Ⅰ.Det grunnleggende konseptet for varmebehandling.
A. Det grunnleggende konseptet for varmebehandling.
De grunnleggende elementene og funksjonene tilvarmebehandling:
1.Oppvarming
Hensikten er å få en jevn og fin austenittstruktur.
2.Hold
Målet er å sikre at arbeidsstykket er grundig oppvarmet og forhindre avkulling og oksidasjon.
3.Kjøling
Målet er å transformere austenitt til forskjellige mikrostrukturer.
Mikrostrukturer etter varmebehandling
Under kjøleprosessen etter oppvarming og holding, forvandles austenitten til forskjellige mikrostrukturer avhengig av kjølehastigheten. Ulike mikrostrukturer viser forskjellige egenskaper.
B. Det grunnleggende konseptet for varmebehandling.
Klassifisering basert på oppvarmings- og kjølemetoder, samt stålets mikrostruktur og egenskaper
1. Konvensjonell varmebehandling (total varmebehandling): temperering, gløding, normalisering, bråkjøling
2. Overflatevarmebehandling: Overflateslukking, induksjonsvarmeoverflateslukking, flammevarmeoverflateslukking, Elektrisk kontaktvarmeoverflateslukking.
3. Kjemisk varmebehandling: Karburering, Nitrering, Karbonitrering.
4. Andre varmebehandlinger: Kontrollert atmosfære varmebehandling, vakuum varmebehandling, deformasjons varmebehandling.
C. Kritisk temperatur på stål
Den kritiske transformasjonstemperaturen til stål er et viktig grunnlag for å bestemme oppvarmings-, holde- og kjøleprosessene under varmebehandling. Det bestemmes av jern-karbon fasediagrammet.
Hovedkonklusjon:Den faktiske kritiske transformasjonstemperaturen til stål ligger alltid bak den teoretiske kritiske transformasjonstemperaturen. Dette betyr at overoppheting er nødvendig under oppvarming, og underkjøling er nødvendig under avkjøling.
Ⅱ.Gløding og normalisering av stål
1. Definisjon av gløding
Utglødning involverer oppvarming av stål til en temperatur over eller under det kritiske punktet Ac1 som holder det ved den temperaturen, og deretter sakte avkjøling, vanligvis inne i ovnen, for å oppnå en struktur nær likevekt.
2. Formål med gløding
①Juster hardhet for maskinering: Oppnå maskinbar hardhet i området HB170~230.
②Lempe restspenninger: Forhindrer deformasjon eller sprekker under etterfølgende prosesser.
③ Avgrens kornstrukturen: Forbedrer mikrostrukturen.
④Forberedelse for endelig varmebehandling: Får granulær (sfæroidisert) perlitt for påfølgende bråkjøling og temperering.
3. Spheroidizing Annealing
Prosessspesifikasjoner: Oppvarmingstemperaturen er nær Ac₁-punktet.
Formål: Å sfæroidisere sementitten eller karbidene i stålet, noe som resulterer i granulær (sfæroidisert) perlitt.
Gjeldende område: Brukes for stål med eutektoide og hypereutektoide sammensetninger.
4. Diffuserende annealing (homogeniserende annealing)
Prosessspesifikasjoner: Oppvarmingstemperaturen er litt under solvuslinjen på fasediagrammet.
Formål: Å eliminere segregering.
①For lav-karbonstålmed karboninnhold mindre enn 0,25 %, er normalisering foretrukket fremfor gløding som en forberedende varmebehandling.
②For middels karbonstål med karboninnhold mellom 0,25 % og 0,50 %, kan enten gløding eller normalisering brukes som forberedende varmebehandling.
③For middels til høyt karbonstål med karboninnhold mellom 0,50 % og 0,75 %, anbefales full gløding.
④For høy-karbonstålmed karboninnhold større enn 0,75 %, brukes normalisering først for å eliminere nettverket Fe₃C, etterfulgt av sfæroidiserende utglødning.
Ⅲ. Herding og herding av stål
A.Quenching
1. Definisjon av bråkjøling: Bråkjøling innebærer oppvarming av stål til en viss temperatur over Ac3- eller Ac₁-punktet, holde det ved den temperaturen, og deretter avkjøle det med en hastighet som er større enn den kritiske kjølehastigheten for å danne martensitt.
2. Hensikt med bråkjøling: Hovedmålet er å oppnå martensitt (eller noen ganger lavere bainitt) for å øke hardheten og slitestyrken til stålet. Bråkjøling er en av de viktigste varmebehandlingsprosessene for stål.
3. Bestemme bråkjølingstemperaturer for forskjellige ståltyper
Hypoeutektoid stål: Ac₃ + 30°C til 50°C
Eutektoid og hypereutectoid stål: Ac₁ + 30°C til 50°C
Legert stål: 50°C til 100°C over den kritiske temperaturen
4. Kjøleegenskaper til et ideelt slukkemedium:
Langsom avkjøling før "nese"-temperatur: For tilstrekkelig å redusere termisk stress.
Høy kjølekapasitet nær "nese"-temperatur: For å unngå dannelse av ikke-martensittiske strukturer.
Langsom avkjøling nær M₅-punkt: For å minimalisere stress indusert av martensittisk transformasjon.
5. Blokkingsmetoder og deres egenskaper:
①Enkel bråkjøling: Enkel å betjene og egnet for små, enkeltformede arbeidsstykker. Den resulterende mikrostrukturen er martensitt (M).
②Dobbelt bråkjøling: Mer kompleks og vanskelig å kontrollere, brukt til kompleksformet høykarbonstål og større arbeidsstykker av legert stål. Den resulterende mikrostrukturen er martensitt (M).
③Broken Quenching: En mer kompleks prosess, brukt for store, kompleksformede arbeidsstykker av legert stål. Den resulterende mikrostrukturen er martensitt (M).
④Isotermisk bråkjøling: Brukes til små, kompleksformede arbeidsstykker med høye krav. Den resulterende mikrostrukturen er lavere bainitt (B).
6. Faktorer som påvirker herdbarhet
Graden av herdbarhet avhenger av stabiliteten til den superkjølte austenitten i stål. Jo høyere stabiliteten til den superkjølte austenitten er, jo bedre herdbarhet, og omvendt.
Faktorer som påvirker stabiliteten til superkjølt austenitt:
Plassering av C-kurven: Hvis C-kurven skifter til høyre, reduseres den kritiske kjølehastigheten for bråkjøling, noe som forbedrer herdbarheten.
Hovedkonklusjon:
Enhver faktor som forskyver C-kurven til høyre øker stålets herdbarhet.
Hovedfaktor:
Kjemisk sammensetning: Med unntak av kobolt (Co), øker alle legeringselementer oppløst i austenitt herdbarheten.
Jo nærmere karboninnholdet er den eutektoide sammensetningen i karbonstål, jo mer forskyver C-kurven seg mot høyre, og jo høyere herdbarhet.
7. Bestemmelse og representasjon av herdbarhet
① End-quench-herdbarhetstest: Herdbarheten måles ved bruk av end-quench-testmetoden.
②Kritisk bråkjølingsdiametermetode: Den kritiske bråkjølingsdiameteren (D₀) representerer den maksimale diameteren til stål som kan herdes fullstendig i et spesifikt bråkjølingsmedium.
B. Tempering
1. Definisjon av Tempering
Tempering er en varmebehandlingsprosess der bråkjølt stål gjenoppvarmes til en temperatur under A1-punktet, holdes ved den temperaturen og deretter avkjøles til romtemperatur.
2. Hensikten med temperering
Reduser eller eliminer restspenning: Forhindrer deformasjon eller sprekkdannelse av arbeidsstykket.
Reduser eller eliminer rester av austenitt: Stabiliserer dimensjonene til arbeidsstykket.
Eliminer sprøhet av bråkjølt stål: Justerer mikrostrukturen og egenskapene for å møte arbeidsstykkets krav.
Viktig merknad: Stål bør herdes umiddelbart etter bråkjøling.
3. Tempereringsprosesser
1. Lav temperering
Formål: Å redusere bråkjølingsspenningen, forbedre seigheten til arbeidsstykket og oppnå høy hardhet og slitestyrke.
Temperatur: 150°C ~ 250°C.
Ytelse: Hardhet: HRC 58 ~ 64. Høy hardhet og slitestyrke.
Bruksområder: Verktøy, former, lagre, karburerte deler og overflateherdede komponenter.
2.Høy temperering
Formål: Å oppnå høy seighet sammen med tilstrekkelig styrke og hardhet.
Temperatur: 500°C ~ 600°C.
Ytelse: Hardhet: HRC 25 ~ 35. Gode generelle mekaniske egenskaper.
Bruksområder: Aksler, tannhjul, koblingsstenger, etc.
Termisk raffinering
Definisjon: Bråkjøling etterfulgt av høytemperaturtempering kalles termisk raffinering, eller ganske enkelt temperering. Stål behandlet med denne prosessen har utmerket generell ytelse og er mye brukt.
Ⅳ.Overflatevarmebehandling av stål
A. Overflateslukking av stål
1. Definisjon av overflateherding
Overflateherding er en varmebehandlingsprosess designet for å styrke overflatelaget til et arbeidsstykke ved å raskt varme det opp for å transformere overflatelaget til austenitt og deretter raskt avkjøle det. Denne prosessen utføres uten å endre stålets kjemiske sammensetning eller kjernestrukturen til materialet.
2. Materialer som brukes til overflateherding og etterherdingsstruktur
Materialer som brukes til overflateherding
Typiske materialer: Middels karbonstål og middels karbonlegert stål.
Forbehandling: Typisk prosess: Tempering. Hvis kjerneegenskapene ikke er kritiske, kan normalisering brukes i stedet.
Etterherdingsstruktur
Overflatestruktur: Overflatelaget danner typisk en herdet struktur som martensitt eller bainitt, som gir høy hardhet og slitestyrke.
Kjernestruktur: Stålets kjerne beholder generelt sin opprinnelige struktur, slik som perlitt eller herdet tilstand, avhengig av forbehandlingsprosessen og egenskapene til grunnmaterialet. Dette sikrer at kjernen opprettholder god seighet og styrke.
B. Kjennetegn ved induksjonsoverflateherding
1. Høy oppvarmingstemperatur og rask temperaturøkning: Induksjonsoverflateherding involverer vanligvis høye oppvarmingstemperaturer og raske oppvarmingshastigheter, noe som gir rask oppvarming innen kort tid.
2. Fin austenittkornstruktur i overflatelaget: Under den raske oppvarmingen og påfølgende bråkjølingsprosessen danner overflatelaget fine austenittkorn. Etter bråkjøling består overflaten primært av fin martensitt, med hardhet typisk 2-3 HRC høyere enn konvensjonell bråkjøling.
3. God overflatekvalitet: På grunn av den korte oppvarmingstiden er arbeidsstykkets overflate mindre utsatt for oksidasjon og avkulling, og bråkjølingsindusert deformasjon er minimert, noe som sikrer god overflatekvalitet.
4.Høy tretthetsstyrke: Den martensittiske fasetransformasjonen i overflatelaget genererer trykkspenning, noe som øker utmattelsesstyrken til arbeidsstykket.
5. Høy produksjonseffektivitet: Induksjonsoverflateherding er egnet for masseproduksjon, og tilbyr høy driftseffektivitet.
C.Klassifisering av kjemisk varmebehandling
Karburering, Karburering, Karburering, Kromisering, Silikonisering, Silikonisering, Silikonisering, Karbonitrering, Borokarburering
D. Gass karburering
Gass-karburering er en prosess hvor et arbeidsstykke plasseres i en forseglet gass-karbureringsovn og varmes opp til en temperatur som omdanner stålet til austenitt. Deretter dryppes et karbureringsmiddel inn i ovnen, eller en karbureringsatmosfære innføres direkte, slik at karbonatomer kan diffundere inn i overflatelaget til arbeidsstykket. Denne prosessen øker karboninnholdet (wc%) på arbeidsstykkets overflate.
√ Karbureringsmidler:
•Karbonrike gasser: Som kullgass, flytende petroleumsgass (LPG), etc.
•Organiske væsker: Som parafin, metanol, benzen, etc.
√ Karbureringsprosessparametre:
•Karbureringstemperatur: 920~950°C.
• Karbureringstid: Avhenger av ønsket dybde på det karburerte laget og oppkullingstemperaturen.
E. Varmebehandling etter karburering
Stål må gjennomgå varmebehandling etter karburering.
Varmebehandlingsprosess etter karburering:
√Quenching + lavtemperaturtempering
1.Direkte bråkjøling etter forkjøling + lavtemperaturtempering: Arbeidsstykket forhåndskjøles fra karbureringstemperaturen til like over kjernens Ar₁-temperatur og bråkjøles deretter umiddelbart, etterfulgt av lavtemperaturtempering ved 160~180°C.
2. Enkel bråkjøling etter forkjøling + lavtemperaturtempering: Etter karburering avkjøles arbeidsstykket sakte til romtemperatur, og varmes deretter opp igjen for bråkjøling og lavtemperaturtempering.
3.Dobbelt bråkjøling etter forkjøling + lavtemperaturtempering: Etter karburering og langsom avkjøling gjennomgår arbeidsstykket to trinn med oppvarming og bråkjøling, etterfulgt av lavtemperaturtempering.
Ⅴ. Kjemisk varmebehandling av stål
1.Definisjon av kjemisk varmebehandling
Kjemisk varmebehandling er en varmebehandlingsprosess der et stålarbeidsstykke plasseres i et spesifikt aktivt medium, varmes opp og holdes ved temperatur, slik at de aktive atomene i mediet kan diffundere inn i overflaten av arbeidsstykket. Dette endrer den kjemiske sammensetningen og mikrostrukturen til arbeidsstykkets overflate, og endrer dermed egenskapene.
2. Grunnleggende prosess for kjemisk varmebehandling
Dekomponering: Under oppvarming brytes det aktive mediet ned, og frigjør aktive atomer.
Absorpsjon: De aktive atomene adsorberes av stålets overflate og løses opp i den faste løsningen av stålet.
Diffusjon: De aktive atomene absorbert og oppløst på overflaten av stålet migrerer inn i det indre.
Typer induksjonsoverflateherding
a.Høyfrekvent induksjonsoppvarming
Strømfrekvens: 250~300 kHz.
Herdet lagdybde: 0,5~2,0 mm.
Bruksområder: Middels og små modulgir og små til mellomstore aksler.
b. Middels frekvens induksjonsoppvarming
Strømfrekvens: 2500~8000 kHz.
Herdet lagdybde: 2~10 mm.
Bruksområder: Større aksler og store til mellomstore modulgir.
c.Strøm-frekvens induksjonsoppvarming
Strømfrekvens: 50 Hz.
Herdet lagdybde: 10~15 mm.
Bruksområder: Arbeidsstykker som krever et veldig dypt herdet lag.
3. Induksjonsoverflateherding
Grunnleggende prinsipp for induksjonsoverflateherding
Hudeffekt:
Når vekselstrøm i induksjonsspolen induserer en strøm på overflaten av arbeidsstykket, er størstedelen av den induserte strømmen konsentrert nær overflaten, mens nesten ingen strøm går gjennom det indre av arbeidsstykket. Dette fenomenet er kjent som hudeffekten.
Prinsippet for induksjonsoverflateherding:
Basert på hudeffekten blir overflaten av arbeidsstykket raskt oppvarmet til austenitiseringstemperaturen (stiger til 800~1000°C på noen få sekunder), mens det indre av arbeidsstykket forblir nesten uoppvarmet. Arbeidsstykket avkjøles deretter ved vannsprøyting, slik at overflateherding oppnås.
4. Temperament sprøhet
Tempererende sprøhet i bråkjølt stål
Tempereringssprøhet refererer til fenomenet der slagfastheten til bråkjølt stål reduseres betydelig når det herdes ved visse temperaturer.
Første type tempererende sprøhet
Temperaturområde: 250°C til 350°C.
Egenskaper: Hvis bråkjølt stål herdes innenfor dette temperaturområdet, er det høy sannsynlighet for å utvikle denne typen herdingsprøhet, som ikke kan elimineres.
Løsning: Unngå herding av bråkjølt stål innenfor dette temperaturområdet.
Den første typen tempereringssprøhet er også kjent som lavtemperaturtempereringssprøhet eller irreversibel tempereringssprøhet.
Ⅵ.Temperering
1. Tempering er en siste varmebehandlingsprosess som følger etter bråkjøling.
Hvorfor trenger bråkjølte stål herding?
Mikrostruktur etter bråkjøling: Etter bråkjøling består mikrostrukturen til stål typisk av martensitt og restaustenitt. Begge er metastabile faser og vil transformere under visse forhold.
Egenskaper til martensitt: Martensitt er preget av høy hardhet, men også høy sprøhet (spesielt i nållignende martensitt med høyt karbon), som ikke oppfyller ytelseskravene for mange bruksområder.
Kjennetegn ved martensittisk transformasjon: Transformasjonen til martensitt skjer veldig raskt. Etter bråkjøling har arbeidsstykket gjenværende indre spenninger som kan føre til deformasjon eller sprekkdannelse.
Konklusjon: Arbeidsstykket kan ikke brukes direkte etter bråkjøling! Herding er nødvendig for å redusere indre påkjenninger og forbedre arbeidsstykkets seighet, noe som gjør det egnet for bruk.
2. Forskjellen mellom herdbarhet og herdekapasitet:
Herdbarhet:
Herdbarhet refererer til stålets evne til å oppnå en viss herdedybde (dybden av det herdede laget) etter bråkjøling. Det avhenger av stålets sammensetning og struktur, spesielt dets legeringselementer og ståltypen. Herdbarhet er et mål på hvor godt stålet kan herde gjennom hele tykkelsen under bråkjølingsprosessen.
Hardhet (herdekapasitet):
Hardhet, eller herdekapasitet, refererer til den maksimale hardheten som kan oppnås i stålet etter bråkjøling. Det er i stor grad påvirket av karboninnholdet i stålet. Høyere karboninnhold fører generelt til høyere potensiell hardhet, men dette kan begrenses av stålets legeringselementer og effektiviteten til bråkjøleprosessen.
3. Herdbarhet av stål
√ Konsept for herdbarhet
Herdbarhet refererer til stålets evne til å oppnå en viss dybde av martensittisk herding etter bråkjøling fra austenitiseringstemperaturen. Forenklet sett er det stålets evne til å danne martensitt under bråkjøling.
Måling av herdbarhet
Størrelsen på herdbarheten indikeres av dybden av det herdede laget oppnådd under spesifiserte forhold etter bråkjøling.
Herdet lagdybde: Dette er dybden fra overflaten av arbeidsstykket til området der strukturen er halvt martensitt.
Vanlige slukkemedier:
•Vann
Egenskaper: Økonomisk med sterk kjøleevne, men har høy kjølehastighet nær kokepunktet, noe som kan føre til overdreven kjøling.
Bruksområde: Brukes vanligvis til karbonstål.
Saltvann: En løsning av salt eller alkali i vann, som har en høyere kjølekapasitet ved høye temperaturer sammenlignet med vann, noe som gjør den egnet for karbonstål.
•Olje
Egenskaper: Gir en langsommere kjølehastighet ved lave temperaturer (nær kokepunktet), som effektivt reduserer tendensen til deformasjon og sprekker, men har lavere kjøleevne ved høye temperaturer.
Bruksområde: Egnet for legert stål.
Typer: Inkluderer bråkjøleolje, maskinolje og diesel.
Oppvarmingstid
Oppvarmingstiden består av både oppvarmingshastigheten (tiden det tar å nå ønsket temperatur) og holdetiden (tiden holdes på måltemperaturen).
Prinsipper for å bestemme oppvarmingstid: Sørg for jevn temperaturfordeling gjennom hele arbeidsstykket, både innvendig og utvendig.
Sørg for fullstendig austenitisering og at den dannede austenitten er jevn og fin.
Grunnlag for å bestemme oppvarmingstid: Vanligvis estimert ved hjelp av empiriske formler eller bestemt gjennom eksperimentering.
Slukkende media
To nøkkelaspekter:
a. Avkjølingshastighet: En høyere avkjølingshastighet fremmer dannelsen av martensitt.
b. Restspenning: En høyere kjølehastighet øker restspenningen, noe som kan føre til større tendens til deformasjon og sprekker i arbeidsstykket.
Ⅶ.Normalisering
1. Definisjon av normalisering
Normalisering er en varmebehandlingsprosess der stål varmes opp til en temperatur 30 °C til 50 °C over Ac3-temperaturen, holdes ved den temperaturen og deretter luftkjøles for å oppnå en mikrostruktur nær likevektstilstanden. Sammenlignet med gløding har normalisering en raskere avkjølingshastighet, noe som resulterer i en finere perlittstruktur (P) og høyere styrke og hardhet.
2. Formålet med normalisering
Formålet med normalisering er likt det med gløding.
3. Anvendelser av normalisering
•Eliminere nettverksbasert sekundær sementitt.
• Fungerer som den endelige varmebehandlingen for deler med lavere krav.
• Fungere som en forberedende varmebehandling for konstruksjonsstål med lavt og middels karbon for å forbedre bearbeidbarheten.
4.Typer av gløding
Første type gløding:
Formål og funksjon: Målet er ikke å indusere fasetransformasjon, men å overføre stålet fra en ubalansert tilstand til en balansert tilstand.
Typer:
•Diffusjonsgløding: Tar sikte på å homogenisere sammensetningen ved å eliminere segregering.
•Rekrystalliseringsgløding: Gjenoppretter duktiliteten ved å eliminere effekten av arbeidsherding.
•Stressavlastningsgløding: Reduserer indre spenninger uten å endre mikrostrukturen.
Andre type gløding:
Formål og funksjon: Tar sikte på å endre mikrostrukturen og egenskapene, og oppnå en perlittdominert mikrostruktur. Denne typen sikrer også at fordelingen og morfologien til perlitt, ferritt og karbider oppfyller spesifikke krav.
Typer:
•Fullgløding: Varmer opp stålet over Ac3-temperaturen og avkjøler det deretter sakte for å produsere en jevn perlittstruktur.
•Ufullstendig gløding: Varmer opp stålet mellom Ac1 og Ac3 temperaturer for å delvis transformere strukturen.
•Isotermisk gløding: Varmer stålet til over Ac3, etterfulgt av rask avkjøling til en isoterm temperatur og hold for å oppnå ønsket struktur.
•Sfæroidiserende gløding: Produserer en sfæroidal karbidstruktur, som forbedrer bearbeidbarhet og seighet.
Ⅷ.1.Definisjon av varmebehandling
Varmebehandling refererer til en prosess der metall varmes opp, holdes ved en bestemt temperatur og deretter avkjøles mens det er i fast tilstand for å endre dets indre struktur og mikrostruktur, og derved oppnå ønskede egenskaper.
2. Kjennetegn ved varmebehandling
Varmebehandling endrer ikke formen på arbeidsstykket; i stedet endrer den den indre strukturen og mikrostrukturen til stålet, som igjen endrer stålets egenskaper.
3.Formål med varmebehandling
Hensikten med varmebehandling er å forbedre de mekaniske eller bearbeidende egenskapene til stål (eller arbeidsstykker), utnytte potensialet til stålet fullt ut, forbedre kvaliteten på arbeidsstykket og forlenge levetiden.
4.Nøkkel konklusjon
Hvorvidt et materiales egenskaper kan forbedres gjennom varmebehandling avhenger kritisk av om det er endringer i dets mikrostruktur og struktur under oppvarmings- og avkjølingsprosessen.
Innleggstid: 19. august 2024