Obróbka cieplna oznacza proces obróbki cieplnej metalu, podczas którego materiał jest ogrzewany, utrzymywany w stanie stałym i chłodzony w celu uzyskania pożądanej organizacji i właściwości.
I. Obróbka cieplna
1. Normalizowanie: stal lub kawałki stali podgrzewane do punktu krytycznego AC3 lub ACM powyżej odpowiedniej temperatury, utrzymywane przez pewien czas po schłodzeniu na powietrzu, w celu uzyskania perlitycznego typu organizacji procesu obróbki cieplnej.
2. Wyżarzanie: eutektyczny element obrabiany ze stali nagrzany do temperatury AC3 powyżej 20–40 stopni, po wygrzaniu przez pewien czas, przy czym piec jest powoli chłodzony (lub zakopany w piasku albo wapiennym piecu chłodzącym) do temperatury 500 stopni niższej niż temperatura chłodzenia w procesie obróbki cieplnej powietrzem.
3. Obróbka cieplna roztworu stałego: stop jest podgrzewany do wysokiej temperatury w jednofazowym obszarze o stałej temperaturze, tak aby nadmiar fazy całkowicie rozpuścił się w roztworze stałym, a następnie szybko chłodzony, aby uzyskać przesycony roztwór stały w procesie obróbki cieplnej.
4. Starzenie: Po obróbce cieplnej w roztworze stałym lub odkształceniu plastycznym na zimno stopu, gdy zostanie on umieszczony w temperaturze pokojowej lub utrzymywany w temperaturze nieznacznie wyższej od temperatury pokojowej, zjawisko zmiany jego właściwości następuje z czasem.
5. Obróbka w roztworze stałym: w celu całkowitego rozpuszczenia stopu w różnych fazach, wzmocnienie roztworu stałego i poprawa wytrzymałości oraz odporności na korozję, wyeliminowanie naprężeń i zmiękczenia, w celu kontynuacji procesu formowania.
6. Obróbka starzeniowa: ogrzewanie i utrzymywanie w temperaturze wytrącania się fazy wzmacniającej, tak aby wytrącanie się fazy wzmacniającej uległo utwardzeniu i poprawiło wytrzymałość.
7. Hartowanie: austenityzacja stali po schłodzeniu z odpowiednią szybkością chłodzenia, tak aby przedmiot obrabiany w przekroju poprzecznym miał całą lub pewien zakres niestabilnej struktury organizacyjnej, takiej jak przemiana martenzytyczna procesu obróbki cieplnej.
8. Odpuszczanie: zahartowany przedmiot obrabiany będzie podgrzewany do punktu krytycznego AC1 poniżej odpowiedniej temperatury przez określony czas, a następnie chłodzony zgodnie z wymaganiami metody, w celu uzyskania pożądanej organizacji i właściwości procesu obróbki cieplnej.
9. Węgloazotowanie stali: węgloazotowanie to proces infiltracji węgla i azotu do warstwy powierzchniowej stali. Powszechnie stosowane węgloazotowanie jest również znane jako cyjankowe, średniotemperaturowe węgloazotowanie gazowe, a niskotemperaturowe węgloazotowanie gazowe (tj. azotonawęglanie gazowe) jest szerzej stosowane. Głównym celem średniotemperaturowego węgloazotowania gazowego jest poprawa twardości, odporności na zużycie i wytrzymałości zmęczeniowej stali. Niskotemperaturowe węgloazotowanie gazowe, oparte na azotowaniu, ma na celu poprawę odporności stali na zużycie i odporność na ścieranie.
10. Odpuszczanie (hartowanie i odpuszczanie): zazwyczaj hartowanie i odpuszczanie w wysokich temperaturach w połączeniu z obróbką cieplną, znaną jako odpuszczanie. Odpuszczanie jest szeroko stosowane w wielu ważnych elementach konstrukcyjnych, zwłaszcza tych pracujących pod zmiennym obciążeniem korbowodów, śrub, kół zębatych i wałów. Odpuszczanie po odpuszczaniu w celu uzyskania odpuszczonej organizacji sohnitu, jej właściwości mechaniczne są lepsze niż twardość znormalizowanej organizacji sohnitu. Jej twardość zależy od temperatury odpuszczania w wysokiej temperaturze, stabilności stali po odpuszczeniu oraz wielkości przekroju przedmiotu obrabianego, zazwyczaj w zakresie HB200-350.
11. Lutowanie: w przypadku materiału lutowanego następuje dwuetapowy proces obróbki cieplnej polegający na nagrzewaniu i topieniu obrabianego przedmiotu.
II.Tcharakterystyka procesu
Obróbka cieplna metali jest jednym z najważniejszych procesów w produkcji mechanicznej. W porównaniu z innymi procesami obróbki skrawaniem, obróbka cieplna zazwyczaj nie zmienia kształtu przedmiotu obrabianego ani jego ogólnego składu chemicznego, lecz poprzez zmianę jego wewnętrznej mikrostruktury lub składu chemicznego powierzchni, co pozwala na uzyskanie lub poprawę właściwości użytkowych przedmiotu obrabianego. Charakteryzuje się ona poprawą wewnętrznej jakości przedmiotu obrabianego, która zazwyczaj nie jest widoczna gołym okiem. Aby uzyskać metalowy przedmiot obrabiany o wymaganych właściwościach mechanicznych, fizycznych i chemicznych, oprócz odpowiedniego doboru materiałów i różnorodnych procesów formowania, często niezbędny jest proces obróbki cieplnej. Stal jest najczęściej stosowanym materiałem w przemyśle mechanicznym, a jej złożona mikrostruktura może być kontrolowana poprzez obróbkę cieplną. Dlatego obróbka cieplna stali stanowi główny element obróbki cieplnej metali. Ponadto aluminium, miedź, magnez, tytan i inne stopy również można poddać obróbce cieplnej, aby zmienić ich właściwości mechaniczne, fizyczne i chemiczne, w celu uzyskania różnych parametrów.
III.Tproces
Proces obróbki cieplnej zazwyczaj obejmuje trzy procesy: podgrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie, a czasami tylko dwa procesy. Procesy te są ze sobą powiązane i nie można ich przerwać.
Ogrzewanie jest jednym z ważnych procesów obróbki cieplnej. Obróbka cieplna metali jest realizowana wieloma metodami, z których najwcześniejsze to wykorzystanie węgla drzewnego i węgla kamiennego jako źródła ciepła, a ostatnio paliw ciekłych i gazowych. Zastosowanie energii elektrycznej ułatwia sterowanie ogrzewaniem i eliminuje zanieczyszczenie środowiska. Te źródła ciepła mogą być stosowane bezpośrednio, ale także poprzez podgrzewanie stopionej soli lub metalu, aż do unoszących się cząstek w celu pośredniego ogrzewania.
Podczas nagrzewania metalu, obrabiany przedmiot jest narażony na działanie powietrza, co często prowadzi do utleniania i odwęglenia (tj. zmniejszenia zawartości węgla w powierzchni elementów stalowych), co ma bardzo negatywny wpływ na właściwości powierzchniowe obrabianych cieplnie elementów. Dlatego metal powinien być zazwyczaj podgrzewany w atmosferze kontrolowanej lub atmosferze ochronnej, w atmosferze stopionej soli i w próżni, a także posiadać dostępne powłoki lub metody pakowania do nagrzewania ochronnego.
Temperatura nagrzewania jest jednym z ważnych parametrów procesu obróbki cieplnej. Jej dobór i kontrola ma na celu zapewnienie jakości obróbki cieplnej. Temperatura nagrzewania różni się w zależności od obrabianego materiału metalowego i celu obróbki cieplnej, ale zazwyczaj nagrzewa się ją powyżej temperatury przemiany fazowej, aby uzyskać wysoką organizację temperaturową. Ponadto, proces ten wymaga określonego czasu, aby powierzchnia obrabianego metalu osiągnęła wymaganą temperaturę nagrzewania, ale musi być również utrzymywana w tej temperaturze przez określony czas, aby zapewnić spójność temperatur wewnętrznych i zewnętrznych, co gwarantuje całkowitą transformację mikrostruktury, znaną jako czas wygrzewania. Zastosowanie nagrzewania o wysokiej gęstości energii i powierzchniowej obróbki cieplnej zapewnia niezwykle szybkie nagrzewanie, zazwyczaj bez czasu wygrzewania, podczas gdy w chemicznej obróbce cieplnej czas wygrzewania jest często dłuższy.
Chłodzenie jest również niezbędnym etapem procesu obróbki cieplnej. Ze względu na różne metody chłodzenia, głównie w celu kontrolowania szybkości chłodzenia, proces ten jest najwolniejszy. Wyżarzanie zmiękczające charakteryzuje się najwolniejszym chłodzeniem, normalizowanie – szybszym, a hartowanie – szybszym. Jednak ze względu na różne rodzaje stali i ich zróżnicowane wymagania, stal hartowana w powietrzu może być hartowana z taką samą szybkością chłodzenia jak normalizowanie.
IV.Pklasyfikacja procesów
Proces obróbki cieplnej metali można ogólnie podzielić na pełną obróbkę cieplną, powierzchniową obróbkę cieplną i chemiczną obróbkę cieplną, które dzielą się na trzy kategorie. W zależności od medium grzewczego, temperatury nagrzewania i metody chłodzenia, każdą kategorię można podzielić na szereg różnych procesów obróbki cieplnej. Ten sam metal, poddany różnym procesom obróbki cieplnej, może uzyskać różne struktury, a tym samym różne właściwości. Żelazo i stal to najpopularniejsze metale w przemyśle, a mikrostruktura stali jest również najbardziej złożona, dlatego istnieje wiele różnych procesów obróbki cieplnej stali.
Całkowita obróbka cieplna to całkowite nagrzanie przedmiotu obrabianego, a następnie jego schłodzenie z odpowiednią szybkością, w celu uzyskania wymaganej organizacji metalurgicznej, a tym samym zmiany jego ogólnych właściwości mechanicznych. Całkowita obróbka cieplna stali obejmuje cztery podstawowe procesy: wyżarzanie zgrubne, normalizowanie, hartowanie i odpuszczanie.
Proces oznacza:
Wyżarzanie polega na nagrzaniu obrabianego przedmiotu do odpowiedniej temperatury, w zależności od materiału i rozmiaru przedmiotu obrabianego, przy użyciu różnego czasu wygrzewania, a następnie powolnym schłodzeniu. Celem jest wewnętrzna organizacja metalu, aby osiągnąć lub zbliżyć się do stanu równowagi, uzyskać dobrą wydajność procesu lub dalsze hartowanie w celu uporządkowania przygotowania.
Normalizowanie polega na podgrzaniu obrabianego przedmiotu do odpowiedniej temperatury po schłodzeniu w powietrzu; efekt normalizowania jest podobny do wyżarzania, ale w jego wyniku uzyskuje się drobniejszą strukturę; często stosuje się je w celu poprawy właściwości skrawania materiału, ale czasami także w przypadku mniej wymagających części jako końcową obróbkę cieplną.
Hartowanie polega na nagrzaniu i zaizolowaniu przedmiotu obrabianego w wodzie, oleju lub innych solach nieorganicznych, organicznych roztworach wodnych i innych czynnikach hartujących w celu szybkiego schłodzenia. Po hartowaniu elementy stalowe twardnieją, ale jednocześnie stają się kruche. Aby wyeliminować kruchość w odpowiednim czasie, zazwyczaj konieczne jest terminowe odpuszczanie.
Aby zmniejszyć kruchość elementów stalowych, hartowane elementy stalowe są izolowane przez długi czas w odpowiedniej temperaturze, wyższej od temperatury pokojowej i niższej niż 650°C, a następnie schładzane. Proces ten nazywa się odpuszczaniem. Wyżarzanie, normalizowanie, hartowanie i odpuszczanie to ogólna obróbka cieplna w „czterech ogniach”, z których hartowanie i odpuszczanie są ściśle ze sobą powiązane i często stosowane łącznie. „Cztery płomienie” charakteryzują się różnymi temperaturami nagrzewania i chłodzenia, co prowadzi do opracowania innego procesu obróbki cieplnej. Aby uzyskać określony stopień wytrzymałości i udarności, hartowanie i odpuszczanie w wysokich temperaturach łączy się z procesem znanym jako odpuszczanie. Po zahartowaniu niektórych stopów do postaci przesyconego roztworu stałego, są one utrzymywane w temperaturze pokojowej lub w nieco wyższej odpowiedniej temperaturze przez dłuższy czas w celu poprawy twardości, wytrzymałości lub magnetyzmu elektrycznego stopu. Taki proces obróbki cieplnej nazywa się starzeniem.
Obróbka cieplna i odkształcanie pod ciśnieniem są skutecznie i ściśle ze sobą powiązane, dzięki czemu obrabiany przedmiot uzyskuje bardzo dobrą wytrzymałość i udarność metodą znaną jako obróbka cieplna przez odkształcanie; w atmosferze podciśnienia lub próżni podczas obróbki cieplnej znanej jako obróbka cieplna w próżni, która nie tylko sprawia, że obrabiany przedmiot nie utlenia się, nie odwęgla, zachowuje powierzchnię obrabianego przedmiotu po obróbce, poprawia wydajność obrabianego przedmiotu, ale także dzięki czynnikowi osmotycznemu do chemicznej obróbki cieplnej.
Obróbka cieplna powierzchni polega na nagrzaniu jedynie warstwy powierzchniowej przedmiotu obrabianego w celu zmiany jej właściwości mechanicznych. Aby nagrzać jedynie warstwę powierzchniową przedmiotu obrabianego, bez nadmiernego transferu ciepła do wnętrza przedmiotu obrabianego, źródło ciepła musi charakteryzować się wysoką gęstością energii, tj. dostarczać większą energię cieplną w jednostce powierzchni przedmiotu obrabianego, tak aby warstwa powierzchniowa przedmiotu obrabianego mogła w krótkim czasie lub natychmiast osiągnąć wysokie temperatury. Do głównych metod obróbki cieplnej powierzchni, takich jak hartowanie płomieniowe i nagrzewanie indukcyjne, powszechnie stosowane są źródła ciepła, takie jak płomień acetylenowo-tlenowy lub propanowo-tlenowy, prąd indukcyjny, laser i wiązka elektronów.
Chemiczna obróbka cieplna to proces obróbki cieplnej metali polegający na zmianie składu chemicznego, organizacji i właściwości warstwy powierzchniowej przedmiotu obrabianego. Chemiczna obróbka cieplna różni się od powierzchniowej tym, że ta pierwsza zmienia skład chemiczny warstwy powierzchniowej przedmiotu obrabianego. Chemiczna obróbka cieplna polega na poddaniu przedmiotu obrabianego zawierającego węgiel, sól lub inne pierwiastki stopowe działaniu medium (gazu, cieczy, ciała stałego) w procesie nagrzewania i izolacji przez dłuższy czas, tak aby warstwa powierzchniowa przedmiotu obrabianego uległa infiltracji węgla, azotu, boru, chromu i innych pierwiastków. Po infiltracji pierwiastków, a czasami także innych procesów obróbki cieplnej, takich jak hartowanie i odpuszczanie, głównymi metodami chemicznej obróbki cieplnej są nawęglanie, azotowanie i penetracja metalu.
Obróbka cieplna jest jednym z ważnych procesów w procesie produkcji części mechanicznych i form. Ogólnie rzecz biorąc, może zapewnić i poprawić różne właściwości przedmiotu obrabianego, takie jak odporność na zużycie i korozję. Może również poprawić organizację wykroju i stan naprężenia, ułatwiając różnorodne procesy obróbki na zimno i na gorąco.
Na przykład: białe żeliwo po długim procesie wyżarzania można uzyskać z żeliwa ciągliwego, co poprawia plastyczność; koła zębate z odpowiednim procesem obróbki cieplnej mogą mieć dłuższą żywotność niż koła zębate niepoddane obróbce cieplnej, nawet kilkadziesiąt razy; ponadto tania stal węglowa dzięki infiltracji pewnych pierwiastków stopowych ma wydajność niektórych drogich stali stopowych i może zastąpić niektóre stale odporne na ciepło, takie jak stal nierdzewna; formy i matryce – prawie wszystkie wymagają obróbki cieplnej. Można ich używać dopiero po obróbce cieplnej.
Środki uzupełniające
I. Rodzaje wyżarzania
Wyżarzanie to proces obróbki cieplnej, w którym obrabiany przedmiot jest podgrzewany do odpowiedniej temperatury, wytrzymywany przez określony czas, a następnie powoli chłodzony.
Istnieje wiele typów procesu wyżarzania stali, według temperatury nagrzewania można podzielić na dwie kategorie: jedna jest w temperaturze krytycznej (Ac1 lub Ac3) powyżej wyżarzania, znanej również jako wyżarzanie rekrystalizacyjne ze zmianą fazy, w tym wyżarzanie całkowite, wyżarzanie niecałkowite, wyżarzanie sferoidalne i wyżarzanie dyfuzyjne (wyżarzanie homogenizujące) itp.; druga jest poniżej temperatury krytycznej wyżarzania, w tym wyżarzanie rekrystalizacyjne i wyżarzanie odprężające itp. Według metody chłodzenia wyżarzanie można podzielić na wyżarzanie izotermiczne i ciągłe wyżarzanie chłodzące.
1. wyżarzanie całkowite i wyżarzanie izotermiczne
Wyżarzanie całkowite, znane również jako wyżarzanie rekrystalizacyjne, ogólnie nazywane wyżarzaniem, polega na podgrzaniu stali lub stali do temperatury Ac3 powyżej 20–30°C, co zapewnia izolację na tyle długą, aby po powolnym schłodzeniu doprowadzić do całkowitej austenityzacji, w celu uzyskania niemal równowagowej struktury procesu obróbki cieplnej. Wyżarzanie to jest stosowane głównie do uzyskania składu podeutektycznego różnych odlewów, odkuwek i profili walcowanych na gorąco ze stali węglowych i stopowych, a czasami również do konstrukcji spawanych. Zazwyczaj jest stosowane jako końcowa obróbka cieplna wielu lekkich elementów obrabianych lub jako wstępna obróbka cieplna niektórych elementów obrabianych.
2. wyżarzanie kulowe
Wyżarzanie sferoidalne jest stosowane głównie w przypadku nadeutektycznej stali węglowej i stali narzędziowej stopowej (takiej jak produkcja narzędzi o krawędziach tnących, sprawdzianów, form i matryc używanych w tej stali). Jego głównym celem jest obniżenie twardości, poprawa skrawalności i przygotowanie do dalszego hartowania.
3. wyżarzanie odprężające
Wyżarzanie odprężające, znane również jako wyżarzanie niskotemperaturowe (lub odpuszczanie wysokotemperaturowe), jest stosowane głównie w celu eliminacji naprężeń szczątkowych w odlewach, odkuwkach, konstrukcjach spawanych, elementach walcowanych na gorąco, elementach ciągnionych na zimno oraz innych elementach. Jeśli naprężenia te nie zostaną wyeliminowane, po pewnym czasie lub w trakcie późniejszego procesu cięcia stal ulegnie odkształceniu lub pęknięciom.
4. Niepełne wyżarzanie polega na nagrzaniu stali do temperatury Ac1 ~ Ac3 (stal podeutektyczna) lub Ac1 ~ ACcm (stal nadeutektyczna) pomiędzy utrwaleniem cieplnym a powolnym chłodzeniem w celu uzyskania niemal zrównoważonej organizacji procesu obróbki cieplnej.
II.W przypadku hartowania najczęściej stosowanym medium chłodzącym jest solanka, woda i olej.
Hartowanie przedmiotu obrabianego w wodzie słonej pozwala uzyskać wysoką twardość i gładką powierzchnię. Hartowanie nie jest łatwe, ponieważ nie tworzy twardych, miękkich punktów, ale łatwo doprowadzić do poważnych odkształceń przedmiotu obrabianego, a nawet pęknięć. Zastosowanie oleju jako medium hartującego jest odpowiednie jedynie w przypadku stosunkowo dużej stabilności przechłodzonego austenitu w przypadku niektórych stali stopowych lub małych elementów ze stali węglowej.
III.cel odpuszczania stali
1. Zmniejszenie kruchości, wyeliminowanie lub ograniczenie naprężeń wewnętrznych. Hartowanie stali powoduje duże naprężenia wewnętrzne i kruchość, co często prowadzi do odkształceń stali, a nawet jej pęknięć.
2. Aby uzyskać wymagane właściwości mechaniczne przedmiotu obrabianego, przedmiot obrabiany po zahartowaniu charakteryzuje się wysoką twardością i kruchością. Aby spełnić wymagania dotyczące różnych właściwości różnych przedmiotów obrabianych, można dostosować twardość poprzez odpowiednie odpuszczanie w celu zmniejszenia kruchości przy wymaganej wytrzymałości i plastyczności.
3、Ustabilizuj rozmiar przedmiotu obrabianego
4. W przypadku niektórych stali stopowych trudno jest zmiękczyć wyżarzanie, w przypadku hartowania (lub normalizowania) jest ono często stosowane po odpuszczaniu w wysokiej temperaturze, aby zapewnić odpowiednią agregację węglików stali, a tym samym zmniejszyć twardość, co ułatwi cięcie i obróbkę.
Koncepcje uzupełniające
1. Wyżarzanie: odnosi się do materiałów metalowych nagrzanych do odpowiedniej temperatury, utrzymywanych w niej przez określony czas, a następnie poddanych obróbce cieplnej z powolnym schładzaniem. Typowe procesy wyżarzania to: wyżarzanie rekrystalizujące, wyżarzanie odprężające, wyżarzanie sferoidalne, wyżarzanie zupełne itp. Cel wyżarzania: głównie w celu zmniejszenia twardości materiałów metalowych, poprawy plastyczności, ułatwienia cięcia lub obróbki ciśnieniowej, zmniejszenia naprężeń szczątkowych, poprawy organizacji i składu homogenizowanego materiału lub, w przypadku tej ostatniej obróbki cieplnej, przygotowania materiału do dalszej obróbki.
2. Normalizowanie: odnosi się do stali lub stali nagrzanej do temperatury (w punkcie krytycznym) powyżej 30–50°C, w celu utrzymania odpowiedniego czasu chłodzenia w nieruchomym powietrzu. Cel normalizowania: głównie poprawa właściwości mechanicznych stali niskowęglowej, poprawa skrawalności i obrabialności, rozdrobnienie ziarna, eliminacja wad organizacyjnych, a następnie obróbka cieplna w celu przygotowania struktury.
3. Hartowanie: odnosi się do nagrzania stali do temperatury Ac3 lub Ac1 (stal poniżej punktu krytycznego) powyżej określonej temperatury, utrzymywania jej przez określony czas, a następnie do odpowiedniej szybkości chłodzenia, w celu uzyskania struktury martenzytycznej (lub bainitowej) w procesie obróbki cieplnej. Typowe procesy hartowania to hartowanie w jednym medium, hartowanie w dwóch mediach, hartowanie martenzytyczne, hartowanie izotermiczne bainitowe, hartowanie powierzchniowe i hartowanie miejscowe. Cel hartowania: uzyskanie przez elementy stalowe wymaganej struktury martenzytycznej, poprawa twardości, wytrzymałości i odporności na ścieranie, a następnie odpowiednia obróbka cieplna ma na celu odpowiednie przygotowanie do tej struktury.
4. Odpuszczanie: odnosi się do hartowania stali, a następnie podgrzania jej do temperatury poniżej Ac1, wygrzewania, a następnie schłodzenia do temperatury pokojowej w procesie obróbki cieplnej. Typowe procesy odpuszczania to: odpuszczanie w niskiej temperaturze, odpuszczanie w średniej temperaturze, odpuszczanie w wysokiej temperaturze i odpuszczanie wielokrotne.
Cel odpuszczania: głównie w celu wyeliminowania naprężeń powstających w stali podczas hartowania, tak aby stal miała dużą twardość i odporność na zużycie oraz wymaganą plastyczność i wytrzymałość.
5. Odpuszczanie: odnosi się do stali lub stali do hartowania i odpuszczania w wysokiej temperaturze w procesie obróbki cieplnej kompozytów. Stosowane w procesie odpuszczania stali, zwanej stalą hartowaną. Ogólnie odnosi się do stali konstrukcyjnej ze średnią zawartością węgla i stali konstrukcyjnej ze średnią zawartością węgla.
6. Nawęglanie: Nawęglanie to proces polegający na wnikaniu atomów węgla w warstwę powierzchniową stali. Polega on również na nadaniu obrabianemu przedmiotowi ze stali niskowęglowej warstwy powierzchniowej stali wysokowęglowej, a następnie, po hartowaniu i odpuszczaniu w niskiej temperaturze, nagrzanej do wysokiej twardości i odporności na zużycie, przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości i plastyczności stali niskowęglowej w środkowej części przedmiotu obrabianego.
Metoda próżniowa
Ponieważ operacje nagrzewania i chłodzenia metalowych elementów wymagają kilkunastu, a nawet kilkudziesięciu czynności. Czynności te są wykonywane w piecu próżniowym do obróbki cieplnej, do którego operator nie ma dostępu, wymagany jest wyższy stopień automatyzacji pieca próżniowego. Jednocześnie niektóre czynności, takie jak nagrzewanie i hartowanie, wymagają sześciu, siedmiu czynności i muszą zostać wykonane w ciągu 15 sekund. Takie elastyczne warunki do wykonania wielu czynności mogą łatwo wywołać nerwowość operatora i doprowadzić do błędów. Dlatego tylko wysoki stopień automatyzacji pozwala na precyzyjną i terminową koordynację z programem.
Próżniowa obróbka cieplna elementów metalowych odbywa się w zamkniętym piecu próżniowym, a ścisłe uszczelnienie próżniowe jest powszechnie znane. Dlatego, aby uzyskać i utrzymać pierwotny współczynnik nieszczelności pieca, zapewnić próżnię roboczą pieca próżniowego i zagwarantować jakość detali, próżniowa obróbka cieplna ma bardzo duże znaczenie. Kluczową kwestią w przypadku pieca do próżniowej obróbki cieplnej jest zatem niezawodna konstrukcja uszczelnienia próżniowego. Aby zapewnić wydajność próżniową pieca próżniowego, konstrukcja pieca do próżniowej obróbki cieplnej musi być zgodna z podstawową zasadą, tj. korpus pieca powinien być spawany gazoszczelnie, a korpus pieca powinien być jak najmniej otwierany lub nieotwierany, a także należy unikać stosowania dynamicznej konstrukcji uszczelniającej, aby zminimalizować ryzyko wycieku próżni. W korpusie pieca próżniowego zainstalowane są elementy i akcesoria, takie jak elektrody chłodzone wodą i termopary, które również muszą być zaprojektowane tak, aby uszczelnić konstrukcję.
Większość materiałów grzewczych i izolacyjnych może być stosowana wyłącznie w próżni. Ogrzewanie i wykładanie izolacji termicznej pieców próżniowych odbywa się w próżni i wysokich temperaturach, dlatego materiały te charakteryzują się wysoką odpornością na temperaturę, odpornością na promieniowanie, przewodnością cieplną i innymi wymaganiami. Wymagania dotyczące odporności na utlenianie nie są wysokie. Dlatego w piecach próżniowych do obróbki cieplnej powszechnie stosuje się tantal, wolfram, molibden i grafit do materiałów grzewczych i izolacyjnych. Materiały te bardzo łatwo utleniają się w atmosferze, dlatego zwykłe piece do obróbki cieplnej nie nadają się do ich stosowania.
Urządzenie chłodzone wodą: płaszcz pieca próżniowego, pokrywa pieca, elektryczne elementy grzejne, elektrody chłodzone wodą, pośrednia próżniowa izolacja cieplna drzwi i inne elementy znajdują się w próżni, w stanie pracy cieplnej. Pracując w tak skrajnie niekorzystnych warunkach, należy zadbać o to, aby konstrukcja każdego elementu nie uległa odkształceniu ani uszkodzeniu, a uszczelnienie próżniowe nie uległo przegrzaniu ani przepaleniu. Dlatego każdy element powinien być skonfigurowany odpowiednio do różnych warunków, aby zapewnić prawidłowe działanie pieca próżniowego i jego wystarczającą żywotność.
Zastosowanie pojemnika próżniowego o niskim napięciu i wysokim natężeniu prądu, gdy stopień próżni wynosi kilka stopni w zakresie 1x1-1 tora, powoduje, że pojemnik próżniowy z przewodnikiem pod napięciem o wyższym napięciu wywołuje zjawisko wyładowania jarzeniowego. W piecu do obróbki cieplnej w próżni, silne wyładowanie łukowe może spalić element grzejny i warstwę izolacyjną, powodując poważne awarie i straty. Dlatego napięcie robocze elementu grzejnego w piecu do obróbki cieplnej w próżni zazwyczaj nie przekracza 80–100 V. Jednocześnie w konstrukcji elementu grzejnego należy podjąć odpowiednie środki, takie jak unikanie stykania się końcówek elementów. Odstępy między elektrodami nie mogą być zbyt małe, aby zapobiec powstawaniu wyładowań jarzeniowych lub łukowych.
Ruszenie
Ze względu na różne wymagania dotyczące wydajności przedmiotu obrabianego i jego różne temperatury odpuszczania, można wyróżnić następujące rodzaje odpuszczania:
(a) odpuszczanie w niskiej temperaturze (150-250 stopni)
Niskotemperaturowe odpuszczanie powstałej struktury martenzytu odpuszczonego. Jego celem jest utrzymanie wysokiej twardości i odporności na zużycie hartowanej stali, przy jednoczesnym zmniejszeniu naprężeń wewnętrznych i kruchości podczas hartowania, aby uniknąć wykruszania się lub przedwczesnych uszkodzeń podczas użytkowania. Jest ono stosowane głównie do produkcji różnego rodzaju wysokowęglowych narzędzi skrawających, sprawdzianów, matryc ciągnionych na zimno, łożysk tocznych i części nawęglanych itp. Twardość po odpuszczeniu wynosi zazwyczaj HRC58-64.
(ii) hartowanie w średniej temperaturze (250–500 stopni)
Organizacja odpuszczania w średniej temperaturze dla hartowanego kwarcu. Jej celem jest uzyskanie wysokiej granicy plastyczności, granicy sprężystości i wysokiej wytrzymałości. Dlatego jest ona głównie stosowana do różnego rodzaju sprężyn i obróbki form do obróbki na gorąco. Twardość po odpuszczeniu wynosi zazwyczaj HRC35-50.
(C) odpuszczanie w wysokiej temperaturze (500-650 stopni)
Odpuszczanie w wysokiej temperaturze to proces produkcji hartowanego sohnitu. Tradycyjne hartowanie i odpuszczanie w wysokiej temperaturze to połączona obróbka cieplna, znana jako odpuszczanie. Jej celem jest uzyskanie wytrzymałości, twardości i plastyczności, a także uzyskanie lepszej wytrzymałości i właściwości mechanicznych. Dlatego też materiał ten jest szeroko stosowany w samochodach, ciągnikach, obrabiarkach i innych ważnych elementach konstrukcyjnych, takich jak korbowody, śruby, koła zębate i wały. Twardość po odpuszczaniu wynosi zazwyczaj HB200-330.
Zapobieganie deformacjom
Przyczyny odkształceń precyzyjnych, złożonych form są często złożone, ale dopiero poznanie prawa deformacji, analiza przyczyn i zastosowanie różnych metod zapobiegania odkształceniom formy pozwala na ich ograniczenie, a także kontrolę. Ogólnie rzecz biorąc, obróbka cieplna precyzyjnych, złożonych form może obejmować następujące metody zapobiegania.
(1) Rozsądny dobór materiałów. Do precyzyjnych, złożonych form należy wybierać materiały z dobrej stali na formy odpornej na mikroodkształcenia (takiej jak stal hartowana w powietrzu). Wydzielenie węglików w stali na formy o wysokiej wytrzymałości powinno być uzasadnione przez odpowiednią obróbkę cieplną kucia i odpuszczania. Większe i nie nadające się do kucia formy stalowe można poddać obróbce cieplnej z podwójnym rafinowaniem w roztworze stałym.
(2) Konstrukcja formy powinna być rozsądna, grubość nie powinna być zbyt zróżnicowana, kształt powinien być symetryczny, aby odkształcenie większej formy było zgodne z prawem odkształcenia, zarezerwowano naddatek na obróbkę, w przypadku dużych, precyzyjnych i złożonych form można stosować kombinację struktur.
(3) Formy precyzyjne i złożone należy poddać wstępnej obróbce cieplnej w celu wyeliminowania naprężeń szczątkowych powstających w procesie obróbki.
(4) Rozsądny wybór temperatury grzania, kontrola prędkości grzania; w przypadku precyzyjnych, złożonych form można stosować powolne grzanie, podgrzewanie wstępne i inne zrównoważone metody grzania, aby zmniejszyć odkształcenia formy podczas obróbki cieplnej.
(5) Aby zapewnić twardość formy, należy stosować proces wstępnego chłodzenia, stopniowego chłodzenia i hartowania lub hartowania temperaturowego.
(6) W przypadku form precyzyjnych i skomplikowanych, w miarę możliwości należy stosować hartowanie próżniowe i głębokie chłodzenie po hartowaniu.
(7) W przypadku niektórych precyzyjnych i skomplikowanych form można stosować obróbkę cieplną wstępną, obróbkę cieplną starzenia, obróbkę cieplną azotowania odpuszczania w celu kontroli dokładności formy.
(8) Podczas naprawy ubytków w formach, porowatości, zużycia i innych wad należy stosować maszyny do spawania na zimno i inne urządzenia do naprawiania, aby uniknąć odkształceń podczas naprawy.
Ponadto prawidłowe działanie procesu obróbki cieplnej (takie jak zatkanie otworów, wykonanie otworów wiążących, mechaniczne mocowanie, odpowiednie metody ogrzewania, poprawny wybór kierunku chłodzenia formy i kierunku ruchu medium chłodzącego itd.) oraz rozsądny proces obróbki cieplnej odpuszczania mają na celu zmniejszenie odkształceń precyzyjnych i złożonych form. Są to również skuteczne środki.
Obróbka cieplna powierzchni z hartowaniem i odpuszczaniem jest zazwyczaj przeprowadzana metodą nagrzewania indukcyjnego lub płomieniowego. Głównymi parametrami technicznymi są twardość powierzchniowa, twardość miejscowa oraz efektywna głębokość warstwy hartowanej. Do pomiaru twardości można użyć twardościomierza Vickersa, twardościomierza Rockwella lub twardościomierza powierzchniowego Rockwella. Wybór siły nacisku (skali) zależy od głębokości efektywnej warstwy hartowanej oraz twardości powierzchni przedmiotu obrabianego. W tym przypadku stosuje się trzy rodzaje twardościomierzy.
Po pierwsze, twardościomierz Vickersa jest ważnym narzędziem do pomiaru twardości powierzchni obrabianych cieplnie przedmiotów. Można go ustawić na siłę nacisku od 0,5 do 100 kg, co pozwala na pomiar grubości warstwy utwardzanej powierzchniowo nawet do 0,05 mm. Twardościomierz charakteryzuje się najwyższą dokładnością i pozwala na rozróżnienie niewielkich różnic w twardości powierzchni obrabianych cieplnie przedmiotów. Dodatkowo, twardościomierz Vickersa powinien również mierzyć głębokość warstwy utwardzanej, dlatego w przypadku obróbki cieplnej powierzchni lub w przypadku dużej liczby jednostek wykorzystujących obróbkę cieplną powierzchni, niezbędne jest wyposażenie twardościomierza Vickersa.
Po drugie, twardościomierz Rockwella do powierzchni jest również bardzo odpowiedni do badania twardości powierzchniowo hartowanych elementów obrabianych. Twardościomierz Rockwella do powierzchni ma trzy skale do wyboru. Może badać efektywną głębokość hartowania powyżej 0,1 mm różnych powierzchniowo hartowanych elementów obrabianych. Chociaż twardościomierz Rockwella do powierzchni nie jest tak precyzyjny jak twardościomierz Vickersa, to jako narzędzie do zarządzania jakością w zakładzie obróbki cieplnej i kwalifikowany środek kontroli jest w stanie spełnić wymagania. Ponadto charakteryzuje się prostotą obsługi, łatwością użytkowania, niską ceną, szybkim pomiarem, możliwością bezpośredniego odczytu wartości twardości i innych cech. Twardościomierz Rockwella do powierzchni może być stosowany do badania partii powierzchniowo hartowanych elementów obrabianych do szybkich i nieniszczących badań jednostkowych. Jest to istotne w zakładach obróbki metali i produkcji maszyn.
Po trzecie, gdy warstwa utwardzona po obróbce cieplnej jest grubsza, można również użyć twardościomierza Rockwella. Przy grubości warstwy utwardzonej po obróbce cieplnej 0,4–0,8 mm można użyć skali HRA, a przy grubości warstwy utwardzonej powyżej 0,8 mm – skali HRC.
Twardość Vickersa, Rockwella i Rockwella powierzchniowego można łatwo przeliczyć na trzy rodzaje, przeliczyć na normy, rysunki lub w razie potrzeby. Odpowiednie tabele przeliczeniowe podano w normie międzynarodowej ISO, normie amerykańskiej ASTM oraz normie chińskiej GB/T.
Lokalne stwardnienie
Części, które spełniają lokalne wymagania dotyczące twardości, wymagają nagrzewania indukcyjnego i innych metod hartowania miejscowego. Zazwyczaj należy oznaczyć miejsce hartowania miejscowego oraz wartość twardości na rysunkach. Badanie twardości części należy przeprowadzać w wyznaczonym miejscu. Do pomiaru twardości można użyć twardościomierza Rockwella, który mierzy twardość HRC. W przypadku płytkiej warstwy hartowanej, można użyć twardościomierza Rockwella, który mierzy twardość HRN.
Obróbka cieplna chemiczna
Chemiczna obróbka cieplna polega na nasyceniu powierzchni przedmiotu obrabianego jednym lub kilkoma atomami pierwiastków chemicznych, co zmienia skład chemiczny, organizację i właściwości powierzchni przedmiotu obrabianego. Po hartowaniu i odpuszczaniu w niskiej temperaturze powierzchnia przedmiotu obrabianego charakteryzuje się wysoką twardością, odpornością na zużycie i wytrzymałością zmęczeniową, a rdzeń przedmiotu obrabianego charakteryzuje się wysoką wytrzymałością.
Zgodnie z powyższym, wykrywanie i rejestrowanie temperatury w procesie obróbki cieplnej jest niezwykle istotne, a niedostateczna kontrola temperatury ma ogromny wpływ na produkt. Dlatego też, podobnie jak w całym procesie, istotne jest monitorowanie zmian temperatury. Rejestrowanie zmian temperatury w procesie obróbki cieplnej może ułatwić analizę danych, a także pomóc w ustaleniu, kiedy temperatura nie spełnia wymagań. Będzie to miało ogromne znaczenie dla poprawy jakości obróbki cieplnej w przyszłości.
Procedury operacyjne
1. Oczyść miejsce operacji, sprawdź, czy zasilanie, przyrządy pomiarowe i różne przełączniki działają prawidłowo, a także czy źródło wody jest gładkie.
2. Operatorzy powinni nosić dobry sprzęt ochronny, w przeciwnym razie praca może być niebezpieczna.
3. Otwórz uniwersalny przełącznik zasilania sterującego, zgodnie z wymaganiami technicznymi stopniowanych sekcji wzrostu i spadku temperatury sprzętu, aby przedłużyć żywotność sprzętu i sprzętu w nienaruszonym stanie.
4. Zwrócenie uwagi na temperaturę pieca do obróbki cieplnej i regulację prędkości taśmy siatkowej pozwala na opanowanie standardów temperaturowych wymaganych dla różnych materiałów, co zapewnia twardość obrabianego przedmiotu, prostość powierzchni i warstwę utleniającą oraz gwarantuje bezpieczeństwo.
5. Aby zwrócić uwagę na temperaturę pieca do odpuszczania i prędkość taśmy siatkowej, otwórz wylot powietrza, aby przedmiot obrabiany po odpuszczaniu spełniał wymagania jakościowe.
6. W pracy należy trzymać się stanowiska.
7. Zapoznać się z konfiguracją niezbędnego sprzętu przeciwpożarowego oraz metodami jego użytkowania i konserwacji.
8. Podczas zatrzymywania maszyny należy sprawdzić, czy wszystkie przełączniki sterujące są w stanie wyłączonym, a następnie zamknąć uniwersalny przełącznik transferowy.
Przegrzanie
Po hartowaniu, na podstawie szorstkich powierzchni części łożysk tocznych, można zaobserwować przegrzanie mikrostruktury. Aby jednak określić dokładny stopień przegrzania, należy dokładnie przyjrzeć się mikrostrukturze. Jeśli w strukturze hartowniczej stali GCr15 pojawia się gruboziarnisty martenzyt igłowy, jest to struktura przegrzania. Przyczyną powstawania struktury hartowniczej może być zbyt wysoka temperatura nagrzewania lub zbyt długi czas nagrzewania i wytrzymywania, spowodowany pełnym zakresem przegrzania; może to również wynikać z pierwotnej, poważnej struktury węglika spiekanego, która w obszarze niskowęglowym między dwoma pasmami tworzy lokalnie gruby martenzyt igłowy, co powoduje lokalne przegrzanie. W strukturze przegrzanej wzrasta ilość austenitu resztkowego, a stabilność wymiarowa maleje. Z powodu przegrzania struktury hartowniczej, kryształ stali staje się gruboziarnisty, co prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości elementów, zmniejszenia odporności na uderzenia i skrócenia żywotności łożyska. Znaczne przegrzanie może nawet spowodować pęknięcia hartownicze.
Niedogrzanie
Niska temperatura hartowania lub słabe chłodzenie spowoduje większą niż standardowa organizację torrhenitu w mikrostrukturze, znaną jako organizacja niedogrzania, co powoduje spadek twardości, znacznie zmniejszoną odporność na zużycie, co wpłynie na żywotność części wałeczkowych łożyska.
Gaszenie pęknięć
Części łożysk tocznych w procesie hartowania i chłodzenia z powodu naprężeń wewnętrznych tworzą pęknięcia zwane pęknięciami hartowniczymi. Przyczynami takich pęknięć są: zbyt wysoka temperatura nagrzewania lub zbyt szybkie chłodzenie podczas hartowania, naprężenia cieplne i zmiany masy metalu w organizacji naprężenia przekraczające wytrzymałość stali na pękanie; pierwotne wady powierzchni roboczej (takie jak pęknięcia lub rysy powierzchni) lub wady wewnętrzne stali (takie jak żużel, poważne wtrącenia niemetaliczne, białe plamy, pozostałości skurczu itp.) podczas hartowania powodujące koncentrację naprężeń; poważne odwęglenie powierzchni i segregacja węglików; części hartowane po odpuszczaniu niewystarczające lub przedwczesne odpuszczanie; zbyt duże naprężenie stempla na zimno spowodowane poprzednim procesem, fałdowanie kucia, głębokie nacięcia toczenia, rowki olejowe, ostre krawędzie itp. Krótko mówiąc, przyczyną pęknięć hartowniczych może być jeden lub więcej z powyższych czynników, obecność naprężeń wewnętrznych jest główną przyczyną powstawania pęknięć hartowniczych. Pęknięcia hartownicze są głębokie i smukłe, z prostym pęknięciem i bez śladu utlenionej barwy na powierzchni pęknięcia. Często jest to podłużne, płaskie pęknięcie lub pęknięcie pierścieniowe na kołnierzu łożyska; na stalowej kulce łożyskowej kształt ten przypomina literę S, T lub pierścień. Charakterystyczną cechą organizacyjną pęknięcia hartowniczego jest brak zjawiska odwęglenia po obu stronach pęknięcia, co wyraźnie odróżnia je od pęknięć odkuwkowych i materiałowych.
Odkształcenie w wyniku obróbki cieplnej
W elementach łożysk NACHI poddawanych obróbce cieplnej występują naprężenia termiczne i organizacyjne. Naprężenia te mogą się na siebie nakładać lub częściowo kompensować. Są one złożone i zmienne, ponieważ zmieniają się wraz z temperaturą nagrzewania, szybkością nagrzewania, trybem chłodzenia, szybkością chłodzenia, kształtem i rozmiarem elementów. Dlatego odkształcenia podczas obróbki cieplnej są nieuniknione. Rozpoznanie i opanowanie zasad może sprawić, że odkształcenia elementów łożysk (takie jak owal kołnierza, zmiana rozmiaru itp.) będą kontrolowane, co sprzyja produkcji. Oczywiście, kolizje mechaniczne w procesie obróbki cieplnej również powodują odkształcenia elementów, ale można je wykorzystać do poprawy działania, aby je zminimalizować i uniknąć.
Odwęglanie powierzchniowe
Części łożysk tocznych w procesie obróbki cieplnej, jeśli są podgrzewane w środowisku utleniającym, powierzchnia ulega utlenieniu, co powoduje zmniejszenie udziału masowego węgla na powierzchni, co prowadzi do odwęglenia powierzchni. Głębokość warstwy odwęglenia powierzchni przekraczająca ilość retencji po obróbce końcowej spowoduje złomowanie części. Określenie głębokości warstwy odwęglenia powierzchni w badaniach metalograficznych jest możliwe za pomocą dostępnych metod metalograficznych i metody mikrotwardości. Krzywa rozkładu mikrotwardości warstwy powierzchniowej jest oparta na metodzie pomiarowej i może być wykorzystana jako kryterium arbitrażowe.
Miękki punkt
Z powodu niedostatecznego nagrzewania, słabego chłodzenia i niewystarczającej twardości powierzchni łożysk tocznych, zjawisko hartowania jest niewystarczające, co powoduje tzw. „miękkie punkty” hartowania. Odwęglenie powierzchni może prowadzić do poważnego spadku odporności na zużycie i wytrzymałości zmęczeniowej powierzchni.
Czas publikacji: 05-12-2023