy, które przeszły proces walcowania na zimno i wymagają dalszej obróbki, takiej jak gięcie lub wykrawanie. Wyżarzaniu można poddawać także wiele elementów wystawionych wcześniej na działanie wysokich temperatur (np. podczas spawania), powodujących naprężenia szczątkowe. Przykładów jest wiele, dlatego zlecając obróbkę cieplną, zawsze warto zapytać specjalistów, czy wybrana metoda będzie odpowiednia dla określonego materiału i dalszego jego wykorzystania.