Ⅰ.Conceptul de bază al tratamentului termic.
A. Conceptul de bază al tratamentului termic.
Elementele și funcțiile de bază aletratament termic:
1.Încălzire
Scopul este obținerea unei structuri de austenită uniformă și fină.
2.Deţinerea
Scopul este de a asigura încălzirea completă a piesei de prelucrat și de a preveni decarburarea și oxidarea.
3.Răcire
Obiectivul este transformarea austenitei în diferite microstructuri.
Microstructuri după tratament termic
În timpul procesului de răcire după încălzire și menținere, austenita se transformă în diferite microstructuri în funcție de viteza de răcire. Microstructurile diferite prezintă proprietăți diferite.
B. Conceptul de bază al tratamentului termic.
Clasificare bazată pe metodele de încălzire și răcire, precum și pe microstructura și proprietățile oțelului
1.Tratament termic convențional (tratament termic general): călire, recoacere, normalizare, călire
2.Tratament termic de suprafață: stingere la suprafață, încălzire la suprafață cu încălzire prin inducție, stingere la suprafață cu încălzire cu flacără, stingere la suprafață cu încălzire prin contact electric.
3.Tratament termic chimic: carburare, nitrurare, carbonitrurare.
4. Alte tratamente termice: tratament termic în atmosferă controlată, tratament termic cu vid, tratament termic prin deformare.
C.Temperatura critică a oţelurilor
Temperatura critică de transformare a oțelului este o bază importantă pentru determinarea proceselor de încălzire, menținere și răcire în timpul tratamentului termic. Este determinată de diagrama de fază fier-carbon.
Concluzie cheie:Temperatura de transformare critică reală a oțelului rămâne întotdeauna în urma temperaturii de transformare critică teoretică. Aceasta înseamnă că este necesară supraîncălzirea în timpul încălzirii, iar subrăcirea este necesară în timpul răcirii.
Ⅱ.Recoacerea și Normalizarea Oțelului
1. Definiția recoacerii
Recoacerea implică încălzirea oțelului la o temperatură peste sau sub punctul critic Ac₁ menținându-l la acea temperatură și apoi răcirea lent, de obicei în cuptor, pentru a obține o structură aproape de echilibru.
2. Scopul recoacerii
①Ajustați duritatea pentru prelucrare: obținerea durității prelucrabile în intervalul HB170 ~ 230.
②Reduceți stresul rezidual: Previne deformarea sau fisurarea în timpul proceselor ulterioare.
③Rafinați structura cerealelor: îmbunătățește microstructura.
④Pregătirea pentru tratamentul termic final: Obține perlită granulară (sferoidizată) pentru călirea și revenirea ulterioară.
3. Recoacerea sferoidizantă
Specificații de proces: Temperatura de încălzire este aproape de punctul Ac₁.
Scop: Sferoidizarea cementitului sau a carburilor din oțel, rezultând perlită granulară (sferoidizată).
Gama aplicabilă: Folosit pentru oțeluri cu compoziții eutectoide și hipereutectoide.
4. Recoacerea difuză (Coacerea cu omogenizare)
Specificații de proces: Temperatura de încălzire este puțin sub linia solvus pe diagrama de fază.
Scop: Pentru a elimina segregarea.
①Pentru scăzut-oțel carboncu conținut de carbon mai mic de 0,25%, normalizarea este preferată față de recoacere ca tratament termic pregătitor.
②Pentru oțel cu carbon mediu cu conținut de carbon între 0,25% și 0,50%, fie recoacerea, fie normalizarea poate fi utilizată ca tratament termic pregătitor.
③Pentru oțel cu conținut mediu și ridicat de carbon cu conținut de carbon între 0,50% și 0,75%, se recomandă recoacere completă.
④Pentru înaltă-oțel carboncu conținut de carbon mai mare de 0,75%, normalizarea este utilizată mai întâi pentru a elimina rețeaua Fe₃C, urmată de recoacere sferoidizantă.
Ⅲ. Călirea și revenirea oțelului
A.Polire
1. Definiția călirii: călirea implică încălzirea oțelului la o anumită temperatură peste punctul Ac₃ sau Ac₁, menținându-l la acea temperatură și apoi răcirea lui la o viteză mai mare decât viteza critică de răcire pentru a forma martensită.
2. Scopul călirii: Scopul principal este obținerea de martensite (sau uneori de bainită mai scăzută) pentru a crește duritatea și rezistența la uzură a oțelului. Călirea este unul dintre cele mai importante procese de tratament termic pentru oțel.
3.Determinarea temperaturilor de călire pentru diferite tipuri de oțel
Oțel hipoeutectoid: Ac₃ + 30°C până la 50°C
Oțel eutectoid și hipereutectoid: Ac₁ + 30°C până la 50°C
Oțel aliat: 50°C până la 100°C peste temperatura critică
4. Caracteristicile de răcire ale unui mediu de stingere ideal:
Răcire lentă înainte de temperatura „nasului”: Pentru a reduce suficient stresul termic.
Capacitate mare de răcire lângă temperatura „nasului”: Pentru a evita formarea structurilor nemartensitice.
Răcire lentă în apropierea punctului M₅: Pentru a minimiza stresul indus de transformarea martensitică.
5. Metode de stingere și caracteristicile lor:
① Călire simplă: ușor de utilizat și potrivit pentru piese mici, de formă simplă. Microstructura rezultată este martensită (M).
② Călire dublă: mai complexă și mai dificil de controlat, utilizată pentru oțel cu conținut ridicat de carbon de formă complexă și piese de prelucrat mai mari din oțel aliat. Microstructura rezultată este martensită (M).
③Broken Quenching: Un proces mai complex, utilizat pentru piese mari, de oțel aliat de formă complexă. Microstructura rezultată este martensită (M).
④ Călire izotermă: Folosit pentru piese de prelucrat mici, de formă complexă, cu cerințe ridicate. Microstructura rezultată este bainita inferioară (B).
6. Factori care afectează întăribilitatea
Nivelul de călire depinde de stabilitatea austenitei suprarăcite din oțel. Cu cât stabilitatea austenitei suprarăcite este mai mare, cu atât este mai bună călibilitatea și invers.
Factori care influențează stabilitatea austenitei suprarăcite:
Poziția curbei C: Dacă curba C se deplasează la dreapta, viteza critică de răcire pentru călire scade, îmbunătățind întăribilitatea.
Concluzie cheie:
Orice factor care deplasează curba C spre dreapta mărește călibilitatea oțelului.
Factorul principal:
Compoziție chimică: Cu excepția cobaltului (Co), toate elementele de aliere dizolvate în austenită măresc călibilitatea.
Cu cât conținutul de carbon este mai aproape de compoziția eutectoidă din oțelul carbon, cu atât curba C se deplasează mai mult la dreapta și cu atât este mai mare călibilitatea.
7.Determinarea și reprezentarea întăririi
①Test de întărire finală: Întărirea este măsurată utilizând metoda testului de călire finală.
②Metoda cu diametrul critic de călire: Diametrul critic de călire (D₀) reprezintă diametrul maxim al oțelului care poate fi întărit complet într-un mediu de călire specific.
B. Călirea
1. Definiția călirii
Călirea este un proces de tratament termic în care oțelul stins este reîncălzit la o temperatură sub punctul A₁, menținut la acea temperatură și apoi răcit la temperatura camerei.
2. Scopul călirii
Reduceți sau eliminați efortul rezidual: previne deformarea sau fisurarea piesei de prelucrat.
Reduceți sau eliminați austenita reziduală: stabilizează dimensiunile piesei de prelucrat.
Eliminați fragilitatea oțelului călit: ajustează microstructura și proprietățile pentru a îndeplini cerințele piesei de prelucrat.
Notă importantă: Oțelul trebuie revenit imediat după călire.
3. Procese de călire
1. temperare scăzută
Scop: Pentru a reduce stresul la călire, a îmbunătăți duritatea piesei de prelucrat și a obține o duritate ridicată și rezistență la uzură.
Temperatura: 150°C ~ 250°C.
Performanță: Duritate: HRC 58 ~ 64. Duritate mare și rezistență la uzură.
Aplicații: scule, matrițe, rulmenți, piese carburate și componente întărite la suprafață.
2.Revenire ridicată
Scop: Pentru a obține o duritate ridicată împreună cu o rezistență și duritate suficiente.
Temperatura: 500°C ~ 600°C.
Performanță: Duritate: HRC 25 ~ 35. Proprietăți mecanice generale bune.
Aplicații: arbori, angrenaje, biele etc.
Rafinare termică
Definiție: Călirea urmată de călirea la temperatură înaltă se numește rafinare termică sau pur și simplu călire. Oțelul tratat prin acest proces are o performanță generală excelentă și este utilizat pe scară largă.
Ⅳ.Tratamentul termic de suprafață al oțelului
A. Călirea la suprafață a oțelurilor
1. Definiția întăririi suprafeței
Întărirea la suprafață este un proces de tratament termic conceput pentru a întări stratul de suprafață al unei piese de prelucrat prin încălzirea rapidă a acestuia pentru a transforma stratul de suprafață în austenită și apoi răcirea rapidă a acestuia. Acest proces se realizează fără modificarea compoziției chimice a oțelului sau a structurii de bază a materialului.
2. Materiale utilizate pentru întărirea suprafeței și structura post-întărire
Materiale utilizate pentru întărirea suprafeței
Materiale tipice: oțel cu carbon mediu și oțel aliaj cu carbon mediu.
Pre-tratament: Proces tipic: călire. Dacă proprietățile de bază nu sunt critice, se poate folosi normalizarea.
Structura post-întărire
Structura suprafeței: Stratul de suprafață formează de obicei o structură întărită, cum ar fi martensita sau bainita, care oferă duritate ridicată și rezistență la uzură.
Structura miezului: Miezul oțelului își păstrează în general structura originală, cum ar fi perlita sau starea călită, în funcție de procesul de pretratare și de proprietățile materialului de bază. Acest lucru asigură că miezul își menține rezistența și rezistența bună.
B.Caracteristicile călirii suprafeței prin inducție
1. Temperatură ridicată de încălzire și creștere rapidă a temperaturii: întărirea suprafeței prin inducție implică de obicei temperaturi ridicate de încălzire și viteze rapide de încălzire, permițând încălzirea rapidă într-un timp scurt.
2. Structura fină a granulelor de austenită în stratul de suprafață: în timpul procesului de încălzire rapidă și stingere ulterioară, stratul de suprafață formează granule fine de austenită. După călire, suprafața constă în principal din martensită fină, cu duritate de obicei cu 2-3 HRC mai mare decât călirea convențională.
3. Calitate bună a suprafeței: Datorită timpului scurt de încălzire, suprafața piesei de prelucrat este mai puțin predispusă la oxidare și decarburare, iar deformarea indusă de călire este redusă la minimum, asigurând o calitate bună a suprafeței.
4. Rezistență mare la oboseală: Transformarea de fază martensitică în stratul de suprafață generează stres la compresiune, care crește rezistența la oboseală a piesei de prelucrat.
5. Eficiență ridicată a producției: întărirea suprafeței prin inducție este potrivită pentru producția de masă, oferind o eficiență operațională ridicată.
C.Clasificarea tratamentului termic chimic
Carburare, Carburare, Carburare, Cromizare, Siliconizare, Siliconizare, Siliconizare, Carbonitrurare, Borocarburare
D.Carburarea gazelor
Carburarea cu gaz este un proces în care o piesă de prelucrat este plasată într-un cuptor de carburare cu gaz sigilat și încălzită la o temperatură care transformă oțelul în austenită. Apoi, un agent de cementare este picurat în cuptor sau este introdusă direct o atmosferă de cementare, permițând atomilor de carbon să se difuzeze în stratul de suprafață al piesei de prelucrat. Acest proces crește conținutul de carbon (wc%) de pe suprafața piesei de prelucrat.
√Agenți de carburare:
• Gaze bogate în carbon: cum ar fi gazul de cărbune, gazul petrolier lichefiat (GPL), etc.
•Lichide organice: cum ar fi kerosen, metanol, benzen etc.
√Parametrii procesului de carburare:
•Temperatura de carburare: 920~950°C.
•Timp de carburare: Depinde de adâncimea dorită a stratului de carburare și de temperatura de carburare.
E.Tratament termic după carburare
Oțelul trebuie să fie supus unui tratament termic după cementare.
Procesul de tratament termic după carburare:
√ Călire + temperare la temperatură joasă
1. Călire directă după pre-răcire + temperare la temperatură joasă: Piesa de prelucrat este prerăcită de la temperatura de cementare până la puțin peste temperatura Ar₁ a miezului și apoi stinsă imediat, urmată de revenire la temperatură joasă la 160~180°C.
2. Călire unică după pre-răcire + temperare la temperatură joasă: După cementare, piesa de prelucrat este răcită lent la temperatura camerei, apoi reîncălzită pentru călire și călire la temperatură joasă.
3. Călire dublă după pre-răcire + temperare la temperatură joasă: după cementare și răcire lentă, piesa de prelucrat trece prin două etape de încălzire și călire, urmate de revenire la temperatură joasă.
Ⅴ.Tratamentul termic chimic al otelurilor
1.Definiția tratamentului termic chimic
Tratamentul termic chimic este un proces de tratament termic în care o piesă de prelucrat din oțel este plasată într-un mediu activ specific, încălzită și menținută la temperatură, permițând atomilor activi din mediu să difuzeze în suprafața piesei de prelucrat. Acest lucru modifică compoziția chimică și microstructura suprafeței piesei de prelucrat, modificându-i astfel proprietățile.
2. Procesul de bază al tratamentului termic chimic
Descompunere: În timpul încălzirii, mediul activ se descompune, eliberând atomi activi.
Absorbție: Atomii activi sunt adsorbiți de suprafața oțelului și se dizolvă în soluția solidă a oțelului.
Difuzie: Atomii activi absorbiți și dizolvați pe suprafața oțelului migrează în interior.
Tipuri de întărire la suprafață prin inducție
a.Încălzire prin inducție de înaltă frecvență
Frecvența curentă: 250~300 kHz.
Adâncimea stratului întărit: 0,5~2,0 mm.
Aplicații: Angrenaje modulare medii și mici și arbori de dimensiuni mici și medii.
b.Încălzire prin inducție cu frecvență medie
Frecvența curentă: 2500~8000 kHz.
Adâncimea stratului întărit: 2~10 mm.
Aplicații: arbori mai mari și angrenaje cu module mari până la medii.
c. Încălzire prin inducție de putere-frecvență
Frecvența curentă: 50 Hz.
Adâncimea stratului întărit: 10~15 mm.
Aplicații: Piese de prelucrat care necesită un strat întărit foarte adânc.
3. Întărirea suprafeței prin inducție
Principiul de bază al întăririi suprafeței prin inducție
Efectul asupra pielii:
Când curentul alternativ în bobina de inducție induce un curent pe suprafața piesei de prelucrat, majoritatea curentului indus este concentrat în apropierea suprafeței, în timp ce aproape niciun curent nu trece prin interiorul piesei de prelucrat. Acest fenomen este cunoscut sub numele de efectul pielii.
Principiul întăririi suprafeței prin inducție:
Pe baza efectului pielii, suprafața piesei de prelucrat este încălzită rapid la temperatura de austenitizare (creșterea la 800 ~ 1000 ° C în câteva secunde), în timp ce interiorul piesei de prelucrat rămâne aproape neîncălzit. Piesa de prelucrat este apoi răcită prin pulverizare cu apă, realizând întărirea suprafeței.
4. Temperatură fragilitate
Călirea fragilității în oțel stins
Fragibilitatea la revenire se referă la fenomenul în care duritatea la impact a oțelului călit scade semnificativ atunci când este revenit la anumite temperaturi.
Primul tip de fragilitate de temperare
Interval de temperatură: 250°C până la 350°C.
Caracteristici: Dacă oțelul călit este călit în acest interval de temperatură, este foarte probabil să dezvolte acest tip de fragilitate de revenire, care nu poate fi eliminată.
Soluție: Evitați călirea oțelului călit în acest interval de temperatură.
Primul tip de fragilitate de călire este cunoscut și sub numele de fragilitate de călire la temperatură joasă sau fragilitate de revenire ireversibilă.
Ⅵ.Călirea
1. Călirea este un proces final de tratament termic care urmează călirii.
De ce oțelurile stinse au nevoie de revenire?
Microstructura după călire: După călire, microstructura oțelului constă de obicei din martensită și austenită reziduală. Ambele sunt faze metastabile și se vor transforma în anumite condiții.
Proprietățile martensitei: Martensite se caracterizează printr-o duritate ridicată, dar și o fragilitate ridicată (în special în martensite cu conținut ridicat de carbon), care nu îndeplinește cerințele de performanță pentru multe aplicații.
Caracteristicile transformării martensitice: Transformarea în martensită are loc foarte rapid. După călire, piesa de prelucrat prezintă tensiuni interne reziduale care pot duce la deformare sau fisurare.
Concluzie: Piesa de prelucrat nu poate fi folosită direct după călire! Călirea este necesară pentru a reduce tensiunile interne și pentru a îmbunătăți duritatea piesei de prelucrat, făcând-o potrivită pentru utilizare.
2. Diferența dintre întărire și capacitatea de întărire:
Întărire:
Călirea se referă la capacitatea oțelului de a atinge o anumită adâncime de întărire (adâncimea stratului întărit) după călire. Depinde de compoziția și structura oțelului, în special de elementele sale de aliere și de tipul de oțel. Călibilitatea este o măsură a cât de bine se poate întări oțelul pe toată grosimea sa în timpul procesului de călire.
Duritate (capacitate de întărire):
Duritatea, sau capacitatea de călire, se referă la duritatea maximă care poate fi atinsă în oțel după călire. Este în mare măsură influențată de conținutul de carbon al oțelului. Conținutul mai mare de carbon duce, în general, la o duritate potențială mai mare, dar aceasta poate fi limitată de elementele de aliere ale oțelului și de eficacitatea procesului de călire.
3. Călibilitatea oțelului
√Conceptul de întărire
Călirea se referă la capacitatea oțelului de a atinge o anumită adâncime de întărire martensitică după călirea de la temperatura de austenitizare. În termeni mai simpli, este capacitatea oțelului de a forma martensită în timpul călirii.
Măsurarea întăririi
Mărimea întăririi este indicată de adâncimea stratului întărit obținut în condiții specificate după călire.
Adâncimea stratului întărit: Aceasta este adâncimea de la suprafața piesei de prelucrat până la regiunea în care structura este pe jumătate martensită.
Mijloace de stingere obișnuite:
•Apă
Caracteristici: Economic, cu o capacitate puternică de răcire, dar are o viteză mare de răcire aproape de punctul de fierbere, ceea ce poate duce la o răcire excesivă.
Aplicație: Se utilizează de obicei pentru oțeluri carbon.
Apa sărată: O soluție de sare sau alcali în apă, care are o capacitate de răcire mai mare la temperaturi ridicate în comparație cu apa, ceea ce o face potrivită pentru oțelurile carbon.
•Ulei
Caracteristici: Oferă o viteză de răcire mai lentă la temperaturi scăzute (aproape de punctul de fierbere), care reduce efectiv tendința de deformare și fisurare, dar are o capacitate de răcire mai mică la temperaturi ridicate.
Aplicație: Potrivit pentru oțeluri aliate.
Tipuri: Include ulei de stingere, ulei pentru mașini și motorină.
Timp de încălzire
Timpul de încălzire constă atât din viteza de încălzire (timpul necesar pentru a atinge temperatura dorită), cât și din timpul de menținere (timpul menținut la temperatura țintă).
Principii pentru determinarea timpului de încălzire: Asigurați o distribuție uniformă a temperaturii în toată piesa de prelucrat, atât în interior, cât și în exterior.
Asigurați austenitizarea completă și că austenita formată este uniformă și fină.
Baza pentru determinarea timpului de încălzire: De obicei estimată folosind formule empirice sau determinată prin experimentare.
Medii de stingere
Două aspecte cheie:
a.Rata de răcire: O viteză mai mare de răcire promovează formarea martensitei.
b. Efort rezidual: O viteză mai mare de răcire crește tensiunea reziduală, ceea ce poate duce la o tendință mai mare de deformare și fisurare a piesei de prelucrat.
Ⅶ.Normalizarea
1. Definiția Normalizării
Normalizarea este un proces de tratament termic în care oțelul este încălzit la o temperatură cu 30°C până la 50°C peste temperatura Ac3, menținut la acea temperatură și apoi răcit cu aer pentru a obține o microstructură apropiată de starea de echilibru. În comparație cu recoacere, normalizarea are o viteză de răcire mai rapidă, rezultând o structură de perlită mai fină (P) și rezistență și duritate mai mari.
2. Scopul normalizării
Scopul normalizării este similar cu cel al recoacerii.
3. Aplicații ale Normalizării
•Eliminați cementitul secundar în rețea.
•Servește ca tratament termic final pentru piesele cu cerințe mai mici.
•Acționează ca un tratament termic pregătitor pentru oțelul structural cu carbon scăzut și mediu pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea.
4.Tipuri de recoacere
Primul tip de recoacere:
Scop și funcție: Scopul nu este de a induce transformarea de fază, ci de a trece oțelul de la o stare dezechilibrată la o stare echilibrată.
Tipuri:
•Coacerea prin difuzie: are ca scop omogenizarea compoziției prin eliminarea segregării.
•Coacerea prin recristalizare: Reface ductilitatea prin eliminarea efectelor călirii prin lucru.
•Recoacerea pentru reducerea tensiunilor: Reduce tensiunile interne fără a modifica microstructura.
Al doilea tip de recoacere:
Scop și funcție: își propune să schimbe microstructura și proprietățile, obținând o microstructură dominată de perlit. Acest tip asigură, de asemenea, că distribuția și morfologia perlitei, feritei și carburilor îndeplinesc cerințele specifice.
Tipuri:
•Recoacere completă: Încălzește oțelul peste temperatura Ac3 și apoi îl răcește lent pentru a produce o structură de perlită uniformă.
•Coacerea incompletă: Încălzește oțelul între temperaturile Ac1 și Ac3 pentru a transforma parțial structura.
•Recoacere izotermă: Încălzește oțelul la peste Ac3, urmată de răcire rapidă la o temperatură izotermă și menținere pentru a obține structura dorită.
• Recoacerea cu sferoidizare: produce o structură de carbură sferoidă, îmbunătățind prelucrabilitatea și duritatea.
Ⅷ.1.Definiția tratamentului termic
Tratamentul termic se referă la un proces în care metalul este încălzit, menținut la o anumită temperatură și apoi răcit în stare solidă pentru a-și modifica structura internă și microstructura, obținând astfel proprietățile dorite.
2.Caracteristicile tratamentului termic
Tratamentul termic nu modifică forma piesei de prelucrat; în schimb, modifică structura internă și microstructura oțelului, care, la rândul său, modifică proprietățile oțelului.
3. Scopul tratamentului termic
Scopul tratamentului termic este de a îmbunătăți proprietățile mecanice sau de prelucrare ale oțelului (sau pieselor de prelucrat), de a utiliza pe deplin potențialul oțelului, de a îmbunătăți calitatea piesei de prelucrat și de a prelungi durata de viață a acesteia.
4. Concluzie cheie
Dacă proprietățile unui material pot fi îmbunătățite prin tratament termic depinde în mod esențial de dacă există modificări în microstructura și structura acestuia în timpul procesului de încălzire și răcire.
Ora postării: 19-aug-2024