Kako bi metalni izradak imao potrebne radne performanse, proces toplinske obrade često je bitan. Proces toplinske obrade općenito uključuje tri procesa zagrijavanja, očuvanja topline i hlađenja. Zbog različitih procesa dijeli se na kaljenje, popuštanje, normaliziranje i žarenje. Možete li uočiti razliku?
01
Što je kaljenje?
Kaljenje čelika je zagrijati čelik na temperaturu iznad kritične temperature Ac3 (hipoeutektoidni čelik) ili Ac1 (hipereutektoidni čelik), držati ga toplim neko vrijeme kako bi se potpuno ili djelomično austenitizirao, a zatim ga ohladiti pomoću brzina hlađenja veća od kritične brzine hlađenja. Proces toplinske obrade za brzo i brzo hlađenje ispod Ms (ili izotermno blizu Ms) za transformaciju martenzita (ili bainita). Obično se obrada aluminijske legure, legure bakra, legure titana, kaljenog stakla i drugih materijala u čvrstoj otopini ili postupak toplinske obrade s brzim procesom hlađenja naziva kaljenjem.
Svrha gašenja:
1) Poboljšajte mehanička svojstva metalnih proizvoda ili dijelova. Na primjer: poboljšanje tvrdoće i otpornosti na trošenje alata, ležajeva itd., povećanje granice elastičnosti opruga, poboljšanje sveobuhvatnih mehaničkih svojstava dijelova vratila itd.
2) Poboljšati svojstva materijala ili kemijska svojstva nekih specijalnih čelika. Kao što je poboljšanje otpornosti nehrđajućeg čelika na koroziju, povećanje trajnog magnetizma magnetskog čelika itd.
Kod kaljenja i hlađenja, osim razumnog odabira medija za kaljenje, također su potrebne pravilne metode kaljenja. Uobičajeno korištene metode kaljenja uglavnom uključuju kaljenje jednom tekućinom, kaljenje dvostrukom tekućinom, stupnjevano kaljenje, izotermno kaljenje i djelomično kaljenje.
Čelični obradaci nakon kaljenja imaju sljedeće karakteristike:
① Dobivaju se neuravnotežene (tj. nestabilne) strukture kao što su martenzit, bainit i zadržani austenit.
② Postoji veliko unutarnje naprezanje.
③ Mehanička svojstva ne mogu zadovoljiti zahtjeve. Stoga se obradaci od čelika općenito moraju kaliti nakon kaljenja.
02
Što je kaljenje?
Kaljenje je postupak toplinske obrade kojim se kaljeni metalni proizvodi ili dijelovi zagrijavaju na određenu temperaturu, a zatim se na određeni način hlade nakon određenog vremena držanja. Kaljenje je operacija koja se izvodi neposredno nakon kaljenja, a obično je posljednja toplinska obrada izratka. Proces, pa se zajednički proces kaljenja i popuštanja naziva završna obrada.
Glavna svrha kaljenja i kaljenja je:
1) Smanjite unutarnje naprezanje i lomljivost. Kaljeni dijelovi imaju veliko naprezanje i lomljivost. Ako se ne kale na vrijeme, često će se deformirati ili čak popucati.
2) Podesite mehanička svojstva obratka. Nakon kaljenja, obradak ima visoku tvrdoću i visoku krtost. Kako bi se zadovoljili različiti zahtjevi performansi raznih radnih komada, može se prilagoditi kaljenjem, tvrdoćom, čvrstoćom, plastičnošću i žilavošću.
3) Stabilna veličina obratka. Metalografska struktura može se stabilizirati kaljenjem kako bi se osiguralo da neće doći do deformacija tijekom buduće uporabe.
4) Poboljšajte učinak rezanja nekih legiranih čelika.
Uloga kaljenja je da:
① Poboljšajte stabilnost strukture, tako da obradak više neće biti podvrgnut transformaciji tkiva tijekom upotrebe, tako da će geometrijska veličina i performanse obratka ostati stabilni.
② Uklonite unutarnje naprezanje kako biste poboljšali performanse obratka i stabilizirali geometrijske dimenzije obratka.
③ Prilagodite mehanička svojstva čelika u skladu sa zahtjevima uporabe.
Razlog zašto kaljenje ima ove učinke je taj što kada temperatura poraste, aktivnost atoma se povećava, a atomi željeza, ugljika i drugih legirajućih elemenata u čeliku mogu brzo difundirati kako bi ostvarili preraspodjelu atoma, čineći ih tako nestabilnima. Neuravnotežena organizacija postupno prelazi u stabilnu uravnoteženu organizaciju. Ublažavanje unutarnjeg naprezanja također je povezano sa smanjenjem čvrstoće metala kako se temperatura povećava. Općenito, kada se čelik kali, tvrdoća i čvrstoća se smanjuju, a plastičnost se povećava. Što je viša temperatura kaljenja, veća je promjena ovih mehaničkih svojstava. Neki legirani čelici s visokim sadržajem legirajućih elemenata će istaložiti neke fino zrnate metalne spojeve kada se kale u određenom temperaturnom rasponu, što će povećati čvrstoću i tvrdoću. Ova pojava se naziva sekundarno otvrdnjavanje.
Zahtjevi za kaljenje: izratke s različitim namjenama treba kaliti na različitim temperaturama kako bi se zadovoljili zahtjevi u uporabi.
① Alati za rezanje, ležajevi, karburizirani i kaljeni dijelovi te površinski kaljeni dijelovi obično se temperiraju na temperaturi ispod 250 stupnjeva. Nakon kaljenja na niskim temperaturama, tvrdoća se ne mijenja mnogo, unutarnje naprezanje se smanjuje, a žilavost se malo poboljšava.
② Opruga je kaljena na srednjoj temperaturi na 350-500 stupnjeva kako bi se postigla visoka elastičnost i potrebna žilavost.
③ Dijelovi izrađeni od srednje ugljičnog konstrukcijskog čelika obično se kale na visokoj temperaturi od 500-600 stupnjeva C kako bi se dobila dobra kombinacija čvrstoće i žilavosti.
Kada se čelik kali na oko 300 stupnjeva, njegova se krtost često povećava. Ova pojava se naziva prva vrsta temperamentne krtosti. Općenito, ne bi se trebao kaliti u ovom temperaturnom rasponu. Neki konstrukcijski čelici od srednje legure ugljika također su skloni postati krti ako se polagano ohlade na sobnu temperaturu nakon kaljenja na visokoj temperaturi. Ova pojava naziva se druga vrsta temperamentne krtosti. Dodavanje molibdena čeliku ili hlađenje u ulju ili vodi tijekom kaljenja može spriječiti drugu vrstu krtosti pri kaljenju. Ta se krtost može eliminirati ponovnim zagrijavanjem druge vrste lomljivog čelika na izvornu temperaturu kaljenja.
U proizvodnji se često temelji na zahtjevima za performanse obratka. Prema različitim temperaturama zagrijavanja, kaljenje se dijeli na kaljenje na niskim temperaturama, kaljenje na srednjim temperaturama i kaljenje na visokim temperaturama. Proces toplinske obrade koji kombinira kaljenje i naknadno kaljenje na visokoj temperaturi naziva se kaljenje i kaljenje, to jest, ima dobru plastičnost i žilavost uz visoku čvrstoću.
1) Kaljenje na niskim temperaturama: 150-250 stupanj, M puta, smanjuje unutarnje naprezanje i lomljivost, poboljšava plastičnu žilavost, ima veću tvrdoću i otpornost na trošenje. Koristi se za izradu mjernih alata, noževa i kotrljajućih ležajeva itd.
2) Kaljenje na srednjoj temperaturi: 350-500 stupanj, T vrijeme, s visokom elastičnošću, određenom plastičnošću i tvrdoćom. Koristi se za izradu opruga, kalupa za kovanje itd.
3) Kaljenje na visokoj temperaturi: 500-650 stupanj, S kaljenje, s dobrim sveobuhvatnim mehaničkim svojstvima. Koristi se za izradu zupčanika, koljenastih vratila itd.
03
Što se normalizira?
Normalizacija je toplinska obrada kojom se poboljšava žilavost čelika. Nakon što se čelični element zagrije na 30-50 stupanj iznad temperature Ac3, drži se neko vrijeme, a zatim se hladi zrakom. Glavna značajka je da je brzina hlađenja brža od žarenja i niža od kaljenja. Tijekom normalizacije, kristalna zrna čelika mogu se pročistiti u nešto bržem hlađenju, ne samo da se može postići zadovoljavajuća čvrstoća, već se također može značajno poboljšati žilavost (AKV vrijednost), smanjiti sklonost komponenti pucanju. Nakon što su neke niskolegirane vruće valjane čelične ploče, niskolegirani čelični otkovci i odljevci normalizirani, sveobuhvatna mehanička svojstva materijala mogu se znatno poboljšati, a također se poboljšavaju i performanse rezanja.
Normalizacija ima sljedeće svrhe i koristi:
① Za hipoeutektoidni čelik, normalizacija se koristi za uklanjanje pregrijane grubozrnate strukture i Widmanstattenove strukture odljevaka, otkovaka i zavarenih spojeva, te trakaste strukture u valjanim materijalima; pročistiti žitarice; i može se koristiti kao predtoplinska obrada prije gašenja.
② Za hipereutektoidni čelik, normalizacija može eliminirati retikularni sekundarni cementit i pročistiti perlit, što ne samo da poboljšava mehanička svojstva, već također olakšava naknadno sferoidizirajuće žarenje.
③ Za tanke čelične ploče za duboko izvlačenje s niskim udjelom ugljika, normalizacija može eliminirati slobodni cementit na granicama zrna kako bi se poboljšala njihova svojstva dubokog izvlačenja.
④ Za čelik s niskim udjelom ugljika i niskolegirani čelik s niskim udjelom ugljika, upotrijebite normaliziranje za dobivanje finije ljuspičaste perlitne strukture, povećanje tvrdoće na HB140-190, izbjegavanje fenomena "bodećeg noža" tijekom rezanja i poboljšanje obradivost . Za srednje ugljični čelik, kada se mogu koristiti i normalizacija i žarenje, ekonomičnije je i praktičnije koristiti normalizaciju.
⑤ Za obični konstrukcijski čelik sa srednjim udjelom ugljika, normalizacija se može koristiti umjesto kaljenja i kaljenja na visokoj temperaturi kada mehanička svojstva nisu visoka, što nije samo jednostavno za rukovanje, već također stabilizira strukturu i veličinu čelika.
⑥ Normaliziranje na visokoj temperaturi (150-200 stupanj iznad Ac3) može smanjiti segregaciju sastava odljevaka i otkovaka zbog visoke stope difuzije na visokoj temperaturi. Gruba zrna nakon normalizacije na visokoj temperaturi mogu se pročistiti naknadnom normalizacijom na drugoj nižoj temperaturi.
⑦ Za neke legirane čelike s niskim i srednjim udjelom ugljika koji se koriste u parnim turbinama i kotlovima, normalizacija se često koristi za dobivanje bainitne strukture, a zatim kaljenje na visokoj temperaturi. Ima dobru otpornost na puzanje kada se koristi na 400-550 stupnjeva.
⑧ Uz čelične dijelove i čelične proizvode, normalizacija se također široko koristi u toplinskoj obradi nodularnog željeza za dobivanje perlitne matrice i poboljšanje čvrstoće nodularnog željeza.
Budući da normalizaciju karakterizira hlađenje zrakom, temperatura okoline, način slaganja, protok zraka i veličina izratka imaju utjecaj na strukturu i performanse nakon normalizacije. Normalizirana struktura također se može koristiti kao metoda klasifikacije legiranog čelika. Općenito, legirani čelici se dijele na perlitni čelik, bainit čelik, martenzitni čelik i austenitni čelik prema mikrostrukturi dobivenoj zagrijavanjem uzorka promjera 25 mm na 900 stupnjeva i hlađenjem zrakom.
04
Što je žarenje?
Žarenje je postupak toplinske obrade metala u kojem se metal polako zagrijava do određene temperature, drži dovoljno vremena, a zatim se hladi odgovarajućom brzinom. Toplinska obrada žarenjem dijeli se na potpuno žarenje, nepotpuno žarenje i žarenje za smanjenje naprezanja. Mehanička svojstva žarenih materijala mogu se otkriti ispitivanjem vlačnosti ili ispitivanjem tvrdoće. Mnogi proizvodi od čelika isporučuju se u stanju žarenja i toplinske obrade. Rockwell mjerač tvrdoće može se koristiti za ispitivanje tvrdoće čelika. Za tanje čelične ploče, čelične trake i čelične cijevi s tankim stijenkama, za ispitivanje HRT tvrdoće mogu se koristiti površinski ispitivači tvrdoće po Rockwellu. .
Svrha žarenja je:
① Poboljšajte ili eliminirajte različite strukturalne nedostatke i zaostala naprezanja uzrokovana čeličnim lijevanjem, kovanjem, valjanjem i zavarivanjem te spriječite deformacije i pucanje izradaka.
② Omekšajte radni komad za rezanje.
③ Pročišćavanje zrna i poboljšanje strukture kako bi se poboljšala mehanička svojstva izratka.
④ Izvršiti organizacijske pripreme za završnu toplinsku obradu (kaljenje, temperiranje).
Obično korišteni postupci žarenja su:
① Potpuno žareno. Koristi se za pročišćavanje grube pregrijane strukture s lošim mehaničkim svojstvima nakon lijevanja, kovanja i zavarivanja srednje i niskougljičnog čelika. Zagrijte obradak na 30-50 stupanj iznad temperature na kojoj se ferit potpuno transformira u austenit, držite ga na toplom neko vrijeme, a zatim ga polako ohladite u peći. Tijekom procesa hlađenja, austenit će se ponovno transformirati kako bi čelična struktura bila tanja.
② Sferoidizirajuće žarenje. Koristi se za smanjenje visoke tvrdoće alatnog čelika i čelika za ležajeve nakon kovanja. Izradak se zagrijava do 20-40 stupnjeva iznad temperature na kojoj čelik počinje stvarati austenit, a zatim se polako hladi nakon očuvanja topline. Tijekom procesa hlađenja, lamelarni cementit u perlitu postaje sferičan, čime se smanjuje tvrdoća.
③ Izotermno žarenje. Koristi se za smanjenje visoke tvrdoće nekih legiranih konstrukcijskih čelika s visokim sadržajem nikla i kroma za rezanje. Općenito, prvo se hladi na najnestabilniju temperaturu austenita bržom brzinom, a austenit se transformira u troostit ili sorbit kroz odgovarajuće vrijeme, a tvrdoća se može smanjiti.
④ Rekristalizacijsko žarenje. Koristi se za otklanjanje fenomena otvrdnjavanja (povećanje tvrdoće i smanjenje plastičnosti) metalne žice i tankog lima u procesu hladnog izvlačenja i hladnog valjanja. Temperatura zagrijavanja općenito je 50-150 stupnjeva ispod temperature na kojoj čelik počinje stvarati austenit. Samo na taj način može se eliminirati učinak otvrdnjavanja i metal omekšati.
⑤ Grafitizirajuće žarenje. Koristi se za pretvaranje lijevanog željeza koji sadrži veliku količinu cementita u kovak i dobre plastičnosti. Operacija procesa sastoji se u zagrijavanju odljevka na oko 950 stupnjeva, održavanju na toplom određeno vrijeme i potom pravilno hlađenju kako bi se razgradio cementit i stvorila skupina flokulentnog grafita.
⑥ Difuzijsko žarenje. Koristi se za homogeniziranje kemijskog sastava odljevaka od legura i poboljšanje njihovih performansi. Metoda je da se odljevak zagrije na najvišu moguću temperaturu bez topljenja i da se dugo drži toplim, a zatim se polako ohladi nakon što se difuzija različitih elemenata u leguri teži ravnomjernoj raspodjeli.
⑦ Žarenje za ublažavanje naprezanja. Koristi se za uklanjanje unutarnjeg naprezanja čeličnih odljevaka i zavarenih spojeva. Za proizvode od željeza i čelika zagrijane na 100-200 stupanj ispod temperature na kojoj se počinje formirati austenit, hlađenje na zraku nakon očuvanja topline može eliminirati unutarnje naprezanje
