Ⅰ.O concepto básico de tratamento térmico.
A. O concepto básico de tratamento térmico.
Os elementos e funcións básicas detratamento térmico:
1.Calefacción
O obxectivo é obter unha estrutura de austenita uniforme e fina.
2.Holding
O obxectivo é garantir que a peza de traballo estea completamente quentada e evitar a descarburación e a oxidación.
3.Refrixeración
O obxectivo é transformar austenita en diferentes microestruturas.
Microestruturas despois do tratamento térmico
Durante o proceso de arrefriamento despois de quentar e manter, a austenita transfórmase en diferentes microestruturas dependendo da velocidade de arrefriamento. As diferentes microestruturas presentan diferentes propiedades.
B.O concepto básico de tratamento térmico.
Clasificación baseada nos métodos de quecemento e refrixeración, así como a microestrutura e as propiedades do aceiro
1. Tratamento térmico convencional (tratamento térmico global): temperado, recocido, normalización, extinción
2.Tratamento térmico superficial: extinción de superficies, extinción de superficies de quecemento por indución, extinción de superficies de quecemento de chamas, extinción de superficies de calefacción de contacto eléctrico.
3.Tratamento térmico químico: carburación, nitruración, carbonitruración.
4. Outros tratamentos térmicos: tratamento térmico en atmosfera controlada, tratamento térmico ao baleiro, tratamento térmico por deformación.
C.Temperatura crítica dos aceiros
A temperatura crítica de transformación do aceiro é unha base importante para determinar os procesos de quecemento, mantemento e arrefriamento durante o tratamento térmico. Está determinado polo diagrama de fase ferro-carbono.
Conclusión clave:A temperatura de transformación crítica real do aceiro sempre queda por detrás da temperatura de transformación crítica teórica. Isto significa que é necesario un sobreenriquecido durante o quecemento e un subenfriamento durante o arrefriamento.
Ⅱ.Recocido e Normalización de Aceiro
1. Definición de Recocido
O recocido consiste en quentar o aceiro a unha temperatura por riba ou por debaixo do punto crítico Ac₁ mantendo a esa temperatura, e despois arrefrialo lentamente, normalmente dentro do forno, para conseguir unha estrutura próxima ao equilibrio.
2. Finalidade do recocido
①Axustar a dureza para o mecanizado: acadando unha dureza mecanizable no rango de HB170 ~ 230.
②Alivia a tensión residual: evita a deformación ou a rachadura durante os procesos posteriores.
③Refinar a estrutura do gran: mellora a microestrutura.
④Preparación para o tratamento térmico final: obtén perlita granular (esferoidizada) para o seu enfriamento e temperado posterior.
3. Recocido esferoidante
Especificacións do proceso: a temperatura de calefacción está preto do punto Ac₁.
Finalidade: esferoilizar a cementita ou os carburos do aceiro, dando lugar a perlita granular (esferoidizada).
Rango aplicable: úsase para aceiros con composicións eutectoides e hipereutectoides.
4. Recocido por difusión (recocido homoxeneizado)
Especificacións do proceso: a temperatura de quecemento está lixeiramente por debaixo da liña de solvus no diagrama de fases.
Obxecto: Eliminar a segregación.
①Para baixasaceiro carbonocun contido de carbono inferior ao 0,25%, prefírese a normalización fronte ao recocido como tratamento térmico preparatorio.
②Para o aceiro de carbono medio cun contido de carbono entre o 0,25% e o 0,50%, pódese utilizar o recocido ou a normalización como tratamento térmico preparatorio.
③Para o aceiro de carbono medio a alto con contido de carbono entre o 0,50% e o 0,75%, recoméndase o recocido completo.
④Para altasaceiro carbonocun contido de carbono superior ao 0,75%, a normalización emprégase primeiro para eliminar a rede Fe₃C, seguida do recocido esferoidizante.
Ⅲ.Enfriamento e revenido do aceiro
A.Apagamento
1. Definición de enfriamento: o enfriamento consiste en quentar o aceiro a unha determinada temperatura por riba do punto Ac₃ ou Ac₁, mantelo a esa temperatura e despois arrefrialo a unha velocidade superior á velocidade de arrefriamento crítica para formar martensita.
2. Finalidade do enfriamento: o obxectivo principal é obter martensita (ou ás veces bainita inferior) para aumentar a dureza e a resistencia ao desgaste do aceiro. O enfriamento é un dos procesos de tratamento térmico máis importantes para o aceiro.
3.Determinación de temperaturas de enfriamento para diferentes tipos de aceiro
Aceiro hipoeutectoide: Ac₃ + 30°C a 50°C
Aceiro eutectoide e hipereutectoide: Ac₁ + 30 °C a 50 °C
Aceiro de aliaxe: 50 °C a 100 °C por riba da temperatura crítica
4. Características de refrixeración dun medio de extinción ideal:
Arrefriamento lento antes da temperatura do "nariz": para reducir o estrés térmico suficientemente.
Alta capacidade de refrixeración preto da temperatura do "nariz": para evitar a formación de estruturas non martensíticas.
Arrefriamento lento preto do punto M₅: para minimizar a tensión inducida pola transformación martensítica.
5.Métodos de extinción e as súas características:
① Enfriamento sinxelo: fácil de operar e axeitado para pezas de traballo pequenas e de forma sinxela. A microestrutura resultante é a martensita (M).
②Dobre enfriamento: máis complexo e difícil de controlar, usado para pezas de aceiro de alto carbono con forma complexa e pezas de aceiro de aliaxe máis grandes. A microestrutura resultante é a martensita (M).
③Broken Quenching: un proceso máis complexo, usado para pezas de aceiro de aliaxe grandes e de forma complexa. A microestrutura resultante é a martensita (M).
④ Enfriamento isotérmico: úsase para pezas pequenas e de formas complexas con altos requisitos. A microestrutura resultante é bainita inferior (B).
6.Factores que afectan á templabilidade
O nivel de endurecemento depende da estabilidade da austenita superenfriada no aceiro. Canto maior sexa a estabilidade da austenita superenfriada, mellor será a templabilidade e viceversa.
Factores que inflúen na estabilidade da austenita superenfriada:
Posición da curva C: se a curva C se despraza cara á dereita, a velocidade de arrefriamento crítica para o enfriamento diminúe, mellorando a templabilidade.
Conclusión clave:
Calquera factor que desprace a curva C cara á dereita aumenta a templabilidade do aceiro.
Factor principal:
Composición química: a excepción do cobalto (Co), todos os elementos de aleación disoltos na austenita aumentan a templabilidade.
Canto máis preto estea o contido de carbono da composición eutectoide do aceiro carbono, máis se despraza a curva C cara á dereita e maior será a temperabilidade.
7.Determinación e representación da templabilidade
①Proba de endurecemento final: a endurecemento mídese mediante o método de proba de endurecemento final.
②Método do diámetro crítico de enfriamento: o diámetro crítico de enfriamento (D₀) representa o diámetro máximo de aceiro que se pode endurecer completamente nun medio de extinción específico.
B.Temperado
1. Definición de revenido
O revenido é un proceso de tratamento térmico no que o aceiro templado se quenta de novo a unha temperatura inferior ao punto A₁, mantense a esa temperatura e despois se arrefría a temperatura ambiente.
2. Finalidade do temperado
Reducir ou eliminar a tensión residual: evita a deformación ou a rachadura da peza de traballo.
Reducir ou eliminar austenita residual: estabiliza as dimensións da peza de traballo.
Elimina a fraxilidade do aceiro templado: axusta a microestrutura e as propiedades para cumprir cos requisitos da peza.
Nota importante: o aceiro debe ser temperado inmediatamente despois do enfriamento.
3.Procesos de temperado
1. Baixo tempero
Obxecto: reducir o estrés de enfriamento, mellorar a dureza da peza de traballo e acadar unha alta dureza e resistencia ao desgaste.
Temperatura: 150 °C ~ 250 °C.
Rendemento: Dureza: HRC 58 ~ 64. Alta dureza e resistencia ao desgaste.
Aplicacións: ferramentas, moldes, rodamentos, pezas cementadas e compoñentes endurecidos por superficie.
2.Alto tempero
Obxecto: conseguir unha alta tenacidade xunto coa suficiente resistencia e dureza.
Temperatura: 500 °C ~ 600 °C.
Rendemento: Dureza: HRC 25 ~ 35. Boas propiedades mecánicas xerais.
Aplicacións: eixes, engrenaxes, bielas, etc.
Refinación térmica
Definición: o temple seguido do revenido a alta temperatura chámase refinado térmico, ou simplemente revenido. O aceiro tratado por este proceso ten un excelente rendemento xeral e é amplamente utilizado.
Ⅳ.Tratamento térmico superficial do aceiro
A. Templado superficial de aceiros
1. Definición de endurecemento superficial
O endurecemento superficial é un proceso de tratamento térmico deseñado para reforzar a capa superficial dunha peza de traballo quentándoa rapidamente para transformala en austenita e despois arrefriala rapidamente. Este proceso realízase sen alterar a composición química do aceiro nin a estrutura do núcleo do material.
2. Materiais utilizados para o endurecemento superficial e a estrutura posterior ao endurecemento
Materiais utilizados para o endurecemento superficial
Materiais típicos: aceiro de carbono medio e aceiro de aliaxe de carbono medio.
Pretratamento: Proceso típico: Templado. Se as propiedades do núcleo non son críticas, pódese utilizar a normalización.
Estrutura post-endurecemento
Estrutura superficial: a capa superficial normalmente forma unha estrutura endurecida como martensita ou bainita, que proporciona unha alta dureza e resistencia ao desgaste.
Estrutura do núcleo: o núcleo do aceiro xeralmente mantén a súa estrutura orixinal, como perlita ou estado temperado, dependendo do proceso de pretratamento e das propiedades do material base. Isto garante que o núcleo manteña unha boa dureza e forza.
B.Características do endurecemento superficial por indución
1.Alta temperatura de quecemento e aumento rápido da temperatura: o endurecemento da superficie por indución normalmente implica altas temperaturas de quecemento e velocidades de quecemento rápidas, o que permite un quecemento rápido nun curto espazo de tempo.
2.Estrutura de gran de austenita fina na capa superficial: durante o rápido quecemento e o proceso de extinción posterior, a capa superficial forma grans de austenita fino. Despois do enfriamento, a superficie consta principalmente de martensita fina, cunha dureza normalmente 2-3 HRC superior á do enfriamento convencional.
3.Boa calidade da superficie: debido ao curto tempo de quentamento, a superficie da peza é menos propensa á oxidación e á descarburación, e a deformación inducida polo enfriamento é minimizada, o que garante unha boa calidade da superficie.
4.Alta resistencia á fatiga: a transformación da fase martensítica na capa superficial xera tensión de compresión, o que aumenta a resistencia á fatiga da peza de traballo.
5.Alta eficiencia de produción: o endurecemento superficial por indución é axeitado para a produción en masa, ofrecendo unha alta eficiencia operativa.
C.Clasificación do tratamento térmico químico
Carburación, carburación, carburación, cromado, siliconización, siliconización, siliconización, carbonitruración, borocarburización
D. Carburación de Gas
A carburación con gas é un proceso no que unha peza de traballo é colocada nun forno de carburación de gas selado e quenta a unha temperatura que transforma o aceiro en austenita. Despois, un axente de cementación é goteado no forno, ou unha atmosfera de cementación introdúcese directamente, permitindo que os átomos de carbono se difundan na capa superficial da peza de traballo. Este proceso aumenta o contido de carbono (wc%) na superficie da peza.
√Axentes de carburación:
•Gases ricos en carbono: como gas carbón, gas licuado de petróleo (GLP), etc.
•Líquidos Orgánicos: Como queroseno, metanol, benceno, etc.
√Parámetros do proceso de carburación:
•Temperatura de carburación: 920~950°C.
•Tempo de carburación: depende da profundidade desexada da capa carburada e da temperatura de carburación.
E.Tratamento térmico despois da carburación
O aceiro debe someterse a un tratamento térmico despois da cementación.
Proceso de tratamento térmico despois da carburación:
√Enfriamento + Templado a baixa temperatura
1.Refrigeración directa despois do pre-refrixeración + temperado a baixa temperatura: a peza de traballo pre-refrixera desde a temperatura de carburación ata un pouco por riba da temperatura Ar₁ do núcleo e, a continuación, infórmase inmediatamente, seguido dun temperado a baixa temperatura a 160 ~ 180 °C.
2.Single Quenching despois do pre-refrixeración + temperado a baixa temperatura: despois da cementación, a peza de traballo arrefríase lentamente a temperatura ambiente, despois quenta de novo para enfriar e temperar a baixa temperatura.
3.Dobre enfriamento despois do preenfriamento + temperado a baixa temperatura: despois da cementación e un arrefriamento lento, a peza de traballo pasa por dúas etapas de quecemento e extinción, seguidas de temperado a baixa temperatura.
Ⅴ.Tratamento Térmico Químico dos Aceiros
1.Definición de tratamento térmico químico
O tratamento térmico químico é un proceso de tratamento térmico no que unha peza de aceiro é colocada nun medio activo específico, quentada e mantida a temperatura, permitindo que os átomos activos do medio se difundan na superficie da peza. Isto cambia a composición química e a microestrutura da superficie da peza, alterando as súas propiedades.
2.Proceso Básico de Tratamento Térmico Químico
Descomposición: durante o quecemento, o medio activo descompónse, liberando átomos activos.
Absorción: os átomos activos son adsorbidos pola superficie do aceiro e disolvense na solución sólida do aceiro.
Difusión: os átomos activos absorbidos e disoltos na superficie do aceiro migran ao interior.
Tipos de endurecemento superficial por indución
a.Quecemento por indución de alta frecuencia
Frecuencia actual: 250~300 kHz.
Profundidade da capa endurecida: 0,5 ~ 2,0 mm.
Aplicacións: Engrenaxes de módulo mediano e pequeno e eixes de tamaño medio e pequeno.
b.Quecemento por indución de media frecuencia
Frecuencia actual: 2500~8000 kHz.
Profundidade da capa endurecida: 2~10 mm.
Aplicacións: eixes máis grandes e engrenaxes de módulos grandes e medianos.
c.Calefacción por indución de frecuencia de potencia
Frecuencia actual: 50 Hz.
Profundidade da capa endurecida: 10~15 mm.
Aplicacións: pezas que requiren unha capa de endurecemento moi profundo.
3. Endurecemento superficial por indución
Principio básico de endurecemento superficial por indución
Efecto da pel:
Cando a corrente alterna na bobina de indución induce unha corrente na superficie da peza de traballo, a maior parte da corrente inducida concéntrase preto da superficie, mentres que case ningunha corrente pasa polo interior da peza. Este fenómeno coñécese como efecto pel.
Principio de endurecemento superficial por indución:
En función do efecto da pel, a superficie da peza de traballo quéntase rapidamente ata a temperatura de austenización (aumentando a 800 ~ 1000 ° C en poucos segundos), mentres que o interior da peza permanece case sen quentarse. Despois arrefríase a peza por pulverización de auga, logrando o endurecemento da superficie.
4.Fráxilidade do tempero
Fragilidade temperada en aceiro templado
A fragilidade do revenido refírese ao fenómeno no que a tenacidade ao impacto do aceiro templado diminúe significativamente cando se tempera a certas temperaturas.
Primeiro tipo de fragilidade temperada
Rango de temperatura: 250 °C a 350 °C.
Características: Se o aceiro templado é revenido dentro deste intervalo de temperatura, é moi probable que desenvolva este tipo de fraxilidade do revenido, que non se pode eliminar.
Solución: Evite temperar o aceiro templado dentro deste intervalo de temperatura.
O primeiro tipo de fraxilidade de temperado tamén se coñece como fraxilidade de temperado a baixa temperatura ou fraxilidade de revenido irreversible.
Ⅵ.Temperado
1.O temperado é un proceso final de tratamento térmico que segue ao enfriamento.
Por que os aceiros templados necesitan revenir?
Microestrutura despois do enfriamento: despois do enfriamento, a microestrutura do aceiro normalmente consiste en martensita e austenita residual. Ambas son fases metaestables e transformaranse baixo certas condicións.
Propiedades da martensita: a martensita caracterízase por unha alta dureza pero tamén por unha alta fraxilidade (especialmente na martensita tipo agulla con alto contido de carbono), que non cumpre os requisitos de rendemento para moitas aplicacións.
Características da transformación martensítica: a transformación en martensita ocorre moi rapidamente. Despois do enfriamento, a peza de traballo ten tensións internas residuais que poden provocar deformacións ou rachaduras.
Conclusión: a peza non se pode usar directamente despois do enfriamento. O revenido é necesario para reducir as tensións internas e mellorar a tenacidade da peza, facéndoa apta para o seu uso.
2. Diferenza entre a endurecemento e a capacidade de endurecemento:
Temprabilidade:
A templabilidade refírese á capacidade do aceiro para acadar unha certa profundidade de endurecemento (a profundidade da capa endurecida) despois do enfriamento. Depende da composición e estrutura do aceiro, en particular dos seus elementos de aliaxe e do tipo de aceiro. A templabilidade é unha medida do ben que pode endurecer o aceiro ao longo do seu espesor durante o proceso de enfriamento.
Dureza (capacidade de endurecemento):
A dureza, ou capacidade de endurecemento, refírese á dureza máxima que se pode acadar no aceiro despois do enfriamento. Está influenciado en gran medida polo contido de carbono do aceiro. O contido de carbono máis alto xeralmente leva a unha maior dureza potencial, pero isto pode verse limitado polos elementos de aliaxe do aceiro e pola eficacia do proceso de enfriamento.
3. Endurecemento do aceiro
√Concepto de templabilidade
A templabilidade refírese á capacidade do aceiro para acadar unha certa profundidade de endurecemento martensítico despois do enfriamento a partir da temperatura de austenitización. En termos máis sinxelos, é a capacidade do aceiro para formar martensita durante o enfriamento.
Medición da templabilidade
O tamaño da templabilidade indícase pola profundidade da capa endurecida obtida en condicións especificadas despois do enfriamento.
Profundidade da capa endurecida: é a profundidade desde a superficie da peza ata a rexión onde a estrutura é media martensita.
Medios de extinción comúns:
•Auga
Características: económico con forte capacidade de arrefriamento, pero ten unha alta taxa de arrefriamento preto do punto de ebulición, o que pode provocar un arrefriamento excesivo.
Aplicación: úsase normalmente para aceiros ao carbono.
Auga salgada: solución de sal ou álcali en auga, que ten unha maior capacidade de refrixeración a altas temperaturas en comparación coa auga, polo que é apta para aceiros ao carbono.
•Aceite
Características: Proporciona unha velocidade de arrefriamento máis lenta a baixas temperaturas (preto do punto de ebulición), o que reduce efectivamente a tendencia á deformación e a rachaduras, pero ten menor capacidade de arrefriamento a altas temperaturas.
Aplicación: apto para aceiros aliados.
Tipos: Inclúe aceite de extinción, aceite para máquinas e combustible diésel.
Tempo de calefacción
O tempo de quentamento consiste tanto na velocidade de quecemento (tempo que tarda en alcanzar a temperatura desexada) como no tempo de mantemento (tempo que se mantén á temperatura obxectivo).
Principios para determinar o tempo de quentamento: Garantir unha distribución uniforme da temperatura en toda a peza de traballo, tanto dentro como fóra.
Garantir a austenitización completa e que a austenita formada sexa uniforme e fina.
Bases para a determinación do tempo de quecemento: adoita ser estimado mediante fórmulas empíricas ou determinado a través da experimentación.
Medios de extinción
Dous aspectos clave:
a.Taxa de arrefriamento: unha maior velocidade de arrefriamento favorece a formación de martensita.
b.Esforzo residual: unha maior velocidade de arrefriamento aumenta a tensión residual, o que pode provocar unha maior tendencia á deformación e a rachaduras na peza de traballo.
Ⅶ.Normalización
1. Definición de Normalizador
A normalización é un proceso de tratamento térmico no que o aceiro se quenta a unha temperatura de 30 °C a 50 °C por riba da temperatura Ac3, mantense a esa temperatura e despois se arrefría con aire para obter unha microestrutura próxima ao estado de equilibrio. En comparación co recocido, a normalización ten unha velocidade de arrefriamento máis rápida, o que resulta nunha estrutura de perlita (P) máis fina e unha maior resistencia e dureza.
2. Finalidade da Normalización
A finalidade da normalización é semellante á do recocido.
3. Aplicacións da Normalización
•Eliminar a cementita secundaria en rede.
•Servir como tratamento térmico final para pezas con menores requisitos.
•Actuar como tratamento térmico preparatorio para aceiro estrutural de baixo e medio carbono para mellorar a maquinabilidade.
4.Tipos de recocido
Primeiro tipo de recocido:
Propósito e función: o obxectivo non é inducir a transformación de fase senón facer a transición do aceiro dun estado desequilibrado a un estado equilibrado.
Tipos:
•Recocido por difusión: pretende homoxeneizar a composición eliminando a segregación.
•Recocido por recristalización: restaura a ductilidade eliminando os efectos do endurecemento por traballo.
•Recocido de alivio de tensións: reduce os esforzos internos sen alterar a microestrutura.
Segundo tipo de recocido:
Finalidade e Función: Pretende cambiar a microestrutura e as propiedades, conseguindo unha microestrutura dominada pola perlita. Este tipo tamén garante que a distribución e morfoloxía da perlita, ferrita e carburos cumpran requisitos específicos.
Tipos:
•Recocido completo: Quenta o aceiro por encima da temperatura Ac3 e despois arrefríao lentamente para producir unha estrutura de perlita uniforme.
•Recocido incompleto: Quenta o aceiro entre temperaturas Ac1 e Ac3 para transformar parcialmente a estrutura.
•Recocido isotérmico: Quenta o aceiro por encima de Ac3, seguido dun arrefriamento rápido a unha temperatura isotérmica e mantendo para conseguir a estrutura desexada.
•Recocido esferoidalizado: produce unha estrutura de carburo esferoidal, mellorando a maquinabilidade e a tenacidade.
Ⅷ.1.Definición de tratamento térmico
O tratamento térmico refírese a un proceso no que o metal é quentado, mantendo a unha temperatura específica e despois arrefriado mentres está en estado sólido para alterar a súa estrutura interna e microestrutura, logrando así as propiedades desexadas.
2.Características do Tratamento Térmico
O tratamento térmico non cambia a forma da peza de traballo; en cambio, altera a estrutura interna e a microestrutura do aceiro, o que á súa vez cambia as propiedades do aceiro.
3.Finalidade do tratamento térmico
O obxectivo do tratamento térmico é mellorar as propiedades mecánicas ou de procesamento do aceiro (ou pezas de traballo), aproveitar plenamente o potencial do aceiro, mellorar a calidade da peza e prolongar a súa vida útil.
4. Conclusión clave
Se se poden mellorar as propiedades dun material mediante o tratamento térmico depende fundamentalmente de que se produzan cambios na súa microestrutura e estrutura durante o proceso de quecemento e arrefriamento.
Hora de publicación: 19-ago-2024