Термическая обработка — это термический процесс обработки металла, при котором материал нагревается, выдерживается и охлаждается в твердом состоянии с целью получения желаемой структуры и свойств.
I. Термическая обработка
1. Нормализация: сталь или стальные заготовки нагреваются до критической точки AC3 или ACM выше соответствующей температуры, выдерживаются в течение определенного периода времени после охлаждения на воздухе, чтобы получить перлитную структуру в процессе термообработки.
2. Отжиг: заготовка из эвтектической стали нагревается до температуры AC3 выше 20-40 градусов, после выдержки в течение определенного времени, а затем медленно охлаждается в печи (или погружается в песок или известь) до температуры на 500 градусов ниже температуры охлаждения на воздухе.
3. Термическая обработка твердого раствора: сплав нагревают до высокотемпературной однофазной области с поддержанием постоянной температуры, так что избыточная фаза полностью растворяется в твердом растворе, а затем быстро охлаждают для получения пересыщенного твердого раствора.
4. Старение: После термической обработки твердого раствора или холодной пластической деформации сплава, при помещении его при комнатной температуре или хранении при температуре немного выше комнатной, происходит изменение его свойств со временем.
5. Обработка твердым раствором: обеспечивает полное растворение сплава в различных фазах, упрочнение твердого раствора, повышение прочности и коррозионной стойкости, устранение напряжений и разупрочнения, что позволяет продолжить процесс литья.
6. Термическая обработка: нагрев и выдержка при температуре осаждения упрочняющей фазы, в результате чего происходит осаждение упрочняющей фазы, затвердевание и повышение прочности.
7. Закалка: аустенитизация стали после охлаждения с соответствующей скоростью охлаждения, в результате чего в поперечном сечении заготовки полностью или частично образуется нестабильная организационная структура, например, мартенситное превращение в процессе термообработки.
8. Отпуск: закаленная заготовка нагревается до критической точки AC1 ниже соответствующей температуры в течение определенного периода времени, а затем охлаждается в соответствии с требованиями метода, чтобы получить желаемую структуру и свойства в процессе термической обработки.
9. Карбонитридирование стали: карбонитрирование — это процесс одновременного инфильтрации углерода и азота в поверхностный слой стали. Обычно карбонитрирование также известно как цианидное, среднетемпературное газовое карбонитрирование, а также более широко используется низкотемпературное газовое карбонитрирование (т.е. газовое нитрокарбюрирование). Основная цель среднетемпературного газового карбонитрирования — повышение твердости, износостойкости и усталостной прочности стали. Низкотемпературное газовое карбонитрирование основано на азотировании и направлено на повышение износостойкости стали и сопротивления заеданию.
10. Закалка и отпуск: обычно закалка и отпуск проводятся при высоких температурах в сочетании с термообработкой, известной как отпуск. Отпуск широко используется в различных важных конструкционных деталях, особенно в тех, которые работают под переменными нагрузками, таких как шатуны, болты, шестерни и валы. После отпуска получают закаленный сонит, механические свойства которого лучше, чем у того же по твердости нормализованного сонита. Твердость зависит от температуры высокотемпературного отпуска, стабильности отпуска стали и размера поперечного сечения заготовки и обычно находится в диапазоне HB200-350.
11. Пайка: при пайке используются два вида припоя, которые нагреваются, плавятся и соединяются между собой в процессе термообработки.
II.Tхарактеристики процесса
Термическая обработка металлов — один из важных процессов в машиностроении. По сравнению с другими процессами механической обработки, термическая обработка, как правило, не изменяет форму заготовки и её общий химический состав, но изменяет внутреннюю микроструктуру заготовки или химический состав её поверхности, придавая или улучшая эксплуатационные свойства заготовки. Она характеризуется улучшением внутренних качеств заготовки, которые обычно не видны невооруженным глазом. Для получения металлических заготовок с требуемыми механическими, физическими и химическими свойствами, помимо разумного выбора материалов и различных методов формования, часто необходима термическая обработка. Сталь — наиболее широко используемый материал в машиностроении; сложная микроструктура стали может контролироваться термической обработкой, поэтому термическая обработка стали является основным компонентом термической обработки металлов. Кроме того, алюминий, медь, магний, титан и другие сплавы также могут подвергаться термической обработке для изменения их механических, физических и химических свойств с целью получения различных эксплуатационных характеристик.
III.Tпроцесс
Процесс термообработки обычно включает три этапа: нагрев, выдержка и охлаждение, иногда только два этапа: нагрев и охлаждение. Эти процессы взаимосвязаны и не могут быть прерваны.
Нагрев — один из важных процессов термической обработки. Для термической обработки металлов существует множество методов, от самых ранних, использующих древесный уголь и уголь в качестве источника тепла, до недавнего времени — жидкое и газообразное топливо. Применение электричества упрощает контроль над нагревом и исключает загрязнение окружающей среды. Использование этих источников тепла позволяет осуществлять прямой нагрев, а также косвенный нагрев расплавленной соли или металла до образования плавающих частиц.
Нагрев металла приводит к воздействию воздуха на заготовку, окислению и обезуглероживанию (то есть снижению содержания углерода на поверхности стальных деталей), что крайне негативно сказывается на свойствах поверхности термообработанных деталей. Поэтому металл обычно следует обрабатывать в контролируемой или защитной атмосфере, используя расплавленную соль и вакуумный нагрев, а также доступны методы защитного нагрева с помощью покрытий или упаковки.
Температура нагрева является одним из важных параметров процесса термообработки, выбор и контроль температуры нагрева имеют первостепенное значение для обеспечения качества термообработки. Температура нагрева варьируется в зависимости от обрабатываемого металлического материала и цели термообработки, но, как правило, нагрев осуществляется выше температуры фазового перехода для получения высокотемпературной структуры. Кроме того, для трансформации требуется определенное время, поэтому, когда поверхность металлической заготовки достигает требуемой температуры нагрева, ее также необходимо поддерживать при этой температуре в течение определенного периода времени, чтобы внутренняя и внешняя температуры были стабильными, и чтобы трансформация микроструктуры завершилась, что называется временем выдержки. При использовании высокоэнергетического нагрева и поверхностной термообработки скорость нагрева чрезвычайно высока, и обычно время выдержки отсутствует, в то время как при химической термообработке время выдержки часто бывает более длительным.
Охлаждение также является неотъемлемым этапом процесса термообработки. Методы охлаждения различаются в зависимости от процесса, главным образом, для контроля скорости охлаждения. Обычно скорость охлаждения при отжиге самая низкая, при нормализации — быстрее, при закалке — еще быстрее. Но также это связано с различными типами стали и предъявляемыми к ним требованиями; например, сталь, закаленная на воздухе, может быть закалена с той же скоростью охлаждения, что и при нормализации.
IV.Пклассификация процессов
Процессы термообработки металлов можно условно разделить на три категории: полная термообработка, поверхностная термообработка и химическая термообработка. В зависимости от среды нагрева, температуры нагрева и метода охлаждения, каждая категория может быть разделена на ряд различных процессов термообработки. Один и тот же металл, подвергнутый различным процессам термообработки, может иметь различную структуру и, следовательно, различные свойства. Железо и сталь являются наиболее широко используемыми металлами в промышленности, а микроструктура стали также является наиболее сложной, поэтому существует множество процессов термообработки стали.
Термообработка — это общий нагрев заготовки с последующим охлаждением с соответствующей скоростью для получения необходимой металлургической структуры и изменения её общих механических свойств в процессе термообработки металла. К основным процессам термообработки стали относятся: грубый отжиг, нормализация, закалка и отпуск.
Процесс означает:
Отжиг — это процесс, при котором заготовка нагревается до соответствующей температуры, в зависимости от материала и размера заготовки, с использованием различного времени выдержки, а затем медленно охлаждается. Цель состоит в том, чтобы внутренняя структура металла достигла или приблизилась к состоянию равновесия, что обеспечивает хорошие технологические характеристики, или же в последующем охлаждении для улучшения структуры металла.
Нормализация — это процесс нагрева заготовки до соответствующей температуры после охлаждения на воздухе. Эффект нормализации аналогичен отжигу, но приводит к более мелкой структуре материала. Часто используется для улучшения режущих характеристик материала, но иногда применяется в качестве заключительной термообработки для менее требовательных деталей.
Закалка — это процесс нагрева и изоляции заготовки в воде, масле или других неорганических солях, органических водных растворах и других закалочных средах для быстрого охлаждения. После закалки стальные детали становятся твердыми, но одновременно хрупкими. Для своевременного устранения хрупкости обычно требуется своевременный отпуск.
Для уменьшения хрупкости стальных деталей, их закаливают при подходящей температуре выше комнатной и ниже 650 ℃ в течение длительного периода времени, а затем охлаждают; этот процесс называется отпуском. Отжиг, нормализация, закалка, отпуск — это комплексная термическая обработка в рамках «четырех обжигов», из которых закалка и отпуск тесно связаны и часто используются совместно, при этом один из них является незаменимым. «Четыре обжига» различаются по температуре нагрева и режиму охлаждения, что привело к развитию различных процессов термической обработки. Для достижения определенной степени прочности и ударной вязкости, закалка и отпуск при высоких температурах сочетаются в одном процессе, известном как отпуск. После закалки определенных сплавов до образования пересыщенного твердого раствора, их выдерживают при комнатной температуре или при немного более высокой подходящей температуре в течение более длительного периода времени для повышения твердости, прочности или электромагнетизма сплава. Такой процесс термической обработки называется старением.
Эффективное и тесное сочетание деформации под давлением и термообработки позволяет получить заготовку с очень высокой прочностью и ударной вязкостью с помощью метода, известного как деформационная термообработка; термообработка в атмосфере отрицательного давления или вакууме, известная как вакуумная термообработка, не только предотвращает окисление и обезуглероживание заготовки, сохраняет ее поверхность после обработки и улучшает ее характеристики, но и обеспечивает химическую термообработку с использованием осмотического агента.
Поверхностная термообработка — это нагрев только поверхностного слоя заготовки для изменения механических свойств этого слоя металла. Чтобы нагреть только поверхностный слой заготовки без чрезмерной передачи тепла внутрь заготовки, используемый источник тепла должен обладать высокой плотностью энергии, то есть передавать больше тепловой энергии на единицу площади заготовки, чтобы поверхностный слой заготовки или его отдельные участки могли мгновенно достичь высоких температур. Основные методы поверхностной термообработки — это пламенная закалка и индукционный нагрев; обычно используются такие источники тепла, как кислородно-ацетиленовое или кислородно-пропановое пламя, индукционный ток, лазер и электронный луч.
Химическая термообработка — это процесс термической обработки металла, изменяющий химический состав, структуру и свойства поверхностного слоя заготовки. Химическая термообработка отличается от поверхностной термообработки тем, что первая изменяет химический состав поверхностного слоя заготовки. Химическая термообработка заключается в нагревании и изоляции заготовки, содержащей углерод, солевую среду или другие легирующие элементы (газ, жидкость, твердое вещество), в течение длительного времени, чтобы в поверхностный слой заготовки проникли углерод, азот, бор, хром и другие элементы. После проникновения элементов иногда применяются другие процессы термической обработки, такие как закалка и отпуск. Основными методами химической термообработки являются цементация, азотирование, пропитка металлом.
Термическая обработка — один из важных процессов в производстве механических деталей и пресс-форм. В целом, она позволяет обеспечить и улучшить различные свойства заготовки, такие как износостойкость и коррозионная стойкость. Также она улучшает структуру заготовки и напряженное состояние, что облегчает различные виды холодной и горячей обработки.
Например: белый чугун после длительной термообработки становится ковким, улучшается его пластичность; шестерни, прошедшие правильную термообработку, могут прослужить дольше, чем шестерни без термообработки, в десятки раз или даже больше; кроме того, недорогая углеродистая сталь благодаря инфильтрации определенных легирующих элементов приобретает некоторые характеристики дорогостоящих легированных сталей и может заменить некоторые жаропрочные стали и нержавеющую сталь; пресс-формы и штампы почти всегда требуют термообработки и могут использоваться только после нее.
Дополнительные средства
I. Виды отжига
Отжиг — это процесс термической обработки, при котором заготовка нагревается до соответствующей температуры, выдерживается в течение определенного времени, а затем медленно охлаждается.
Существует множество типов процессов отжига стали, которые в зависимости от температуры нагрева можно разделить на две категории: первая — отжиг при критической температуре (Ac1 или Ac3) выше, также известный как отжиг с фазовым переходом и рекристаллизацией, включающий полный отжиг, неполный отжиг, сфероидальный отжиг и диффузионный отжиг (гомогенизационный отжиг) и т. д.; вторая — отжиг при температуре ниже критической, включающий рекристаллизационный отжиг и отжиг для снятия напряжений и т. д. В зависимости от метода охлаждения отжиг можно разделить на изотермический отжиг и отжиг с непрерывным охлаждением.
1. Полный отжиг и изотермический отжиг
Полный отжиг, также известный как рекристаллизационный отжиг, обычно называемый просто отжигом, — это процесс, при котором сталь или сталь нагреваются до температуры выше 20–30 ℃, выдерживаются в течение достаточно длительного времени, чтобы после медленного охлаждения произошла полная аустенитизация, с целью достижения почти равновесной структуры в процессе термической обработки. Этот отжиг в основном используется для субэвтектических составов различных углеродистых и легированных сталей, отливок, поковок и горячекатаных профилей, а иногда и для сварных конструкций. Как правило, часто используется в качестве окончательной термической обработки ряда нетяжелых заготовок или в качестве предварительной термической обработки некоторых заготовок.
2. Отжиг шаров
Сфероидальный отжиг в основном используется для переэвтектических углеродистых сталей и легированных инструментальных сталей (например, при изготовлении режущих инструментов, калибров, пресс-форм и штампов, используемых в производстве стали). Его основная цель — снижение твердости, улучшение обрабатываемости и подготовка к последующей закалке.
3. Отжиг для снятия напряжений
Отжиг для снятия напряжений, также известный как низкотемпературный отжиг (или высокотемпературная закалка), в основном используется для устранения остаточных напряжений в отливках, поковках, сварных соединениях, горячекатаных и холоднотянутых деталях, а также в других изделиях. Если эти напряжения не будут устранены, через определенный период времени или в процессе последующей резки сталь может деформироваться или потрескаться.
4. Неполный отжиг заключается в нагреве стали до температуры Ac1 ~ Ac3 (субэвтектическая сталь) или Ac1 ~ ACcm (переэвтектическая сталь) в промежутке между сохранением температуры и медленным охлаждением для достижения практически сбалансированной организации процесса термической обработки.
II.При закалке в качестве охлаждающей среды чаще всего используются рассол, вода и масло.
Закалка заготовки в соленой воде позволяет легко получить высокую твердость и гладкую поверхность, при этом не образуются закалочные «мягкие участки», но при этом легко происходит серьезная деформация заготовки и даже образование трещин. Использование масла в качестве закалочной среды подходит только для закалки заготовок из легированных сталей с относительно высокой стабильностью переохлажденного аустенита или закалки заготовок из углеродистой стали небольшого размера.
III.цель отпуска стали
1. Снижение хрупкости, устранение или уменьшение внутренних напряжений. При закалке стали возникает большое количество внутренних напряжений и хрупкость, например, несвоевременный отпуск часто приводит к деформации стали или даже к растрескиванию.
2. Для получения требуемых механических свойств заготовки, после закалки, закаленная заготовка приобретает высокую твердость и хрупкость. Для удовлетворения требований к различным свойствам заготовок, можно регулировать твердость посредством соответствующего отпуска, чтобы снизить хрупкость и достичь требуемой ударной вязкости и пластичности.
3. Стабилизация размеров заготовки.
4. Поскольку при отжиге трудно размягчить некоторые легированные стали, при закалке (или нормализации) часто используется после высокотемпературного отпуска, чтобы обеспечить соответствующее агрегирование карбидов стали, снизить твердость и облегчить резку и обработку.
Дополнительные концепции
1. Отжиг: это процесс нагревания металлических материалов до соответствующей температуры, выдержки в течение определенного периода времени, а затем медленного охлаждения и последующей термообработки. К распространенным процессам отжига относятся: рекристаллизационный отжиг, отжиг для снятия напряжений, сфероидальный отжиг, полный отжиг и др. Цель отжига: главным образом, снижение твердости металлических материалов, повышение пластичности, облегчение резки или обработки под давлением, снижение остаточных напряжений, улучшение структуры и состава путем гомогенизации, или для последующей термообработки с целью подготовки структуры.
2. Нормализация: относится к процессу термообработки стали или стали, нагретой до температуры 30–50 ℃ или выше, с последующим охлаждением на воздухе в течение соответствующего времени. Цель нормализации: главным образом, улучшение механических свойств низкоуглеродистой стали, улучшение режущей способности и обрабатываемости, измельчение зерна, устранение дефектов структуры, а также подготовка стали к последующей термообработке.
3. Закалка: относится к процессу термической обработки, при котором сталь нагревается до температуры Ac3 или Ac1 (сталь ниже критической точки) выше определенной температуры, выдерживается в течение определенного времени, а затем охлаждается с соответствующей скоростью для получения мартенситной (или бейнитной) структуры. Распространенные процессы закалки включают одноступенчатую закалку, двухступенчатую закалку, мартенситную закалку, бейнитную изотермическую закалку, поверхностную закалку и локальную закалку. Цель закалки: получение требуемой мартенситной структуры в стальных деталях, повышение твердости заготовки, прочности и износостойкости, а также подготовка к последующей термической обработке для образования структуры.
4. Отпуск: относится к процессу термообработки стали, в ходе которого сталь закаливается, затем нагревается до температуры ниже Ac1, выдерживается в течение определенного времени, а затем охлаждается до комнатной температуры. Распространенные процессы отпуска: низкотемпературный отпуск, среднетемпературный отпуск, высокотемпературный отпуск и многократный отпуск.
Цель отпуска: главным образом, устранение напряжений, возникающих в стали при закалке, что позволяет стали обладать высокой твердостью и износостойкостью, а также необходимой пластичностью и ударной вязкостью.
5. Отпуск: относится к стали или стали, подвергающейся закалке и высокотемпературному отпуску в рамках комплексного процесса термической обработки. Используется при отпуске стали, называемой отпущенной сталью. Обычно это относится к среднеуглеродистой конструкционной стали и среднеуглеродистой легированной конструкционной стали.
6. Цементация: цементация — это процесс проникновения атомов углерода в поверхностный слой стали. Она также позволяет придать заготовке из низкоуглеродистой стали поверхностный слой, аналогичный высокоуглеродистой стали, а затем после закалки и низкотемпературного отпуска обеспечить высокую твердость и износостойкость поверхностного слоя заготовки, в то время как центральная часть заготовки сохранит прочность и пластичность низкоуглеродистой стали.
Вакуумный метод
Поскольку операции нагрева и охлаждения металлических заготовок требуют выполнения десятка, а то и десятка операций, эти операции выполняются внутри вакуумной термообрабатывающей печи, к которой оператор не может приблизиться, требуется высокая степень автоматизации вакуумной термообрабатывающей печи. В то же время некоторые операции, такие как нагрев и выдержка в конце процесса закалки металлической заготовки, должны выполняться в шесть-семь этапов и завершаться в течение 15 секунд. Такие быстрые условия выполнения множества операций легко могут вызвать нервозность оператора и привести к ошибкам в работе. Поэтому только высокая степень автоматизации может обеспечить точную, своевременную координацию в соответствии с программой.
Вакуумная термообработка металлических деталей проводится в закрытой вакуумной печи, где строгое вакуумное уплотнение является общеизвестным фактом. Поэтому обеспечение и поддержание исходного уровня утечки воздуха из печи, обеспечение рабочего вакуума и, следовательно, качества обрабатываемых деталей имеет первостепенное значение. Таким образом, ключевой задачей вакуумной термообработки является наличие надежной вакуумной герметичной конструкции. Для обеспечения вакуумных характеристик вакуумной печи необходимо следовать основному принципу: корпус печи должен быть герметично заварен, а количество отверстий в корпусе должно быть минимальным, следует избегать использования динамических герметизирующих конструкций, чтобы минимизировать вероятность утечки вакуума. Компоненты и принадлежности, установленные в корпусе вакуумной печи, такие как водоохлаждаемые электроды и термопары, также должны быть герметично запечатаны.
Большинство теплоизоляционных материалов можно использовать только в вакууме. Нагрев и теплоизоляция футеровки вакуумных термообрабатывающих печей происходят в вакууме и при высоких температурах, поэтому к этим материалам предъявляются высокие требования по термостойкости, теплоотдаче, теплопроводности и другим параметрам. Требования к стойкости к окислению невысоки. Поэтому в вакуумных термообрабатывающих печах в качестве теплоизоляционных материалов широко используются тантал, вольфрам, молибден и графит. Эти материалы очень легко окисляются в атмосферных условиях, поэтому в обычных термообрабатывающих печах их использовать нельзя.
Устройство с водяным охлаждением: корпус вакуумной термообрабатывающей печи, крышка печи, электрические нагревательные элементы, водоохлаждаемые электроды, промежуточная вакуумная теплоизоляционная дверца и другие компоненты находятся в вакууме и подвергаются термической обработке. Работа в таких крайне неблагоприятных условиях требует обеспечения сохранности конструкции каждого компонента, предотвращения деформации или повреждения, а также перегрева или возгорания вакуумного уплотнения. Поэтому для каждого компонента необходимо устанавливать устройство с водяным охлаждением в соответствии с различными условиями эксплуатации, чтобы обеспечить нормальную работу вакуумной термообрабатывающей печи и достаточный срок ее службы.
Использование низковольтного высокотокового вакуумного контейнера: при степени вакуума в несколько 10⁻¹ торр, напряжение на проводнике под напряжением в вакуумном контейнере может привести к возникновению тлеющего разряда. В вакуумной термообрабатывающей печи сильный дуговой разряд может привести к повреждению нагревательного элемента и изоляционного слоя, вызывая серьезные аварии и потери. Поэтому рабочее напряжение нагревательного элемента вакуумной термообрабатывающей печи обычно не превышает 80-100 вольт. В то же время при проектировании конструкции нагревательного элемента принимаются эффективные меры, такие как избегание выступающих частей, а также слишком малое расстояние между электродами, чтобы предотвратить возникновение тлеющего или дугового разряда.
Закалка
В зависимости от различных требований к характеристикам обрабатываемой детали и температуры отпуска, отпуск можно разделить на следующие типы:
(а) низкотемпературная закалка (150-250 градусов)
Низкотемпературный отпуск образующегося мартенсита. Его цель — поддержание высокой твердости и износостойкости закаленной стали при условии снижения внутренних напряжений и хрупкости при закалке, чтобы избежать сколов или преждевременного повреждения во время эксплуатации. В основном используется для различных высокоуглеродистых режущих инструментов, калибров, холоднотянутых штампов, подшипников качения и цементированных деталей и т. д. Твердость после отпуска обычно составляет HRC58-64.
(ii) закалка при средней температуре (250-500 градусов)
Среднетемпературная закалка кварцевого сплава. Ее цель — достижение высокой прочности на разрыв, предела упругости и ударной вязкости. Поэтому она в основном используется для изготовления различных пружин и пресс-форм для горячей обработки; твердость после закалки обычно составляет HRC35-50.
(C) высокотемпературная закалка (500-650 градусов)
Высокотемпературная закалка используется для производства закаленного сонита. Обычная закалка и высокотемпературный отпуск в сочетании с термообработкой, известные как отпуск, направлены на получение прочности, твердости, пластичности и ударной вязкости, а также улучшенных механических свойств в целом. Поэтому он широко используется в автомобилях, тракторах, станках и других важных конструкционных деталях, таких как шатуны, болты, шестерни и валы. Твердость после отпуска обычно составляет HB200-330.
Предотвращение деформаций
Причины деформации сложных прецизионных пресс-форм часто сложны, но мы можем лишь освоить законы деформации, проанализировать ее причины и использовать различные методы предотвращения деформации пресс-формы, чтобы уменьшить ее и контролировать. В целом, термическая обработка сложных прецизионных пресс-форм может включать следующие методы предотвращения деформации.
(1) Разумный выбор материала. Для изготовления прецизионных сложных форм следует выбирать качественную микродеформационную формующую сталь (например, закаленную на воздухе), а для формовочной стали с серьезным скоплением карбидов следует проводить разумную термическую обработку ковкой и отпуском; более крупную и не подлежащую ковке формующую сталь можно подвергнуть двойной термической обработке для получения твердого раствора.
(2) Конструкция пресс-формы должна быть разумной, толщина не должна быть слишком разной, форма должна быть симметричной, для деформации более крупной пресс-формы необходимо соблюдать закон деформации, предусмотрен припуск на обработку, для больших, точных и сложных пресс-форм можно использовать комбинацию конструкций.
(3) Прецизионные и сложные пресс-формы следует предварительно подвергать термической обработке для устранения остаточных напряжений, возникающих в процессе механической обработки.
(4) Разумный выбор температуры нагрева, контроль скорости нагрева; для прецизионных сложных пресс-форм можно использовать медленный нагрев, предварительный нагрев и другие сбалансированные методы нагрева, чтобы уменьшить деформацию пресс-формы при термической обработке.
(5) При условии обеспечения твердости формы, попробуйте использовать предварительное охлаждение, ступенчатое охлаждение с закалкой или процесс температурной закалки.
(6) Для прецизионных и сложных пресс-форм, при условии, что позволяют условия, следует использовать вакуумную закалку с нагревом и глубокую обработку охлаждением после закалки.
(7) Для некоторых прецизионных и сложных форм можно использовать предварительную термообработку, термообработку старения, термообработку отпуска и азотирования для контроля точности формы.
(8) При ремонте отверстий в песчаных отложениях, пористости, износа и других дефектов, для предотвращения деформации в процессе ремонта используется аппарат холодной сварки и другое оборудование для термического воздействия.
Кроме того, эффективными мерами являются правильная организация процесса термообработки (например, заделка отверстий, закрепление отверстий, механическая фиксация, подходящие методы нагрева, правильный выбор направления охлаждения пресс-формы и направления движения охлаждающей среды и т. д.) и рациональный процесс отпуска, позволяющие уменьшить деформацию прецизионных и сложных пресс-форм.
Поверхностная закалка и отпуск обычно проводятся индукционным или пламенным нагревом. Основными техническими параметрами являются твердость поверхности, локальная твердость и глубина эффективного упрочняющего слоя. Для измерения твердости можно использовать твердомер Виккерса, а также твердомер Роквелла или твердомер Роквелла для измерения твердости поверхности. Выбор испытательной силы (шкалы) зависит от глубины эффективного упрочняющего слоя и твердости поверхности заготовки. В данном случае используются три типа твердомеров.
Во-первых, твердомер Виккерса является важным средством измерения твердости поверхности термообработанных заготовок. Он может быть оснащен измерительным прибором с усилием от 0,5 до 100 кг, позволяющим измерять упрочняющий слой толщиной до 0,05 мм. Точность прибора максимальна, и он способен различать даже незначительные различия в твердости поверхности термообработанных заготовок. Кроме того, твердомер Виккерса должен определять глубину эффективного упрочняющего слоя, поэтому для обработки поверхности под воздействием высоких температур или при работе с большим количеством заготовок, подвергнутых такой обработке, необходимо оснастить их твердомером Виккерса.
Во-вторых, твердомер Роквелла для измерения твердости поверхности также очень хорошо подходит для проверки твердости закаленных заготовок. Он имеет три шкалы на выбор и позволяет измерять эффективную глубину закалки более 0,1 мм для различных закаленных заготовок. Хотя точность твердомера Роквелла не так высока, как у твердомера Виккерса, он, как средство контроля качества и проверки на предприятиях термообработки, отвечает требованиям. Более того, он отличается простотой в эксплуатации, удобством использования, низкой ценой, быстрым измерением, возможностью прямого считывания значения твердости и другими характеристиками. Использование твердомера Роквелла позволяет проводить быструю и неразрушающую проверку каждой партии закаленных заготовок. Это важно для металлообрабатывающих и машиностроительных предприятий.
В-третьих, при большей толщине упрочненного термообработанным слоем можно также использовать твердомер Роквелла. При толщине упрочненного термообработанным слоем 0,4–0,8 мм можно использовать шкалу HRA, а при толщине более 0,8 мм — шкалу HRC.
Значения твердости по Виккерсу, Роквеллу и поверхностному Роквеллу легко пересчитываются между собой в соответствии со стандартами, чертежами или потребностями пользователя. Соответствующие таблицы пересчета приведены в международном стандарте ISO, американском стандарте ASTM и китайском стандарте GB/T.
Локализованное затвердевание
Если для деталей требуются более высокие значения локальной твердости, можно использовать индукционный нагрев и другие методы локальной закалки. В таких деталях обычно необходимо указывать на чертежах место локальной закалки и значение локальной твердости. Испытание твердости деталей следует проводить в обозначенной зоне. Для измерения твердости можно использовать твердомер Роквелла (HRC), а если слой закалки неглубокий, можно использовать твердомер Роквелла для измерения твердости поверхности (HRN).
Химическая термическая обработка
Химическая термообработка заключается в проникновении атомов одного или нескольких химических элементов в поверхность заготовки, что изменяет химический состав, структуру и характеристики поверхности заготовки. После закалки и низкотемпературного отпуска поверхность заготовки приобретает высокую твердость, износостойкость и прочность на контактную усталость, а сердцевина заготовки – высокую ударную вязкость.
Как указано выше, контроль и регистрация температуры в процессе термообработки имеют огромное значение, поскольку некачественный контроль температуры оказывает существенное влияние на качество продукции. Поэтому контроль температуры крайне важен, а также необходимо отслеживать изменения температуры на протяжении всего процесса. В результате, регистрация изменений температуры в процессе термообработки позволит проводить дальнейший анализ данных, а также выявлять моменты, когда температура не соответствует требованиям. Это сыграет важную роль в улучшении термообработки в будущем.
Рабочие процедуры
1. Уберите рабочее место, проверьте исправность электропитания, измерительных приборов и различных переключателей, а также убедитесь в бесперебойности подачи воды.
2. Операторы должны использовать качественные средства индивидуальной защиты, иначе это будет опасно.
3. Откройте универсальный переключатель питания, соблюдая технические требования к повышению и понижению температуры в зависимости от класса оборудования, чтобы продлить срок службы оборудования и сохранить его целостность.
4. Необходимо уделять внимание регулированию температуры печи для термообработки и скорости конвейерной ленты, чтобы обеспечить соответствие температурным стандартам, необходимым для различных материалов, гарантировать твердость заготовки, прямолинейность поверхности и отсутствие оксидного слоя, а также серьезно отнестись к обеспечению безопасности.
5. Необходимо следить за температурой закалочной печи и скоростью конвейерной ленты, а также открывать выходной воздух, чтобы заготовка после закалки соответствовала требованиям к качеству.
6. В работе следует придерживаться указанного поста.
7. Настроить необходимое противопожарное оборудование и ознакомиться с методами его использования и технического обслуживания.
8. При остановке машины следует убедиться, что все переключатели управления находятся в выключенном состоянии, а затем замкнуть универсальный переключатель нагрузки.
Перегрев
На шероховатой поверхности подшипниковых деталей роликовых узлов после закалки можно наблюдать перегрев микроструктуры. Однако для определения точной степени перегрева необходимо изучить микроструктуру. Если в закалочной структуре стали GCr15 появляются крупные игольчатые мартенситы, это свидетельствует о перегреве при закалке. Причиной образования перегрева при закалке может быть слишком высокая температура или слишком длительное время нагрева и выдержки, что приводит к перегреву во всем диапазоне температур; также это может быть связано с серьезным нарушением структуры карбидов в исходной структуре, в результате чего в низкоуглеродистой области между двумя полосами образуются локальные игольчатые мартенситы, что приводит к локальному перегреву. Остаточное количество аустенита в перегретой структуре увеличивается, а размерная стабильность снижается. Из-за перегрева в закалочной структуре происходит крупнозернистая кристаллизация стали, что приводит к снижению ударной вязкости деталей, уменьшению ударопрочности и сокращению срока службы подшипника. Сильный перегрев может даже вызвать трещины в закалочной структуре.
Недостаточный нагрев
Низкая температура закалки или недостаточное охлаждение приводят к образованию в микроструктуре большего количества торренита, чем обычно, известного как структура, образованная в результате недогрева, что вызывает снижение твердости, резкое уменьшение износостойкости и влияет на срок службы роликовых подшипников.
Закалочные трещины
В процессе закалки и охлаждения деталей роликовых подшипников из-за внутренних напряжений образуются трещины, называемые закалочными трещинами. Причинами таких трещин являются: слишком высокая температура нагрева при закалке или слишком быстрое охлаждение, термическое напряжение и изменение объема и массы металла в организации напряжений превышают предел прочности стали на излом; наличие дефектов на рабочей поверхности (таких как поверхностные трещины или царапины) или внутренних дефектов в стали (таких как шлак, серьезные неметаллические включения, белые пятна, остатки усадки и т. д.) в процессе закалки, приводящие к образованию концентрации напряжений; сильное обезуглероживание поверхности и сегрегация карбидов; недостаточный или несвоевременный отпуск деталей после закалки; слишком большое напряжение, возникающее при холодной штамповке, из-за складок при ковке, глубоких следов от токарной обработки, острых кромок масляных канавок и т. д. Вкратце, причиной закалочных трещин может быть один или несколько из вышеперечисленных факторов, но наличие внутренних напряжений является основной причиной их образования. Закалочные трещины глубокие и тонкие, с прямым изломом и без окисления на поверхности излома. Часто это продольная плоская трещина или кольцеобразная трещина на подшипниковом кольце; на шарике подшипниковой стали она имеет S-образную, Т-образную или кольцеобразную форму. Характерной особенностью закалочных трещин является отсутствие явления обезуглероживания с обеих сторон трещины, что позволяет четко отличить их от трещин ковки и трещин материала.
термообработка деформации
В процессе термообработки подшипниковых деталей NACHI возникают термические и организационные напряжения. Эти внутренние напряжения могут накладываться друг на друга или частично компенсировать друг друга, что делает процесс сложным и изменчивым, поскольку он зависит от температуры нагрева, скорости нагрева, режима охлаждения, формы и размеров деталей, поэтому деформация при термообработке неизбежна. Понимание и освоение закономерностей позволяет контролировать деформацию подшипниковых деталей (например, овальной формы воротника, увеличения размера и т. д.), что способствует повышению эффективности производства. Конечно, в процессе термообработки механические столкновения также приводят к деформации деталей, но эту деформацию можно использовать для оптимизации процесса, чтобы уменьшить и предотвратить её.
Обезуглероживание поверхности
При термообработке подшипниковых деталей роликовых узлов в окислительной среде происходит окисление поверхности, что приводит к уменьшению массовой доли углерода на поверхности и обезуглероживанию. Глубина слоя обезуглероживания, превышающая допустимую для окончательной обработки величину, делает детали бракованными. Определение глубины слоя обезуглероживания при металлографическом исследовании осуществляется с помощью доступных металлографических методов и метода микротвердости. Кривая распределения микротвердости поверхностного слоя, основанная на методе измерения, может использоваться в качестве критерия оценки.
Мягкое место
Из-за недостаточного нагрева, плохого охлаждения и закалки, вызванных неправильной твердостью поверхности деталей роликовых подшипников, возникает явление, известное как «мягкое пятно при закалке». Это похоже на обезуглероживание поверхности, которое может привести к серьезному снижению износостойкости и усталостной прочности.
Дата публикации: 05.12.2023