Ⅰ.Η βασική έννοια της θερμικής επεξεργασίας.
Α. Η βασική έννοια της θερμικής επεξεργασίας.
Τα βασικά στοιχεία και οι λειτουργίες τουκατεργασία με θερμοκρασία:
1.Θέρμανση
Ο σκοπός είναι να αποκτηθεί μια ομοιόμορφη και λεπτή δομή ωστενίτη.
2.Κράτημα
Ο στόχος είναι να διασφαλιστεί ότι το τεμάχιο εργασίας έχει θερμανθεί πλήρως και να αποτραπεί η απανθράκωση και η οξείδωση.
3.Ψύξη
Ο στόχος είναι να μετατραπεί ο ωστενίτης σε διαφορετικές μικροδομές.
Μικροδομές μετά από Θερμική Επεξεργασία
Κατά τη διαδικασία ψύξης μετά τη θέρμανση και τη συγκράτηση, ο ωστενίτης μετατρέπεται σε διαφορετικές μικροδομές ανάλογα με τον ρυθμό ψύξης. Διαφορετικές μικροδομές παρουσιάζουν διαφορετικές ιδιότητες.
Β.Η βασική έννοια της θερμικής επεξεργασίας.
Ταξινόμηση με βάση τις μεθόδους θέρμανσης και ψύξης, καθώς και τη μικροδομή και τις ιδιότητες του χάλυβα
1. Συμβατική Θερμική Επεξεργασία (Συνολική Θερμική Επεξεργασία): Σκλήρυνση, ανόπτηση, κανονικοποίηση, σβήσιμο
2. Θερμική επεξεργασία επιφανειών: σβήσιμο επιφάνειας, σβήσιμο επιφάνειας θέρμανσης επαγωγής, σβήσιμο επιφανειών θέρμανσης με φλόγα, σβήσιμο επιφανειών θέρμανσης με ηλεκτρική επαφή.
3. Χημική Θερμική Επεξεργασία: Ενανθράκωση, Νάζωση, Ενυδάτωση.
4. Άλλες θερμικές επεξεργασίες: Θερμική επεξεργασία ελεγχόμενης ατμόσφαιρας, θερμική επεξεργασία κενού, θερμική επεξεργασία παραμόρφωσης.
Γ.Κρίσιμη θερμοκρασία χάλυβα
Η κρίσιμη θερμοκρασία μετασχηματισμού του χάλυβα είναι μια σημαντική βάση για τον προσδιορισμό των διαδικασιών θέρμανσης, συγκράτησης και ψύξης κατά τη θερμική επεξεργασία. Καθορίζεται από το διάγραμμα φάσης σιδήρου-άνθρακα.
Βασικό συμπέρασμα:Η πραγματική κρίσιμη θερμοκρασία μετασχηματισμού του χάλυβα πάντα υστερεί σε σχέση με τη θεωρητική κρίσιμη θερμοκρασία μετασχηματισμού. Αυτό σημαίνει ότι απαιτείται υπερθέρμανση κατά τη θέρμανση και η υποψύξη είναι απαραίτητη κατά την ψύξη.
Ⅱ. Ανόπτηση και κανονικοποίηση του χάλυβα
1. Ορισμός της ανόπτησης
Η ανόπτηση περιλαμβάνει θέρμανση του χάλυβα σε θερμοκρασία πάνω ή κάτω από το κρίσιμο σημείο Ac1 που τον συγκρατεί σε αυτή τη θερμοκρασία, και στη συνέχεια ψύχεται αργά, συνήθως εντός του κλίβανου, για να επιτευχθεί μια δομή κοντά στην ισορροπία.
2. Σκοπός ανόπτησης
①Ρύθμιση σκληρότητας για μηχανική κατεργασία: Επίτευξη σκληρότητας με δυνατότητα επεξεργασίας στην περιοχή HB170~230.
②Ανακουφίστε την υπολειπόμενη πίεση: Αποτρέπει την παραμόρφωση ή το ράγισμα κατά τις επόμενες διεργασίες.
③Βελτιώστε τη δομή κόκκων: Βελτιώνει τη μικροδομή.
④Προετοιμασία για την τελική θερμική επεξεργασία: Λήψη κοκκώδους (σφαιροειδούς) περλίτη για επακόλουθο σβήσιμο και σκλήρυνση.
3.Σφαιροειδής ανόπτηση
Προδιαγραφές διαδικασίας: Η θερμοκρασία θέρμανσης είναι κοντά στο σημείο Ac₁.
Σκοπός: Να σφαιροποιηθεί ο τσιμεντίτης ή τα καρβίδια στον χάλυβα, με αποτέλεσμα τον κοκκώδη (σφαιροειδή) περλίτη.
Εφαρμοστέο εύρος: Χρησιμοποιείται για χάλυβες με ευτεκτοειδή και υπερευτηκοειδή συνθέσεις.
4. Διάχυτη ανόπτηση (Ομογενοποιητική ανόπτηση)
Προδιαγραφές διαδικασίας: Η θερμοκρασία θέρμανσης είναι ελαφρώς κάτω από τη γραμμή solvus στο διάγραμμα φάσης.
Σκοπός: Εξάλειψη του διαχωρισμού.
① Για χαμηλήανθρακούχο χάλυβαμε περιεκτικότητα άνθρακα μικρότερη από 0,25%, προτιμάται η κανονικοποίηση έναντι της ανόπτησης ως προπαρασκευαστική θερμική επεξεργασία.
②Για χάλυβα μέτριας περιεκτικότητας σε άνθρακα με περιεκτικότητα σε άνθρακα μεταξύ 0,25% και 0,50%, μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε ανόπτηση είτε κανονικοποίηση ως προπαρασκευαστική θερμική επεξεργασία.
③ Για χάλυβα μέτριας έως υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα με περιεκτικότητα σε άνθρακα μεταξύ 0,50% και 0,75%, συνιστάται η πλήρης ανόπτηση.
④ Για υψηλήανθρακούχο χάλυβαμε περιεκτικότητα σε άνθρακα μεγαλύτερη από 0,75%, χρησιμοποιείται πρώτα η κανονικοποίηση για την εξάλειψη του δικτύου Fe3C, ακολουθούμενη από σφαιροειδή ανόπτηση.
Ⅲ.Σβήσιμο και σκλήρυνση του χάλυβα
Α.Σβήσιμο
1. Ορισμός σβέσης: Η απόσβεση περιλαμβάνει θέρμανση του χάλυβα σε μια ορισμένη θερμοκρασία πάνω από το σημείο Ac3 ή Ac1, συγκράτηση του σε αυτή τη θερμοκρασία και στη συνέχεια ψύξη του με ρυθμό μεγαλύτερο από τον κρίσιμο ρυθμό ψύξης για να σχηματιστεί μαρτενσίτης.
2. Σκοπός σβέσης: Ο πρωταρχικός στόχος είναι να ληφθεί μαρτενσίτης (ή μερικές φορές χαμηλότερος μπαινίτης) για να αυξηθεί η σκληρότητα και η αντοχή στη φθορά του χάλυβα. Η απόσβεση είναι μια από τις πιο σημαντικές διαδικασίες θερμικής επεξεργασίας για το χάλυβα.
3.Προσδιορισμός των θερμοκρασιών σβέσης για διαφορετικούς τύπους χάλυβα
Υποευτεκτοειδής χάλυβας: Ac3 + 30°C έως 50°C
Ευτηκτοειδής και Υπερευτεκτοειδής Χάλυβας: Ac1 + 30°C έως 50°C
Κραματοποιημένος χάλυβας: 50°C έως 100°C πάνω από την κρίσιμη θερμοκρασία
4. Χαρακτηριστικά ψύξης ενός ιδανικού μέσου σβέσης:
Αργή ψύξη πριν από τη θερμοκρασία "μύτη": Για επαρκή μείωση της θερμικής καταπόνησης.
Υψηλή Ψυκτική Ικανότητα Θερμοκρασία Κοντά στη Μύτη: Για να αποφευχθεί ο σχηματισμός μη μαρτενσιτικών δομών.
Αργή ψύξη κοντά στο σημείο M₅: Για να ελαχιστοποιηθεί η τάση που προκαλείται από τον μαρτενσιτικό μετασχηματισμό.
5. Μέθοδοι σβέσης και τα χαρακτηριστικά τους:
①Απλό σβήσιμο: Εύκολο στη λειτουργία και κατάλληλο για μικρά, απλού σχήματος τεμάχια εργασίας. Η μικροδομή που προκύπτει είναι μαρτενσίτης (Μ).
②Διπλό σβήσιμο: Πιο περίπλοκο και δύσκολο στον έλεγχο, που χρησιμοποιείται για σύνθετου σχήματος χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα και μεγαλύτερα τεμάχια κατεργασίας από κράμα χάλυβα. Η μικροδομή που προκύπτει είναι μαρτενσίτης (Μ).
③ Σπασμένο σβήσιμο: Μια πιο σύνθετη διαδικασία, που χρησιμοποιείται για μεγάλα, σύνθετου σχήματος τεμάχια κατεργασίας από κράμα χάλυβα. Η μικροδομή που προκύπτει είναι μαρτενσίτης (Μ).
④Ισοθερμική απόσβεση: Χρησιμοποιείται για μικρά, πολύπλοκου σχήματος τεμάχια εργασίας με υψηλές απαιτήσεις. Η προκύπτουσα μικροδομή είναι ο κατώτερος μπαινίτης (Β).
6. Παράγοντες που επηρεάζουν τη σκλήρυνση
Το επίπεδο σκληρυνσιμότητας εξαρτάται από τη σταθερότητα του υπερψυκτικού ωστενίτη στον χάλυβα. Όσο υψηλότερη είναι η σταθερότητα του υπερψυκτικού ωστενίτη, τόσο καλύτερη είναι η σκληρυνσιμότητα και αντίστροφα.
Παράγοντες που επηρεάζουν τη σταθερότητα του υπερψυκτικού ωστενίτη:
Θέση της καμπύλης C: Εάν η καμπύλη C μετατοπιστεί προς τα δεξιά, ο κρίσιμος ρυθμός ψύξης για την απόσβεση μειώνεται, βελτιώνοντας τη σκληρυνσιμότητα.
Βασικό συμπέρασμα:
Οποιοσδήποτε παράγοντας που μετατοπίζει την καμπύλη C προς τα δεξιά αυξάνει τη σκληρυνσιμότητα του χάλυβα.
Κύριος παράγοντας:
Χημική Σύνθεση: Εκτός από το κοβάλτιο (Co), όλα τα κραματικά στοιχεία διαλυμένα σε ωστενίτη αυξάνουν τη σκληρυνσιμότητα.
Όσο πιο κοντά είναι η περιεκτικότητα σε άνθρακα στην ευτηκτοειδή σύνθεση του ανθρακούχου χάλυβα, τόσο περισσότερο η καμπύλη C μετατοπίζεται προς τα δεξιά και τόσο μεγαλύτερη είναι η σκληρυνσιμότητα.
7.Προσδιορισμός και αναπαράσταση της σκληρυνσιμότητας
①Δοκιμή σκλήρυνσης τελικής σβέσης: Η σκληρυνσιμότητα μετράται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο δοκιμής τελικής σβέσης.
②Μέθοδος κρίσιμης διαμέτρου σβέσης: Η κρίσιμη διάμετρος σβέσης (D₀) αντιπροσωπεύει τη μέγιστη διάμετρο του χάλυβα που μπορεί να σκληρυνθεί πλήρως σε ένα συγκεκριμένο μέσο σβέσης.
Β. Πολλαπλασιασμός
1. Ορισμός του Tempering
Η σκλήρυνση είναι μια διαδικασία θερμικής επεξεργασίας όπου ο σβησμένος χάλυβας επαναθερμαίνεται σε θερμοκρασία κάτω από το σημείο Α1, διατηρείται σε αυτή τη θερμοκρασία και στη συνέχεια ψύχεται σε θερμοκρασία δωματίου.
2. Σκοπός Κλίμασης
Μείωση ή Εξάλειψη της Υπολειπόμενης Καταπόνησης: Αποτρέπει την παραμόρφωση ή το ράγισμα του τεμαχίου εργασίας.
Μείωση ή εξάλειψη του υπολειμματικού ωστενίτη: Σταθεροποιεί τις διαστάσεις του τεμαχίου εργασίας.
Εξάλειψη της ευθραυστότητας του σβησμένου χάλυβα: Προσαρμόζει τη μικροδομή και τις ιδιότητες ώστε να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις του τεμαχίου εργασίας.
Σημαντική σημείωση: Ο χάλυβας θα πρέπει να σκληρυνθεί αμέσως μετά το σβήσιμο.
3.Διαδικασίες σκλήρυνσης
1. Χαμηλή θερμοκρασία
Σκοπός: Μείωση της καταπόνησης απόσβεσης, βελτίωση της σκληρότητας του τεμαχίου εργασίας και επίτευξη υψηλής σκληρότητας και αντοχής στη φθορά.
Θερμοκρασία: 150°C ~ 250°C.
Απόδοση: Σκληρότητα: HRC 58 ~ 64. Υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά.
Εφαρμογές: Εργαλεία, καλούπια, ρουλεμάν, ανθρακούχα μέρη και επιφανειακά σκληρυμένα εξαρτήματα.
2.Υψηλή θερμοκρασία
Σκοπός: Να επιτευχθεί υψηλή σκληρότητα μαζί με επαρκή αντοχή και σκληρότητα.
Θερμοκρασία: 500°C ~ 600°C.
Απόδοση: Σκληρότητα: HRC 25 ~ 35. Καλές συνολικές μηχανικές ιδιότητες.
Εφαρμογές: Άξονες, γρανάζια, μπιέλες κ.λπ.
Θερμική Διύλιση
Ορισμός: Το σβήσιμο που ακολουθείται από σκλήρυνση σε υψηλή θερμοκρασία ονομάζεται θερμική διύλιση ή απλά σκλήρυνση. Ο χάλυβας που έχει υποστεί επεξεργασία με αυτή τη διαδικασία έχει εξαιρετική συνολική απόδοση και χρησιμοποιείται ευρέως.
Ⅳ.Επιφανειακή Θερμική Επεξεργασία Χάλυβα
Α. Επιφανειακή σβέση Χάλυβων
1. Ορισμός επιφανειακής σκλήρυνσης
Η επιφανειακή σκλήρυνση είναι μια διαδικασία θερμικής επεξεργασίας που έχει σχεδιαστεί για την ενίσχυση του επιφανειακού στρώματος ενός τεμαχίου εργασίας θερμαίνοντάς το γρήγορα για να μετατρέψει το επιφανειακό στρώμα σε ωστενίτη και στη συνέχεια ψύχοντάς το γρήγορα. Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται χωρίς να αλλοιώνεται η χημική σύνθεση του χάλυβα ή η δομή του πυρήνα του υλικού.
2. Υλικά που χρησιμοποιούνται για επιφανειακή σκλήρυνση και μετα-σκληρυντική δομή
Υλικά που χρησιμοποιούνται για επιφανειακή σκλήρυνση
Τυπικά υλικά: Χάλυβας μεσαίου άνθρακα και κραματοποιημένος χάλυβας μεσαίου άνθρακα.
Προεπεξεργασία: Τυπική διαδικασία: Πολτοποίηση. Εάν οι ιδιότητες του πυρήνα δεν είναι κρίσιμες, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η κανονικοποίηση.
Δομή μετά τη σκλήρυνση
Δομή επιφάνειας: Το επιφανειακό στρώμα τυπικά σχηματίζει μια σκληρυμένη δομή όπως μαρτενσίτης ή μπαινίτης, η οποία παρέχει υψηλή σκληρότητα και αντοχή στη φθορά.
Δομή πυρήνα: Ο πυρήνας του χάλυβα γενικά διατηρεί την αρχική του δομή, όπως ο περλίτης ή η σκληρυμένη κατάσταση, ανάλογα με τη διαδικασία προεπεξεργασίας και τις ιδιότητες του υλικού βάσης. Αυτό διασφαλίζει ότι ο πυρήνας διατηρεί καλή σκληρότητα και αντοχή.
Β. Χαρακτηριστικά επαγωγικής σκλήρυνσης επιφάνειας
1. Υψηλή θερμοκρασία θέρμανσης και ταχεία άνοδος θερμοκρασίας: Η σκλήρυνση της επιφάνειας επαγωγής συνήθως περιλαμβάνει υψηλές θερμοκρασίες θέρμανσης και γρήγορους ρυθμούς θέρμανσης, επιτρέποντας γρήγορη θέρμανση σε σύντομο χρονικό διάστημα.
2. Λεπτή δομή κόκκων ωστενίτη στο επιφανειακό στρώμα: Κατά τη διάρκεια της ταχείας θέρμανσης και της επακόλουθης διαδικασίας σβέσης, το επιφανειακό στρώμα σχηματίζει λεπτούς κόκκους ωστενίτη. Μετά το σβήσιμο, η επιφάνεια αποτελείται κυρίως από λεπτό μαρτενσίτη, με σκληρότητα συνήθως 2-3 HRC υψηλότερη από τη συμβατική σβέση.
3. Καλή ποιότητα επιφάνειας: Λόγω του σύντομου χρόνου θέρμανσης, η επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας είναι λιγότερο επιρρεπής στην οξείδωση και την απανθράκωση και η παραμόρφωση που προκαλείται από την απόσβεση ελαχιστοποιείται, εξασφαλίζοντας καλή ποιότητα επιφάνειας.
4. Υψηλή αντοχή σε κόπωση: Ο μετασχηματισμός μαρτενσιτικής φάσης στο επιφανειακό στρώμα δημιουργεί θλιπτική τάση, η οποία αυξάνει την αντοχή σε κόπωση του τεμαχίου εργασίας.
5. Υψηλή απόδοση παραγωγής: Η σκλήρυνση της επιφάνειας επαγωγής είναι κατάλληλη για μαζική παραγωγή, προσφέροντας υψηλή λειτουργική απόδοση.
Γ.Ταξινόμηση της χημικής θερμικής επεξεργασίας
Ενανθράκωση,Εξανθράκωση,Εξανθράκωση,Χρωμίωση,Πυριτίωση,Πυριτίωση,Πυριτίωση,Αθράκωση,Βορανθρακοποίηση
D.Ενθράκωση αερίου
Η ενανθράκωση αερίου είναι μια διαδικασία όπου ένα τεμάχιο εργασίας τοποθετείται σε σφραγισμένο κλίβανο ενανθράκωσης αερίου και θερμαίνεται σε θερμοκρασία που μετατρέπει τον χάλυβα σε ωστενίτη. Στη συνέχεια, ένας παράγοντας ενανθράκωσης στάζει στον κλίβανο ή μια ατμόσφαιρα ενανθράκωσης εισάγεται απευθείας, επιτρέποντας στα άτομα άνθρακα να διαχέονται στο επιφανειακό στρώμα του τεμαχίου εργασίας. Αυτή η διαδικασία αυξάνει την περιεκτικότητα σε άνθρακα (wc%) στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας.
√Παράγοντες ενυδάτωσης:
•Αέρια πλούσια σε άνθρακα: Όπως αέριο άνθρακα, υγραέριο (LPG) κ.λπ.
•Οργανικά Υγρά: Όπως κηροζίνη, μεθανόλη, βενζόλιο κ.λπ.
√ Παράμετροι διαδικασίας ενανθράκωσης:
•Θερμοκρασία ενανθράκωσης: 920~950°C.
•Χρόνος ενανθράκωσης: Εξαρτάται από το επιθυμητό βάθος της στρώσης ενανθράκωσης και τη θερμοκρασία ενανθράκωσης.
Ε. Θερμική επεξεργασία μετά την ενανθράκωση
Ο χάλυβας πρέπει να υποστεί θερμική επεξεργασία μετά την ενανθράκωση.
Διαδικασία θερμικής επεξεργασίας μετά την ενανθράκωση:
√Σβήσιμο + Θερμοκρασία χαμηλής θερμοκρασίας
1. Άμεση σβέση μετά από προ-ψύξη + θερμοκρασία χαμηλής θερμοκρασίας: Το τεμάχιο εργασίας προψύχεται από τη θερμοκρασία ενανθράκωσης σε λίγο πάνω από τη θερμοκρασία Ar1 του πυρήνα και στη συνέχεια σβήνει αμέσως, ακολουθούμενη από σκλήρυνση σε χαμηλή θερμοκρασία στους 160~180°C.
2.Μονή σβέση μετά από προ-ψύξη + σκλήρυνση χαμηλής θερμοκρασίας: Μετά την ενανθράκωση, το τεμάχιο εργασίας ψύχεται αργά σε θερμοκρασία δωματίου και στη συνέχεια ξαναθερμαίνεται για σβέση και σκλήρυνση σε χαμηλή θερμοκρασία.
3. Διπλό σβήσιμο μετά από προ-ψύξη + σκλήρυνση χαμηλής θερμοκρασίας: Μετά την ενανθράκωση και την αργή ψύξη, το τεμάχιο εργασίας υφίσταται δύο στάδια θέρμανσης και σβέσης, ακολουθούμενα από σκλήρυνση σε χαμηλή θερμοκρασία.
Ⅴ.Χημική Θερμική Επεξεργασία Χάλυβων
1.Ορισμός Χημικής Θερμικής Επεξεργασίας
Η χημική θερμική επεξεργασία είναι μια διαδικασία θερμικής επεξεργασίας κατά την οποία ένα τεμάχιο εργασίας χάλυβα τοποθετείται σε ένα συγκεκριμένο ενεργό μέσο, θερμαίνεται και διατηρείται σε θερμοκρασία, επιτρέποντας στα ενεργά άτομα του μέσου να διαχέονται στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας. Αυτό αλλάζει τη χημική σύσταση και τη μικροδομή της επιφάνειας του τεμαχίου, μεταβάλλοντας έτσι τις ιδιότητές του.
2.Βασική Διαδικασία Χημικής Θερμικής Επεξεργασίας
Αποσύνθεση: Κατά τη θέρμανση, το ενεργό μέσο αποσυντίθεται, απελευθερώνοντας ενεργά άτομα.
Απορρόφηση: Τα ενεργά άτομα απορροφώνται από την επιφάνεια του χάλυβα και διαλύονται στο στερεό διάλυμα του χάλυβα.
Διάχυση: Τα ενεργά άτομα που απορροφώνται και διαλύονται στην επιφάνεια του χάλυβα μεταναστεύουν στο εσωτερικό.
Τύποι επαγωγικής σκλήρυνσης επιφανειών
α.Επαγωγική θέρμανση υψηλών συχνοτήτων
Συχνότητα ρεύματος: 250~300 kHz.
Βάθος σκληρυμένης στρώσης: 0,5~2,0 mm.
Εφαρμογές: Γρανάζια μεσαίων και μικρών μονάδων και άξονες μικρού έως μεσαίου μεγέθους.
β.Επαγωγική θέρμανση Μέσης Συχνότητας
Συχνότητα ρεύματος: 2500~8000 kHz.
Βάθος σκληρυμένης στρώσης: 2~10 mm.
Εφαρμογές: Μεγαλύτεροι άξονες και μεγάλα έως μεσαία γρανάζια μονάδων.
γ.Επαγωγική Θέρμανση Ισχύος-Συχνότητας
Συχνότητα ρεύματος: 50 Hz.
Βάθος σκληρυμένης στρώσης: 10~15 mm.
Εφαρμογές: Τεμάχια που απαιτούν πολύ βαθιά σκληρυμένο στρώμα.
3. Επαγωγική σκλήρυνση επιφάνειας
Βασική Αρχή Επαγωγικής Σκλήρυνσης Επιφανειών
Επίδραση στο δέρμα:
Όταν το εναλλασσόμενο ρεύμα στο πηνίο επαγωγής προκαλεί ρεύμα στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας, το μεγαλύτερο μέρος του επαγόμενου ρεύματος συγκεντρώνεται κοντά στην επιφάνεια, ενώ σχεδόν κανένα ρεύμα δεν διέρχεται από το εσωτερικό του τεμαχίου εργασίας. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως το φαινόμενο του δέρματος.
Αρχή της επαγωγικής σκλήρυνσης της επιφάνειας:
Με βάση το εφέ δέρματος, η επιφάνεια του τεμαχίου προς κατεργασία θερμαίνεται γρήγορα στη θερμοκρασία ωστενιτοποίησης (ανεβαίνει στους 800~1000°C σε λίγα δευτερόλεπτα), ενώ το εσωτερικό του τεμαχίου παραμένει σχεδόν μη θερμαινόμενο. Στη συνέχεια, το τεμάχιο εργασίας ψύχεται με ψεκασμό νερού, επιτυγχάνοντας επιφανειακή σκλήρυνση.
4. Ευθραυστότητα ιδιοσυγκρασίας
Μετριαστική ευθραυστότητα σε σβησμένο χάλυβα
Η ευθραυστότητα σκλήρυνσης αναφέρεται στο φαινόμενο όπου η σκληρότητα κρούσης του σβησμένου χάλυβα μειώνεται σημαντικά όταν σκληρύνεται σε ορισμένες θερμοκρασίες.
Πρώτος τύπος ευθραυστότητας με σκλήρυνση
Εύρος θερμοκρασίας: 250°C έως 350°C.
Χαρακτηριστικά: Εάν ο σβησμένος χάλυβας σκληρύνεται εντός αυτού του εύρους θερμοκρασίας, είναι πολύ πιθανό να αναπτυχθεί αυτός ο τύπος ευθραυστότητας σκλήρυνσης, ο οποίος δεν μπορεί να εξαλειφθεί.
Λύση: Αποφύγετε τη σκλήρυνση του σβησμένου χάλυβα σε αυτό το εύρος θερμοκρασίας.
Ο πρώτος τύπος ευθραυστότητας σκλήρυνσης είναι επίσης γνωστός ως ευθραυστότητα σκλήρυνσης χαμηλής θερμοκρασίας ή μη αναστρέψιμη ευθραυστότητα μετριασμού.
Ⅵ.Θηρασμός
1. Η σκλήρυνση είναι μια τελική διαδικασία θερμικής επεξεργασίας που ακολουθεί το σβήσιμο.
Γιατί οι σβησμένοι χάλυβες χρειάζονται σκλήρυνση;
Μικροδομή μετά το σβήσιμο: Μετά το σβήσιμο, η μικροδομή του χάλυβα αποτελείται συνήθως από μαρτενσίτη και υπολειμματικό ωστενίτη. Και οι δύο είναι μετασταθερές φάσεις και θα μεταμορφωθούν υπό ορισμένες συνθήκες.
Ιδιότητες του μαρτενσίτη: Ο μαρτενσίτης χαρακτηρίζεται από υψηλή σκληρότητα αλλά και υψηλή ευθραυστότητα (ειδικά σε μαρτενσίτη που μοιάζει με βελόνα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα), που δεν πληροί τις απαιτήσεις απόδοσης για πολλές εφαρμογές.
Χαρακτηριστικά του μαρτενσιτικού μετασχηματισμού: Ο μετασχηματισμός σε μαρτενσίτη συμβαίνει πολύ γρήγορα. Μετά το σβήσιμο, το τεμάχιο εργασίας έχει υπολειπόμενες εσωτερικές τάσεις που μπορεί να οδηγήσουν σε παραμόρφωση ή ρωγμές.
Συμπέρασμα: Το τεμάχιο εργασίας δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί αμέσως μετά το σβήσιμο! Η σκλήρυνση είναι απαραίτητη για τη μείωση των εσωτερικών τάσεων και τη βελτίωση της σκληρότητας του τεμαχίου εργασίας, καθιστώντας το κατάλληλο για χρήση.
2.Διαφορά μεταξύ σκληρυνσιμότητας και ικανότητας σκλήρυνσης:
Σκληρυνσιμότητα:
Η σκληρυνσιμότητα αναφέρεται στην ικανότητα του χάλυβα να επιτυγχάνει ένα ορισμένο βάθος σκλήρυνσης (το βάθος του σκληρυμένου στρώματος) μετά το σβήσιμο. Εξαρτάται από τη σύσταση και τη δομή του χάλυβα, ιδιαίτερα από τα στοιχεία του κράματος και τον τύπο του χάλυβα. Η σκληρυνσιμότητα είναι ένα μέτρο του πόσο καλά μπορεί να σκληρύνει ο χάλυβας σε όλο το πάχος του κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σβέσης.
Σκληρότητα (Ικανότητα σκλήρυνσης):
Η σκληρότητα, ή η ικανότητα σκλήρυνσης, αναφέρεται στη μέγιστη σκληρότητα που μπορεί να επιτευχθεί στον χάλυβα μετά το σβήσιμο. Επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την περιεκτικότητα του χάλυβα σε άνθρακα. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα οδηγεί γενικά σε υψηλότερη δυναμική σκληρότητα, αλλά αυτό μπορεί να περιοριστεί από τα στοιχεία κράματος του χάλυβα και την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας σβέσης.
3.Σκληρυνσιμότητα του χάλυβα
√ Έννοια της σκληρυνσιμότητας
Η σκληρυνσιμότητα αναφέρεται στην ικανότητα του χάλυβα να επιτυγχάνει ένα ορισμένο βάθος μαρτενσιτικής σκλήρυνσης μετά την απόσβεση από τη θερμοκρασία ωστενιτοποίησης. Με πιο απλά λόγια, είναι η ικανότητα του χάλυβα να σχηματίζει μαρτενσίτη κατά τη διάρκεια της απόσβεσης.
Μέτρηση σκληρυνσιμότητας
Το μέγεθος της σκληρυνσιμότητας υποδεικνύεται από το βάθος του σκληρυμένου στρώματος που λαμβάνεται υπό καθορισμένες συνθήκες μετά το σβήσιμο.
Βάθος σκληρυμένου στρώματος: Αυτό είναι το βάθος από την επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας μέχρι την περιοχή όπου η δομή είναι μισός μαρτενσίτης.
Κοινά μέσα σβέσης:
•Νερό
Χαρακτηριστικά: Οικονομικό με ισχυρή ικανότητα ψύξης, αλλά έχει υψηλό ρυθμό ψύξης κοντά στο σημείο βρασμού, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε υπερβολική ψύξη.
Εφαρμογή: Συνήθως χρησιμοποιείται για ανθρακούχους χάλυβες.
Αλμυρό νερό: Διάλυμα αλατιού ή αλκαλίου σε νερό, το οποίο έχει μεγαλύτερη ψυκτική ικανότητα σε υψηλές θερμοκρασίες σε σύγκριση με το νερό, καθιστώντας το κατάλληλο για ανθρακούχους χάλυβες.
•Ελαιο
Χαρακτηριστικά: Παρέχει πιο αργό ρυθμό ψύξης σε χαμηλές θερμοκρασίες (κοντά στο σημείο βρασμού), που μειώνει αποτελεσματικά την τάση για παραμόρφωση και ρωγμές, αλλά έχει χαμηλότερη ικανότητα ψύξης σε υψηλές θερμοκρασίες.
Εφαρμογή: Κατάλληλο για κράμα χάλυβες.
Τύποι: Περιλαμβάνει λάδι σβέσης, λάδι μηχανής και καύσιμο ντίζελ.
Χρόνος θέρμανσης
Ο χρόνος θέρμανσης αποτελείται τόσο από τον ρυθμό θέρμανσης (χρόνος που απαιτείται για την επίτευξη της επιθυμητής θερμοκρασίας) όσο και από τον χρόνο διατήρησης (χρόνος που διατηρείται στην επιθυμητή θερμοκρασία).
Αρχές για τον προσδιορισμό του χρόνου θέρμανσης: Εξασφαλίστε ομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας σε όλο το τεμάχιο εργασίας, τόσο στο εσωτερικό όσο και στο εξωτερικό.
Εξασφαλίστε πλήρη ωστενίωση και ότι ο σχηματιζόμενος ωστενίτης είναι ομοιόμορφος και λεπτός.
Βάση για τον προσδιορισμό του χρόνου θέρμανσης: Συνήθως υπολογίζεται χρησιμοποιώντας εμπειρικούς τύπους ή προσδιορίζεται μέσω πειραματισμού.
Μέσα απόσβεσης
Δύο βασικές πτυχές:
a.Cooling Rate: Ένας υψηλότερος ρυθμός ψύξης προάγει το σχηματισμό μαρτενσίτη.
β. Υπολειπόμενη τάση: Ένας υψηλότερος ρυθμός ψύξης αυξάνει την υπολειπόμενη τάση, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε μεγαλύτερη τάση για παραμόρφωση και ρωγμές στο τεμάχιο εργασίας.
Ⅶ. Κανονικοποίηση
1. Ορισμός της κανονικοποίησης
Η κανονικοποίηση είναι μια διαδικασία θερμικής επεξεργασίας κατά την οποία ο χάλυβας θερμαίνεται σε θερμοκρασία 30°C έως 50°C πάνω από τη θερμοκρασία Ac3, διατηρείται σε αυτή τη θερμοκρασία και στη συνέχεια ψύχεται με αέρα για να ληφθεί μια μικροδομή κοντά στην κατάσταση ισορροπίας. Σε σύγκριση με την ανόπτηση, η κανονικοποίηση έχει ταχύτερο ρυθμό ψύξης, με αποτέλεσμα λεπτότερη δομή περλίτη (P) και υψηλότερη αντοχή και σκληρότητα.
2. Σκοπός Κανονικοποίησης
Ο σκοπός της κανονικοποίησης είναι παρόμοιος με αυτόν της ανόπτησης.
3. Εφαρμογές Κανονικοποίησης
•Εξάλειψη του δικτυωμένου δευτερογενούς τσιμενίτη.
•Χρησιμοποιήστε ως τελική θερμική επεξεργασία για εξαρτήματα με χαμηλότερες απαιτήσεις.
•Λειτουργεί ως προπαρασκευαστική θερμική επεξεργασία για δομικό χάλυβα χαμηλής και μέσης περιεκτικότητας σε άνθρακα για βελτίωση της ικανότητας επεξεργασίας.
4.Τύποι ανόπτησης
Πρώτος τύπος ανόπτησης:
Σκοπός και Λειτουργία: Ο στόχος δεν είναι να προκληθεί μετασχηματισμός φάσης αλλά η μετάβαση του χάλυβα από μια μη ισορροπημένη κατάσταση σε μια ισορροπημένη κατάσταση.
Τύποι:
•Diffusion Annealing: Αποσκοπεί στην ομογενοποίηση της σύνθεσης εξαλείφοντας τον διαχωρισμό.
•Ανόπτηση ανακρυστάλλωσης: Επαναφέρει την ολκιμότητα εξαλείφοντας τα αποτελέσματα της σκλήρυνσης εργασίας.
•Stress Relief Annealing: Μειώνει τις εσωτερικές καταπονήσεις χωρίς να αλλοιώνει τη μικροδομή.
Δεύτερος τύπος ανόπτησης:
Σκοπός και Λειτουργία: Στοχεύει στην αλλαγή της μικροδομής και των ιδιοτήτων, επιτυγχάνοντας μια μικροδομή που κυριαρχείται από περλίτη. Αυτός ο τύπος διασφαλίζει επίσης ότι η κατανομή και η μορφολογία του περλίτη, του φερρίτη και των καρβιδίων πληρούν συγκεκριμένες απαιτήσεις.
Τύποι:
•Πλήρης ανόπτηση: Θερμαίνει τον χάλυβα πάνω από τη θερμοκρασία Ac3 και στη συνέχεια τον ψύχει αργά για να δημιουργήσει μια ομοιόμορφη δομή περλίτη.
•Μη πλήρης ανόπτηση: Θερμαίνει τον χάλυβα μεταξύ των θερμοκρασιών Ac1 και Ac3 για να μεταμορφώσει μερικώς τη δομή.
•Ισοθερμική ανόπτηση: Θερμαίνει τον χάλυβα πάνω από το Ac3, ακολουθούμενη από ταχεία ψύξη σε ισοθερμική θερμοκρασία και συγκράτηση για να επιτευχθεί η επιθυμητή δομή.
•Spheroidizing Annealing: Παράγει μια σφαιροειδή δομή καρβιδίου, βελτιώνοντας τη μηχανική ικανότητα και την σκληρότητα.
Ⅷ.1.Ορισμός Θερμικής Επεξεργασίας
Η θερμική επεξεργασία αναφέρεται σε μια διαδικασία κατά την οποία το μέταλλο θερμαίνεται, διατηρείται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και στη συνέχεια ψύχεται ενώ βρίσκεται σε στερεή κατάσταση για να αλλάξει η εσωτερική δομή και η μικροδομή του, επιτυγχάνοντας έτσι τις επιθυμητές ιδιότητες.
2.Χαρακτηριστικά Θερμικής Επεξεργασίας
Η θερμική επεξεργασία δεν αλλάζει το σχήμα του τεμαχίου εργασίας. Αντίθετα, αλλάζει την εσωτερική δομή και τη μικροδομή του χάλυβα, κάτι που με τη σειρά του αλλάζει τις ιδιότητες του χάλυβα.
3.Σκοπός Θερμικής Επεξεργασίας
Ο σκοπός της θερμικής επεξεργασίας είναι να βελτιώσει τις μηχανικές ή μεταποιητικές ιδιότητες του χάλυβα (ή των τεμαχίων κατεργασίας), να αξιοποιήσει πλήρως τις δυνατότητες του χάλυβα, να βελτιώσει την ποιότητα του τεμαχίου εργασίας και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής του.
4.Βασικό συμπέρασμα
Το εάν οι ιδιότητες ενός υλικού μπορούν να βελτιωθούν μέσω θερμικής επεξεργασίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το εάν υπάρχουν αλλαγές στη μικροδομή και τη δομή του κατά τη διαδικασία θέρμανσης και ψύξης.
Ώρα ανάρτησης: 19 Αυγούστου 2024