Proces toplinske obrade

Toplinska obrada odnosi se na proces toplinske obrade metala u kojem je materijal u čvrstom stanju pomoću zagrijavanja, očuvanja topline i hlađenja kako bi se dobila željena struktura i svojstva.

1. Normalizacija: zagrijavanje čelika ili čeličnih dijelova na odgovarajuću temperaturu iznad kritične točke AC3 ili ACM kroz određeni vremenski period i zatim hlađenje na zraku kako bi se dobio proces toplinske obrade perlitne strukture.

2. Žarenje: hipoeutektoidni čelični izradak zagrijava se na 20-40 stupnjeva iznad AC3, i nakon određenog vremena zadržavanja, polako se hladi u peći (ili se zakopava u pijesak ili hladi u vapnu) do toplinske obrade proces hlađenja na zraku ispod 500 stupnjeva.

3. Toplinska obrada čvrste otopine: legura se zagrijava do jednofaznog područja visoke temperature i održava na konstantnoj temperaturi, tako da se višak faze potpuno otopi u čvrstoj otopini, a zatim se brzo ohladi da se dobije prezasićena čvrsta otopina.

4. Starenje: Nakon što se legura podvrgne toplinskoj obradi u otopini ili hladnoj plastičnoj deformaciji, kada se legura stavi na sobnu temperaturu ili se drži malo višom od sobne temperature, njezina se svojstva mijenjaju s vremenom.

5. Obrada čvrste otopine: potpuno otopiti različite faze u leguri, ojačati čvrstu otopinu, poboljšati žilavost i otpornost na koroziju, eliminirati stres i omekšati, kako bi se nastavila obrada i oblikovanje.

6. Tretman starenjem: Zagrijavanje i održavanje temperature na temperaturi taloženja faze ojačavanja, tako da se faza ojačavanja istaloži, očvrsne i poboljša čvrstoća.

7. Kaljenje: Proces toplinske obrade u kojem se čelik austenitizira i zatim hladi odgovarajućom brzinom hlađenja, tako da obradak može doživjeti martenzitne i druge nestabilne transformacije mikrostrukture u cijelom ili određenom rasponu poprečnog presjeka.

8. Kaljenje: kaljeni izradak se zagrijava na odgovarajuću temperaturu ispod kritične točke AC1 određeno vrijeme, a zatim se hladi metodom koja ispunjava zahtjeve za dobivanje potrebne strukture i svojstava.

9. Karbonitrizacija čelika: Karbonitrizacija je proces infiltracije ugljika i dušika u površinu čelika u isto vrijeme. Tradicionalno, karbonitrizacija, također poznata kao cijanizacija, naširoko se koristi u plinskoj karbonitrizaciji na srednjim temperaturama i niskotemperaturnoj plinskoj karbonitrizaciji (tj. plinsko meko nitriranje). Glavna svrha karbonitriranja plinom na srednjoj temperaturi je poboljšati tvrdoću, otpornost na trošenje i čvrstoću čelika na zamor. Niskotemperaturno plinsko karbonitriranje uglavnom je nitriranje, a glavna mu je svrha poboljšati otpornost na habanje i otpornost čelika na habanje.

10. Kaljenje i kaljenje: Općenito je uobičajeno kombinirati toplinsku obradu s kaljenjem i kaljenjem na visokoj temperaturi kao kaljenje i kaljenje. Tretman kaljenjem i temperiranjem naširoko se koristi u raznim važnim konstrukcijskim dijelovima, posebno u onim klipnjačama, vijcima, zupčanicima i vratilima koji rade pod izmjeničnim opterećenjima. Struktura kaljenog sorbita dobiva se nakon obrade kaljenjem i popuštanjem, a njegova mehanička svojstva bolja su od normalizirane strukture sorbita iste tvrdoće. Njegova tvrdoća ovisi o visokoj temperaturi kaljenja i povezana je sa stabilnošću čelika pri kaljenju i veličinom presjeka izratka, općenito između HB200-350.

11. Lemljenje: postupak toplinske obrade u kojem se dva izratka zagrijavaju, tope i spajaju zajedno s dodatnim metalom za lemljenje.

Drugo, karakteristike procesa

Toplinska obrada metala jedan je od važnih procesa u proizvodnji strojeva. U usporedbi s drugim procesima obrade, toplinska obrada općenito ne mijenja oblik i cjelokupni kemijski sastav izratka, ali mijenja mikrostrukturu unutar izratka ili mijenja kemijski sastav površine izratka. , za postizanje ili poboljšanje performansi obratka. Karakterizira ga poboljšanje intrinzične kvalitete obratka, koja općenito nije vidljiva golim okom. Da bi metalni izradak imao potrebna mehanička svojstva, fizikalna svojstva i kemijska svojstva, pored razumnog odabira materijala i različitih procesa oblikovanja, često je bitan postupak toplinske obrade. Čelik je najrašireniji materijal u industriji strojeva. Mikrostruktura čelika je složena i može se kontrolirati toplinskom obradom. Stoga je toplinska obrada čelika glavni sadržaj toplinske obrade metala. Osim toga, aluminij, bakar, magnezij, titan itd. i njihove legure također mogu mijenjati svoja mehanička, fizikalna i kemijska svojstva toplinskom obradom kako bi dobili različite performanse.

3. Proces

Proces toplinske obrade općenito uključuje tri procesa zagrijavanja, očuvanja topline i hlađenja, a ponekad postoje samo dva procesa zagrijavanja i hlađenja. Ti su procesi međusobno povezani i neprekinuti.

Zagrijavanje je jedan od važnih procesa toplinske obrade. Postoje mnoge metode zagrijavanja za toplinsku obradu metala. Najraniji su kao izvor topline koristili drveni ugljen i ugljen, au novije vrijeme tekuća i plinovita goriva. Primjenom električne energije grijanje je lako kontrolirati i ne zagađuje okoliš. Ovi izvori topline mogu se koristiti za izravno ili neizravno zagrijavanje putem rastaljenih soli ili metala, kao i plutajućih čestica.

Zagrijavanjem metala izradak je izložen zraku te često dolazi do oksidacije i deugljičenja (odnosno smanjuje se sadržaj ugljika na površini čeličnog dijela), što vrlo nepovoljno utječe na svojstva površine. dijelovi nakon toplinske obrade. Stoga se metal obično treba zagrijavati u kontroliranoj atmosferi ili zaštitnoj atmosferi, u rastaljenoj soli i u vakuumu, a može se također zaštititi metodama premazivanja ili pakiranja.

Temperatura zagrijavanja jedan je od važnih procesnih parametara procesa toplinske obrade. Odabir i kontrola temperature grijanja glavna su pitanja za osiguranje kvalitete toplinske obrade. Temperatura zagrijavanja varira ovisno o metalnom materijalu koji se obrađuje i svrsi toplinske obrade, ali općenito se zagrijava iznad temperature faznog prijelaza kako bi se dobila visokotemperaturna struktura. Osim toga, transformacija traje određeno vrijeme. Stoga, kada površina metalnog obratka dosegne potrebnu temperaturu zagrijavanja, mora se održavati na toj temperaturi određeno vrijeme kako bi unutarnja i vanjska temperatura bile konzistentne i kako bi se mikrostruktura potpuno promijenila. Ovo vremensko razdoblje naziva se vrijeme zadržavanja. Kada se koristi grijanje visoke gustoće energije i površinska toplinska obrada, brzina zagrijavanja je izuzetno velika i općenito nema vremena zadržavanja, dok je vrijeme zadržavanja kemijske toplinske obrade često duže.

Hlađenje je također neizostavan korak u procesu toplinske obrade. Metoda hlađenja ovisi o različitim procesima, uglavnom kontrolirajući brzinu hlađenja. Općenito, brzina hlađenja žarenja je najsporija, stopa hlađenja normalizacije je brža, a brzina hlađenja kaljenja je brža. Međutim, postoje i različiti zahtjevi zbog različitih vrsta čelika. Na primjer, šuplji kaljeni čelik može se kaliti istom brzinom hlađenja kao i normalizacija.

Četvrto, klasifikacija procesa

Proces toplinske obrade metala može se grubo podijeliti u tri kategorije: ukupna toplinska obrada, površinska toplinska obrada i kemijska toplinska obrada. Prema različitom mediju za grijanje, temperaturi grijanja i metodi hlađenja, svaka se kategorija može podijeliti u nekoliko različitih procesa toplinske obrade. Isti metal usvaja različite postupke toplinske obrade kako bi dobio različite strukture i stoga imao različita svojstva. Čelik je metal koji se najviše koristi u industriji, a mikrostruktura čelika je i najsloženija, pa postoje mnoge vrste postupaka toplinske obrade čelika.

Sveukupna toplinska obrada je postupak toplinske obrade metala koji zagrijava obradak kao cjelinu, a zatim ga hladi odgovarajućom brzinom kako bi se dobila potrebna metalografska struktura za promjenu njegovih ukupnih mehaničkih svojstava. Ukupna toplinska obrada čelika općenito ima četiri osnovna procesa: žarenje, normaliziranje, kaljenje i popuštanje.

Proces znači:

Žarenje je zagrijati radni komad na odgovarajuću temperaturu, usvojiti različita vremena držanja u skladu s materijalom i veličinom obratka, a zatim ga polako ohladiti, svrha je postići da unutarnja struktura metala dosegne ili se približi stanju ravnoteže, da se dobije dobar izvedba procesa i izvedba, ili za daljnje kaljenje Pripremite se za organizaciju.

Normaliziranje je zagrijavanje izratka na odgovarajuću temperaturu i potom hlađenje na zraku. Učinak normalizacije sličan je žarenju, ali je dobivena struktura finija. Često se koristi za poboljšanje performansi rezanja materijala, a ponekad se koristi za neke dijelove s niskim zahtjevima. kao završna toplinska obrada.

Kaljenje je brzo hlađenje izratka u mediju za kaljenje kao što je voda, ulje ili druge anorganske soli i organske vodene otopine nakon zagrijavanja i održavanja izratka toplim. Nakon kaljenja, čelik postaje tvrd, ali u isto vrijeme postaje krt. Kako bi se lomljivost uklonila na vrijeme, općenito je potrebno na vrijeme kaliti.

Kako bi se smanjila krtost čeličnih dijelova, kaljeni čelični dijelovi se dugo vremena drže na odgovarajućoj temperaturi višoj od sobne, ali nižoj od 650 stupnjeva C, a zatim se ohlade. Taj se postupak naziva kaljenje. Žarenje, normalizacija, kaljenje i kaljenje su "četiri vatre" u cjelokupnoj toplinskoj obradi. Među njima, kaljenje i kaljenje su blisko povezani i često se koriste zajedno, a nijedno nije neophodno. "Četiri vatre" razvile su različite procese toplinske obrade s različitim temperaturama grijanja i metodama hlađenja. Da bi se dobila određena čvrstoća i žilavost, postupak kombiniranja kaljenja i kaljenja na visokoj temperaturi naziva se kaljenje i kaljenje. Nakon što se neke legure ugase da bi se stvorila prezasićena čvrsta otopina, drže se na sobnoj temperaturi ili malo višoj odgovarajućoj temperaturi dulje vrijeme kako bi se poboljšala tvrdoća, čvrstoća ili električna i magnetska svojstva legure. Takav proces toplinske obrade naziva se tretman starenjem.

Metoda kombiniranja deformacije pritiskom i toplinske obrade učinkovito i blisko kako bi obradak dobio dobru čvrstoću i žilavost naziva se deformacijska toplinska obrada; toplinska obrada u atmosferi negativnog tlaka ili vakuumu naziva se vakuumska toplinska obrada, koja ne samo da čini da izradak nije oksidiran ili dekarburiziran, površina izratka nakon obrade ostaje glatka, a performanse izratka su poboljšane.

Površinska toplinska obrada je postupak toplinske obrade metala koji samo zagrijava površinu obratka kako bi se promijenila mehanička svojstva površine. Kako bi se zagrijao samo površinski sloj izratka, a da se ne dopusti da previše topline pređe u unutrašnjost izratka, korišteni izvor topline mora imati visoku gustoću energije, odnosno veća količina toplinske energije se daje izratku. po jedinici površine, tako da površinski sloj ili lokalno područje odobradak može biti kratkotrajan ili trenutan. postići visoku temperaturu. Glavne metode površinske toplinske obrade su gašenje plamenom i toplinska obrada indukcijskim zagrijavanjem. Često korišteni izvori topline su plamen kao što je oksiacetilen ili oksipropan, inducirana struja, laser i elektronski snop.

Kemijska toplinska obrada je postupak toplinske obrade metala kojim se mijenja kemijski sastav, struktura i svojstva površine obratka. Razlika između kemijske toplinske obrade i površinske toplinske obrade je u tome što prva mijenja kemijski sastav površine izratka. Kemijska toplinska obrada je zagrijavanje izratka u mediju (plin, tekućina, krutina) koji sadrži ugljik, sol ili druge legirajuće elemente i zadržavanje dugo vremena, tako da površinski sloj izratka bude prožet elementima kao što je ugljik , dušik, bor i krom. Nakon što se elementi infiltriraju, ponekad se provode drugi procesi toplinske obrade kao što su kaljenje i popuštanje. Glavne metode kemijske toplinske obrade su karburizacija, nitriranje i metalizacija.

Toplinska obrada jedan je od važnih procesa u proizvodnji mehaničkih dijelova i alata. Općenito govoreći, može osigurati i poboljšati različita svojstva izratka, kao što su otpornost na habanje, otpornost na koroziju, itd. Također može poboljšati strukturu i stanje naprezanja uzorka kako bi se olakšala različita hladna i topla obrada.

Na primjer: bijeli lijev može biti kovan lijev nakon dugotrajnog tretmana žarenjem radi poboljšanja plastičnosti; zupčanici usvajaju ispravan proces toplinske obrade, a životni vijek može biti udvostručen ili desetke puta veći od vijeka trajanja zupčanika bez toplinske obrade; Infiltracija nekih legiranih elemenata ima neka skupa svojstva legiranog čelika, koja mogu zamijeniti neke čelike otporne na toplinu i nehrđajuće čelike; gotovo svi alati i matrice moraju biti toplinski obrađeni prije nego što se mogu koristiti.

Zašto se čelične cijevi moraju toplinski obrađivati?

Funkcija toplinske obrade je poboljšanje mehaničkih svojstava čeličnih cijevi i preciznih čeličnih cijevi, uklanjanje zaostalog naprezanja i poboljšanje performansi strojne obrade čeličnih cijevi.

Prema različitim svrhama toplinske obrade, postupak toplinske obrade može se podijeliti u dvije kategorije: prethodna toplinska obrada i završna toplinska obrada.

1. Pripremna toplinska obrada

Svrha pripremne toplinske obrade je poboljšati sposobnost obrade, eliminirati unutarnje naprezanje i pripremiti dobru metalografsku strukturu za konačnu toplinsku obradu. Proces toplinske obrade uključuje žarenje, normalizaciju, starenje, kaljenje i popuštanje itd.

(1) Žarenje i normaliziranje

Žarenje i normalizacija koriste se za vruće obrađene proizvode. Ugljični čelik i legirani čelik s udjelom ugljika većim od {{0}}.5 posto često se žare kako bi se smanjila njihova tvrdoća i lako rezali; ugljični čelik i legirani čelik s udjelom ugljika manjim od 0,5 posto, kako bi se izbjeglo lijepljenje za nož kada je njihova tvrdoća preniska, te korištenje normalizirajućeg tretmana. Žarenje i normalizacija još uvijek mogu pročistiti zrna i jednoličnu strukturu za pripremu za kasniju toplinsku obradu. Žarenje i normaliziranje obično se planiraju nakon izrade slijepog uzorka i prije grube strojne obrade.

(2) Liječenje starenja

Tretman starenjem se uglavnom koristi za uklanjanje unutarnjeg naprezanja nastalog u proizvodnji i strojnoj obradi.

Kako bi se izbjeglo pretjerano opterećenje transporta, za dijelove s općom preciznošću može se dogovoriti tretman starenja prije završne obrade. Međutim, za dijelove s visokim zahtjevima za preciznošću (kao što je kutija stroja za koordinatno bušenje itd.), potrebno je dogovoriti dva ili više postupaka obrade starenjem. Jednostavni dijelovi općenito ne podliježu tretmanu starenja.

Osim odljevaka, za neke precizne dijelove slabe krutosti (kao što su precizni vodeći vijci), kako bi se eliminirao unutarnji stres nastao tijekom obrade i stabilizirala točnost strojne obrade dijelova, višestruki tretmani starenja često se dogovaraju između grube obrade i polu- dorada. Za neke dijelove vratila, nakon procesa ravnanja treba također organizirati tretman starenja.

(3) Kaljenje i popuštanje

Kaljenje i kaljenje je postupak kaljenja na visokoj temperaturi nakon kaljenja, kojim se može dobiti jednolika i precizna struktura kaljenog sorbita za pripremu za smanjenje deformacije tijekom naknadnog kaljenja površine i obrade nitriranjem. Stoga se kaljenje i kaljenje također mogu koristiti kao prethodna toplinska obrada.

Zbog dobrih sveobuhvatnih mehaničkih svojstava dijelova nakon kaljenja i popuštanja, neki dijelovi koji ne zahtijevaju visoku tvrdoću i otpornost na habanje također se mogu koristiti kao završni postupak toplinske obrade.

2. Završna toplinska obrada

Svrha završne toplinske obrade je poboljšati mehanička svojstva kao što su tvrdoća, otpornost na trošenje i čvrstoća.

1 Gašenje

Kaljenje uključuje površinsko i integralno kaljenje. Među njima, površinsko kaljenje se široko koristi zbog manje deformacije, oksidacije i dekarburizacije, a površinsko kaljenje također ima prednosti visoke vanjske čvrstoće i dobre otpornosti na habanje, dok zadržava dobru unutarnju žilavost i jaku otpornost na udarce. Kako bi se poboljšala mehanička svojstva površinski kaljenih dijelova, toplinska obrada kao što je kaljenje i popuštanje ili normalizacija često je potrebna kao prethodna toplinska obrada. Opći procesni put je: brušenje -- kovanje -- normalizacija (žarenje) -- gruba -- kaljenje i popuštanje -- poluzavršna -- površina kaljenje -- dorada.

(2) Naugljičenje i kaljenje

Naugljičavanje i kaljenje prikladno je za čelik s niskim udjelom ugljika i niskolegirani čelik. Prvo, povećava se sadržaj ugljika u površinskom sloju dijela. Nakon kaljenja, površinski sloj može dobiti visoku tvrdoću, dok jezgra i dalje zadržava određenu čvrstoću i visoku žilavost i plastičnost. Pougljičavanje se dijeli na ukupno pougljičavanje i lokalno pougljičavanje. Kod lokalnog naugljičavanja potrebno je poduzeti mjere protiv curenja (pobakrenjenje ili nanošenje materijala protiv curenja) za dio koji nije naugljičen. Zbog velike deformacije pougljičavanja i gašenja, a dubina pougljičavanja je općenito između 0.5 i 2 mm, postupak pougljičavanja općenito je raspoređen između poluzavršne i završne obrade.

Procesni put općenito je: brušenje - kovanje - normalizacija - grubo, polu-završna obrada - pougljičenje i kaljenje - završna obrada.

Kada nepougljenični dio lokalnog pougljičenog dijela usvoji plan procesa uklanjanja viška pougljičenog sloja nakon povećanja dodatka, postupak uklanjanja viška pougljičenog sloja treba organizirati nakon pougljičenja i prije gašenja.

(3) Obrada nitriranjem

Nitriranje je metoda infiltracije atoma dušika u metalnu površinu kako bi se dobio sloj spojeva koji sadrže dušik. Nitrirajući sloj može poboljšati tvrdoću, otpornost na habanje, otpornost na zamor i otpornost na koroziju površine dijela. Budući da je temperatura nitriranja niska, deformacija mala, a sloj nitriranja tanak (općenito ne veći od 0.6~0.7mm), proces nitriranja trebao bi se organizirati još unatrag moguće. Kako bi se smanjila deformacija tijekom nitriranja, općenito je potrebno kaljenje na visokoj temperaturi za smanjenje naprezanja.

Osim toga, prema svojoj strukturi, peć za kontinuiranu toplinsku obradu s valjkom može se podijeliti na jednostupanjske, dvostupanjske i trostupanjske čelične cijevi. Dvostupanjske ili trostupanjske peći s valjkastim ložištem uglavnom se koriste za svijetlu toplinsku obradu bešavnih čeličnih cijevi i općenito se nazivaju peći s valjkastim ložištem. Peć za kontinuiranu toplinsku obradu s valjkastim ložištem.

Metoda toplinske obrade navedena je u standardu za bešavne čelične cijevi; neki proizvodi. Norma specificira zahtjeve za performanse koje trebaju zadovoljiti bešavne čelične cijevi. Općenito, gotova toplinska obrada bešavnih čeličnih cijevi s niskim udjelom ugljika uglavnom je potpuno žarena ili normalizirana; dok krom-nikal austenitna bešavna čelična cijev od nehrđajućeg čelika usvaja tretman otopinom Shandong Sinoma čelične cijevi.

Nakon što se bešavna čelična cijev vruće valja, nemetalni uključci u čeliku (uglavnom sulfidi i oksidi i silikati) prešaju se u tanke listove i dolazi do fenomena delaminacije (sendviča). Zaostalo naprezanje uzrokovano neravnomjernim hlađenjem puno je veće od naprezanja uzrokovanih opterećenjem.