Mikä on lämpökäsittelyprosessin, toiminnan ja muodonmuutoksen välinen suhde?

Alumiinin ja alumiiniseosten lämpökäsittelyn aikana esiintyy yleisesti erilaisia ​​ongelmia, kuten:

-Osan virheellinen sijoittelu: Tämä voi johtaa osan muodonmuutokseen, usein johtuen riittämättömästä lämmönpoistosta sammutusväliaineella riittävän nopeasti haluttujen mekaanisten ominaisuuksien saavuttamiseksi.

-Nopea kuumentaminen: Tämä voi johtaa lämpömuodonmuutokseen; osien oikea sijoittelu auttaa varmistamaan tasaisen kuumentamisen.

-Ylikuumeneminen: Tämä voi johtaa osittaiseen sulamiseen tai eutektiseen sulamiseen.

-Pinnan hilseily/korkean lämpötilan hapettuminen.

-Liiallinen tai riittämätön vanhentamiskäsittely, jotka molemmat voivat johtaa mekaanisten ominaisuuksien menetykseen.

-Aika-/lämpötila-/sammutusparametrien vaihtelut, jotka voivat aiheuttaa poikkeamia osien ja erien mekaanisissa ja/tai fysikaalisissa ominaisuuksissa.

-Lisäksi huono lämpötilan tasaisuus, riittämätön eristysaika ja riittämätön jäähdytys liuoslämpökäsittelyn aikana voivat kaikki vaikuttaa riittämättömiin tuloksiin.

Lämpökäsittely on alumiiniteollisuudessa ratkaiseva terminen prosessi, joten perehdytään siihen tarkemmin.

1. Esikäsittely

Rakennetta parantavat ja jännitystä poistavat esikäsittelyprosessit ennen sammutusta ovat hyödyllisiä muodonmuutosten vähentämiseksi. Esikäsittelyyn kuuluu tyypillisesti prosesseja, kuten pallomainen hehkutus ja jännityksenpoistohehkutus, ja joissakin käytetään myös sammutus- ja päästökarkaisukäsittelyä tai normalisointikäsittelyä.

Jännitysten lievityshehkutusKoneistuksen aikana voi syntyä jäännösjännityksiä johtuen tekijöistä, kuten koneistusmenetelmistä, työkalun kytkennästä ja leikkausnopeuksista. Näiden jännitysten epätasainen jakautuminen voi johtaa muodonmuutoksiin sammutuksen aikana. Näiden vaikutusten lieventämiseksi jännityksenpoistohehkutus on tarpeen ennen sammutusta. Jännityksenpoistohehkutuksen lämpötila on yleensä 500–700 °C. Ilmassa lämmitettäessä käytetään 500–550 °C:n lämpötilaa ja 2–3 tunnin pitoaikaa hapettumisen ja hiilenpoiston estämiseksi. Omapainosta johtuva osan muodonmuutos on otettava huomioon kuormituksen aikana, ja muut toimenpiteet ovat samanlaisia ​​kuin standardihehkutus.

Esilämmityskäsittely rakenteen parantamiseksiTämä sisältää pallomaisen hehkuttamisen, sammutuksen ja päästön sekä normalisointikäsittelyn.

-Sferoidisoiva hehkutusHiiliteräkselle ja seosteräkselle lämpökäsittelyn aikana olennainen osa pallohehkutuksen jälkeistä rakennetta vaikuttaa merkittävästi muodonmuutosten kehittymiseen sammutuksen aikana. Säätämällä hehkutuskäsittelyn jälkeistä rakennetta voidaan vähentää säännöllistä muodonmuutosta sammutuksen aikana.

-Muut esikäsittelymenetelmätSammutusmuodonmuutosten vähentämiseksi voidaan käyttää erilaisia ​​menetelmiä, kuten sammutusta ja päästöä sekä normalisointikäsittelyä. Sopivien esikäsittelyjen, kuten sammutuksen ja päästön sekä normalisointikäsittelyn, valitseminen muodonmuutoksen syyn ja osan materiaalin perusteella voi tehokkaasti vähentää muodonmuutoksia. Jäännösjännitysten ja kovuuden kasvun suhteen päästön jälkeen on kuitenkin oltava varovainen, erityisesti sammutus- ja päästökäsittely voi vähentää laajenemista sammutuksen aikana W:tä ja Mn:ää sisältävillä teräksillä, mutta sillä on vain vähän vaikutusta muodonmuutoksen vähentämiseen terästen, kuten GCr15:n, kohdalla.

Käytännön tuotannossa sammutusmuodonmuutoksen syyn tunnistaminen, olipa se sitten jäännösjännityksistä tai huonosta rakenteesta, on olennaista tehokkaan käsittelyn kannalta. Jäännösjännitysten aiheuttamille muodonmuutoksille tulisi suorittaa jännityksenpoistohehkutus, kun taas rakennetta muuttavat käsittelyt, kuten päästö, eivät ole tarpeen, ja päinvastoin. Vain tällöin voidaan saavuttaa sammutusmuodonmuutoksen vähentämisen tavoite kustannusten alentamiseksi ja laadun varmistamiseksi.

2. Sammutuslämmitystoiminto

SammutuslämpötilaSammutuslämpötila vaikuttaa merkittävästi muodonmuutokseen. Muodonmuutoksen vähentämistavoite voidaan saavuttaa säätämällä sammutuslämpötilaa tai varaamalla työstövara, joka on sama kuin sammutuslämpötila, tai valitsemalla kohtuullisesti työstövara ja sammutuslämpötila lämpökäsittelytestien jälkeen, jotta voidaan pienentää myöhempää työstövaraa. Sammutuslämpötilan vaikutus sammutusmuodonmuutokseen ei liity ainoastaan ​​työkappaleessa käytettyyn materiaaliin, vaan myös työkappaleen kokoon ja muotoon. Kun työkappaleen muoto ja koko ovat hyvin erilaiset, vaikka työkappaleen materiaali on sama, sammutusmuodonmuutoksen suuntaus on melko erilainen, ja käyttäjän tulisi kiinnittää tähän tilanteeseen huomiota todellisessa tuotannossa.

SammutuspitoaikaPitoajan valinta ei ainoastaan ​​varmista perusteellista kuumennusta ja halutun kovuuden tai mekaanisten ominaisuuksien saavuttamista sammutuksen jälkeen, vaan ottaa huomioon myös sen vaikutuksen muodonmuutoksiin. Sammutuslämpötilan pidentäminen nostaa olennaisesti sammutuslämpötilaa, mikä on erityisen voimakasta runsashiilisen ja kromipitoisen teräksen kohdalla.

LatausmenetelmätJos työkappale asetetaan kuumennuksen aikana kohtuuttomaan muotoon, se aiheuttaa muodonmuutoksia työkappaleen painon tai työkappaleiden välisen puristuksen vuoksi tai epätasaisen kuumennuksen ja jäähdytyksen vuoksi, joka johtuu työkappaleiden liiallisesta pinoamisesta.

LämmitysmenetelmäMonimutkaisen muotoisten ja eripaksuisten työkappaleiden, erityisesti runsashiilisten ja seosainepitoisten, kohdalla hidas ja tasainen lämmitysprosessi on ratkaisevan tärkeä. Esilämmityksen käyttö on usein tarpeen, ja joskus se vaatii useita esilämmitysjaksoja. Suuremmille työkappaleille, joita ei käsitellä tehokkaasti esilämmityksellä, laatikkovastusuunin käyttö kontrolloidulla lämmityksellä voi vähentää nopean lämmityksen aiheuttamia muodonmuutoksia.

3. Jäähdytystoiminto

Sammutusmuodonmuutos johtuu pääasiassa jäähdytysprosessista. Oikea sammutusväliaineen valinta, taitava käyttö ja jokainen jäähdytysprosessin vaihe vaikuttavat suoraan sammutusmuodonmuutokseen.

Sammutusväliaineen valintaVaikka haluttu kovuus sammutuksen jälkeen varmistetaankin, muodonmuutosten minimoimiseksi on suositeltava miedompia sammutusaineita. Jäähdytykseen suositellaan lämmitettyjen kylpyaineiden käyttöä (oikaisun helpottamiseksi osan ollessa vielä kuuma) tai jopa ilmajäähdytystä. Vesi-öljy-kaksoisjäähdytysaineita voidaan korvata myös väliaineilla, joiden jäähdytysnopeudet ovat veden ja öljyn välillä.

—Ilmajäähdytys sammutusIlmajäähdytteinen sammutus on tehokas tapa vähentää pikateräksen, kromimuottiteräksen ja ilmajäähdytteisen mikromuodonmuutosteräksen sammutusmuodonmuutosta. 3Cr2W8V-teräkselle, joka ei vaadi suurta kovuutta sammutuksen jälkeen, ilmajäähdytteistä sammutusta voidaan käyttää muodonmuutoksen vähentämiseen säätämällä sammutuslämpötilaa oikein.

—Öljyn jäähdytys ja sammutusÖljyn jäähdytysnopeus on paljon alhaisempi kuin veden, mutta korkean karkenevuuden, pienen koon, monimutkaisen muodon ja suuren muodonmuutosalttiuden omaaville työkappaleille öljyn jäähdytysnopeus on liian korkea. Pienten, mutta huonosti karkenevien työkappaleiden osalta öljyn jäähdytysnopeus on riittämätön. Edellä mainittujen ristiriitojen ratkaisemiseksi ja öljysammutuksen täysimääräiseksi hyödyntämiseksi työkappaleiden sammutusmuodonmuutoksen vähentämiseksi ihmiset ovat ottaneet käyttöön menetelmiä öljyn lämpötilan säätämiseksi ja sammutuslämpötilan nostamiseksi öljyn käytön laajentamiseksi.

—Sammutusöljyn lämpötilan muuttaminenSaman öljyn lämpötilan käyttäminen sammutuksessa sammutusmuodonmuutoksen vähentämiseksi aiheuttaa edelleen seuraavia ongelmia: matalassa öljyn lämpötilassa sammutusmuodonmuutos on edelleen suuri, ja korkeassa öljyn lämpötilassa on vaikea varmistaa työkappaleen kovuutta sammutuksen jälkeen. Joidenkin työkappaleiden muodon ja materiaalin yhteisvaikutuksesta sammutusöljyn lämpötilan nostaminen voi myös lisätä sen muodonmuutosta. Siksi on erittäin tärkeää määrittää sammutusöljyn lämpötila testin läpäisemisen jälkeen työkappaleen materiaalin, poikkileikkauksen koon ja muodon todellisten olosuhteiden mukaisesti.

Kun sammutukseen käytetään kuumaa öljyä, öljysäiliön lähellä on oltava tarvittavat sammutuslaitteet sammutuksen ja jäähdytyksen aiheuttaman korkean öljyn lämpötilan aiheuttamien tulipalojen välttämiseksi. Sammutusöljyn laatuindeksi on testattava säännöllisesti ja uusi öljy on täytettävä tai vaihdettava ajoissa.

— Nosta sammutuslämpötilaaTämä menetelmä soveltuu pienille poikkileikkauksille omaaville hiiliteräksisille työkappaleille ja hieman suuremmille seosteräksisille työkappaleille, jotka eivät täytä kovuusvaatimuksia normaaleissa sammutuslämpötiloissa ja öljysammutuksessa lämmityksen ja lämmön säilyttämisen jälkeen. Karkaisuvaikutus ja muodonmuutosten vähentäminen voidaan saavuttaa nostamalla sammutuslämpötilaa asianmukaisesti ja sitten öljysammuttamalla. Tätä sammutusmenetelmää käytettäessä on varottava ongelmia, kuten rakeiden karhenemista, mekaanisten ominaisuuksien heikkenemistä ja työkappaleen käyttöiän heikkenemistä, jotka johtuvat nousseesta sammutuslämpötilasta.

—Luokittelu ja karsiminenKun sammutuskovuus täyttää suunnitteluvaatimukset, kuuman kylpyväliaineen luokittelua ja karkaisua tulisi hyödyntää täysimääräisesti sammutusmuodonmuutoksen vähentämiseksi. Tämä menetelmä on tehokas myös matalan karkaisukyvyn omaaville, pienipoikkileikkauksisille hiiliteräksille ja työkaluteräksille, erityisesti kromia sisältäville muottiteräksille ja korkean karkaisukyvyn omaaville pikateräksille. Kuuman kylpyväliaineen luokittelu ja karkaisujäähdytys ovat tämän tyyppisen teräksen peruskarkaisumenetelmiä. Samoin se on tehokas myös niille hiiliteräksille ja niukkaseosteisille rakenneteräksille, jotka eivät vaadi suurta sammutuskovuutta.

Kun sammutat kuumalla kylvyllä, on kiinnitettävä huomiota seuraaviin asioihin:

Ensinnäkin, kun öljykylpyä käytetään luokitteluun ja isotermiseen sammutukseen, öljyn lämpötilaa on valvottava tarkasti tulipalon estämiseksi.

Toiseksi, nitraattisuolalaatuja käytettäessä sammutuksessa on oltava tarvittavat välineet ja vesijäähdytyslaitteet nitraattisuolasäiliössä. Muita varotoimia varten katso asiaankuuluvia tietoja, emmekä toista niitä tässä.

Kolmanneksi, isotermistä lämpötilaa on valvottava tarkasti isotermisen sammutuksen aikana. Korkea tai matala lämpötila ei edistä sammutusmuodonmuutoksen vähenemistä. Lisäksi austemperoinnin aikana työkappaleen ripustusmenetelmä on valittava siten, että estetään työkappaleen painon aiheuttama muodonmuutos.

Neljänneksi, kun käytetään isotermistä tai porrastettua sammutusta työkappaleen muodon korjaamiseen kuumana, työkalujen ja kiinnittimien on oltava täysin varusteltuja ja toiminnan on oltava nopeaa käytön aikana. Näin estetään työkappaleen sammutuslaadun haitalliset vaikutukset.

JäähdytystoimintoTaitava toiminta jäähdytysprosessin aikana vaikuttaa merkittävästi sammutusmuodonmuutokseen, erityisesti käytettäessä vesi- tai öljysammutusväliaineita.

-Sammutusväliaineen oikea syöttösuuntaSymmetrisesti tasapainotetut tai pitkänomaiset tankomaiset työkappaleet tulisi yleensä sammuttaa pystysuunnassa väliaineeseen. Epäsymmetrisiä osia voidaan sammuttaa kulmassa. Oikean suunnan tavoitteena on varmistaa kaikkien osien tasainen jäähdytys, jolloin hitaammin jäähtyvät alueet tulevat ensin väliaineeseen ja sitten nopeammin jäähtyvät osiot. Työkappaleen muodon ja sen vaikutuksen jäähdytysnopeuteen huomioon ottaminen on käytännössä erittäin tärkeää.

-Työkappaleiden liike sammutusväliaineessaHitaasti jäähtyvien osien tulee olla sammutusväliainetta kohti. Symmetrisen muotoisten työkappaleiden tulee seurata tasapainoista ja tasaista rataa väliaineessa säilyttäen pienen amplitudin ja nopean liikkeen. Ohuiden ja pitkänomaisten työkappaleiden kohdalla vakaus sammutuksen aikana on ratkaisevan tärkeää. Vältä heilumista ja harkitse puristimien käyttöä lankasidonnan sijaan paremman hallinnan saavuttamiseksi.

-SammutusnopeusTyökappaleet tulee sammuttaa nopeasti. Erityisesti ohuiden, tankomaisten työkappaleiden kohdalla hitaammat sammutusnopeudet voivat johtaa lisääntyneeseen taivutusmuodonmuutokseen ja muodonmuutoseroihin eri aikoina sammutettujen osien välillä.

-Ohjattu jäähdytysJos työkappaleen poikkileikkauskoossa on merkittäviä eroja, suojaa nopeammin jäähtyvät osat materiaaleilla, kuten asbestiköydellä tai metallilevyillä, jotta niiden jäähtymisnopeus hidastuu ja jäähdytys on tasainen.

-Jäähdytysaika vedessäLyhennä jäähdytysaikaa vedessä työkappaleille, joiden muodonmuutos johtuu pääasiassa rakenteellisesta jännityksestä. Pidennä jäähdytysaikaa vedessä työkappaleille, joiden muodonmuutos johtuu pääasiassa lämpöjännityksestä, sammutusmuodonmuutoksen vähentämiseksi.

Toimittanut May Jiang MAT Aluminiumista