Účelom tepelného spracovania je zlepšiť mechanické vlastnosti oceľových rúr a presných oceľových rúr, odstrániť zvyškové napätia a zlepšiť obrobiteľnosť oceľových kovov. V závislosti od konkrétnych cieľov možno procesy tepelného spracovania rozdeliť do dvoch kategórií: prípravné tepelné spracovanie a konečné tepelné spracovanie.
Prípravné tepelné spracovanie
Cieľom prípravného tepelného spracovania je zlepšiť spracovateľnosť, eliminovať vnútorné pnutie a pripraviť priaznivú metalurgickú štruktúru na konečné tepelné spracovanie. Zahrnuté procesy zahŕňajú žíhanie, normalizáciu, starnutie a kalenie a temperovanie.
(1) Žíhanie a normalizácia
Žíhanie a normalizácia sa aplikuje na polotovary opracované za tepla. Uhlíkové ocele a legované ocele s obsahom uhlíka vyšším ako 0,5 % sú často žíhané, aby sa znížila ich tvrdosť a uľahčilo sa rezanie. Naopak, tie s obsahom uhlíka nižším ako 0,5 % podliehajú normalizácii, aby sa predišlo nadmernej mäkkosti, ktorá môže viesť k prilepeniu nástroja počas rezania. Žíhanie a normalizácia tiež zušľachťuje štruktúry zŕn, homogenizuje mikroštruktúry a pripravuje materiál na následné tepelné spracovanie. Tieto procesy sa zvyčajne vykonávajú po výrobe polotovaru a pred hrubým obrábaním.
(2) Liečba starnutia
Ošetrenie starnutím sa primárne používa na elimináciu vnútorného napätia vznikajúceho počas výroby a obrábania polotovarov. Pre diely vyžadujúce všeobecnú presnosť stačí jedno ošetrenie starnutím pred dokončením, aby sa zabránilo nadmernej preprave. Pre diely s vyššími požiadavkami na presnosť (ako je skriňa súradnicovej vyvrtávačky) však môžu byť potrebné dve alebo viac úprav starnutia. Jednoduché časti vo všeobecnosti nevyžadujú ošetrenie starnutím.
Okrem odliatkov sa presné diely so slabou tuhosťou (napr. presné vodiace skrutky) často podrobujú viacnásobnému starnutiu medzi hrubým a polodokončovacím obrábaním, aby sa eliminovalo vnútorné napätie a stabilizovala presnosť spracovania. Niektoré axiálne časti vyžadujú po narovnaní aj ošetrenie starnutím.
(3) Kalenie a temperovanie
Kalenie a popúšťanie zahŕňa kalenie, po ktorom nasleduje popúšťanie pri vysokej teplote. Tento proces poskytuje rovnomernú a jemnozrnnú temperovanú sorbitovú štruktúru, ktorá pripravuje materiál na zníženú deformáciu počas následného povrchového kalenia a nitridácie. Kalenie a temperovanie teda môže slúžiť aj ako prípravné tepelné spracovanie.
Vďaka svojim vynikajúcim komplexným mechanickým vlastnostiam môže byť kalenie a popúšťanie použité aj ako konečné tepelné spracovanie dielov s miernymi požiadavkami na tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu.
Konečné tepelné spracovanie
Cieľom konečného tepelného spracovania je zlepšiť mechanické vlastnosti, ako je tvrdosť, odolnosť proti opotrebovaniu a pevnosť.
(1) Kalenie
Kalenie môže byť povrchové kalenie alebo cez kalenie. Povrchové kalenie je široko používané kvôli minimálnej deformácii, oxidácii a oduhličeniu. Ponúka vysokú vonkajšiu pevnosť, dobrú odolnosť proti opotrebeniu a zachováva si dobrú vnútornú húževnatosť a odolnosť proti nárazu. Na zlepšenie mechanických vlastností povrchovo kalených dielov sa často vopred vykonáva prípravné tepelné spracovanie, ako je kalenie a popúšťanie alebo normalizácia. Typický procesný tok je: rezanie → kovanie → normalizácia (alebo žíhanie) → hrubé obrábanie → kalenie a popúšťanie → polodokončovacie obrábanie → povrchové kalenie → dokončovacie obrábanie.
(2) Nauhličovanie a kalenie
Nauhličovanie a kalenie sú vhodné pre nízkouhlíkové a nízkolegované ocele. Tento proces zvyšuje obsah uhlíka na povrchu dielu, čo vedie k vysokej povrchovej tvrdosti po kalení, zatiaľ čo jadro si zachováva strednú pevnosť, vysokú húževnatosť a plasticitu. Nauhličovanie môže byť úplné alebo čiastočné, pričom čiastočné nauhličovanie vyžaduje opatrenia proti nauhličovaniu (napr. pomedenie alebo antikarburizačné povlaky) pre nenauhličované oblasti. Kvôli značnej deformácii a hĺbke nauhličovania zvyčajne medzi 0,5 a 2 mm je proces nauhličovania vo všeobecnosti naplánovaný medzi polodokončením a konečným obrábaním.
Typický procesný tok je: rezanie → kovanie → normalizácia → hrubé a polodokončovacie obrábanie → nauhličovanie a kalenie → dokončovacie obrábanie.
Keď sa nenauhličená časť čiastočne nauhličenej časti zväčší, aby sa umožnilo odstránenie prebytočných nauhličených vrstiev, tento krok odstránenia by sa mal uskutočniť po nauhličení, ale pred kalením.
(3) Nitridácia
Nitridácia zahŕňa infiltráciu atómov dusíka do povrchu kovu za vzniku vrstvy zlúčenín dusíka. Nitridovaná vrstva zvyšuje tvrdosť povrchu dielu, odolnosť proti opotrebovaniu, únavovú pevnosť a odolnosť proti korózii. Keďže nitridácia prebieha pri nízkych teplotách s minimálnou deformáciou a vytvára tenkú vrstvu (zvyčajne nie viac ako 0.6-0,7 mm), proces nitridácie by sa mal naplánovať čo najneskôr. Aby sa minimalizovala deformácia počas nitridácie, po rezaní sa zvyčajne vykonáva vysokoteplotné temperovanie na uvoľnenie napätia.
