Podczas obróbki cieplnej aluminium i stopów aluminium często spotykane są różne problemy, takie jak:
-Niewłaściwe umiejscowienie części: Może to prowadzić do odkształcenia części, często z powodu niewystarczającego odprowadzania ciepła przez medium hartujące w wystarczająco szybkim tempie, aby uzyskać pożądane właściwości mechaniczne.
- Szybkie nagrzewanie: Może to skutkować odkształceniami termicznymi; prawidłowe rozmieszczenie części pozwala na równomierne nagrzewanie.
- Przegrzanie: Może prowadzić do częściowego stopienia lub topnienia eutektycznego.
- Łuszczenie się powierzchni/utlenianie w wysokiej temperaturze.
- Nadmierne lub niewystarczające starzenie może skutkować utratą właściwości mechanicznych.
-Wahania parametrów czasu/temperatury/hartowania, które mogą powodować odchylenia właściwości mechanicznych i/lub fizycznych pomiędzy częściami i partiami.
- Ponadto, nierównomierny rozkład temperatury, niewystarczający czas izolacji i niewystarczające chłodzenie podczas obróbki cieplnej roztworu mogą przyczynić się do uzyskania niezadowalających wyników.
Obróbka cieplna jest kluczowym procesem termicznym w przemyśle aluminiowym. Przyjrzyjmy się bliżej tej tematyce.
1. Wstępne leczenie
Procesy obróbki wstępnej, które poprawiają strukturę i odprężają przed hartowaniem, są korzystne dla redukcji odkształceń. Obróbka wstępna zazwyczaj obejmuje procesy takie jak wyżarzanie sferoidyzujące i wyżarzanie odprężające, a niektóre obejmują również hartowanie i odpuszczanie lub normalizowanie.
Wyżarzanie odprężającePodczas obróbki skrawaniem mogą powstawać naprężenia szczątkowe, spowodowane czynnikami takimi jak metody obróbki, zazębienie narzędzia i prędkości skrawania. Nierównomierny rozkład tych naprężeń może prowadzić do odkształceń podczas hartowania. Aby złagodzić te skutki, przed hartowaniem konieczne jest wyżarzanie odprężające. Temperatura wyżarzania odprężającego wynosi zazwyczaj 500–700°C. Podczas nagrzewania w powietrzu stosuje się temperaturę 500–550°C z czasem wygrzewania 2–3 godzin, aby zapobiec utlenianiu i odwęgleniu. Podczas obciążania należy uwzględnić odkształcenia elementu pod wpływem ciężaru własnego, a pozostałe procedury są podobne do standardowego wyżarzania.
Obróbka cieplna w celu poprawy struktury:Obejmuje to wyżarzanie sferoidyzujące, hartowanie i odpuszczanie oraz obróbkę normalizującą.
-Wyżarzanie sferoidyzujące: Struktura uzyskana po wyżarzaniu sferoidyzującym, niezbędna w przypadku stali narzędziowej węglowej i stopowej podczas obróbki cieplnej, znacząco wpływa na tendencję odkształceń podczas hartowania. Poprzez dostosowanie struktury po wyżarzaniu można zmniejszyć regularne odkształcenia podczas hartowania.
-Inne metody wstępnego przetwarzania:Do redukcji odkształceń hartowniczych można zastosować różne metody, takie jak hartowanie i odpuszczanie oraz obróbka normalizująca. Dobór odpowiednich metod obróbki wstępnej, takich jak hartowanie i odpuszczanie, w zależności od przyczyny odkształcenia i materiału elementu, może skutecznie je ograniczyć. Należy jednak zachować ostrożność ze względu na naprężenia szczątkowe i wzrost twardości po odpuszczaniu, zwłaszcza że hartowanie i odpuszczanie może zmniejszyć rozszerzalność cieplną podczas hartowania w przypadku stali zawierających W i Mn, ale ma niewielki wpływ na redukcję odkształceń w przypadku stali takich jak GCr15.
W produkcji praktycznej identyfikacja przyczyny odkształceń hartowniczych, niezależnie od tego, czy wynikają one z naprężeń szczątkowych, czy ze złej struktury, jest kluczowa dla skutecznego procesu obróbki. Wyżarzanie odprężające powinno być przeprowadzane w celu usunięcia odkształceń spowodowanych naprężeniami szczątkowymi, natomiast zabiegi takie jak odpuszczanie, które zmieniają strukturę, nie są konieczne i odwrotnie. Tylko wtedy można osiągnąć cel, jakim jest redukcja odkształceń hartowniczych, co pozwoli obniżyć koszty i zapewnić jakość.
2.Operacja hartowania
Temperatura hartowaniaTemperatura hartowania znacząco wpływa na odkształcenia. Cel redukcji odkształceń można osiągnąć poprzez dostosowanie temperatury hartowania lub poprzez zachowanie naddatku na obróbkę i temperatury hartowania, aby osiągnąć cel redukcji odkształceń, lub poprzez racjonalny dobór i zachowanie naddatku na obróbkę oraz temperatury hartowania po testach obróbki cieplnej, aby zmniejszyć późniejszy naddatek na obróbkę. Wpływ temperatury hartowania na odkształcenia po hartowaniu zależy nie tylko od materiału użytego w obrabianym przedmiocie, ale także od jego rozmiaru i kształtu. Gdy kształt i rozmiar przedmiotu obrabianego znacznie się różnią, mimo że materiał jest taki sam, tendencja do odkształceń po hartowaniu jest zupełnie inna i operator powinien zwrócić na to uwagę podczas rzeczywistej produkcji.
Czas utrzymywania hartowaniaWybór czasu wygrzewania nie tylko zapewnia dokładne nagrzanie i uzyskanie pożądanej twardości lub właściwości mechanicznych po hartowaniu, ale także uwzględnia jego wpływ na odkształcenia. Wydłużenie czasu wygrzewania zasadniczo podnosi temperaturę hartowania, co jest szczególnie widoczne w przypadku stali wysokowęglowej i wysokochromowej.
Metody ładowania:Jeśli przedmiot obrabiany zostanie umieszczony w nieodpowiednim kształcie podczas podgrzewania, może to spowodować odkształcenie spowodowane ciężarem przedmiotu obrabianego lub odkształcenie spowodowane wzajemnym wytłaczaniem między przedmiotami obrabianymi lub odkształcenie spowodowane nierównomiernym nagrzewaniem i chłodzeniem z powodu nadmiernego ułożenia przedmiotów obrabianych.
Metoda ogrzewaniaW przypadku przedmiotów obrabianych o złożonych kształtach i zmiennej grubości, zwłaszcza tych z dużą zawartością węgla i pierwiastków stopowych, kluczowe znaczenie ma powolny i równomierny proces nagrzewania. Często konieczne jest zastosowanie nagrzewania wstępnego, niekiedy wymagającego wielu cykli nagrzewania wstępnego. W przypadku większych przedmiotów obrabianych, których nagrzewanie wstępne nie jest skuteczne, zastosowanie pieca oporowego komorowego z kontrolowanym nagrzewaniem może zmniejszyć odkształcenia spowodowane szybkim nagrzewaniem.
3. Operacja chłodzenia
Odkształcenie hartownicze wynika przede wszystkim z procesu chłodzenia. Właściwy dobór medium hartowniczego, umiejętna obsługa oraz każdy etap procesu chłodzenia bezpośrednio wpływają na odkształcenie hartownicze.
Wybór medium hartującego: Aby zapewnić pożądaną twardość po hartowaniu, należy preferować łagodniejsze media hartownicze, aby zminimalizować odkształcenia. Zaleca się stosowanie podgrzewanych mediów do chłodzenia (aby ułatwić prostowanie, gdy element jest jeszcze gorący) lub nawet chłodzenie powietrzem. Media o szybkości chłodzenia pomiędzy wodą i olejem mogą również zastąpić media dwuskładnikowe woda-olej.
—Hartowanie w chłodzeniu powietrznymHartowanie w powietrzu jest skuteczne w redukcji odkształceń hartowniczych stali szybkotnącej, stali chromowej na formy oraz stali do mikroodkształceń chłodzonej powietrzem. W przypadku stali 3Cr2W8V, która nie wymaga wysokiej twardości po hartowaniu, hartowanie w powietrzu można również zastosować w celu zmniejszenia odkształceń poprzez odpowiednią regulację temperatury hartowania.
—Chłodzenie i hartowanie olejuOlej jest medium hartowniczym o znacznie niższej szybkości chłodzenia niż woda, ale w przypadku przedmiotów o wysokiej hartowności, małych rozmiarach, złożonym kształcie i dużej tendencji do odkształceń, szybkość chłodzenia olejem jest zbyt wysoka, a w przypadku przedmiotów o małych rozmiarach i słabej hartowności, szybkość chłodzenia olejem jest niewystarczająca. Aby rozwiązać powyższe sprzeczności i w pełni wykorzystać hartowanie olejowe w celu zmniejszenia odkształceń hartowniczych przedmiotów, opracowano metody regulacji temperatury oleju i podwyższania temperatury hartowania, aby zwiększyć wykorzystanie oleju.
—Zmiana temperatury oleju hartowniczego: Stosowanie tej samej temperatury oleju do hartowania w celu zmniejszenia odkształceń hartowniczych nadal wiąże się z następującymi problemami: przy niskiej temperaturze oleju odkształcenie hartownicze jest nadal duże, a przy wysokiej temperaturze oleju trudno jest zapewnić odpowiednią twardość przedmiotu obrabianego po hartowaniu. Ze względu na łączny wpływ kształtu i materiału niektórych przedmiotów obrabianych, zwiększenie temperatury oleju hartowniczego może również zwiększyć jego odkształcenie. Dlatego bardzo ważne jest określenie temperatury oleju hartowniczego po przejściu testu, biorąc pod uwagę rzeczywiste warunki materiału przedmiotu obrabianego, rozmiar przekroju poprzecznego i kształt.
W przypadku stosowania gorącego oleju do hartowania, aby uniknąć pożaru spowodowanego wysoką temperaturą oleju podczas hartowania i chłodzenia, w pobliżu zbiornika z olejem należy umieścić niezbędny sprzęt gaśniczy. Ponadto należy regularnie sprawdzać wskaźnik jakości oleju hartowniczego i na czas uzupełniać lub wymieniać olej.
—Zwiększ temperaturę hartowaniaMetoda ta jest odpowiednia dla małych przekrojów elementów ze stali węglowej oraz nieco większych elementów ze stali stopowej, które nie spełniają wymagań dotyczących twardości po nagrzaniu i utrwaleniu cieplnym w normalnych temperaturach hartowania i hartowaniu olejowym. Odpowiednie zwiększenie temperatury hartowania, a następnie hartowanie olejowe, pozwala uzyskać efekt hartowania i zmniejszenia odkształceń. Stosując tę metodę hartowania, należy zwrócić uwagę na zapobieganie problemom, takim jak zgrubienie ziarna, obniżenie właściwości mechanicznych i skrócenie żywotności elementu obrabianego z powodu podwyższonej temperatury hartowania.
—Klasyfikacja i hartowanie:Jeśli twardość po hartowaniu spełnia wymagania projektowe, klasyfikacja i hartowanie izotermiczne gorącego medium powinno być w pełni wykorzystane w celu zmniejszenia odkształceń po hartowaniu. Metoda ta jest również skuteczna w przypadku stali konstrukcyjnych węglowych o niskiej hartowności i małych przekrojach oraz stali narzędziowych, zwłaszcza stali matrycowej zawierającej chrom i stali szybkotnącej o wysokiej hartowności. Klasyfikacja gorącego medium i metoda chłodzenia hartowania izotermicznego to podstawowe metody hartowania dla tego rodzaju stali. Jest ona również skuteczna w przypadku stali węglowych i niskostopowych stali konstrukcyjnych, które nie wymagają wysokiej twardości po hartowaniu.
Podczas hartowania za pomocą gorącej kąpieli należy zwrócić uwagę na następujące kwestie:
Po pierwsze, gdy kąpiel olejowa jest stosowana do sortowania i hartowania izotermicznego, należy ściśle kontrolować temperaturę oleju, aby zapobiec wystąpieniu pożaru.
Po drugie, podczas hartowania solą azotanową zbiornik na sól azotanową powinien być wyposażony w niezbędne urządzenia i urządzenia do chłodzenia wodą. W przypadku innych środków ostrożności prosimy o zapoznanie się z odpowiednimi informacjami i nie będziemy ich tutaj powtarzać.
Po trzecie, temperatura izotermiczna powinna być ściśle kontrolowana podczas hartowania izotermicznego. Wysoka lub niska temperatura nie sprzyja redukcji odkształceń podczas hartowania. Ponadto, podczas hartowania izotermicznego, należy dobrać metodę podwieszania przedmiotu obrabianego, aby zapobiec odkształceniom spowodowanym jego ciężarem.
Po czwarte, stosując hartowanie izotermiczne lub stopniowe w celu skorygowania kształtu gorącego przedmiotu obrabianego, narzędzia i osprzęt powinny być w pełni wyposażone, a proces powinien przebiegać szybko. Zapobiega to niekorzystnemu wpływowi na jakość hartowania przedmiotu obrabianego.
Operacja chłodzenia:Umiejętne operowanie procesem chłodzenia ma istotny wpływ na odkształcenia hartownicze, zwłaszcza gdy jako medium hartownicze stosuje się wodę lub olej.
- Prawidłowy kierunek wprowadzania środka hartującego: Zazwyczaj symetrycznie wyważone lub wydłużone, prętowate przedmioty obrabiane powinny być hartowane pionowo w medium. Elementy asymetryczne można hartować pod kątem. Prawidłowy kierunek ma na celu zapewnienie równomiernego chłodzenia wszystkich części, przy czym wolniej schładzane obszary wchodzą do medium najpierw, a następnie szybciej schładzane sekcje. W praktyce kluczowe znaczenie ma uwzględnienie kształtu przedmiotu obrabianego i jego wpływu na szybkość chłodzenia.
-Ruch przedmiotów obrabianych w środowisku hartowniczym: Elementy wolno stygnące powinny być zwrócone w stronę medium hartującego. Elementy o symetrycznym kształcie powinny poruszać się równomiernie i równomiernie w medium, zachowując małą amplitudę i szybki ruch. W przypadku cienkich i wydłużonych elementów stabilność podczas hartowania jest kluczowa. Należy unikać kołysania i rozważyć użycie zacisków zamiast wiązań drutowych, aby zapewnić lepszą kontrolę.
-Prędkość gaszenia: Elementy obrabiane należy szybko hartować. Szczególnie w przypadku cienkich, prętowych elementów, wolniejsze tempo hartowania może prowadzić do zwiększonego odkształcenia gięcia i różnic w odkształceniu między elementami hartowanymi w różnym czasie.
-Kontrolowane chłodzenie:W przypadku elementów obrabianych o znacznych różnicach w przekroju poprzecznym, należy zabezpieczyć sekcje podlegające szybszemu stygnięciu materiałami takimi jak lina azbestowa lub blacha metalowa, aby zmniejszyć szybkość ich chłodzenia i uzyskać równomierne chłodzenie.
-Czas chłodzenia w wodzie: W przypadku przedmiotów obrabianych, których odkształcenia wynikają głównie z naprężeń strukturalnych, należy skrócić czas chłodzenia w wodzie. W przypadku przedmiotów obrabianych, których odkształcenia wynikają głównie z naprężeń cieplnych, należy wydłużyć czas chłodzenia w wodzie, aby zmniejszyć odkształcenia hartownicze.
Edytowane przez May Jiang z MAT Aluminum
Czas publikacji: 21-02-2024
