Většina uživatelů věnuje při nákupu laserového řezacího stroje větší pozornost procesu žíhání, protože proces žíhání přispívá ke stabilitě výkonu laserového řezacího stroje. Co je tedy proces žíhání laserového řezacího stroje?

Co je žíhání?

Takzvaný proces žíhání spočívá v zahřátí oceli na specifickou vysokou teplotu, udržení této teploty po určitou dobu a následném pomalém ochlazení. Tomu se říká žíhání. Žíhání oceli je metoda tepelného zpracování, při které se ocel zahřeje na teplotu, kdy může dojít k fázové změně nebo částečné fázové změně, a poté se po výdrži na teplotě pomalu ochladí.

Při výrobním procesu CNC obráběcích strojů je proces tepelného zpracování odlitků klíčovým článkem. Přímo souvisí s konečnými vlastnostmi a životností odlitků.

Tepelné zpracování spočívá v úpravě vnitřní struktury a vlastností kovových materiálů řízením procesu ohřevu, výdrže na teplotě a ochlazování. U odlitků pro CNC obráběcí stroje je hlavním cílem procesu tepelného zpracování zlepšit jejich tvrdost, pevnost, odolnost proti opotřebení a další vlastnosti, aby splňovaly požadavky použití za složitých pracovních podmínek.

Mezi běžné procesy tepelného zpracování patří žíhání, normalizace, kalení a popouštění.

  • Žíhání slouží především k odstranění vnitřního pnutí v odlitku, snížení tvrdosti a zlepšení obrobitelnosti.
  • Normalizace spočívá v řízení teploty ohřevu a času, aby odlitek získal určitou tvrdost a pevnost a zlepšila se jeho odolnost proti opotřebení.
  • Kalení spočívá v zahřátí odlitku nad kritickou teplotu a jeho rychlém ochlazení, čímž se dosáhne vysoké tvrdosti a pevnosti, ale tento proces je náchylný k deformaci a praskání odlitku a je třeba s ním zacházet opatrně.
  • Popouštění se provádí po kalení, aby se snížila křehkost odlitku a zlepšila se jeho houževnatost a pevnost při zachování tvrdosti.

Proč žíhat?

Žíhání odlitků loží strojů, také známé jako nízkoteplotní žíhání, se používá především k odstranění zbytkových pnutí z odlévání u odlitků obráběcích strojů, jako jsou lože strojů, pracovní stoly, součásti a další odlitky. Pokud tato pnutí nejsou odstraněna, mohou způsobit deformaci nebo praskání během následného obrábění nebo používání v průběhu času. Pro snížení tendence k deformaci a praskání během používání a následného zpracování se odlitky obvykle žíhají po vyjmutí z formy, aby se odstranila pnutí z odlévání.

Cíle procesu žíhání

Cíli žíhání jsou snížení strukturních vad, zlepšení rovnoměrnosti složení, zjemnění zrna, zlepšení mechanických vlastností oceli a snížení zbytkových pnutí. Kromě toho může žíhání snížit tvrdost, zvýšit plasticitu a houževnatost materiálu a zlepšit obrobitelnost.

Žíhání tedy nejen řeší vady a pnutí z předchozích procesů, ale také připravuje materiál pro následné operace. Proces žíhání je jednou z metod prodloužení životnosti loží laserových řezacích strojů, zlepšuje jejich fyzikální vlastnosti a zajišťuje vysoce kvalitní výrobu laserových řezacích strojů.

Klasifikace metod žíhání

Žíhání je proces tepelného zpracování používaný ke změně fyzikálních a někdy i chemických vlastností materiálu za účelem zvýšení jeho tažnosti a snížení tvrdosti, čímž se zlepší jeho zpracovatelnost. Běžně používané metody žíhání lze obecně rozdělit do dvou kategorií: žíhání zahrnující fázovou změnu nad kritickou teplotou a žíhání pod kritickou teplotou.

Žíhání nad kritickou teplotou

Úplné žíhání:

Zahrnuje zahřátí oceli na teplotu nad kritickým bodem, udržení po určitou dobu a následné pomalé ochlazení v peci. Tento proces vede k rovnoměrné a jemné mikrostruktuře.

Difúzní žíhání:

Materiál se zahřeje na vysokou teplotu a udržuje se po delší dobu, aby došlo k difúzi atomů, což pomáhá homogenizovat chemické složení a eliminovat segregaci.

Neúplné žíhání:

Podobné úplnému žíhání, ale teplota je mírně pod kritickým bodem, což vede k částečné fázové transformaci.

Izotermické žíhání:

Materiál se zahřeje nad kritickou teplotu a poté se rychle ochladí na teplotu pod kritickým bodem, kde se udržuje, dokud není transformace dokončena. Tato metoda se používá ke zjemnění struktury zrna.

Sferoidizační žíhání:

Cílem je vytvořit v oceli sféroidní nebo kulovitou formu karbidu, což usnadňuje obrábění. To je užitečné zejména pro vysoce uhlíkové oceli.

Jak zvolit vhodný proces žíhání?

Výběr správného procesu žíhání pro váš materiál je klíčový pro dosažení požadovaných mechanických vlastností a zajištění optimálního výkonu v následných výrobních krocích. Zde je několik klíčových úvah a kroků, které vám pomohou vybrat nejvhodnější metodu žíhání:

Pochopte složení materiálu

Různé materiály reagují na tepelné zpracování odlišně. Znalost složení vašeho materiálu je prvním krokem při výběru vhodného procesu žíhání. Například:

  • Ocel: Obvykle vyžaduje procesy jako úplné žíhání, izotermické žíhání nebo žíhání pro odstranění pnutí.
  • Neželezné kovy: Takové jako měď a hliník mohou vyžadovat různé rychlosti ochlazování a teploty.

Určete požadované mechanické vlastnosti

Identifikujte konkrétní mechanické vlastnosti, kterých potřebujete dosáhnout, jako jsou:

  • Tvrdost: Snížená tvrdost pro snadnější obrábění.
  • Tažnost: Zvýšená tažnost pro lepší tvářitelnost.
  • Pevnost: Vhodná rovnováha mezi pevností a houževnatostí.

Posuďte aktuální stav materiálu

Zvažte aktuální stav materiálu, včetně případných existujících vnitřních pnutí nebo zpevnění za studena. To pomůže určit nezbytnost a typ požadovaného procesu žíhání.

Vyhodnoťte požadavky procesu

Každý proces žíhání má specifické požadavky a výsledky. Zde jsou některé běžné metody žíhání a jejich použití:

Úplné žíhání

  • Proces: Zahřejte ocel na 20-30°C nad teplotu Ac3, podržte a poté pomalu ochlazujte v peci.
  • Used for: Hypoeutectoid steels (0.3-0.6% carbon), castings, forgings.
  • Objective: Refine grain size, homogenize structure, reduce hardness, improve machinability.

Izotermické žíhání

  • Proces: Heat above Ac3 (or Ac1), cool to the pearlite region, hold, then cool to room temperature.
  • Advantage: Shorter process time compared to full annealing.
  • Suitable for: High-carbon steel (>0.6% C), alloy tool steel, high-alloy steel (>10% alloy elements).

Stress Relief Annealing

  • Proces: Heat steel to 500-650°C (below Ac1), hold, then cool slowly in the furnace.
  • Objective: Eliminate residual internal stresses without structural changes.

Sferoidizační žíhání

  • Used for: Eutectoid and hypereutectoid steels (e.g., carbon tool steel, bearing steel).
  • Proces: Heat to 20-30°C above Ac1, hold for 2-4 hours, then cool slowly.
  • Objective: Reduce hardness, improve machinability, prepare for hardening.

Recrystallization Annealing

  • Známé také jako: Intermediate annealing.
  • Proces: Heat cold-worked steel above the recrystallization temperature (about 450°C for steel).
  • Objective: Restore ductility, reduce hardness, eliminate work hardening effects.

Diffusion Annealing (Homogenizing Annealing)

  • Proces: Heat to just below the solidus line for 10-15 hours, then cool slowly.
  • Temperature: 100-200°C above Ac3 or Accm.
  • Objective: Eliminate segregation, homogenize composition.

Partial Annealing

  • Proces: Heat between Ac1 and Ac3 (or Accm), hold, then cool slowly.
  • Main use: Obtain spheroidized pearlite in hypereutectoid steel.
  • Objective: Eliminate internal stresses, reduce hardness, improve machinability.

5. Consider Equipment Availability and Cost

Evaluate the availability of suitable heat treatment equipment and facilities. Also, consider the cost implications of the annealing process, balancing the benefits of improved material properties with the expenses involved in the process.

6. Review Safety and Environmental Factors

Ensure that the chosen annealing process complies with safety standards and environmental regulations. Some processes may produce harmful by-products or require specific safety measures.

7. Plan for Subsequent Manufacturing Steps

Consider how the annealed material will be used in subsequent manufacturing steps. The chosen annealing process should prepare the material for further processing, such as machining, forming, or additional heat treatments.

Závěr

Selecting the right annealing process involves understanding the material composition, desired mechanical properties, current material condition, and specific requirements of each annealing method. By carefully evaluating these factors, you can choose an annealing process that optimizes the performance and workability of your material, ensuring successful manufacturing outcomes.