Metaalwarmtebehandeling is een van de belangrijke processen in de mechanische fabricage. In vergelijking met andere verwerkingstechnologieën verandert warmtebehandeling over het algemeen niet de vorm en de algehele chemische samenstelling van het werkstuk, maar door de interne microstructuur van het werkstuk te veranderen of de chemische samenstelling op het oppervlak van het werkstuk te veranderen, waardoor de prestaties van het werkstuk. Het kenmerk ervan is om de intrinsieke kwaliteit van het werkstuk te verbeteren, die over het algemeen niet zichtbaar is voor het blote oog. Zoals sommige mensen zeggen, mechanische verwerking is chirurgie, warmtebehandeling is geneeskunde, die het belangrijkste concurrentievermogen van de verwerkende industrie van een land vertegenwoordigt.
Het technologische proces
Het warmtebehandelingsproces omvat over het algemeen verwarming, warmtebehoud, koeling van drie processen, soms alleen verwarming en koeling van twee processen. Deze processen zijn met elkaar verbonden en ononderbreekbaar.
(verwarming)
Wanneer het metaal wordt verwarmd, wordt het werkstuk blootgesteld aan de lucht, wat vaak voorkomt oxidatie en ontkoling (dat wil zeggen, het koolstofgehalte op het oppervlak van stalen onderdelen neemt af), wat een zeer nadelig effect heeft op de oppervlakteprestaties van de onderdelen na hittebehandeling. Als gevolg hiervan moet het metaal normaal gesproken worden verwarmd in een gecontroleerde atmosfeer of beschermende atmosfeer, gesmolten zout en vacuüm, en kan het ook worden beschermd door coating- of verpakkingsmethoden.
De verwarmingstemperatuur is een van de belangrijke technologische parameters in het warmtebehandelingsproces. De selectie en regeling van de verwarmingstemperatuur is het grootste probleem om de kwaliteit van de warmtebehandeling te waarborgen. De verwarmingstemperatuur varieert met het te behandelen metaalmateriaal en het doel van de warmtebehandeling, maar wordt over het algemeen verwarmd boven de faseovergangstemperatuur tot weefsel op hoge temperatuur verkrijgen. Bovendien duurt de transformatie een bepaalde tijd, dus wanneer het oppervlak van het metalen werkstuk de vereiste verwarmingstemperatuur bereikt, moet het gedurende een bepaalde tijd op deze temperatuur worden gehouden, zodat de interne en externe temperaturen zijn consistent en de microstructuur verandert volledig. Deze tijdsperiode wordt de warmtebehoudtijd genoemd.
(warmte besparing)
Bij gebruik van verwarming met hoge energiedichtheid en oppervlaktewarmtebehandeling is de verwarmingssnelheid erg snel en is er over het algemeen geen warmtebehoudstijd, terwijl de warmtebehoudtijd van chemische warmtebehandeling vaak langer is.
(koeling)
Koeling is ook een onmisbare stap in het proces van warmtebehandeling. De koelmethode varieert van proces tot proces en regelt voornamelijk de koelsnelheid.
Proces classificatie
De warmtebehandelingstechnologie van metaal kan worden onderverdeeld in drie typen: integrale warmtebehandeling, oppervlaktewarmtebehandeling en chemische warmtebehandeling. Afhankelijk van het verschillende verwarmingsmedium, de verwarmingstemperatuur en de koelmethode, kan elke categorie worden onderverdeeld in verschillende warmtebehandelingsprocessen. De verschillende microstructuur kan worden verkregen door een ander warmtebehandelingsproces voor hetzelfde metaal, dus het heeft verschillende eigenschappen. IJzer en staal zijn het meest gebruikte metaal in de industrie en de microstructuur van ijzer en staal is het meest complex, dus er zijn veel soorten warmtebehandelingstechnologieën voor ijzer en staal.
Integrale warmtebehandeling is een metaalwarmtebehandelingsproces dat het werkstuk als geheel verwarmt en vervolgens met een geschikte snelheid afkoelt om de vereiste metallografische structuur te verkrijgen en de algehele mechanische eigenschappen ervan te veranderen. Algehele warmtebehandeling van ijzer en staal heeft ruwweg het uitgloeien, normaliseren, afschrikken en ontlaten van vier basisprocessen, namelijk de "vier vuren" van warmtebehandeling.
Afschrikken
Afschrikproces
Het harden van staal is een warmtebehandelingsproces waarbij het staal wordt verwarmd tot de kritische temperatuur boven Ac3 (subeutectoïde staal) of Ac1 (hypereutectoïde staal), gedurende een bepaalde tijd wordt vastgehouden, het staal geheel of gedeeltelijk wordt geaustenitiseerd en vervolgens het staal wordt sneller gekoeld dan de kritische koelsnelheid tot onder Ms (of isotherm nabij Ms) voor martensiet (of bainiet) transformatie.
Proces: verwarming, warmtebehoud en koeling.
De essentie van blussen is de transformatie van martensiet of bainiet door onderkoeld austeniet om een martensiet- of bainietstructuur te verkrijgen.
Het doel van afschrikken: (1) om de stijfheid, hardheid, slijtvastheid, vermoeiingssterkte en taaiheid van staal aanzienlijk te verbeteren, om te voldoen aan de verschillende vereisten van verschillende mechanische onderdelen en gereedschappen; (2) Door afschrikken om te voldoen aan het ferromagnetisme , corrosieweerstand en andere speciale fysische en chemische eigenschappen van sommige speciale staalsoorten.
Toepassing: blusproces wordt het meest gebruikt, zoals gereedschap, meetgereedschap, matrijzen, lagers, veren en auto's, tractoren, dieselmotoren, snijmachines, pneumatisch gereedschap, boormachines, landbouwmachines en gereedschappen, petroleummachines, chemische machines , textielmachines, vliegtuigen en andere onderdelen worden gebruikt in het blusproces.
Het blusmedium
Het medium dat wordt gebruikt voor het afschrikken van het werkstuk, wordt afschrikkoelmedium (of afschrikmedium) genoemd. Het ideale afschrikmedium moet de voorwaarde hebben dat het werkstuk kan worden afgeschrikt tot martensiet zonder te veel afschrikspanning te veroorzaken.
De veelgebruikte blusmiddelen zijn water, waterige oplossing, minerale olie, gesmolten zout, gesmolten alkali, enzovoort.
Laag water
Water is een blusmedium met een sterk koelend vermogen.
Voordelen: brede bron, lage prijs, de stabiele samenstelling is niet gemakkelijk te verslechteren.
Fouten: onstabiel koelvermogen, gemakkelijk om het werkstuk te laten vervormen of barsten. In het "neus" -gebied van de C-curve (rond 500 ~ 600 ℃) bevindt het water zich in het stadium van dampfilm en is de afkoeling niet snel genoeg, wat een "zacht punt" zal vormen. In het martensiet echter overgangstemperatuurgebied (300 ~ 100 ℃), het water bevindt zich in de kookfase en de afkoeling is te snel, waardoor de martensietovergangssnelheid te snel wordt en grote interne spanningen worden gegenereerd, wat leidt tot vervorming en zelfs scheuren van het werkstuk. Wanneer de watertemperatuur stijgt, bevat het water meer gas of water vermengd met onoplosbare onzuiverheden (zoals olie, zeep, modder, enz.), waardoor het koelvermogen aanzienlijk wordt verminderd.
Toepassing: geschikt voor het afschrikken en koelen van koolstofstalen werkstukken met een kleine doorsnede en een eenvoudige vorm.
● Pekel en loog
Voeg een geschikte hoeveelheid zout en alkali toe aan het water, maak het werkstuk op hoge temperatuur ondergedompeld in het koelmedium, in de stoomfilmfase neergeslagen zout en alkalikristal en barst onmiddellijk, de stoomfilm zal worden vernietigd, het oppervlak van het werkstuk oxide wordt ook gestraald, om het koelvermogen van het medium in het gebied met hoge temperaturen te verbeteren, is het defect het corrosieve medium.
Toepassing: onder normale omstandigheden is de concentratie van zout water 10%, de concentratie van natriumhydroxide in water is 10% ~ 15%. Kan worden gebruikt als een blusmedium voor werkstukken van koolstofstaal en laaggelegeerd constructiestaal, de gebruikstemperatuur mag niet hoger zijn dan 60 ℃, moet na het doven tijdig worden schoongemaakt en een antiroestbehandeling ondergaan.
Laag oliepeil
Het koelmedium is meestal minerale olie (minerale olie). Zoals olie, transformatorolie en dieselolie. De olie is over het algemeen 10, 20, 30 olie, hoe groter de olie, hoe groter de viscositeit, hoe hoger het vlampunt, hoe lager het koelvermogen, de overeenkomstige toename van de gebruikstemperatuur.
Dovende manier
● Afschrikken met één vloeistof
Het is een blusbewerking waarbij austeniet-chemische onderdelen worden ondergedompeld in een blusmedium en worden afgekoeld tot kamertemperatuur. Het blusmedium van een enkele vloeistof omvat water, pekel, alkalisch water, olie en een speciaal bereid blusmiddel.
Voordelen: eenvoudige bediening, bevorderlijk voor de realisatie van mechanisatie en automatisering.
Nadelen: De afkoelsnelheid wordt beperkt door de koeleigenschappen van het medium en beïnvloedt de afschrikkwaliteit.
Toepassing: Afschrikken met één vloeistof is alleen geschikt voor een koolstofstalen werkstuk met een eenvoudige vorm.
● Dubbele vloeistofblussen
De austeniet chemische component wordt eerst ondergedompeld in een medium met een sterk koelend vermogen. Voordat de stalen component de temperatuur van het blusmedium bereikt, wordt deze er onmiddellijk uitgehaald en vervolgens gekoeld in een ander medium met een zwak koelvermogen, zoals water voor olie, water voor lucht, enz. Doven met dubbele vloeistof vermindert de neiging tot vervorming en scheuren, wat moeilijk te beheersen is tijdens het gebruik en bepaalde beperkingen heeft in de toepassing.
● Martensiet gegradeerde afschrikking
Het is om de austeniet chemische onderdelen onder te dompelen in het vloeibare medium (zoutbad of alkalibad) op het martensietpunt van staal met een iets hogere of lagere temperatuur en de juiste tijd aan te houden. Nadat de binnen- en buitenlagen van de stalen onderdelen de gemiddelde temperatuur hebben bereikt, worden ze uitgenomen voor luchtkoeling, om het uitdovingsproces van de martensietstructuur te verkrijgen, ook wel bekend als graduele uitdoving.
Voordelen: De gegradeerde afschrikking kan de faseovergangsspanning en thermische spanning effectief verminderen en de afschrikvervorming en scheurneiging als gevolg van luchtkoeling verminderen nadat de gegradeerde temperatuur binnen en buiten het werkstuk op dezelfde temperatuur blijft.
Toepassing: geschikt voor werkstukken van gelegeerd staal en hooggelegeerd staal met een hoge vervormingsvereiste, en ook voor werkstukken van koolstofstaal met een kleine doorsnede en een complexe vorm.
● Bainiet isotherme blussing
Het is een uitdovingsproces, ook wel isotherme uitdoving genoemd, waarbij stalen onderdelen worden geaustenitiseerd en snel worden afgekoeld tot een isotherm bainiet-omzettingstemperatuurbereik (260 ~ 400 ℃) om austeniet om te zetten in bainiet, en de algemene warmtebehoudtijd is 30 ~ 60 minuten.
● Samengestelde afschrikking
Het werkstuk werd afgekoeld tot onder Ms om 10% ~ 20% martensiet te verkrijgen, en vervolgens isotherm in het lagere bainiettemperatuurgebied. Deze koelmethode kan de M+B-structuur van het werkstuk met een grote doorsnede verkrijgen. Het martensiet dat tijdens het voordoven wordt gevormd, kan de transformatie van bainiet bevorderen en martensiet bij isotherm temperen. Samengestelde afschrikking voor werkstukken van gelegeerd gereedschapsstaal kan het eerste type buibrosheid voorkomen en het resterende austenietvolume verminderen, dat wil zeggen de neiging tot vervorming en scheuren.
tempereren
Tempereringsproces
Temperen is een warmtebehandelingsproces waarbij het afgeschrikte werkstuk opnieuw wordt verwarmd tot een geschikte temperatuur onder de lagere kritische temperatuur en wordt afgekoeld tot kamertemperatuur in lucht, water, olie en andere media na een bepaalde tijd te hebben vastgehouden.
Het doel van ontlaten: (1) elimineer de restspanning van het werkstuk tijdens het afschrikken om vervorming en barsten te voorkomen; (2) pas de hardheid, sterkte, plasticiteit en taaiheid van het werkstuk aan om aan de prestatie-eisen te voldoen; (3) stabiliseer de structuur en maat om de nauwkeurigheid te waarborgen; (4) Verbeter en verbeter de bewerkingsprestaties.
Classificatie van ontlaten
● Ontlaten bij lage temperatuur
Verwijst naar het ontlaten van het werkstuk bij 150 ~ 250 ℃.
Doelstelling: een hoge hardheid en slijtvastheid van het afgeschrikte werkstuk behouden en de restspanning en broosheid van het afschrikken verminderen.
Getemperd martensiet is het weefsel dat wordt verkregen door martensiet bij lage temperaturen te temperen.
Toepassing: snijgereedschappen, meetgereedschappen, matrijzen, wentellagers, carbonerings- en oppervlakteafschrikdelen, enz.
● Matige hitte
Verwijst naar het ontlaten van het werkstuk tussen 350 ~ 500 ℃.
Doelstelling: hoge elasticiteit en vloeigrens verkrijgen, passende taaiheid. Het ontlaattrochtiet wordt verkregen na het ontlaten, wat betekent dat de ferrietmatrix gevormd door het ontlaten van martensiet wordt verdeeld in de complexe fasestructuur van extreem fijn bolvormig carbide (of cementiet).
Toepassing: veer, smeedmatrijs, slaggereedschap, etc.
● Ontlaten op hoge temperatuur
Verwijst naar het werkstuk dat boven 500 ℃ ontlaat.
Doelstelling: Betere uitgebreide mechanische eigenschappen van sterkte, plasticiteit en taaiheid verkrijgen.
Na het ontlaten wordt de getemperde Soxhlet verkregen, wat betekent dat de ferrietmatrix gevormd door het temperen van Martensiet wordt verdeeld in de complexe fasestructuur van fijn bolvormig carbide (inclusief cementiet).
Is het vuur
Normaliseren
Normaliserend proces
Normaliseren is een metaalwarmtebehandelingsproces waarbij het staal wordt verwarmd tot 30-50 ℃ boven de kritische temperatuur (de temperatuur van volledige austenitisering) en vervolgens uit de oven wordt gehaald om te worden gekoeld in lucht of door een waternevel, spray, of lucht blazen na het vasthouden van het staal gedurende een geschikte tijd.
Doelstelling: (1) korrelverfijning en carbideverdeling uniform maken; (2) de interne spanning van het materiaal verwijderen; (3) de hardheid van het materiaal vergroten.
Voordelen: (1) normaliserende koelsnelheid is iets sneller dan gloeiende koelsnelheid, dus de verkregen perlietlamellaire ruimte is kleiner, de normaliserende structuur is fijner dan de gegloeide structuur, dus de hardheid en sterkte zijn hoger; (2) Externe koeling van een normaliserende oven neemt geen apparatuur in beslag en heeft een hoge productiviteit.
Toepassing: alleen geschikt voor koolstofstaal en laag- en middengelegeerd staal, niet voor hooggelegeerd staal. Omdat het austeniet van hooggelegeerd staal zeer stabiel is, zal door luchtkoeling ook martensietweefsel ontstaan.
Het specifieke doel
(1) Voor laag koolstofstaal en laaggelegeerd staal kan normalisatie de hardheid verbeteren om de bewerkbaarheid te verbeteren;
(2) Voor medium koolstofstaal kan normalisatie de ontlaatbehandeling vervangen om hoogfrequente uitdoving voor te bereiden en de vervorming van stalen onderdelen en verwerkingskosten te verminderen;
(3) Voor staal met een hoog koolstofgehalte kan normalisatie de netwerkcementietstructuur elimineren en sferoïdiserend gloeien vergemakkelijken;
(4) Normaliseren kan worden gebruikt in plaats van afschrikken voor grote stalen smeedstukken of stalen gietstukken met scherpe veranderingen in doorsnede om de neiging tot vervorming en scheuren te verminderen of om afschrikken voor te bereiden;
(5) Voor de geharde tegenreparatiedelen van staal kan de invloed van oververhitting worden geëlimineerd door te normaliseren, zodat het staal opnieuw kan worden geblust;
(6) Het wordt gebruikt voor gietijzer om het perlietlichaam te vergroten en de sterkte en slijtvastheid van het gietstuk te verbeteren.
Gloeien
Gloeien
Het proces van warmtebehandeling waarbij een metaal of legering wordt verwarmd tot een geschikte temperatuur, gedurende een bepaalde tijd wordt vastgehouden en vervolgens langzaam wordt afgekoeld (meestal terwijl de oven afkoelt), wordt uitgloeien genoemd.
De essentie van uitgloeien is om staal te verhitten tot austenitis voor perliettransformatie, en het uitgegloeide weefsel is het meest uitgebalanceerde.
Doel van gloeien:
(1) Verminder de hardheid van staal, verbeter de plasticiteit en faciliteer bewerking en koude vervormingsverwerking;
(2) Uniforme chemische samenstelling en structuur van staal, korrel verfijnen, staalprestaties verbeteren of voorbereiden op afschrikkende structuur;
(3) Elimineer interne spanning en werkverharding om vervorming en scheuren te voorkomen.
Gloeimethode
1. Volledige uitgloeiing
Proces: Verwarm het staal tot Ac3 boven 20 ~ 30 ℃, koel het na een bepaalde tijd langzaam af (samen met de oven) om een warmtebehandelingsproces (volledige austenitis) met een bijna uitgebalanceerde structuur te verkrijgen. Om de productiviteit te verbeteren, wordt bij de daadwerkelijke productie gloeikoeling tot ongeveer 500 ℃ uit de oven gehaald voor luchtkoeling.
Doelstelling: korrel, uniforme structuur verfijnen, interne spanning elimineren, hardheid verminderen en de bewerkbaarheid van staal verbeteren. De microstructuur van subeutectoïde staal na volledig gloeien is F+P.
Toepassing: volledig uitgloeien wordt voornamelijk gebruikt voor subeutectoïde staal (WC = 0.3 ~ 0.6%), over het algemeen medium koolstofstaal en gietstukken, smeedstukken en warmgewalste profielen met een laag en medium koolstofgehalte, en wordt soms gebruikt voor hun lassen.
Onvolledig gloeien
Proces: Verwarm het staal tot Ac1~Ac3 (subeutectoïde staal) of Ac1~Accm (hypereutectoïde staal) na warmtebehoud en langzame afkoeling om een warmtebehandelingsproces te verkrijgen dat dicht bij de evenwichtsstructuur ligt.
Toepassing: het wordt voornamelijk gebruikt om een bolvormige perlietstructuur van hypereutectoïde staal te verkrijgen om interne spanning te elimineren, hardheid te verminderen en de bewerkbaarheid te verbeteren.
3. Isotherm gloeien
Proces: Verwarm het staal tot een temperatuur hoger dan Ac3 (of Ac1). Nadat het staal gedurende een geschikte periode is vastgehouden, wordt het snel afgekoeld tot een bepaalde temperatuur in het perlietgebied en wordt isothermisch onderhoud uitgevoerd om austeniet om te zetten in perliet en vervolgens luchtgekoeld tot kamertemperatuur.
Doelstelling: Net als bij volledige uitgloeiing is de transformatie eenvoudig te controleren.
Toepassing: geschikt voor stabielere staalsoorten: koolstofstaal (wc> 0.6%), gelegeerd gereedschapsstaal, hooggelegeerd staal (totaal gehalte aan legeringselementen > 10%). Isotherm gloeien is ook gunstig om een uniforme structuur en eigenschappen te verkrijgen. Het is echter niet geschikt voor grote stalen onderdelen en grote hoeveelheden lading, omdat isotherm gloeien niet gemakkelijk is om de binnenkant van het werkstuk of het batchwerkstuk een isotherme temperatuur te laten bereiken.
4. Sferoïdiserend gloeien
Proces: een warmtebehandelingsproces voor bolvorming van carbiden in staal om korrelig perliet te verkrijgen. Bij verwarming tot een temperatuur boven Ac1 van 20 ~ 30 ℃ mag de bewaartijd niet te lang zijn, over het algemeen is 2 ~ 4 uur geschikt. De koelmethode is meestal ovenkoeling of ongeveer 20 ℃ onder Ar1 gedurende lange tijd isotherm.
Doelstelling: Hardheid, uniforme structuur verminderen en bewerkbaarheid verbeteren ter voorbereiding op afschrikken.
Toepassing: voornamelijk gebruikt in eutectoïde staal en hypereutectoïde staal, zoals koolstofgereedschapsstaal, gelegeerd gereedschapsstaal, lagerstaal, enz. Sferoïdaal perliet wordt verkregen door sferoïdaal gloeien. In sferoïdaal perliet is het cementiet bolvormig met fijne deeltjes verspreid over de ferrietmatrix. In vergelijking met lamellen heeft sferisch perliet een lagere hardheid en is het gemakkelijk te bewerken, en austenietkorrels zijn niet gemakkelijk grof te zijn en minder vatbaar voor vervorming en barsten tijdens afschrikken en verwarmen.
5. Diffusie gloeien (uniform gloeien)
Proces: een warmtebehandelingsproces waarbij de staaf, het gietstuk of het smeedstuk gedurende lange tijd wordt verwarmd tot een temperatuur die iets onder die van de vastefaselijn ligt en vervolgens langzaam wordt afgekoeld om chemische inhomogeniteit te elimineren.
Doelstelling: de dendrietsegregatie en regionale segregatie tijdens het stollen elimineren en de samenstelling en structuur homogeniseren.
Toepassing: Gebruikt in sommige gelegeerd staal van hoge kwaliteit en gietstukken en ingots van gelegeerd staal met ernstige segregatie. De verwarmingstemperatuur van diffusiegloeien is erg hoog, meestal 100 ~ 200 ℃ boven Ac3 of Accm. De specifieke temperatuur is afhankelijk van de segregatiegraad en staalsoort. De houdtijd is over het algemeen 10 ~ 15 uur. Na diffusie-uitgloeiing zijn volledige uitgloeiing en normalisatiebehandeling vereist om de structuur te verfijnen.
6. Ontlasting van stress
Proces: verwarm het staal tot een bepaalde temperatuur onder Ac1 (meestal 500 ~ 650 ℃), houd de hitte vast en koel vervolgens af met de oven.
De spanningsgloeitemperatuur is lager dan A1, dus het spanningsgloeien veroorzaakt geen weefselverandering.
Doel: Resterende interne stress elimineren.
Toepassing: Hoofdzakelijk gebruikt om de restspanningen van gietstukken, smeedstukken, lasdelen, warmgewalste delen, koudgetrokken delen enz. of tijdens latere bewerkingen.