Varmebehandling af stål.

Ⅰ. Det grundlæggende koncept om varmebehandling.

A. Det grundlæggende koncept om varmebehandling.
De grundlæggende elementer og funktioner afVarmebehandling:
1. Opvarmning
Formålet er at opnå en ensartet og fin austenitstruktur.
2. Hold
Målet er at sikre, at emnet opvarmes grundigt og forhindrer dekarburisering og oxidation.
3. Køling
Målet er at omdanne austenit til forskellige mikrostrukturer.
Mikrostrukturer efter varmebehandling
Under afkølingsprocessen efter opvarmning omdannes austeniten til forskellige mikrostrukturer afhængigt af kølehastigheden. Forskellige mikrostrukturer udviser forskellige egenskaber.
B. Det grundlæggende koncept om varmebehandling.
Klassificering baseret på opvarmnings- og kølemetoder samt mikrostruktur og egenskaber ved stål
1. Konventionel varmebehandling (samlet varmebehandling): temperering, annealing, normalisering, slukning
2. Overfladevarmebehandling: Overfladebelægning, induktionsopvarmningsoverflade slukning, flammeopvarmningsoverflade slukning, elektrisk kontaktopvarmningsoverflade slukning.
3. Kemisk varmebehandling: Karburering, nitridering, carbonitriding.
4. Andre varmebehandlinger: Kontrolleret atmosfære varmebehandling, vakuumvarmebehandling, deformationsvarmebehandling.

C. Kritisk temperatur på stål

Gritisk temperatur på stål

Den kritiske transformationstemperatur på stål er et vigtigt grundlag for bestemmelse af opvarmning, opbevaring og afkølingsprocesser under varmebehandling. Det bestemmes af jern-carbon-fasediagrammet.

Nøglekonklusion:Den faktiske kritiske transformationstemperatur af stål hænger altid bag den teoretiske kritiske transformationstemperatur. Dette betyder, at overophedning er påkrævet under opvarmning, og underkøling er nødvendig under afkøling.

Ⅱ.annealing og normalisering af stål

1. Definition af annealing
Udglødning involverer opvarmning af stål til en temperatur over eller under det kritiske punkt, AC₁ holder det ved denne temperatur og køles derefter langsomt, normalt inden for ovnen, for at opnå en struktur tæt på ligevægt.
2. Formål med annealing
①justeret hårdhed til bearbejdning: Opnåelse af bearbejdelig hårdhed i området HB170 ~ 230.
②Relieve resterende stress: forhindrer deformation eller revner under efterfølgende processer.
③Refine kornstruktur: Forbedrer mikrostrukturen.
④ Preparation til endelig varmebehandling: Opnå granulær (sfæroidiseret) perlit til efterfølgende slukning og temperering.

3. Spheroidizing Annealing
Processpecifikationer: Opvarmningstemperatur er i nærheden af ​​AC₁ -punktet.
Formål: At kugleformede cementit eller carbider i stålet, hvilket resulterer i granulær (sfæroideret) perlit.
Anvendt interval: Brugt til stål med eutektoid- og hypereutektoidkompositioner.
4.Diffing Annealing (Homogenizing Annealing)
Processpecifikationer: Opvarmningstemperatur er lidt under solvuslinjen på fasediagrammet.
Formål: At eliminere adskillelse.

Udglødning

① for lav-kulstofstålMed kulstofindhold mindre end 0,25%foretrækkes normalisering frem for annealing som en forberedende varmebehandling.
② For medium-carbonstål med kulstofindhold mellem 0,25% og 0,50%, kan enten udglødning eller normalisering bruges som forberedende varmebehandling.
③ For medium til høj-kulstofstål med kulstofindhold mellem 0,50% og 0,75% anbefales fuld udglødning.
④ til høj-kulstofstålMed kulstofindhold, der er større end 0,75%, bruges normalisering først til at eliminere netværket FE₃C, efterfulgt af sfæroidisering af udglødning.

Ⅲ. Udslip og temperering af stål

temperatur

A. Quenching
1. Definition af slukning: Slukning involverer opvarmning af stål til en bestemt temperatur over AC₃- eller AC₁ -punktet, idet den holder det ved den temperatur og derefter afkøles det med en hastighed, der er større end den kritiske kølingshastighed, der danner martensit.
2. Formål med slukning: Det primære mål er at opnå martensit (eller undertiden lavere bainit) for at øge stålets hårdhed og slidstyrke. Slukning er en af ​​de vigtigste varmebehandlingsprocesser for stål.
3. Bestemmende slukningstemperaturer for forskellige typer stål
Hypoeutectoid stål: AC₃ + 30 ° C til 50 ° C
Eutektoid og hypereutektoid stål: AC₁ + 30 ° C til 50 ° C
Legeringsstål: 50 ° C til 100 ° C over den kritiske temperatur

4. Kølekarakteristika for et ideelt slukningsmedium:
Langsom afkøling før "næse" temperatur: til tilstrækkelig reducer termisk stress.
Høj kølekapacitet i nærheden af ​​"næse" temperatur: for at undgå dannelse af ikke-Martensitiske strukturer.
Langsom afkøling i nærheden af ​​M₅ -punkt: At minimere den stress induceret af martensitisk transformation.

Køleegenskaber
Slukningsmetode

5. Flukningsmetoder og deres egenskaber:
①imple slukning: Let at betjene og egnet til små, enkle formede arbejdsemner. Den resulterende mikrostruktur er martensit (M).
②dobbelt slukning: mere komplekse og vanskelige at kontrollere, brugt til kompleksformet stålstål med høj kulstofindhold og større legeringsstål. Den resulterende mikrostruktur er martensit (M).
③ Broken slukning: En mere kompleks proces, der bruges til store, komplekse formede legeringsstål. Den resulterende mikrostruktur er martensit (M).
④ Isothermal slukning: Brugt til små, komplekse formede arbejdsemner med høje krav. Den resulterende mikrostruktur er lavere bainit (B).

6.Faktorer, der påvirker hærdebarheden
Niveauet af hærdebarhed afhænger af stabiliteten af ​​den superkølede austenit i stål. Jo højere stabiliteten af ​​den superkølede austenit, jo bedre er hærdenhed og vice versa.
Faktorer, der påvirker stabiliteten af ​​superkølet austenit:
Position af C-kurve: Hvis C-kurven skifter til højre, falder den kritiske afkølingshastighed for slukning, hvilket forbedrer hårdebarheden.
Nøglekonklusion:
Enhver faktor, der flytter C-kurven til højre øger stålens hærderbarhed.
Hovedfaktor:
Kemisk sammensætning: Bortset fra kobolt (CO) øger alle legeringselementer, der er opløst i austenit, hærdebarhed.
Jo tættere kulstofindholdet er på eutektoid-sammensætningen i kulstofstål, jo mere skifter C-kurven til højre, og jo højere er hærdet.

7. Bestemmelse og repræsentation af hærdebarhed
①end slukning Hærdbarhedstest: Hærdbarhed måles ved hjælp af End-Quench Test-metoden.
②Kritisk slukediameter Metode: Den kritiske slukediameter (D₀) repræsenterer den maksimale ståldiameter, der kan hærdes fuldt ud i et specifikt slukningsmedium.

Hærdbarhed

B.Tempering

1. Definition af temperering
Tempering er en varmebehandlingsproces, hvor slukket stål genopvarmes til en temperatur under A₁ -punktet, der holdes ved denne temperatur og derefter afkøles til stuetemperatur.
2. formål med temperering
Reducer eller eliminering af resterende stress: forhindrer deformation eller revner af emnet.
Reducer eller eliminering af resterende austenit: stabiliserer emnets dimensioner.
Fjern britten af ​​slukket stål: justerer mikrostrukturen og egenskaberne for at imødekomme emnets krav.
Vigtig note: Stål skal tempereres straks efter slukning.

3. Samlingsprocesser

1. Lav temperering
Formål: At reducere slukning af stress, forbedre piskesværdigheden i emnet og opnå høj hårdhed og slidstyrke.
Temperatur: 150 ° C ~ 250 ° C.
Ydeevne: Hårdhed: HRC 58 ~ 64. Høj hårdhed og slidstyrke.
Anvendelser: Værktøjer, forme, lejer, karburerede dele og overfladehærdede komponenter.
2. Høj temperering
Formål: At opnå høj sejhed sammen med tilstrækkelig styrke og hårdhed.
Temperatur: 500 ° C ~ 600 ° C.
Ydeevne: Hårdhed: HRC 25 ~ 35. Gode samlede mekaniske egenskaber.
Anvendelser: aksler, gear, forbindelsesstænger osv.
Termisk raffinering
Definition: Slukning efterfulgt af temperatur med høj temperatur kaldes termisk raffinering eller blot temperering. Stål behandlet ved denne proces har fremragende samlet ydelse og er vidt brugt.

Ⅳ.Surface varmebehandling af stål

A.surface slukning af stål

1. Definition af overfladehærdning
Overfladehærdning er en varmebehandlingsproces designet til at styrke overfladelaget af et emne ved hurtigt at opvarme det for at omdanne overfladelaget til austenit og derefter hurtigt afkøle det. Denne proces udføres uden at ændre stålens kemiske sammensætning eller materialets kernestruktur.
2. Materialer, der bruges til overfladehærdning og posthærdningsstruktur
Materialer, der bruges til overfladehærdning
Typiske materialer: Medium kulstofstål og medium kulstoflegeringsstål.
Forbehandling: Typisk proces: temperering. Hvis kerneegenskaberne ikke er kritiske, kan normalisering i stedet bruges.
Struktur efter hærdning
Overfladestruktur: Overfladelaget danner typisk en hærdet struktur såsom martensit eller bainit, som giver høj hårdhed og slidstyrke.
Kernestruktur: Kernen i stålet bevarer generelt sin oprindelige struktur, såsom perlit eller tempereret tilstand, afhængigt af forbehandlingsprocessen og basismaterialets egenskaber. Dette sikrer, at kernen opretholder god sejhed og styrke.

B.Karakteristika for induktionsoverfladehærdning
1. Høj opvarmningstemperatur og hurtig temperaturstigning: Induktionsoverfladehærdning involverer typisk høje opvarmningstemperaturer og hurtige opvarmningshastigheder, hvilket giver mulighed for hurtig opvarmning inden for kort tid.
2. Fin austenitkornstruktur i overfladelaget: Under den hurtige opvarmning og den efterfølgende slukningsproces danner overfladelaget fine austenitkorn. Efter slukning består overfladen primært af fin martensit, med hårdhed typisk 2-3 HRC højere end konventionel slukning.
3.God overfladekvalitet: På grund af den korte opvarmningstid er arbejdsemneoverfladen mindre tilbøjelig til oxidation og dekarburisering, og slukningsinduceret deformation minimeres, hvilket sikrer god overfladekvalitet.
4. Høj træthedsstyrke: Den martensitiske fase -transformation i overfladelaget genererer trykspænding, hvilket øger træthedsstyrken i emnet.
5. Høj produktionseffektivitet: Induktionsoverfladehærdning er velegnet til masseproduktion, der tilbyder høj driftseffektivitet.

C. Klassificering af kemisk varmebehandling
Karburering, karburering, karburering, kromisering, siliconiserende, siliconisering, siliconisering, carbonitriding, borocarburisering

D.GAS CARBURING
Gaskarburering er en proces, hvor et emne anbringes i en forseglet gas karburerende ovn og opvarmes til en temperatur, der omdanner stålet til austenit. Derefter dryppes et karbureringsmiddel dryppet ind i ovnen, eller en karburerende atmosfære introduceres direkte, hvilket gør det muligt for carbonatomer at diffundere i overfladelaget af emnet. Denne proces øger kulstofindholdet (WC%) på emnets overflade.
√ Karburiserende agenter:
• Kulrige gasser: såsom kulgas, flydende petroleumsgas (LPG) osv.
• Organiske væsker: såsom parafin, methanol, benzen osv.
√ Karburisering af procesparametre:
• Karbureringstemperatur: 920 ~ 950 ° C.
• Karbureringstid: Afhænger af den ønskede dybde af det karburerede lag og karbureringstemperaturen.

E. Opvarm behandling efter karburering
Stål skal gennemgå varmebehandling efter karburering.
Varmebehandlingsproces efter karburering:
√ Spændt + lavtemperatur temperering
1. Direct-slukning efter forkøling + lavtemperatur Tempering: Arbejdsstykket er forkølet fra karbureringstemperaturen til lige over kernens AR₁-temperatur og derefter straks slukket, efterfulgt af lavtemperatur temperering ved 160 ~ 180 ° C.
2. Single slukning efter førkøling + lav temperatur temperering: Efter karburisering afkøles emnet langsomt til stuetemperatur og genopvarmes derefter for slukning og temperatur med lav temperatur.
3. Dobbelt slukning Efter forkøling + lav temperatur temperering: Efter karburering og langsom afkøling gennemgår emnet to faser af opvarmning og slukning, efterfulgt af temperatur med lav temperatur.

Ⅴ. Kemisk varmebehandling af stål

1.Definition af kemisk varmebehandling
Kemisk varmebehandling er en varmebehandlingsproces, hvor et stålarbejdsemne placeres i et specifikt aktivt medium, opvarmes og holdes ved temperatur, hvilket gør det muligt for de aktive atomer i mediet at diffundere i overfladen af ​​emnet. Dette ændrer den kemiske sammensætning og mikrostruktur af emnets overflade og ændrer derved dens egenskaber.
2. Basisk proces med kemisk varmebehandling
Nedbrydning: Under opvarmning nedbrydes det aktive medium og frigiver aktive atomer.
Absorption: De aktive atomer adsorberes af overfladen af ​​stålet og opløses i den faste opløsning af stålet.
Diffusion: De aktive atomer, der er absorberet og opløst på overfladen af ​​stålet, vandrer ind i det indre.
Typer af induktionsoverfladehærdning
A.Højfrekvent induktionsopvarmning
Nuværende frekvens: 250 ~ 300 kHz.
Hærdede lagdybde: 0,5 ~ 2,0 mm.
Anvendelser: Medium og lille modul gear og små til mellemstore aksler.
B.mediumfrekvent induktionsopvarmning
Nuværende frekvens: 2500 ~ 8000 kHz.
Hærdede lagdybde: 2 ~ 10 mm.
Anvendelser: Større aksler og store til mellemstore modul gear.
C. Power-frekvensinduktionsopvarmning
Nuværende frekvens: 50 Hz.
Hærdede lagdybde: 10 ~ 15 mm.
Anvendelser: Arbejdsstykker, der kræver et meget dybt hærdet lag.

3. induktionsoverfladehærdning
Grundlæggende princip om induktionsoverfladehærdning
HUDEFFEKT:
Når skiftevis strøm i induktionsspolen inducerer en strøm på overfladen af ​​emnet, koncentreres størstedelen af ​​den inducerede strøm nær overfladen, mens næsten ingen strøm passerer gennem det indre af emnet. Dette fænomen er kendt som hudeffekten.
Princip om induktionsoverfladehærdning:
Baseret på hudeneffekten opvarmes overfladen på emnet hurtigt til austenitiserende temperatur (stiger til 800 ~ 1000 ° C på få sekunder), mens det indre af emnet forbliver næsten uopvarmet. Arbejdsstykket afkøles derefter ved vandsprøjtning og opnår overfladehærdning.

Temperatur

4. Mestrømmende
Tempering Brethed i slukket stål
Temperering af kontaktlerne henviser til fænomenet, hvor påvirkningssejheden af ​​slukket stål signifikant falder, når det tempereres ved visse temperaturer.
Første type temperering
Temperaturområdet: 250 ° C til 350 ° C.
Karakteristika: Hvis slukket stål er tempereret inden for dette temperaturområde, er det meget sandsynligt, at det udvikler denne type temperering, som ikke kan fjernes.
Løsning: Undgå at temperere slukket stål inden for dette temperaturområde.
Den første type temperering af spredning er også kendt som lavtemperatur temperering af kløgtighed eller irreversibel temperering af kontaktler.

Ⅵ.Tempering

1. Tempering er en endelig varmebehandlingsproces, der følger slukning.
Hvorfor har slukkede stål brug for temperering?
Mikrostruktur efter slukning: Efter slukning består mikrostrukturen af ​​stål typisk af martensit og resterende austenit. Begge er metastable faser og vil transformere under visse betingelser.
Egenskaber ved martensit: Martensit er kendetegnet ved høj hårdhed, men også høj kløft (især i høj-kulstofnållignende martensit), som ikke opfylder ydelseskravene til mange applikationer.
Karakteristika ved martensitisk transformation: Transformationen til martensit forekommer meget hurtigt. Efter slukning har emnet resterende interne spændinger, der kan føre til deformation eller revner.
Konklusion: Arbejdsstykket kan ikke bruges direkte efter slukning! Tempering er nødvendig for at reducere interne spændinger og forbedre hårdepektets sejhed, hvilket gør det velegnet til brug.

2.Differens mellem hærdebarhed og hærdningskapacitet:
Hærdbarhed:
Hærdbarhed henviser til stålens evne til at opnå en bestemt dybde af hærdning (dybden af ​​det hærdede lag) efter slukning. Det afhænger af stålens sammensætning og struktur, især dets legeringselementer og typen af ​​stål. Hærdbarhed er et mål for, hvor godt stålet kan hærde gennem sin tykkelse under slukningsprocessen.
Hårdhed (hærdningskapacitet):
Hårdhed eller hærdningskapacitet henviser til den maksimale hårdhed, der kan opnås i stålet efter slukning. Det er stort set påvirket af kulstofindholdet i stålet. Højere kulstofindhold fører generelt til højere potentiel hårdhed, men dette kan begrænses af stålens legeringselementer og effektiviteten af ​​slukningsprocessen.

3. Hardabilitet af stål
√ Concept of Hardenability
Hærdbarhed henviser til stålens evne til at opnå en bestemt dybde af martensitisk hærdning efter slukning fra austenitiseringstemperaturen. På enklere termer er det evnen til stål at danne martensit under slukning.
Måling af hårdhed
Størrelsen på hærdebarhed er indikeret med dybden af ​​det hærdede lag opnået under specificerede betingelser efter slukning.
Hærdede lagdybde: Dette er dybden fra overfladen af ​​emnet til regionen, hvor strukturen er halvt martensit.
Almindelige slukningsmedier:
•Vand
Egenskaber: Økonomisk med stærk kølingsevne, men har en høj kølingshastighed nær kogepunktet, hvilket kan føre til overdreven køling.
Anvendelse: Typisk brugt til kulstofstål.
Saltvand: En opløsning af salt eller alkali i vand, som har en højere kølekapacitet ved høje temperaturer sammenlignet med vand, hvilket gør det velegnet til kulstofstål.
•Olie
Karakteristika: Tilvejebringer en langsommere kølehastighed ved lave temperaturer (nær kogepunktet), hvilket effektivt reducerer tendensen til deformation og revner, men har lavere kølingsevne ved høje temperaturer.
Anvendelse: Velegnet til legeringsstål.
Typer: Inkluderer slukning af olie, maskinolie og dieselbrændstof.

Opvarmningstid
Opvarmningstid består af både opvarmningshastigheden (tid taget for at nå den ønskede temperatur) og holdetid (tid vedligeholdt ved måltemperaturen).
Principper til bestemmelse af opvarmningstid: Sørg for ensartet temperaturfordeling gennem hele emnet, både inde og ude.
Sørg for at komplette austenitisering, og at den dannede austenit er ensartet og fin.
Basis til bestemmelse af opvarmningstid: estimeret normalt ved hjælp af empiriske formler eller bestemt gennem eksperimentering.
Slukende medier
To centrale aspekter:
A. Kølingshastighed: En højere kølehastighed fremmer dannelsen af ​​martensit.
B.Residual Stress: En højere kølingshastighed øger den resterende stress, hvilket kan føre til en større tendens til deformation og revner i emnet.

Ⅶ.normaliserende

1. Definition af normalisering
Normalisering er en varmebehandlingsproces, hvor stål opvarmes til en temperatur 30 ° C til 50 ° C over AC3-temperaturen, der holdes ved denne temperatur og derefter luftkøles for at opnå en mikrostruktur tæt på ligevægtstilstanden. Sammenlignet med udglødning har normalisering en hurtigere kølehastighed, hvilket resulterer i en finere perlitstruktur (P) og højere styrke og hårdhed.
2. formål at normalisere
Formålet med normalisering svarer til annealing.
3. Anvendelser af normalisering
• Fjern netværks -sekundær cementit.
• Server som den endelige varmebehandling for dele med lavere krav.
• Virk som en forberedende varmebehandling for lavt og mellemstor kulstofstrukturelt stål for at forbedre bearbejdeligheden.

4. Types af annealing
Første type annealing:
Formål og funktion: Målet er ikke at inducere fasetransformation, men at overføre stålet fra en ubalanceret tilstand til en afbalanceret tilstand.
Typer:
• Diffusionsudglødning: sigter mod at homogenisere sammensætningen ved at eliminere adskillelse.
• Omkrystallisationsglødning: Gendanner duktiliteten ved at fjerne virkningerne af arbejdehærdning.
• Annealing af stresslindring: Reducerer interne spændinger uden at ændre mikrostrukturen.
Anden type annealing:
Formål og funktion: Formålet at ændre mikrostruktur og egenskaber ved at opnå en perlitdomineret mikrostruktur. Denne type sikrer også, at distributionen og morfologien af ​​perlit, ferrit og carbider opfylder specifikke krav.
Typer:
• Fuld annealing: Opvarmer stålet over AC3 -temperaturen og afkøler den derefter langsomt for at producere en ensartet perlitstruktur.
• Ufuldstændig annealing: Opvarmer stålet mellem AC1 og AC3 -temperaturer for delvist at transformere strukturen.
• Isotermisk udglødning: Opvarmer stålet til over AC3, efterfulgt af hurtig afkøling til en isotermisk temperatur og holder for at opnå den ønskede struktur.
• Sfæroidisering af udglødning: producerer en sfæroidal carbidstruktur, forbedring af bearbejdelighed og sejhed.

Ⅷ.1.Definition af varmebehandling
Varmebehandling henviser til en proces, hvor metal opvarmes, holdes ved en bestemt temperatur og derefter afkøles, mens den er i en fast tilstand for at ændre dens interne struktur og mikrostruktur og derved opnå de ønskede egenskaber.
2. Karakteristika for varmebehandling
Varmebehandling ændrer ikke formen på emnet; I stedet ændrer det den interne struktur og mikrostruktur af stålet, som igen ændrer stålens egenskaber.
3.Purpose af varmebehandling
Formålet med varmebehandling er at forbedre de mekaniske eller behandlingsegenskaber af stål (eller arbejdsemner), fuldt ud udnytte stålets potentiale, forbedre kvaliteten af ​​emnet og udvide dets levetid.
4. Key konklusion
Hvorvidt et materiales egenskaber kan forbedres gennem varmebehandling afhænger kritisk af, om der er ændringer i dens mikrostruktur og struktur under opvarmnings- og køleprocessen.


Posttid: Aug-19-2024