Da bi kovinski obdelovanec imel zahtevano delovno zmogljivost, je pogosto bistven postopek toplotne obdelave. Postopek toplotne obdelave na splošno vključuje tri postopke segrevanja, ohranjanja toplote in hlajenja. Zaradi različnih postopkov ga delimo na kaljenje, popuščanje, normaliziranje in žarjenje. Znaš razlikovati?
01
Kaj je kaljenje?
Kaljenje jekla je segrevanje jekla na temperaturo nad kritično temperaturo Ac3 (hiperevtektoidno jeklo) ali Ac1 (hiperevtektoidno jeklo), ga nekaj časa ohranjamo na toplem, da se v celoti ali delno avstenizira, in nato ohladimo z hitrost hlajenja večja od kritične hitrosti hlajenja. Postopek toplotne obdelave za hitro in hitro ohlajanje pod Ms (ali izotermno blizu Ms) za transformacijo martenzita (ali bainita). Običajno se obdelava aluminijeve zlitine, bakrove zlitine, titanove zlitine, kaljenega stekla in drugih materialov v trdni raztopini ali postopek toplotne obdelave s postopkom hitrega hlajenja imenuje kaljenje.
Namen kaljenja:
1) Izboljšajte mehanske lastnosti kovinskih izdelkov ali delov. Na primer: izboljšanje trdote in odpornosti proti obrabi orodij, ležajev itd., Povečanje meje elastičnosti vzmeti, izboljšanje celovitih mehanskih lastnosti delov gredi itd.
2) Izboljšajte lastnosti materiala ali kemične lastnosti nekaterih posebnih jekel. Kot je izboljšanje odpornosti nerjavnega jekla proti koroziji, povečanje trajnega magnetizma magnetnega jekla itd.
Pri kaljenju in ohlajanju so poleg razumne izbire kalilnega medija potrebne tudi pravilne metode kalitve. Običajno uporabljene metode kaljenja vključujejo predvsem kaljenje z eno tekočino, kaljenje z dvojno tekočino, stopenjsko kaljenje, izotermno kaljenje in delno kaljenje.
Jekleni obdelovanci imajo po kaljenju naslednje lastnosti:
① Dobijo se neuravnotežene (tj. nestabilne) strukture, kot so martenzit, bainit in zadržani avstenit.
② Obstaja velik notranji stres.
③ Mehanske lastnosti ne izpolnjujejo zahtev. Zato je treba jeklene obdelovance po kaljenju na splošno popustiti.
02
Kaj je kaljenje?
Kaljenje je postopek toplotne obdelave, ki kaljene kovinske izdelke ali dele segreje na določeno temperaturo in jih nato po določenem času ohladi na določen način. Kaljenje je postopek, ki se izvede takoj po kaljenju in je običajno zadnja toplotna obdelava obdelovanca. Postopek, zato se skupni postopek kaljenja in popuščanja imenuje končna obdelava.
Glavni namen kaljenja in popuščanja je:
1) Zmanjšajte notranji stres in zmanjšajte krhkost. Kaljeni deli so močno obremenjeni in krhki. Če jih ne kalimo pravočasno, se pogosto deformirajo ali celo počijo.
2) Prilagodite mehanske lastnosti obdelovanca. Po kaljenju ima obdelovanec visoko trdoto in visoko krhkost. Da bi izpolnili različne zahteve glede zmogljivosti različnih obdelovancev, ga je mogoče prilagoditi s kaljenjem, trdoto, trdnostjo, plastičnostjo in žilavostjo.
3) Stabilna velikost obdelovanca. Metalografsko strukturo je mogoče stabilizirati s kaljenjem, da zagotovimo, da med prihodnjo uporabo ne bo prišlo do deformacij.
4) Izboljšajte rezalno zmogljivost nekaterih legiranih jekel.
Vloga kaljenja je:
① Izboljšajte stabilnost strukture, tako da obdelovanec med uporabo ne bo več podvržen transformaciji tkiva, tako da bosta geometrijska velikost in zmogljivost obdelovanca ostali stabilni.
② Odpravite notranjo napetost, da izboljšate zmogljivost obdelovanca in stabilizirate geometrijske dimenzije obdelovanca.
③ Prilagodite mehanske lastnosti jekla, da ustrezajo zahtevam uporabe.
Razlog, zakaj ima kaljenje te učinke, je, da ko se temperatura dvigne, se aktivnost atomov poveča, atomi železa, ogljika in drugih legirnih elementov v jeklu pa lahko hitro difundirajo, da se izvede preureditev atomov, zaradi česar postanejo nestabilni. Neuravnotežena organizacija se postopoma spremeni v stabilno uravnoteženo organizacijo. Razbremenitev notranje napetosti je povezana tudi z zmanjšanjem trdnosti kovine, ko se temperatura poveča. Na splošno, ko je jeklo kaljeno, se trdota in trdnost zmanjšata, plastičnost pa se poveča. Višja kot je temperatura popuščanja, večja je sprememba teh mehanskih lastnosti. Nekatera legirana jekla z visoko vsebnostjo legirnih elementov bodo pri kaljenju v določenem temperaturnem območju oborila nekaj drobnozrnatih kovinskih spojin, kar bo povečalo trdnost in trdoto. Ta pojav imenujemo sekundarno utrjevanje.
Zahteve za kaljenje: obdelovanci z različnimi uporabami morajo biti kaljeni pri različnih temperaturah, da izpolnijo zahteve pri uporabi.
① Rezalna orodja, ležaji, naogljičeni in kaljeni deli ter površinsko kaljeni deli so običajno kaljeni pri temperaturi pod 250 stopinj. Po nizkotemperaturnem popuščanju se trdota ne spremeni veliko, notranja napetost se zmanjša, žilavost pa se nekoliko izboljša.
② Vzmet je kaljena pri srednji temperaturi pri 350-500 stopinjah, da pridobi visoko elastičnost in potrebno žilavost.
③ Deli iz srednje ogljikovega konstrukcijskega jekla so običajno kaljeni pri visoki temperaturi 500-600 stopinj C, da dobimo dobro kombinacijo trdnosti in žilavosti.
Ko je jeklo kaljeno pri približno 300 stopinjah, se njegova krhkost pogosto poveča. Ta pojav se imenuje prva vrsta temper krhkosti. Na splošno se ne sme kaliti v tem temperaturnem območju. Nekatera konstrukcijska jekla iz srednje ogljikovih zlitin so tudi nagnjena k temu, da postanejo krhka, če se po popuščanju pri visoki temperaturi počasi ohladijo na sobno temperaturo. Ta pojav se imenuje druga vrsta temper krhkosti. Dodatek molibdena k jeklu ali hlajenje v olju ali vodi med popuščanjem lahko prepreči drugo vrsto krhkosti pri popuščanju. To krhkost je mogoče odpraviti s ponovnim segrevanjem druge vrste krhkega jekla na prvotno temperaturo popuščanja.
V proizvodnji pogosto temelji na zahtevah glede zmogljivosti obdelovanca. Glede na različne temperature ogrevanja se kaljenje deli na nizkotemperaturno kaljenje, srednjetemperaturno kaljenje in visokotemperaturno kaljenje. Postopek toplotne obdelave, ki združuje kaljenje in kasnejše popuščanje pri visoki temperaturi, se imenuje kaljenje in popuščanje, kar pomeni, da ima dobro plastičnost in žilavost ter visoko trdnost.
1) Nizkotemperaturno kaljenje: 150-250 stopnja, M-krat, zmanjša notranjo napetost in krhkost, izboljša plastično žilavost, ima večjo trdoto in odpornost proti obrabi. Uporablja se za izdelavo merilnih orodij, nožev in kotalnih ležajev itd.
2) Kaljenje pri srednji temperaturi: 350-500 stopnja, T čas, z visoko elastičnostjo, določeno plastičnostjo in trdoto. Uporablja se za izdelavo vzmeti, kovanje itd.
3) Visokotemperaturno kaljenje: 500-650 stopnja, S kaljenje, z dobrimi celovitimi mehanskimi lastnostmi. Uporablja se za izdelavo zobnikov, ročičnih gredi itd.
03
Kaj se normalizira?
Normalizacija je toplotna obdelava, ki izboljša žilavost jekla. Ko je jekleni element segret na 30-50 stopinjo nad temperaturo Ac3, ga hranimo nekaj časa in nato ohladimo na zraku. Glavna značilnost je, da je hitrost ohlajanja hitrejša od žarjenja in nižja od kaljenja. Med normalizacijo je mogoče kristalna zrna jekla prečistiti pri nekoliko hitrejšem ohlajanju, ne le da lahko pridobijo zadovoljivo trdnost, ampak lahko tudi znatno izboljšajo žilavost (vrednost AKV), zmanjšajo nagnjenost komponent k razpokanju. Po nekaterih nizkolegiranih vroče valjanih jeklenih ploščah, nizkolegiranih jeklenih odkovkih in ulitkih se lahko normalizirajo, celovite mehanske lastnosti materiala se lahko močno izboljšajo, izboljšana pa je tudi rezalna zmogljivost.
Normalizacija ima naslednje namene in uporabe:
① Pri hipoevtektoidnem jeklu se normalizacija uporablja za odpravo pregrete grobozrnate strukture in Widmanstattenove strukture ulitkov, odkovkov in zvarjenih delov ter trakaste strukture v valjanih materialih; prečistiti zrna; in se lahko uporablja kot predtoplotna obdelava pred kaljenjem.
② Pri nadevtektoidnem jeklu lahko normalizacija odstrani retikularni sekundarni cementit in prečisti perlit, kar ne le izboljša mehanske lastnosti, ampak tudi olajša kasnejše sferoidizirajoče žarjenje.
③ Pri nizkoogljičnih tankih jeklenih ploščah za globoko vlečenje lahko normalizacija odstrani prosti cementit na mejah zrn, da izboljša njihove lastnosti globokega vlečenja.
④ Za jeklo z nizko vsebnostjo ogljika in nizkolegirano jeklo z nizko vsebnostjo ogljika uporabite normalizacijo, da dobite bolj fino kosmičasto perlitno strukturo, povečate trdoto na HB140-190, preprečite pojav "zatikajočega se noža" med rezanjem in izboljšate obdelovalnost . Za srednje ogljikovo jeklo, ko je mogoče uporabiti normalizacijo in žarjenje, je bolj ekonomično in priročno uporabiti normalizacijo.
⑤ Za običajno srednje ogljikovo konstrukcijsko jeklo se lahko namesto kaljenja in visokotemperaturnega kaljenja uporabi normalizacija, ko mehanske lastnosti niso visoke, kar ni le enostavno za uporabo, ampak tudi stabilizira strukturo in velikost jekla.
⑥ Normalizacija pri visoki temperaturi (150-200 stopinj nad Ac3) lahko zmanjša segregacijo sestave ulitkov in odkovkov zaradi visoke stopnje difuzije pri visoki temperaturi. Groba zrna po normalizaciji pri visoki temperaturi se lahko rafinirajo z naknadno normalizacijo pri drugi nižji temperaturi.
⑦ Za nekatera nizko- in srednjeogljična legirana jekla, ki se uporabljajo v parnih turbinah in kotlih, se normalizacija pogosto uporablja za pridobitev bainitne strukture in nato kaljena pri visoki temperaturi. Ima dobro odpornost proti lezenju pri 400-550 stopinjah.
⑧ Poleg jeklenih delov in jeklenih izdelkov se normalizacija pogosto uporablja tudi pri toplotni obdelavi nodularne litine za pridobitev perlitne matrice in izboljšanje trdnosti nodularne litine.
Ker je za normalizacijo značilno zračno hlajenje, imajo temperatura okolja, način zlaganja, pretok zraka in velikost obdelovanca vpliv na strukturo in zmogljivost po normalizaciji. Normalizirana struktura se lahko uporablja tudi kot metoda razvrščanja legiranega jekla. Na splošno se legirana jekla delijo na perlitno jeklo, bainitno jeklo, martenzitno jeklo in avstenitno jeklo glede na mikrostrukturo, ki jo dobimo s segrevanjem vzorca s premerom 25 mm na 900 stopinj in zračnim hlajenjem.
04
Kaj je žarjenje?
Žarjenje je postopek toplotne obdelave kovine, pri katerem se kovina počasi segreje na določeno temperaturo, vzdržuje dovolj časa in nato ohladi z ustrezno hitrostjo. Toplotna obdelava z žarjenjem je razdeljena na popolno žarjenje, nepopolno žarjenje in žarjenje za razbremenitev napetosti. Mehanske lastnosti žarjenih materialov je mogoče zaznati z nateznim preskusom ali preskusom trdote. Veliko jeklenih izdelkov je dobavljenih v stanju žarjenja in toplotne obdelave. Rockwellov merilnik trdote se lahko uporablja za testiranje trdote jekla. Za tanjše jeklene plošče, jeklene trakove in jeklene cevi s tankimi stenami se lahko za testiranje trdote HRT uporabljajo površinski merilniki trdote po Rockwellu. .
Namen žarjenja je:
① Izboljšajte ali odpravite različne strukturne napake in zaostale napetosti, ki jih povzročajo litje jekla, kovanje, valjanje in varjenje, ter preprečite deformacije in razpoke obdelovancev.
② Zmehčajte obdelovanec za rezanje.
③ Rafiniranje zrn in izboljšanje strukture za izboljšanje mehanskih lastnosti obdelovanca.
④ Izvedite organizacijske priprave za končno toplotno obdelavo (kaljenje, popuščanje).
Običajno uporabljeni postopki žarjenja so:
① Popolnoma žarjeno. Uporablja se za izboljšanje grobe pregrete strukture s slabimi mehanskimi lastnostmi po litju, kovanju in varjenju srednje- in nizkoogljičnega jekla. Segrejte obdelovanec na 30-50 stopinj nad temperaturo, pri kateri se ferit popolnoma spremeni v avstenit, ga nekaj časa hranite na toplem in nato počasi ohladite s pečjo. Med procesom ohlajanja se bo avstenit ponovno transformiral, da bo jeklena konstrukcija tanjša.
② Sferoidizirajoče žarjenje. Uporablja se za zmanjšanje visoke trdote orodnega jekla in ležajnega jekla po kovanju. Obdelovanec se segreje na 20-40 stopinj nad temperaturo, pri kateri začne jeklo tvoriti avstenit, nato pa se po ohranjanju toplote počasi ohladi. Med procesom ohlajanja lamelni cementit v perlitu postane sferičen, s čimer se zmanjša trdota.
③ Izotermno žarjenje. Uporablja se za zmanjšanje visoke trdote nekaterih legiranih konstrukcijskih jekel z visoko vsebnostjo niklja in kroma za rezanje. Na splošno se najprej hitreje ohladi na najbolj nestabilno temperaturo avstenita, avstenit pa se za primeren čas spremeni v troostit ali sorbit in trdoto lahko zmanjšamo.
④ Rekristalizacijsko žarjenje. Uporablja se za odpravo pojava utrjevanja (povečanje trdote in zmanjšanje plastičnosti) kovinske žice in tanke plošče v procesu hladnega vlečenja in hladnega valjanja. Temperatura segrevanja je običajno 50-150 stopinj pod temperaturo, pri kateri začne jeklo tvoriti avstenit. Samo na ta način lahko odpravimo učinek utrjevanja in zmehčamo kovino.
⑤ Grafitizacijsko žarjenje. Uporablja se za pretvorbo litega železa, ki vsebuje veliko cementita, v temprano lito železo z dobro plastičnostjo. Operacija postopka je segrevanje ulitka na približno 950 stopinj, vzdrževanje na toplem določen čas in nato ustrezno ohlajanje, da se cementit razgradi, da se tvori skupina flokulentnega grafita.
⑥ Difuzijsko žarjenje. Uporablja se za homogenizacijo kemične sestave ulitkov zlitin in izboljšanje njihove učinkovitosti. Metoda je, da se ulitek segreje na najvišjo možno temperaturo, ne da bi se stopil, in ga dolgo časa ohranja toplo, nato pa se počasi ohladi, potem ko se difuzija različnih elementov v zlitini enakomerno porazdeli.
⑦ Žarjenje za razbremenitev napetosti. Uporablja se za odpravo notranjih napetosti jeklenih ulitkov in zvarjenih delov. Pri izdelkih iz železa in jekla, segretih na 100-200 stopinj pod temperaturo, pri kateri se začne tvoriti avstenit, lahko ohlajanje na zraku po ohranjanju toplote odpravi notranjo napetost
