A PWHT típusai

A hegesztés utáni hőkezelés (PWHT) gyakran előírás a hegesztési szabványokban és előírásokban bizonyos anyagok, például a szénacélok esetében. A PWHT csökkenti a maradékfeszültségeket, miközben javítja a hegesztett fémalkatrészek szívósságát és alakíthatóságát.

A magasabb hőmérsékleten végzett PWHT nem csupán enyhíti és átelosztja a maradék feszültségeket, hanem olyan edzési, kicsapódási vagy öregedési folyamatokat is kiválthat, amelyek edzési, kicsapódási vagy öregedési hatásokat eredményeznek – bár ezek a kohászati változások potenciálisan ronthatják a mechanikai tulajdonságokat; a mechanikai tulajdonságok romlásának elkerülése érdekében tanácsos szakértői tanácsot kérni a PWHT-kezelések elvégzéséhez szükséges optimális időtartamokról és hőmérsékletekről.

Edzés

A temperálás megszünteti a keményedés során keletkezett belső feszültségeket, javítja a képlékenységet és csökkenti a katasztrofális törés kockázatát. A temperálás emellett növeli a rugalmasságot is, így az anyagok hatékonyabban képesek ellenállni az ütéseknek, a feszültségeknek, valamint a ciklikus terheléseknek.

A temperálás az a folyamat, amelynek során az anyagokat fokozatosan melegítik fel a repedések elkerülése érdekében, majd egy bizonyos hőmérsékleten hosszabb ideig tartják őket – általában vastagságuk minden egyes hüvelykére egy órán át. A különböző hőmérsékletek és időtartamok eltérő mechanikai tulajdonságokat eredményeznek; a folyamat során alkalmazandó ideális időtartamokról és hőmérsékletekről célszerű egy képzett kohász szakértővel konzultálni.

Az optimális eredmények eléréséhez pontos hőmérséklet-szabályozásra van szükség; a túl hosszú idő vagy a túlmelegedés torzulást vagy szilárdságvesztést okozhat, ami a tervezési határértékeket meghaladó maradékfeszültségeket eredményez, és ez hegesztési hibákhoz vezethet. A edzett acél elengedhetetlen a tartósság, a megbízhatóság és a minőség szempontjából, függetlenül attól, hogy biztonsági tűk vagy egy 80 000 férőhelyes stadion építéséhez használják-e; figyelemre méltó vizuális jellemzői azonnali betekintést nyújtanak átalakulásába: a világos sárga árnyalatok a lágy jelleget jelzik, míg a mélykék színek kiemelkedő szilárdságot és merevséget jeleznek.

Normalizálás

A hegesztett alkatrészek hegesztés utáni hőkezelése finomítja a szemcsés szerkezetet, csökkenti a bennük fellépő feszültségeket és javítja a szívósságot, ami kevesebb torzulást eredményez a végső megmunkálás során, és időt és pénzt takarít meg a gyártás során.

A normalizálás olyan folyamat, amelynek során az anyagot a felső kritikus pontjánál magasabb hőmérsékletre hevítik (ferrit-perlit acélok esetében az Ac3 hőmérsékletre), ott a keresztmetszet vastagságával arányos ideig tartják, majd mozdulatlan levegőben lassan lehűtik. Ez martenzit, bainit és perlit mikroszerkezetet hoz létre, ami a teljes lágyításhoz képest erősebb, ugyanakkor képlékenyebb eredményeket biztosít.

A normalizálás egy kulcsfontosságú folyamat, amelynek segítségével az anyagokat előkészítik a későbbi műveletekre, például az alakításra, az öntésre vagy a hegesztésre. A normalizálás a karbonizálási folyamatok szempontjából is elengedhetetlen, mivel segít minimalizálni a méretváltozásokat a karbonizálási ciklusok során, és biztosítja az egyenletesebb mikroszerkezetet. Ezenkívül a hirtelen lehűtött és temperált karbonizált acélok általában nagyobb szívósságot mutatnak a normalizálás után.

Érlelés/Kicsapódás

A kicsapásos edzés hatékony módszer bizonyos ötvözetcsaládok szilárdságának növelésére. Működési elve az, hogy elkülöníti azokat a specifikus vegyületeket, amelyek összekötik az anyagokat és megakadályozzák azok mozgását a rácsszerkezeten belül, így növelve a szilárdságot, miközben egyúttal hozzájárulnak a repedések kialakulásának megelőzéséhez.

Akárcsak a temperálás esetében, a kicsapódásos megerősítésnél is finom egyensúlyt kell kialakítani a magképződést előidéző termodinamikai erők és a diffúziós korlátok között. A hőmérséklet további emelkedésével az oldott részecskék kicsapódásmentes zónákat (PFZ-ket) kezdenek kialakítani. Ezek a területek heterogén magképződési helyszínekként szolgálnak a kicsapódások kialakulásához, amelyek drámai módon megváltoztathatják a mechanikai tulajdonságokat, például a szakítószilárdságot és a képlékenységet.

Az anyag keménységét a kicsapódások mérete és alakja határozza meg. Az a PFZ, amelyben a szemcsék határai mentén eloszló, durva ’b” kicsapódások találhatók, ideális az anyag szilárdságának növeléséhez és a képlékenység javításához; azonban a feszültségi öregítés során az öregedés csúcspontjának közeledtével gyakran finomabb, tűszerű kicsapódások egyenletesebb eloszlása alakul ki.

Hidrogén-kibocsátás

Ebben a tanulmányban hengeres szakítópróbadarabokat készítettek hegesztett szerkezeti profilokból mind a hegesztés utáni (AW), mind a renormalizált és hőkezelt PWHT-2 anyagállapotokban, szobahőmérsékleten végzett ciklikus vizsgálatokhoz hidrogénmentes, illetve elektrolitikusan hidrogénnel feltöltött körülmények között. A kapott mechanikai adatokat ezután összevetették a mikroszerkezeti megfigyelésekkel, valamint a töréskép-elemzési eredményekkel.

A PWHT-kezelés jelentősen csökkentette a hegesztett szerkezetek hidrogénreakciós törésérzékenységét az AW-állapothoz képest, mivel a PWHT lágyító hatást gyakorolt a hegesztett fémre, ami ciklikus terhelés mellett a HAGB mentén a GBF-nél intenzívebb alakváltozás-felhalmozódáshoz vezetett.

Ez a hidrogénkoncentráció emelkedésével egyértelműen megmutatkozott, amit az “Rm” és “Rp0,2” terhelés-elmozdulás görbék, valamint a töréskori maximális nyúlás (“ELmax”) csökkenése jelzett. Ezen felül magas hidrogénszintek mellett a képlékenység jelentősen csökkent – különösen a renormalizált és edzett PWHT-WM minták esetében, ahol 4 ml/100 g Fe-nél váratlan csökkenés következett be.