Proces toplinske obrade

Toplotna obrada se odnosi na proces termičke 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 čeličnih ili čeličnih dijelova na odgovarajuću temperaturu iznad kritične tačke AC3 ili ACM u određenom vremenskom periodu, a zatim hlađenje na zraku kako bi se dobio proces toplinske obrade perlitne strukture.

2. Žarenje: Hipoeutektoidni čelični radni komad se zagreva na 20-40 stepeni iznad AC3, i nakon određenog vremenskog perioda, polako se hladi u peći (ili zakopava u pesak ili se hladi u kreču) do termičke obrade proces hlađenja na vazduhu ispod 500 stepeni.

3. Termička obrada čvrstog rastvora: legura se zagreva do visokotemperaturnog jednofaznog regiona i održava na konstantnoj temperaturi, tako da se višak faze u potpunosti rastvori u čvrstom rastvoru, a zatim se brzo ohladi da se dobije prezasićeni čvrsti rastvor.

4. Starenje: Nakon što se legura podvrgne toplotnoj obradi u rastvoru ili hladnoj plastičnoj deformaciji, kada se legura stavi na sobnu temperaturu ili drži nešto više od sobne temperature, njena svojstva se menjaju tokom vremena.

5. Tretman čvrstim rastvorom: potpuno rastvoriti različite faze u leguri, ojačati čvrsti rastvor, poboljšati žilavost i otpornost na koroziju, eliminisati stres i omekšati, kako bi se nastavila obrada i formiranje.

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

7. Kašenje: Proces termičke obrade u kojem se čelik austenitizira, a zatim hladi odgovarajućom brzinom hlađenja, tako da radni komad može proći kroz martenzit i druge nestabilne mikrostrukturne transformacije u cijelom ili određenom opsegu poprečnog presjeka.

8. Kaljenje: kaljeni radni komad se zagreva na odgovarajuću temperaturu ispod kritične tačke AC1 tokom određenog vremenskog perioda, a zatim se hladi metodom koja ispunjava zahteve za dobijanje potrebne strukture i svojstava.

9. Karbonitriranje čelika: Karbonitriranje je proces istovremenog infiltriranja ugljika i dušika na površinu čelika. Tradicionalno, karbonitriranje, takođe poznato kao cijanidacija, se široko koristi u karbonitriranju gasa na srednjim temperaturama i karbonitriranju gasa na niskoj temperaturi (tj. meko nitriranje gasa). Glavna svrha srednjetemperaturnog plinskog karbonitriranja je poboljšanje tvrdoće, otpornosti na habanje i čvrstoće čelika. Niskotemperaturno plinsko karbonitriranje je uglavnom nitriranje, a njegova glavna svrha je poboljšanje otpornosti na habanje i otpornost na zaglavljivanje čelika.

10. Kaljenje i kaljenje: Općenito je uobičajeno kombinirati toplinsku obradu sa kaljenjem i kaljenjem na visokim temperaturama kao kaljenje i kaljenje. Obrada kaljenja i kaljenja ima široku primjenu u različitim važnim konstrukcijskim dijelovima, posebno onim klipnjačama, vijcima, zupčanicima i vratilima koji rade pod naizmjeničnim opterećenjima. Kaljena struktura sorbita se dobija nakon tretmana kaljenjem i temperacijom, a njena mehanička svojstva su bolja od normalizovane strukture sorbita iste tvrdoće. Njegova tvrdoća ovisi o visokoj temperaturi kaljenja i povezana je sa stabilnošću čelika i veličinom presjeka radnog komada, uglavnom između HB200-350.

11. Lemljenje: proces termičke obrade u kojem se dva obradaka zagrijavaju, tope i spajaju zajedno s dodatnim metalom za lemljenje.

Drugo, karakteristike procesa

Termička obrada metala je jedan od važnih procesa u proizvodnji mašina. U poređenju sa drugim procesima obrade, termička obrada generalno ne menja oblik i ukupni hemijski sastav obratka, ali menja mikrostrukturu unutar radnog komada ili menja hemijski sastav površine obratka. , da daju ili poboljšaju performanse radnog komada. Karakterizira ga poboljšanje intrinzične kvalitete obratka, što općenito nije vidljivo golim okom. Da bi metalni obradak imao potrebna mehanička svojstva, fizička svojstva i hemijska svojstva, pored razumnog odabira materijala i različitih procesa oblikovanja, često je neophodan proces termičke obrade. Čelik je materijal koji se najčešće koristi u mašinskoj industriji. Mikrostruktura čelika je složena i može se kontrolirati toplinskom obradom. Stoga je toplinska obrada čelika glavni sadržaj termičke obrade metala. Osim toga, aluminij, bakar, magnezij, titan, itd. i njihove legure također mogu promijeniti svoja mehanička, fizička i hemijska svojstva kroz termičku obradu kako bi dobili različite performanse.

3. Proces

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

Zagrijavanje je jedan od važnih procesa termičke obrade. Postoji mnogo metoda grijanja za termičku obradu metala. Najraniji su kao izvori topline koristili ćumur i ugalj, a u novije vrijeme tečna i plinovita goriva. Primjena električne energije čini grijanje lakim za kontrolu i bez zagađivanja okoliša. Ovi izvori toplote se mogu koristiti za direktno ili indirektno zagrevanje putem rastopljenih soli ili metala, kao i plutajućih čestica.

Kada se metal zagrije, obradak je izložen zraku, a često dolazi do oksidacije i dekarbonizacije (odnosno, smanjuje se sadržaj ugljika na površini čeličnog dijela), što vrlo nepovoljno utiče na površinska svojstva materijala. dijelovi nakon termičke obrade. Stoga se metal obično treba zagrijavati u kontroliranoj atmosferi ili zaštitnoj atmosferi, u rastopljenoj soli i u vakuumu, a također se može zaštititi premazivanjem ili metodama pakiranja.

Temperatura grijanja je jedan od važnih procesnih parametara procesa toplinske obrade. Odabir i kontrola temperature grijanja glavna su pitanja za osiguranje kvalitete toplinske obrade. Temperatura grijanja varira ovisno o metalnom materijalu koji se obrađuje i svrsi termičke 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 dostigne potrebnu temperaturu zagrijavanja, mora se održavati na toj temperaturi određeno vremensko razdoblje kako bi unutarnja i vanjska temperatura bila konzistentna i mikrostruktura se potpuno promijenila. Ovaj vremenski period se naziva vrijeme zadržavanja. Kada se koristi zagrijavanje 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 nezamjenjiv korak u procesu toplinske obrade. Metoda hlađenja varira s različitim procesima, uglavnom kontrolirajući brzinu hlađenja. Općenito, brzina hlađenja žarenja je najsporija, brzina hlađenja normalizacije je brža, a brzina hlađenja kaljenja je brža. Međutim, postoje i različiti zahtjevi zbog različitih vrsta čelika. Na primjer, šuplje 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 načinu hlađenja, svaka kategorija se može podijeliti u nekoliko različitih procesa toplinske obrade. Isti metal usvaja različite procese termičke obrade kako bi dobio različite strukture i time imao različita svojstva. Čelik je metal koji se najčešće koristi u industriji, a mikrostruktura čelika je i najsloženija, pa postoji mnogo vrsta procesa termičke obrade čelika.

Ukupna toplinska obrada je proces toplinske obrade metala koji zagrijava radni komad u cjelini, 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 kaljenje.

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 da se unutarnja struktura metala postigne ili približi ravnotežnom stanju, dobije dobro performanse procesa i performanse, ili za dalje gašenje. Pripremite se za organizaciju.

Normalizacija je da se radni predmet zagreje na odgovarajuću temperaturu, a zatim ohladi na vazduhu. Učinak normalizacije sličan je efektu žarenja, ali je dobivena struktura finija. Često se koristi za poboljšanje performansi rezanja materijala, a ponekad se koristi za neke dijelove s niskim zahtjevima. kao završnu termičku obradu.

Kašenje je brzo hlađenje radnog predmeta u mediju za gašenje kao što je voda, ulje ili druge neorganske soli i organski vodeni rastvori nakon zagrijavanja i održavanja toplog predmeta. Nakon gašenja, čelik postaje tvrd, ali u isto vrijeme postaje lomljiv. Kako bi se na vrijeme eliminisala krhkost, općenito je potrebno na vrijeme temperirati.

Kako bi se smanjila lomljivost čeličnih dijelova, kaljeni čelični dijelovi se dugo drže na odgovarajućoj temperaturi višoj od sobne, ali nižoj od 650 stepeni C, a zatim se hlade. Ovaj proces se naziva kaljenje. Žarenje, normalizacija, kaljenje i kaljenje su "četiri vatre" u ukupnoj termičkoj obradi. Među njima, kaljenje i kaljenje su usko povezani i često se koriste zajedno, a nijedno nije neophodno. „Četiri vatre“ su razvile različite procese termičke obrade s različitim temperaturama grijanja i metodama hlađenja. Da bi se dobila određena čvrstoća i žilavost, proces kombinovanja kaljenja i kaljenja na visokim temperaturama naziva se kaljenje i kaljenje. Nakon što se neke legure ugase kako bi se formirala prezasićena čvrsta otopina, one se drže na sobnoj temperaturi ili nešto višoj odgovarajućoj temperaturi dugo vremena kako bi se poboljšala tvrdoća, čvrstoća ili električna i magnetska svojstva legure. Takav proces toplinske obrade naziva se tretman starenjem.

Metoda kombinovanja deformacije pod pritiskom i toplotnog tretmana efikasno i blisko da bi radni komad dobio dobru čvrstoću i žilavost naziva se deformacioni toplotni tretman; toplinska obrada u atmosferi negativnog tlaka ili vakuumu naziva se vakuumska toplinska obrada, što ne samo da čini da se radni komad ne oksidira ili razugljiči, površina obratka nakon obrade ostaje glatka, a performanse radnog komada se poboljšavaju.

Površinska toplinska obrada je proces toplinske obrade metala koji samo zagrijava površinu radnog komada kako bi se promijenila mehanička svojstva površine. Da bi se samo zagrijao površinski sloj obratka, a da se ne dopusti da previše topline prođe u unutrašnjost obratka, korišteni izvor topline mora imati veliku gustoću energije, odnosno da se izratku daje veća količina toplinske energije po jedinici površine, tako da površinski sloj ili lokalna površina odradni komad može biti kratkotrajan ili trenutni. dostići visoku temperaturu. Glavne metode površinske toplinske obrade su gašenje plamena i toplinska obrada indukcijskim grijanjem. Uobičajeni izvori topline su plamenovi kao što su oksiacetilen ili oksipropan, inducirana struja, laser i elektronski snop.

Hemijska termička obrada je proces termičke obrade metala koji mijenja hemijski sastav, strukturu i svojstva površine obratka. Razlika između kemijske toplinske obrade i površinske toplinske obrade je u tome što prva mijenja kemijski sastav površine obratka. Hemijska termička obrada je zagrijavanje radnog predmeta u mediju (gas, tekućina, čvrsta supstanca) koji sadrži ugljik, sol ili druge legirajuće elemente i zadržavanje ga dugo vremena, tako da površinski sloj obratka bude infiltriran elementima kao što je ugljik. , azot, bor i hrom. Nakon što se elementi infiltriraju, ponekad se provode drugi procesi toplinske obrade kao što su gašenje i kaljenje. Glavne metode hemijske termičke obrade su karburizacija, nitriranje i metalizacija.

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

Na primjer: bijelo lijevano željezo može biti kovno lijevano željezo nakon dugotrajnog tretmana žarenjem kako bi se poboljšala plastičnost; zupčanici usvajaju ispravan proces termičke obrade, a vijek trajanja se može udvostručiti ili desetine puta veći od zupčanika bez termičke obrade; Infiltriranje nekih legirajućih elemenata ima neka skupa svojstva legiranog čelika, koja može zamijeniti neke čelike otporne na toplinu i nehrđajuće čelike; gotovo svi alati i kalupi moraju biti termički obrađeni prije nego što se mogu koristiti.

Zašto čelične cijevi moraju biti termički obrađene?

Funkcija toplinske obrade je poboljšati mehanička svojstva čeličnih cijevi i preciznih čeličnih cijevi, eliminirati zaostalo naprezanje i poboljšati performanse strojne obrade čeličnih cijevi.

Prema različitim namjenama toplinske obrade, proces toplinske obrade može se podijeliti u dvije kategorije: preliminarna toplinska obrada i finalna toplinska obrada.

1. Pripremna termička obrada

Svrha pripremne termičke obrade je poboljšanje obradivosti, eliminisanje unutrašnjeg naprezanja i priprema dobre metalografske strukture za finalnu termičku obradu. Proces toplinske obrade uključuje žarenje, normalizaciju, starenje, kaljenje i kaljenje itd.

(1) Žarenje i normalizacija

Žarenje i normalizacija se koriste za vruće obrađene zatvore. Ugljični čelik i legirani čelik sa sadržajem ugljika većim od {{0}}}.5 posto se često žare kako bi se smanjila njihova tvrdoća i lako se seče; ugljični čelik i legirani čelik sa sadržajem ugljika manjim od 0,5 posto, kako bi se izbjeglo lijepljenje noža kada je njihova tvrdoća preniska, te korištenje normalizirajućeg tretmana. Žarenje i normalizacija još uvijek mogu rafinirati zrna i ujednačenu strukturu kako bi se pripremili za naknadnu toplinsku obradu. Žarenje i normalizacija se obično planiraju nakon izrade blanko i prije grube obrade.

(2) Tretman starenja

Tretman starenjem se uglavnom koristi za eliminaciju unutrašnjeg naprezanja nastalog u proizvodnji i mašinskoj obradi.

Kako bi se izbjeglo prekomjerno opterećenje transporta, za dijelove s opštom preciznošću, može se dogovoriti tretman starenjem prije završetka. Međutim, za dijelove sa visokim zahtjevima za preciznošću (kao što je kutija mašine za koordinatno bušenje, itd.), potrebno je organizirati dva ili više postupaka obrade starenjem. Jednostavni dijelovi uglavnom ne podliježu tretmanu starenja.

Pored odlivaka, za neke precizne delove sa lošom krutošću (kao što su precizni olovni vijci), kako bi se eliminisalo unutrašnje naprezanje koje nastaje tokom obrade i stabilizovala preciznost obrade delova, često se organizuju višestruki tretmani starenja između grube i polu- završna obrada. Za neke dijelove osovine, tretman starenjem također treba organizirati nakon procesa ravnanja.

(3) Kaljenje i kaljenje

Kaljenje i kaljenje je visokotemperaturni tretman kaljenja nakon gašenja, koji može dobiti ujednačenu i pedantno kaljenu strukturu sorbita kako bi se pripremio za smanjenje deformacije tokom naknadnog površinskog kaljenja i tretmana nitriranjem. Stoga se kaljenje i kaljenje mogu koristiti i kao preliminarna termička obrada.

Zbog dobrih sveobuhvatnih mehaničkih svojstava dijelova nakon kaljenja i temperiranja, neki dijelovi koji ne zahtijevaju visoku tvrdoću i otpornost na habanje mogu se koristiti i kao završni proces termičke obrade.

2. Završna termička obrada

Svrha završne termičke obrade je poboljšanje mehaničkih svojstava kao što su tvrdoća, otpornost na habanje i čvrstoća.

1 Gašenje

Kašenje uključuje površinsko i integralno kaljenje. Među njima, površinsko gašenje se široko koristi zbog manje deformacije, oksidacije i dekarbonizacije, a površinsko gašenje također ima prednosti visoke vanjske čvrstoće i dobre otpornosti na habanje, uz održavanje dobre unutarnje žilavosti i jake otpornosti na udar. Kako bi se poboljšala mehanička svojstva površinski kaljenih dijelova, često je potrebna toplinska obrada kao što je kaljenje i kaljenje ili normalizacija kao preliminarna toplinska obrada. Opći put procesa je: bliješenje -- kovanje -- normalizacija (žarenje) -- grubo -- kaljenje i kaljenje -- poluzavršna -- površina gašenje -- završetak.

(2) Karburizacija i gašenje

Pougljičenje i gašenje pogodno je za čelik s niskim udjelom ugljika i niskolegirani čelik. Prvo se povećava sadržaj ugljika u površinskom sloju dijela. Nakon kaljenja, površinski sloj može dobiti visoku tvrdoću, dok jezgro i dalje zadržava određenu čvrstoću i visoku žilavost i plastičnost. Naugljičenje se dijeli na ukupno naugljičenje i lokalno naugljičenje. Prilikom lokalnog naugljikovanja, mjere protiv prodiranja (bakrenje ili oblaganje materijala protiv cijeđenja) treba poduzeti za dio koji nije karburiziran. Zbog velike deformacije naugljikovanja i gašenja, a dubina naugljičenja je općenito između 0.5 i 2 mm, proces naugljičenja je općenito raspoređen između poluzavršne obrade i završne obrade.

Ruta procesa je općenito: blijeđenje - kovanje - normalizacija - gruba obrada, poluzavršna obrada - karburizacija i kaljenje - dorada.

Kada nenaugljenični dio lokalno naugljičenog dijela usvoji plan procesa uklanjanja viška karburiziranog sloja nakon povećanja dodatka, proces uklanjanja viška naugljičenog sloja treba urediti nakon naugljičenja i prije gašenja.

(3) Tretman nitriranjem

Nitriranje je metoda infiltracije atoma dušika u metalnu površinu kako bi se dobio sloj spojeva koji sadrže dušik. Sloj nitriranja može poboljšati tvrdoću, otpornost na habanje, čvrstoću na zamor i otpornost na koroziju površine dijela. Budući da je temperatura nitriranja niska, deformacija je mala, a sloj nitriranja tanak (uglavnom ne više od 0.6~0.7mm), proces nitriranja bi trebao biti organiziran sve do moguće. Da bi se smanjila deformacija tokom nitriranja, generalno je potrebno kaljenje na visokim temperaturama za smanjenje naprezanja.

Osim toga, prema svojoj strukturi, peć za kontinuiranu toplinsku obradu s valjkastim ognjištem može se podijeliti na jednostepene, dvostepene i trostepene čelične cijevi. Dvostepene ili trostepene peći sa valjkastim ognjištem uglavnom se koriste za toplotnu obradu bešavnih čeličnih cevi i generalno se nazivaju peći za svetlo toplotnu obradu sa valjkastim ognjištem. Peć za kontinuiranu termičku obradu sa valjkastim ognjištem.

Metoda toplinske obrade specificirana je na standardu bešavnih čeličnih cijevi; neki proizvodi. Standard specificira zahtjeve performansi koje treba da ispunjavaju bešavne čelične cijevi. Općenito, gotova toplinska obrada bešavnih čeličnih cijevi s niskim udjelom ugljika uglavnom je potpuno žarena ili normalizirana; dok hrom-nikl austenitna bešavna čelična cijev od nehrđajućeg čelika usvaja rješenje Shandong Sinoma čelične cijevi.

Nakon što je bešavna čelična cijev toplo valjana, nemetalne inkluzije u čeliku (uglavnom sulfidi i oksidi i silikati) se presuju u tanke limove i dolazi do pojave delaminacije (sendvič). Preostalo naprezanje uzrokovano neravnomjernim hlađenjem je mnogo veće od naprezanja uzrokovanog opterećenjem.