За да може металният детайл да има необходимата работна производителност, процесът на топлинна обработка често е от съществено значение. Процесът на топлинна обработка обикновено включва три процеса на нагряване, запазване на топлината и охлаждане. Поради различни процеси, той се разделя на закаляване, темпериране, нормализиране и отгряване. Можете ли да направите разликата?
01
Какво е закаляване?
Закаляването на стоманата е да се нагрее стоманата до температура над критичната температура Ac3 (хипоевтектоидна стомана) или Ac1 (хиперевтектоидна стомана), да се поддържа топла за определен период от време, за да бъде напълно или частично аустенизирана, и след това да се охлади с скорост на охлаждане, по-голяма от критичната скорост на охлаждане. Процес на топлинна обработка за бързо и бързо охлаждане под Ms (или изотермично близо до Ms) за трансформация на мартензит (или бейнит). Обикновено обработката с твърд разтвор на алуминиева сплав, медна сплав, титанова сплав, закалено стъкло и други материали или процесът на топлинна обработка с бърз процес на охлаждане се нарича закаляване.
Целта на закаляването:
1) Подобрете механичните свойства на метални продукти или части. Например: подобряване на твърдостта и устойчивостта на износване на инструменти, лагери и др., увеличаване на границата на еластичност на пружините, подобряване на цялостните механични свойства на частите на вала и др.
2) Подобрете свойствата на материала или химичните свойства на някои специални стомани. Като например подобряване на устойчивостта на корозия на неръждаема стомана, увеличаване на постоянния магнетизъм на магнитната стомана и др.
При охлаждане и охлаждане, в допълнение към разумния избор на среда за охлаждане, се изискват и правилни методи за охлаждане. Често използваните методи за охлаждане включват главно охлаждане с една течност, охлаждане с двойна течност, степенувано охлаждане, изотермично охлаждане и частично охлаждане.
Стоманените детайли имат следните характеристики след закаляване:
① Получават се небалансирани (т.е. нестабилни) структури като мартензит, бейнит и задържан аустенит.
② Има голямо вътрешно напрежение.
③ Механичните свойства не отговарят на изискванията. Следователно, стоманените детайли обикновено трябва да бъдат закалени след закаляване.
02
Какво е темпериране?
Закаляването е процес на топлинна обработка, който загрява закалени метални продукти или части до определена температура и след това ги охлажда по определен начин след задържане за определен период от време. Закаляването е операция, която се извършва веднага след закаляването и обикновено е последната термична обработка на детайла. Процес, така че съвместният процес на закаляване и темпериране се нарича крайна обработка.
Основната цел на закаляването и темперирането е:
1) Намалете вътрешното напрежение и намалете чупливостта. Закалените части имат голямо напрежение и крехкост. Ако не бъдат темперирани навреме, те често ще се деформират или дори ще се напукат.
2) Настройте механичните свойства на детайла. След закаляване детайлът има висока твърдост и висока крехкост. За да отговори на различните изисквания за производителност на различни детайли, той може да се регулира чрез закаляване, твърдост, якост, пластичност и издръжливост.
3) Стабилен размер на детайла. Металографската структура може да бъде стабилизирана чрез темпериране, за да се гарантира, че няма да настъпи деформация при бъдеща употреба.
4) Подобрете ефективността на рязане на някои легирани стомани.
Ролята на темперирането е да:
① Подобрете стабилността на структурата, така че детайлът вече да не претърпява трансформация на тъкан по време на употреба, така че геометричният размер и производителността на детайла да останат стабилни.
② Елиминирайте вътрешното напрежение, за да подобрите работата на детайла и да стабилизирате геометричните размери на детайла.
③ Регулирайте механичните свойства на стоманата, за да отговарят на изискванията за употреба.
Причината, поради която закаляването има тези ефекти е, че когато температурата се повиши, активността на атомите се увеличава и атомите на желязото, въглерода и други легиращи елементи в стоманата могат бързо да дифундират, за да осъществят пренареждането на атомите, което ги прави нестабилни. Небалансираната организация постепенно се трансформира в стабилна балансирана организация. Облекчаването на вътрешното напрежение също е свързано с намаляването на якостта на метала с повишаване на температурата. Обикновено, когато стоманата се закалява, твърдостта и якостта намаляват, а пластичността се увеличава. Колкото по-висока е температурата на темпериране, толкова по-голяма е промяната в тези механични свойства. Някои легирани стомани с високо съдържание на легиращи елементи ще утаят някои фино зърнести метални съединения, когато се темперират в определен температурен диапазон, което ще увеличи якостта и твърдостта. Това явление се нарича вторично втвърдяване.
Изисквания за темпериране: детайлите с различна употреба трябва да бъдат темперирани при различни температури, за да отговорят на изискванията при употреба.
① Режещи инструменти, лагери, карбуризирани и закалени части и повърхностно закалени части обикновено се темперират при температура под 250 градуса. След нискотемпературно темпериране твърдостта не се променя много, вътрешното напрежение намалява и якостта леко се подобрява.
② Пружината се темперира при средна температура при 350-500 градуса, за да се получи висока еластичност и необходимата якост.
③ Частите, изработени от структурна стомана със средно въглерод, обикновено се темперират при висока температура от 500-600 градуса C, за да се получи добра комбинация от здравина и издръжливост.
Когато стоманата се закалява при около 300 градуса, нейната крехкост често се увеличава. Това явление се нарича първи тип крехкост при закаляване. По принцип не трябва да се темперира в този температурен диапазон. Някои конструкционни стомани със средна въглеродна сплав също са склонни да станат крехки, ако се охладят бавно до стайна температура след отвръщане при висока температура. Това явление се нарича втори тип закалена крехкост. Добавянето на молибден към стоманата или охлаждането в масло или вода по време на темперирането може да предотврати втория тип крехкост при отпускане. Тази крехкост може да бъде елиминирана чрез повторно нагряване на втория тип темперирана крехка стомана до първоначалната температура на темпериране.
В производството често се основава на изискванията за производителност на детайла. Според различните температури на нагряване темперирането се разделя на нискотемпературно темпериране, среднотемпературно темпериране и високотемпературно темпериране. Процесът на термична обработка, съчетаващ закаляване и последващо високотемпературно темпериране, се нарича закаляване и темпериране, тоест има добра пластичност и издръжливост, като същевременно има висока якост.
1) Нискотемпературно темпериране: 150-250 градуса, M пъти, намаляване на вътрешното напрежение и крехкостта, подобряване на пластичната издръжливост, по-висока твърдост и устойчивост на износване. Използва се за производство на измервателни инструменти, ножове и търкалящи лагери и др.
2) Закаляване при средна температура: 350-500 степен, T време, с висока еластичност, определена пластичност и твърдост. Използва се за направата на пружини, матрици за коване и др.
3) Високотемпературно темпериране: 500-650 степен, S темпериране, с добри цялостни механични свойства. Използва се за производство на зъбни колела, колянови валове и др.
03
Какво се нормализира?
Нормализирането е термична обработка, която подобрява якостта на стоманата. След като стоманеният елемент се нагрее до 30-50 градуса над температурата Ac3, той се държи за определен период от време и след това се охлажда на въздух. Основната характеристика е, че скоростта на охлаждане е по-бърза от отгряването и по-ниска от закаляването. По време на нормализирането кристалните зърна на стоманата могат да бъдат рафинирани при малко по-бързо охлаждане, не само може да се получи задоволителна якост, но също така може значително да се подобри якостта (AKV стойност), да се намали склонността към напукване на компонентите. След като някои нисколегирани горещовалцувани стоманени плочи, нисколегирани стоманени изковки и отливки се нормализират, цялостните механични свойства на материала могат да бъдат значително подобрени и производителността на рязане също се подобрява.
Нормализирането има следните цели и приложения:
① За хипоевтектоидна стомана нормализирането се използва за елиминиране на прегрятата едрозърнеста структура и структурата на Widmanstatten на отливки, изковки и заварки, както и лентовата структура в валцувани материали; рафиниране на зърна; и може да се използва като предварителна термична обработка преди закаляване.
② За хиперевтектоидна стомана нормализирането може да елиминира ретикуларния вторичен цементит и да пречисти перлита, което не само подобрява механичните свойства, но също така улеснява последващото сфероидизиращо отгряване.
③ За нисковъглеродни дълбоко изтеглени тънки стоманени плочи, нормализирането може да елиминира свободния цементит по границите на зърната, за да подобри техните свойства за дълбоко изтегляне.
④ За нисковъглеродна стомана и нисковъглеродна нисколегирана стомана, използвайте нормализиране, за да получите по-фина люспеста перлитна структура, да увеличите твърдостта до HB140-190, да избегнете феномена на "залепващ нож" по време на рязане и да подобрите обработваемост . За средно въглеродна стомана, когато може да се използва както нормализиране, така и отгряване, е по-икономично и удобно да се използва нормализиране.
⑤ За обикновена структурна стомана със средно въглерод може да се използва нормализиране вместо охлаждане и високотемпературно темпериране, когато механичните свойства не са високи, което е не само лесно за работа, но също така стабилизира структурата и размера на стоманата.
⑥ Нормализиране при висока температура (150-200 градуса над Ac3) може да намали сегрегацията на състава на отливки и изковки поради високата скорост на дифузия при висока температура. Грубите зърна след нормализиране при висока температура могат да бъдат рафинирани чрез последващо нормализиране при втора по-ниска температура.
⑦ За някои ниско и средно въглеродни легирани стомани, използвани в парни турбини и котли, нормализирането често се използва за получаване на бейнитна структура и след това се темперира при висока температура. Има добра устойчивост на пълзене, когато се използва при 400-550 градуса.
⑧ В допълнение към стоманените части и стоманените продукти, нормализирането също се използва широко при термичната обработка на сферографитен чугун за получаване на перлитна матрица и подобряване на здравината на сферографитен чугун.
Тъй като нормализирането се характеризира с въздушно охлаждане, температурата на околната среда, методът на подреждане, въздушният поток и размерът на детайла оказват влияние върху структурата и производителността след нормализиране. Нормализираната структура може да се използва и като метод за класификация на легирана стомана. Обикновено легираните стомани се разделят на перлитна стомана, бейнитна стомана, мартензитна стомана и аустенитна стомана според микроструктурата, получена чрез нагряване на проба с диаметър 25 mm до 900 градуса и въздушно охлаждане.
04
Какво е отгряване?
Отгряването е процес на термична обработка на метал, при който металът бавно се нагрява до определена температура, поддържа се достатъчно време и след това се охлажда с подходяща скорост. Термичната обработка с отгряване се разделя на пълно отгряване, непълно отгряване и отгряване за освобождаване на напрежението. Механичните свойства на отгрите материали могат да бъдат открити чрез тест за опън или тест за твърдост. Много стоманени продукти се доставят в състояние на отгряване и топлинна обработка. Тестерът за твърдост на Rockwell може да се използва за тестване на твърдостта на стоманата. За по-тънки стоманени плочи, стоманени ленти и тънкостенни стоманени тръби могат да се използват повърхностни тестери за твърдост по Рокуел за тестване на твърдостта на HRT. .
Целта на отгряването е:
① Подобрете или елиминирайте различни структурни дефекти и остатъчни напрежения, причинени от леене на стомана, коване, валцуване и заваряване, и предотвратявайте деформация и напукване на детайлите.
② Омекотете детайла за рязане.
③ Рафиниране на зърната и подобряване на структурата за подобряване на механичните свойства на детайла.
④ Извършете организационна подготовка за крайна топлинна обработка (закаляване, темпериране).
Често използвани процеси на отгряване са:
① Напълно закален. Използва се за усъвършенстване на грубата прегрята структура с лоши механични свойства след леене, коване и заваряване на средно и нисковъглеродна стомана. Загрейте детайла до 30-50 градуса над температурата, при която феритът напълно се трансформира в аустенит, дръжте го топъл за определен период от време и след това охладете бавно с пещта. По време на процеса на охлаждане аустенитът ще се трансформира отново, за да направи стоманената конструкция по-тънка.
② Сфероидизиращо отгряване. Използва се за намаляване на високата твърдост на инструментална стомана и лагерна стомана след коване. Заготовката се нагрява до 20-40 градуса над температурата, при която стоманата започва да образува аустенит, и след това бавно се охлажда след запазване на топлината. По време на процеса на охлаждане ламеларният цементит в перлита става сферичен, като по този начин намалява твърдостта.
③ Изотермично отгряване. Използва се за намаляване на високата твърдост на някои легирани конструкционни стомани с високо съдържание на никел и хром за рязане. Обикновено първо се охлажда до най-нестабилната температура на аустенита с по-бърза скорост и аустенитът се трансформира в троостит или сорбит за подходящо време и твърдостта може да бъде намалена.
④ Рекристализация отгряване. Използва се за премахване на феномена на втвърдяване (увеличаване на твърдостта и намаляване на пластичността) на метална тел и тънка плоча в процеса на студено изтегляне и студено валцуване. Температурата на нагряване обикновено е 50-150 градуса под температурата, при която стоманата започва да образува аустенит. Само по този начин може да се елиминира ефектът на втвърдяване и металът да се омекоти.
⑤ Графитизиращо отгряване. Използва се за превръщане на чугун, съдържащ голямо количество циментит, в ковък чугун с добра пластичност. Операцията на процеса е да се загрее отливката до около 950 градуса, да се поддържа топло за определен период от време и след това да се охлади правилно, за да се разложи цементитът, за да се образува група от флокулентен графит.
⑥ Дифузионно отгряване. Използва се за хомогенизиране на химичния състав на отливките от сплави и подобряване на техните характеристики. Методът е да се нагрее отливката до възможно най-високата температура, без да се топи, и да се поддържа топло за дълго време, след което да се охлади бавно, след като дифузията на различни елементи в сплавта има тенденция да бъде равномерно разпределена.
⑦ Отгряване за облекчаване на напрежението. Използва се за премахване на вътрешното напрежение на стоманени отливки и заварки. За продукти от желязо и стомана, нагряти до 100-200 градуса под температурата, при която започва да се образува аустенит, охлаждането на въздух след запазване на топлината може да елиминира вътрешното напрежение
