Wiedza
Obróbka cieplna stali - piece hartownicze
Hartowanie – to proces obróbki cieplnej polegającej na zwiększeniu twardości stali.
Podstawowe metody hartowania:
- Hartowanie zwykłe
- Hartowanie stopniowe
- Hartowanie izotermiczne
- Hartowanie powierzchniowe
Hartowanie stopniowe to metoda hartowania polegająca na stopniowym obniżaniu temperatury stali po nagrzaniu jej do temperatury przekraczającej punkt krytyczny. Zazwyczaj stosuje się w przypadku stali o dużej grubości, gdzie hartowanie zwykłe może spowodować pęknięcia i deformacje.
Hartowanie izotermiczne to proces, który polega na ograniczeniu szybkości ochładzania stali, a następnie utrzymaniu jej w stałej temperaturze przez określony czas. Dzięki temu procesowi uzyskuje się jednolitą twardość stali na całej jej powierzchni.
Hartowanie powierzchniowe to metoda hartowania, która polega na hartowaniu tylko powierzchni stali, pozostawiając jej wnętrze miękkie i elastyczne. Jest to proces stosowany w przypadku elementów maszyn, które wymagają twardości na powierzchni, ale jednocześnie muszą zachować pewną elastyczność.
Hartowanie jest procesem niezbędnym w wielu gałęziach przemysłu, takich jak przemysł motoryzacyjny, budownictwo, lotnictwo czy przemysł metalowy. Odpowiednio hartowana stal może być wykorzystywana do produkcji elementów konstrukcyjnych, narzędzi, sprzętu rolniczego i ogrodniczego oraz sprzętu sportowego.
Proces hartowania musi być przeprowadzony z odpowiednią precyzją, aby uzyskać oczekiwaną twardość stali. Dlatego też ważne jest, aby stosować odpowiednie narzędzia oraz technologie.
Odpuszczanie – jest procesem termicznym, który następuje po hartowaniu i ma na celu zmniejszenie twardości stali oraz zmniejszenie jej kruchości, przy jednoczesnym zwiększeniu jej elastyczności i wytrzymałości na uderzenia.
Podczas hartowania, struktura stali ulega zmianom, co może prowadzić do powstania naprężeń wewnętrznych. Odpuszczanie polega na ograniczeniu tych naprężeń, co pozwala na zwiększenie trwałości i stabilności elementu.
Proces odpuszczania polega na podgrzaniu zahartowanego elementu do temperatury określonej dla danego typu stali, zazwyczaj wynoszącej od 150°C do 650°C. Stal jest przetrzymywana w takiej temperaturze przez określony czas, w zależności od grubości elementu oraz wymagań technologicznych.
Po przetrzymaniu w odpowiedniej temperaturze, element jest stopniowo schładzany w powietrzu lub w specjalnych urządzeniach chłodzących. Ważne jest, aby proces chłodzenia był przeprowadzony w kontrolowany sposób, tak aby uniknąć powstania naprężeń wewnętrznych.
Odpuszczanie jest ważnym etapem w procesie obróbki cieplnej stali i pozwala na uzyskanie pożądanych właściwości mechanicznych oraz zmniejszenie ryzyka pęknięć i deformacji elementów. Jest to proces wykorzystywany w wielu gałęziach przemysłu, w tym w produkcji narzędzi, elementów maszyn, konstrukcji stalowych, a także w produkcji noży i broni.
Austenityzacja – to proces obróbki termicznej stali, który polega na ogrzaniu stali do temperatury powyżej punktu krytycznego, a następnie kontrolowanym schłodzeniu. Proces ten umożliwia uzyskanie struktury austenitu, co pozwala na przeprowadzenie innych procesów obróbki termicznej i zmianę właściwości mechanicznych stali.
Podczas austenityzacji stali, temperatura jest kontrolowana i utrzymywana w zakresie od 800°C do 1000°C, w zależności od składu chemicznego i właściwości stali. Czas trwania procesu zależy od grubości elementu i wymaganych właściwości mechanicznych, ale zazwyczaj trwa kilka minut do kilku godzin. Po osiągnięciu odpowiedniej temperatury, stal jest schładzana w sposób kontrolowany, aby przekształcić ją w austenit.
Austenityczna struktura stali charakteryzuje się wyższą zawartością węgla i innych pierwiastków stopowych niż struktura ferrytyczna (powstała podczas normalizacji lub spowolnionego chłodzenia). Jest to struktura związana z ciałem stałym, w której atomowa sieć krystaliczna jest regularna i przypomina tworzenie kubikowej siatki. Austenit jest bardziej plastyczny i elastyczny niż ferryt, co sprawia, że staje się dobrym substratem do dalszych procesów obróbki.
Austenityzacja jest stosowana w celu zmiany właściwości mechanicznych stali, takich jak twardość, wytrzymałość i odporność na zużycie. Po austenityzacji, stal może być poddana innym procesom obróbki termicznej, takim jak hartowanie i odpuszczanie. Proces ten jest szczególnie przydatny dla stali o wysokiej zawartości węgla i stopów, które wymagają specjalnych właściwości mechanicznych.
Normalizacja – jest jednym z procesów obróbki termicznej stosowanych w przemyśle metalurgicznym. Polega na ogrzaniu stali do temperatury powyżej punktu krytycznego, a następnie równomiernym schłodzeniu w powietrzu lub na płaskim podłożu. Proces ten ma na celu zmniejszenie rozmiaru ziarna oraz ujednolicenie struktury stali, co prowadzi do poprawy jej właściwości mechanicznych.
Normalizacja stali jest procesem, który stosuje się w celu usunięcia naprężeń wewnętrznych, które mogą powstać w stali podczas procesów obróbki mechanicznej lub hartowania. W wyniku tych procesów stali może ulec odkształceniu, co z kolei wpływa na jej właściwości mechaniczne i wytrzymałość. Normalizacja pozwala zniwelować te negatywne skutki, dzięki czemu stal uzyskuje jednorodną strukturę oraz zwiększoną wytrzymałość.
Proces normalizacji polega na ogrzaniu stali do temperatury powyżej punktu krytycznego, czyli około 900-950°C dla stali węglowych. Następnie stali zostaje schłodzona równomiernie w powietrzu lub na płaskim podłożu. Czas chłodzenia oraz temperatura procesu normalizacji są uzależnione od rodzaju i grubości materiału. Proces ten ma na celu równomierne rozłożenie struktury stali oraz zmniejszenie jej rozmiaru ziarna.
Normalizacja stosowana jest w procesach produkcji stali, w tym w produkcji elementów maszynowych, narzędzi, części samochodowych, czy elementów konstrukcyjnych. Dzięki temu procesowi, stal uzyskuje jednorodną i stabilną strukturę, co przekłada się na zwiększenie jej wytrzymałości i odporności na uszkodzenia.
Warto zauważyć, że normalizacja jest jednym z procesów, który pozwala na poprawę właściwości mechanicznych stali. Proces ten jest stosunkowo łatwy w realizacji, a jednocześnie daje wiele korzyści w postaci poprawy wytrzymałości i odporności stali. Wszystko to sprawia, że normalizacja jest bardzo popularna w przemyśle metalurgicznym i szeroko stosowana w produkcji różnego rodzaju elementów.
Sterowanie piecami
Regulator PID
Wyróżnia się regulatory o działaniu ciągłym P, I, PI, PD oraz PID
P – proporcjonalny
I – całkujący,
PI – proporcjonalno – całkujący
PD – proporcjonalno – różniczkujący
PID – proporcjonalno – całkująco – różniczkowy
PID (Proportional – Integral – Derivative Controller) – używa się w przypadku procesów, które wymagają dokładnego sterowania temperaturą, natężeniem przepływu, ciśnieniem lub innymi sygnałami. Zadaniem regulatora jest utrzymanie wartości wyjściowej tzw. zadanej.
W piecach hartowniczych wykorzystujemy regulatory PID manualne oraz wielo krokowe.
Regulatory wielokrokowe
Wykorzystujemy również regulatory temperatury z regulacją programową, które doskonale sprawdzają się w procesie hartowania. Zasada działania polega na zaprogramowaniu regulatora w maksymalnie 8 krokach przy pomocy tzw. krzywej grzania. Każdy z kroków składa się z trzech nastaw.
– temperatury zadanej,
– czasu narastania, w którym będzie osiągał temperaturę maksymalną danego kroku przez maksymalnie 99 godzin 99 minut,
– czasu przetrzymania w zadanej temperaturze maksymalnie 99 godzin 99 minut.
Regulatory wielo krokowe oprócz tego, że mogą pracować w sposób programowalny mają zaletę w postaci możliwości podłączenia alarmu, który powiadomi nas o zakończonym procesie.
