Proces tepelného spracovania

Tepelné spracovanie sa vzťahuje na proces tepelného spracovania kovu, pri ktorom je materiál v pevnom stave pomocou zahrievania, tepelnej ochrany a chladenia, aby sa získala požadovaná štruktúra a vlastnosti.

1. Normalizácia: ohrievanie ocele alebo oceľových častí na vhodnú teplotu nad kritickým bodom AC3 alebo ACM počas určitého časového obdobia a následné ochladenie na vzduchu, aby sa dosiahol proces tepelného spracovania perlitovej štruktúry.

2. Žíhanie: Obrobok z hypoeutektoidnej ocele sa zahreje na 20-40 stupňov nad AC3 a po určitom čase sa pomaly ochladí v peci (alebo sa pochová v piesku alebo ochladí vo vápne) na tepelné spracovanie proces ochladzovania na vzduchu pod 500 stupňov .

3. Tepelné spracovanie v tuhom roztoku: zliatina sa zahrieva na vysokoteplotnú jednofázovú oblasť a udržiava sa na konštantnej teplote, takže prebytočná fáza sa úplne rozpustí v tuhom roztoku a potom sa rýchlo ochladí, aby sa získal presýtený tuhý roztok.

4. Starnutie: Po tom, čo je zliatina podrobená tepelnému spracovaniu v roztoku alebo plastickej deformácii za studena, keď je zliatina umiestnená pri izbovej teplote alebo udržiavaná mierne nad teplotou miestnosti, jej vlastnosti sa časom menia.

5. Ošetrenie tuhým roztokom: úplne rozpustite rôzne fázy v zliatine, spevnite tuhý roztok, zlepšite húževnatosť a odolnosť proti korózii, odstráňte napätie a zmäknite, aby sa pokračovalo v spracovaní a tvarovaní.

6. Spracovanie starnutím: Zahrievanie a udržiavanie teploty na teplote precipitácie spevňovacej fázy, aby sa spevňovacia fáza vyzrážala, vytvrdila a zlepšila sa pevnosť.

7. Kalenie: Proces tepelného spracovania, pri ktorom sa oceľ austenitizuje a potom ochladí vhodnou rýchlosťou chladenia, takže obrobok môže prejsť martenzitovými a inými nestabilnými transformáciami mikroštruktúry v celom priereze alebo v určitom rozsahu jeho prierezu.

8. Temperovanie: Kalený obrobok sa na určitú dobu zahrieva na vhodnú teplotu pod kritickým bodom AC1 a potom sa ochladí spôsobom, ktorý spĺňa požiadavky na získanie požadovanej štruktúry a vlastností.

9. Karbonitridácia ocele: Karbonitridácia je proces súčasného infiltrovania uhlíka a dusíka do povrchu ocele. Tradične sa karbonitridácia, tiež známa ako kyanidácia, široko používa pri strednoteplotnej plynovej karbonitridácii a nízkoteplotnej plynovej karbonitridácii (tj plynovej mäkkej nitridácii). Hlavným účelom plynovej karbonitridácie pri strednej teplote je zlepšiť tvrdosť, odolnosť proti opotrebovaniu a únavovú pevnosť ocele. Nízkoteplotná plynová karbonitridácia je hlavne nitridácia a jej hlavným účelom je zlepšiť odolnosť ocele proti opotrebovaniu a zadieraniu.

10. Kalenie a popúšťanie: Vo všeobecnosti je obvyklé kombinovať tepelné spracovanie s kalením a popúšťaním pri vysokej teplote ako kalenie a popúšťanie. Spracovanie kalením a popúšťaním je široko používané v rôznych dôležitých konštrukčných častiach, najmä v ojniciach, skrutkách, ozubených kolesách a hriadeľoch, ktoré pracujú pri striedavom zaťažení. Temperovaná sorbitová štruktúra sa získa po kalení a temperovaní a jej mechanické vlastnosti sú lepšie ako normalizovaná sorbitová štruktúra s rovnakou tvrdosťou. Jeho tvrdosť závisí od vysokej teploty popúšťania a súvisí so stabilitou ocele pri popúšťaní a veľkosťou časti obrobku, zvyčajne medzi HB200-350.

11. Spájkovanie: proces tepelného spracovania, pri ktorom sa dva obrobky zahrievajú, roztavia a spoja sa spájkovacím prídavným kovom.

Po druhé, charakteristiky procesu

Tepelné spracovanie kovov je jedným z dôležitých procesov vo výrobe strojov. Tepelné spracovanie v porovnaní s inými procesmi spracovania vo všeobecnosti nemení tvar a celkové chemické zloženie obrobku, ale mení mikroštruktúru vo vnútri obrobku alebo mení chemické zloženie povrchu obrobku. , poskytnúť alebo zlepšiť výkon obrobku. Vyznačuje sa zlepšením vnútornej kvality obrobku, ktorá vo všeobecnosti nie je viditeľná voľným okom. Aby kovový obrobok mal požadované mechanické vlastnosti, fyzikálne vlastnosti a chemické vlastnosti, okrem rozumného výberu materiálov a rôznych procesov tvárnenia je často nevyhnutný proces tepelného spracovania. Oceľ je najpoužívanejším materiálom v strojárskom priemysle. Mikroštruktúra ocele je zložitá a možno ju kontrolovať tepelným spracovaním. Preto je tepelné spracovanie ocele hlavným obsahom tepelného spracovania kovov. Okrem toho hliník, meď, horčík, titán atď. a ich zliatiny môžu tiež meniť svoje mechanické, fyzikálne a chemické vlastnosti tepelným spracovaním, aby sa dosiahol odlišný výkon.

3. Proces

Proces tepelného spracovania vo všeobecnosti zahŕňa tri procesy zahrievania, uchovávania tepla a chladenia a niekedy existujú iba dva procesy zahrievania a chladenia. Tieto procesy sú vzájomne prepojené a neprerušované.

Ohrev je jedným z dôležitých procesov tepelného spracovania. Existuje mnoho spôsobov ohrevu na tepelné spracovanie kovov. Najstaršie využívali ako zdroje tepla drevené uhlie a uhlie a v poslednej dobe sa používali kvapalné a plynné palivá. Vďaka použitiu elektriny je vykurovanie ľahko ovládateľné a nezaťažuje životné prostredie. Tieto zdroje tepla je možné použiť na priamy ohrev alebo nepriamy ohrev cez roztavené soli alebo kovy, ako aj plávajúce častice.

Pri zahrievaní kovu je obrobok vystavený vzduchu, často dochádza k oxidácii a oduhličeniu (teda k zníženiu obsahu uhlíka na povrchu oceľového dielu), čo má veľmi nepriaznivý vplyv na povrchové vlastnosti oceľového dielu. časti po tepelnom spracovaní. Preto by sa kov mal zvyčajne zahrievať v kontrolovanej atmosfére alebo ochrannej atmosfére, v roztavenej soli a vo vákuu, a môže sa tiež chrániť metódami poťahovania alebo balenia.

Teplota ohrevu je jedným z dôležitých procesných parametrov procesu tepelného spracovania. Výber a kontrola teploty ohrevu sú hlavnými otázkami na zabezpečenie kvality tepelného spracovania. Teplota zahrievania sa mení v závislosti od kovového materiálu, ktorý sa má spracovať, a účelu tepelného spracovania, ale vo všeobecnosti sa zahrieva nad teplotu fázového prechodu, aby sa získala vysokoteplotná štruktúra. Transformácia navyše trvá určitý čas. Preto, keď povrch kovového obrobku dosiahne požadovanú teplotu ohrevu, musí sa udržiavať na tejto teplote počas určitého časového obdobia, aby boli vnútorné a vonkajšie teploty konzistentné a mikroštruktúra sa úplne zmenila. Toto časové obdobie sa nazýva čas zdržania. Pri použití ohrevu s vysokou hustotou energie a povrchového tepelného spracovania je rýchlosť ohrevu extrémne rýchla a vo všeobecnosti neexistuje žiadna doba zdržania, zatiaľ čo doba zdržania chemického tepelného spracovania je často dlhšia.

Chladenie je tiež nevyhnutným krokom v procese tepelného spracovania. Spôsob chladenia sa líši v závislosti od rôznych procesov, pričom sa riadi hlavne rýchlosť chladenia. Vo všeobecnosti je rýchlosť ochladzovania žíhania najpomalšia, rýchlosť ochladzovania normalizácie je rýchlejšia a rýchlosť ochladzovania ochladzovania je rýchlejšia. Existujú však aj rôzne požiadavky v dôsledku rôznych druhov ocele. Napríklad dutá kalená oceľ môže byť kalená rovnakou rýchlosťou chladenia ako normalizácia.

Po štvrté, klasifikácia procesov

Proces tepelného spracovania kovov možno zhruba rozdeliť do troch kategórií: celkové tepelné spracovanie, povrchové tepelné spracovanie a chemické tepelné spracovanie. Podľa rôzneho vykurovacieho média, teploty ohrevu a spôsobu chladenia možno každú kategóriu rozdeliť do niekoľkých rôznych procesov tepelného spracovania. Ten istý kov využíva rôzne procesy tepelného spracovania na získanie rôznych štruktúr, a teda má rôzne vlastnosti. Oceľ je najrozšírenejším kovom v priemysle a mikroštruktúra ocele je tiež najzložitejšia, takže existuje veľa druhov procesov tepelného spracovania ocele.

Celkové tepelné spracovanie je proces tepelného spracovania kovu, ktorý ohrieva obrobok ako celok a potom ho ochladzuje vhodnou rýchlosťou, aby sa získala požadovaná metalografická štruktúra na zmenu jeho celkových mechanických vlastností. Celkové tepelné spracovanie ocele má vo všeobecnosti štyri základné procesy: žíhanie, normalizácia, kalenie a popúšťanie.

Proces znamená:

Žíhaním je zahriať obrobok na vhodnú teplotu, prijať rôzne doby držania podľa materiálu a veľkosti obrobku a potom ho pomaly ochladiť, účelom je dosiahnuť, aby vnútorná štruktúra kovu dosiahla alebo sa priblížila k rovnovážnemu stavu. procesný výkon a výkon, alebo na ďalšie uhasenie Pripravte sa na organizáciu.

Normalizácia je zahriatie obrobku na vhodnú teplotu a následné ochladenie na vzduchu. Účinok normalizácie je podobný ako pri žíhaní, ale získaná štruktúra je jemnejšia. Často sa používa na zlepšenie rezného výkonu materiálov a niekedy sa používa pre niektoré časti s nízkymi požiadavkami. ako konečné tepelné spracovanie.

Kalenie je rýchle ochladenie obrobku v kaliacom médiu, ako je voda, olej alebo iné anorganické soli a organické vodné roztoky po zahriatí a udržiavaní obrobku v teple. Oceľ po kalení stvrdne, no zároveň skrehne. Aby sa krehkosť odstránila včas, je spravidla potrebné včas temperovať.

Aby sa znížila krehkosť oceľových častí, kalené oceľové časti sa dlhodobo udržiavajú pri vhodnej teplote vyššej ako je izbová teplota, ale nižšej ako 650 °C, a potom sa ochladia. Tento proces sa nazýva temperovanie. Žíhanie, normalizácia, kalenie a temperovanie sú „štyri požiare“ v celkovom tepelnom spracovaní. Spomedzi nich sú kalenie a popúšťanie úzko spojené a často sa používajú spoločne a ani jedno nie je nevyhnutné. „Štyri požiare“ vyvinuli rôzne procesy tepelného spracovania s rôznymi teplotami ohrevu a metódami chladenia. Aby sa dosiahla určitá pevnosť a húževnatosť, proces kombinovania kalenia a popúšťania pri vysokej teplote sa nazýva kalenie a popúšťanie. Potom, čo sú niektoré zliatiny ochladené za vzniku presýteného tuhého roztoku, sú udržiavané pri izbovej teplote alebo mierne vyššej vhodnej teplote po dlhú dobu, aby sa zlepšila tvrdosť, pevnosť alebo elektrické a magnetické vlastnosti zliatiny. Takýto proces tepelného spracovania sa nazýva ošetrenie starnutím.

Metóda efektívnej a tesnej kombinácie tlakovej deformácie a tepelného spracovania, aby obrobok získal dobrú pevnosť a húževnatosť, sa nazýva deformačné tepelné spracovanie; tepelné spracovanie v podtlakovej atmosfére alebo vákuu sa nazýva vákuové tepelné spracovanie, ktoré nielenže robí obrobok neoxidovaným alebo dekarbonizovaným, povrch obrobku po spracovaní zostáva hladký a výkon obrobku sa zlepšuje.

Povrchové tepelné spracovanie je proces tepelného spracovania kovu, ktorý ohrieva iba povrch obrobku, aby sa zmenili mechanické vlastnosti povrchu. Aby sa zohriala iba povrchová vrstva obrobku bez toho, aby do vnútra obrobku prešlo príliš veľa tepla, musí mať použitý zdroj tepla vysokú hustotu energie, to znamená, že obrobku sa dostane väčšie množstvo tepelnej energie. na jednotku plochy, takže povrchová vrstva alebo lokálna plochaobrobok môže byť krátkodobý alebo okamžitý. dosiahnuť vysokú teplotu. Hlavnými metódami povrchového tepelného spracovania sú kalenie plameňom a tepelné spracovanie indukčným ohrevom. Bežne používané zdroje tepla sú plamene ako oxyacetylén alebo oxypropán, indukovaný prúd, laser a elektrónový lúč.

Chemické tepelné spracovanie je proces tepelného spracovania kovov, ktorý mení chemické zloženie, štruktúru a vlastnosti povrchu obrobku. Rozdiel medzi chemickým tepelným spracovaním a povrchovým tepelným spracovaním je v tom, že prvé mení chemické zloženie povrchu obrobku. Chemické tepelné spracovanie spočíva v zahriatí obrobku v médiu (plyn, kvapalina, tuhá látka) obsahujúcom uhlík, soľ alebo iné legujúce prvky a jeho udržanie po dlhú dobu, takže povrchová vrstva obrobku je infiltrovaná prvkami, ako je uhlík. , dusík, bór a chróm. Po infiltrácii prvkov sa niekedy uskutočňujú ďalšie procesy tepelného spracovania, ako je kalenie a temperovanie. Hlavnými metódami chemického tepelného spracovania sú nauhličovanie, nitridácia a metalizácia.

Tepelné spracovanie je jedným z dôležitých procesov pri výrobe mechanických dielov a nástrojov. Všeobecne povedané, môže zabezpečiť a zlepšiť rôzne vlastnosti obrobku, ako je odolnosť proti opotrebeniu, odolnosť proti korózii atď. Môže tiež zlepšiť štruktúru a stav napätia polotovaru, aby sa uľahčilo rôzne spracovanie za studena a za tepla.

Napríklad: biela liatina môže byť po dlhodobom žíhaní na zlepšenie plasticity tvárnou liatinou; ozubené kolesá využívajú správny proces tepelného spracovania a životnosť môže byť dvojnásobná alebo niekoľkonásobne vyššia ako životnosť ozubených kolies bez tepelného spracovania; Infiltrácia niektorých legujúcich prvkov má niektoré drahé vlastnosti legovanej ocele, ktoré môžu nahradiť niektoré žiaruvzdorné ocele a nehrdzavejúce ocele; takmer všetky nástroje a matrice musia byť pred použitím tepelne spracované.

Prečo musia byť oceľové rúry tepelne ošetrené?

Funkciou tepelného spracovania je zlepšiť mechanické vlastnosti oceľových rúr a presných oceľových rúr, odstrániť zvyškové napätie a zlepšiť výkon pri obrábaní oceľových rúr.

Podľa rôznych účelov tepelného spracovania možno proces tepelného spracovania rozdeliť do dvoch kategórií: predbežné tepelné spracovanie a konečné tepelné spracovanie.

1. Prípravné tepelné spracovanie

Účelom prípravného tepelného spracovania je zlepšiť spracovateľnosť, eliminovať vnútorné pnutie a pripraviť dobrú metalografickú štruktúru na konečné tepelné spracovanie. Proces tepelného spracovania zahŕňa žíhanie, normalizáciu, starnutie, kalenie a popúšťanie atď.

(1) Žíhanie a normalizácia

Pre polotovary opracované za tepla sa používa žíhanie a normalizácia. Uhlíková oceľ a legovaná oceľ s obsahom uhlíka vyšším ako {{0}}.5 percent sú často žíhané, aby sa znížila ich tvrdosť a aby sa dali ľahko rezať; uhlíková oceľ a legovaná oceľ s obsahom uhlíka menším ako 0,5 percenta, aby sa zabránilo prilepeniu na nôž, keď je ich tvrdosť príliš nízka, a použitie normalizačného spracovania. Žíhanie a normalizácia môžu ešte zjemniť zrná a jednotnú štruktúru, aby sa pripravili na následné tepelné spracovanie. Žíhanie a normalizácia sa zvyčajne plánujú po výrobe polotovaru a pred hrubým obrábaním.

(2) Liečba starnutia

Ošetrenie starnutím sa používa hlavne na odstránenie vnútorného napätia vznikajúceho pri výrobe a obrábaní polotovarov.

Aby sa predišlo nadmernej prepravnej záťaži, pre diely so všeobecnou presnosťou je možné pred dokončením zariadiť ošetrenie starnutím. Avšak pre diely s vysokými požiadavkami na presnosť (ako je skriňa súradnicového vyvrtávacieho stroja atď.) by sa mali usporiadať dva alebo niekoľko postupov spracovania starnutia. Jednoduché časti spravidla nepodliehajú starnutiu.

Okrem odliatkov sa pri niektorých presných súčiastkach so slabou tuhosťou (ako sú presné vodiace skrutky), aby sa eliminovalo vnútorné napätie vznikajúce počas spracovania a stabilizovala presnosť obrábania súčiastok, často sa medzi hrubovaním a polomerom zaraďujú viaceré úpravy starnutia. dokončovacie. Pre niektoré časti hriadeľa by sa po procese vyrovnávania malo vykonať aj ošetrenie starnutím.

(3) Kalenie a popúšťanie

Kalenie a popúšťanie je vysokoteplotné popúšťanie po kalení, ktoré môže získať rovnomernú a precíznu temperovanú sorbitovú štruktúru na prípravu na zníženie deformácie počas následného povrchového kalenia a nitridačného spracovania. Preto sa kalenie a popúšťanie môže použiť aj ako predbežné tepelné spracovanie.

Vzhľadom na dobré komplexné mechanické vlastnosti dielov po kalení a popúšťaní môžu byť niektoré diely, ktoré nevyžadujú vysokú tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu, použité aj ako proces konečného tepelného spracovania.

2. Konečné tepelné spracovanie

Účelom konečného tepelného spracovania je zlepšiť mechanické vlastnosti, ako je tvrdosť, odolnosť proti opotrebovaniu a pevnosť.

1 Kalenie

Kalenie zahŕňa povrchové kalenie a integrálne kalenie. Medzi nimi je povrchové kalenie široko používané kvôli menšej deformácii, oxidácii a dekarbonizácii a povrchové kalenie má tiež výhody vysokej vonkajšej pevnosti a dobrej odolnosti proti opotrebeniu pri zachovaní dobrej vnútornej húževnatosti a silnej odolnosti proti nárazu. Aby sa zlepšili mechanické vlastnosti povrchovo kalených dielov, je často potrebné tepelné spracovanie, ako je kalenie a popúšťanie alebo normalizácia ako predbežné tepelné spracovanie. Všeobecná cesta procesu je: vysekávanie -- kovanie -- normalizácia (žíhanie) -- hrubovanie -- kalenie a popúšťanie -- polodokončovanie -- povrch kalenie -- dokončenie.

(2) Nauhličovanie a kalenie

Nauhličovanie a kalenie je vhodné pre nízkouhlíkové ocele a nízkolegované ocele. Najprv sa zvýši obsah uhlíka v povrchovej vrstve dielu. Po ochladení môže povrchová vrstva získať vysokú tvrdosť, pričom jadro si stále zachováva určitú pevnosť a vysokú húževnatosť a plasticitu. Nauhličovanie sa delí na celkové nauhličovanie a lokálne nauhličovanie. Pri lokálnom nauhličovaní by sa mali vykonať opatrenia proti priesaku (pomedenie alebo pokovovanie materiálom proti priesaku) pre nenauhličenú časť. Kvôli veľkej deformácii nauhličovania a kalenia a hĺbke nauhličovania je vo všeobecnosti medzi 0,5 až 2 mm, proces nauhličovania je vo všeobecnosti usporiadaný medzi polodokončovaním a dokončovaním.

Postup procesu je vo všeobecnosti: vysekávanie - kovanie - normalizácia - hrubovanie, polodokončovanie - nauhličovanie a kalenie - konečná úprava.

Keď nenauhličovaná časť lokálnej nauhličenej časti prijme procesný plán odstraňovania prebytočnej nauhličenej vrstvy po zvýšení prídavku, proces odstraňovania prebytočnej nauhličenej vrstvy by sa mal zariadiť po nauhličení a pred kalením.

(3) Nitridačná úprava

Nitridácia je metóda infiltrácie atómov dusíka do kovového povrchu, aby sa získala vrstva zlúčenín obsahujúcich dusík. Nitridačná vrstva môže zlepšiť tvrdosť, odolnosť proti opotrebovaniu, únavovú pevnosť a odolnosť proti korózii povrchu dielu. Pretože nitridačná teplota je nízka, deformácia je malá a nitridačná vrstva je tenká (vo všeobecnosti nie viac ako 0,6~0,7 mm), proces nitridácie by mal byť usporiadaný až po možné. Aby sa znížila deformácia počas nitridácie, je vo všeobecnosti potrebné popúšťanie pri vysokej teplote na uvoľnenie napätia.

Okrem toho môže byť valcová nístejová kontinuálna pec na tepelné spracovanie podľa svojej štruktúry rozdelená na jednostupňové, dvojstupňové a trojstupňové oceľové rúry. Dvojstupňové alebo trojstupňové pece s valcovou nístejou sa väčšinou používajú na svetlé tepelné spracovanie bezšvíkových oceľových rúr a všeobecne sa nazývajú pece na svetlé tepelné spracovanie s valcovou nístejou. Kontinuálna pec na tepelné spracovanie s valcovou nístejou.

Metóda tepelného spracovania je špecifikovaná v norme pre bezšvíkové oceľové rúry; niektoré produkty. Norma špecifikuje výkonnostné požiadavky, ktoré by mali bezšvíkové oceľové rúry spĺňať. Vo všeobecnosti je hotové tepelné spracovanie bezšvíkových oceľových rúr z nízkouhlíkovej ocele väčšinou úplne žíhané alebo normalizované; zatiaľ čo chrómniklová austenitická bezšvíková oceľová rúra z nehrdzavejúcej ocele využíva riešenie pre oceľovú rúru Shandong Sinoma.

Po valcovaní bezšvíkovej oceľovej rúry za tepla sa nekovové inklúzie v oceli (hlavne sulfidy a oxidy a kremičitany) lisujú do tenkých plechov a dochádza k javu delaminácie (sendvič). Zvyškové napätie spôsobené nerovnomerným chladením je oveľa väčšie ako napätie spôsobené záťažou.