Podczas obróbki cieplnej aluminium i stopów aluminium często spotyka się różne problemy, takie jak:
-Niewłaściwe umieszczenie części: Może to prowadzić do deformacji części, często z powodu niewystarczającego odprowadzania ciepła przez czynnik hartujący z szybkością wystarczającą do osiągnięcia pożądanych właściwości mechanicznych.
-Szybkie nagrzewanie: Może to spowodować deformację termiczną;właściwe rozmieszczenie części pomaga zapewnić równomierne ogrzewanie.
-Przegrzanie: Może to prowadzić do częściowego stopienia lub stopienia eutektyki.
-Złuszczanie powierzchniowe/utlenianie w wysokiej temperaturze.
- Nadmierna lub niewystarczająca obróbka starzeniowa, które mogą skutkować utratą właściwości mechanicznych.
- Wahania parametrów czasu/temperatury/hartowania, które mogą powodować różnice we właściwościach mechanicznych i/lub fizycznych pomiędzy częściami i partiami.
-Dodatkowo słaba równomierność temperatury, niewystarczający czas izolacji i niewystarczające chłodzenie podczas obróbki cieplnej przesycającej mogą przyczynić się do niezadowalających wyników.
Obróbka cieplna jest kluczowym procesem termicznym w przemyśle aluminiowym, zagłębimy się w bardziej powiązaną wiedzę.
1.Obróbka wstępna
Procesy obróbki wstępnej, które poprawiają strukturę i łagodzą naprężenia przed hartowaniem, są korzystne dla zmniejszenia odkształceń.Obróbka wstępna zazwyczaj obejmuje procesy takie jak wyżarzanie sferoidyzujące i wyżarzanie odprężające, a w niektórych przypadkach stosuje się także obróbkę hartującą i odpuszczającą lub normalizującą.
Wyżarzanie odprężające: Podczas obróbki mogą powstać naprężenia szczątkowe ze względu na takie czynniki, jak metody obróbki, zaangażowanie narzędzia i prędkość skrawania.Nierównomierny rozkład tych naprężeń może prowadzić do odkształceń podczas hartowania.Aby złagodzić te skutki, konieczne jest wyżarzanie odprężające przed hartowaniem.Temperatura wyżarzania odprężającego wynosi zazwyczaj 500-700°C.Podczas ogrzewania w środowisku powietrznym stosuje się temperaturę 500-550°C z czasem przetrzymywania 2-3 godziny, aby zapobiec utlenianiu i odwęgleniu.Podczas ładowania należy wziąć pod uwagę odkształcenie części spowodowane ciężarem własnym, a inne procedury są podobne do standardowego wyżarzania.
Obróbka cieplna w celu poprawy struktury: Obejmuje to wyżarzanie sferoidyzujące, hartowanie i odpuszczanie oraz obróbkę normalizującą.
-Wyżarzanie sferoidyzujące: Niezbędna w przypadku węglowej i stopowej stali narzędziowej podczas obróbki cieplnej. Struktura uzyskana po wyżarzaniu sferoidyzującym znacząco wpływa na tendencję odkształceń podczas hartowania.Dostosowując strukturę po wyżarzaniu, można zmniejszyć regularne odkształcenia podczas hartowania.
-Inne metody obróbki wstępnej: Można zastosować różne metody w celu zmniejszenia odkształceń związanych z hartowaniem, takie jak hartowanie i odpuszczanie, obróbka normalizująca.Wybór odpowiednich obróbek wstępnych, takich jak hartowanie i odpuszczanie, obróbka normalizująca w oparciu o przyczynę odkształcenia i materiał części, może skutecznie zmniejszyć odkształcenie.Jednakże należy zachować ostrożność w przypadku naprężeń szczątkowych i wzrostu twardości po odpuszczaniu, zwłaszcza hartowanie i odpuszczanie może zmniejszyć rozszerzanie podczas hartowania w przypadku stali zawierających W i Mn, ale ma niewielki wpływ na zmniejszenie odkształcenia w przypadku stali takich jak GCr15.
W praktycznej produkcji identyfikacja przyczyny odkształcenia przy hartowaniu, niezależnie od tego, czy jest ona spowodowana naprężeniami szczątkowymi, czy złą strukturą, jest niezbędna do skutecznego leczenia.Wyżarzanie odprężające należy przeprowadzić w przypadku odkształceń spowodowanych naprężeniami szczątkowymi, podczas gdy zabiegi takie jak odpuszczanie zmieniające strukturę nie są konieczne i odwrotnie.Tylko wtedy można osiągnąć cel polegający na zmniejszeniu zniekształceń tłumiących, co pozwala obniżyć koszty i zapewnić jakość.
2. Hartowanie operacji ogrzewania
Temperatura hartowania: Temperatura hartowania znacząco wpływa na odkształcenia.Możemy osiągnąć cel polegający na zmniejszeniu odkształcenia poprzez dostosowanie temperatury hartowania lub zarezerwowany naddatek na obróbkę jest taki sam jak temperatura hartowania, aby osiągnąć cel zmniejszenia odkształcenia, lub rozsądnie wybrany i zarezerwowany naddatek na obróbkę i temperaturę hartowania po testach obróbki cieplnej , aby zmniejszyć późniejszy naddatek na obróbkę.Wpływ temperatury hartowania na odkształcenia hartownicze jest nie tylko związany z materiałem zastosowanym w przedmiocie obrabianym, ale także związany z rozmiarem i kształtem przedmiotu obrabianego.Gdy kształt i rozmiar przedmiotu obrabianego są bardzo różne, chociaż materiał przedmiotu obrabianego jest taki sam, tendencja do deformacji przy hartowaniu jest zupełnie inna i operator powinien zwrócić uwagę na tę sytuację w rzeczywistej produkcji.
Czas przetrzymywania hartowania: Wybór czasu przetrzymywania zapewnia nie tylko dokładne nagrzanie i osiągnięcie pożądanej twardości lub właściwości mechanicznych po hartowaniu, ale także uwzględnia jego wpływ na odkształcenia.Wydłużenie czasu hartowania zasadniczo zwiększa temperaturę hartowania, szczególnie zauważalną w przypadku stali wysokowęglowej i wysokochromowej.
Metody ładowania: Jeśli przedmiot obrabiany zostanie umieszczony w nieodpowiedniej formie podczas nagrzewania, spowoduje to odkształcenie na skutek ciężaru przedmiotu obrabianego lub odkształcenie w wyniku wzajemnego wyciskania przedmiotów obrabianych, lub odkształcenie w wyniku nierównomiernego nagrzewania i chłodzenia z powodu nadmiernego ułożenia przedmiotów w stosie.
Metoda ogrzewania: W przypadku detali o skomplikowanych kształtach i różnej grubości, szczególnie tych zawierających elementy o dużej zawartości węgla i stopów, kluczowy jest powolny i równomierny proces nagrzewania.Często konieczne jest zastosowanie podgrzewania wstępnego, czasami wymagającego wielu cykli podgrzewania.W przypadku większych detali, które nie zostały skutecznie poddane obróbce wstępnej poprzez podgrzewanie, zastosowanie pieca oporowego skrzynkowego z kontrolowanym ogrzewaniem może zmniejszyć odkształcenia spowodowane szybkim nagrzewaniem.
3. Działanie chłodzenia
Odkształcenie hartownicze wynika przede wszystkim z procesu chłodzenia.Właściwy dobór czynnika hartującego, umiejętna obsługa i każdy etap procesu chłodzenia bezpośrednio wpływają na odkształcenia hartownicze.
Wybór środka hartującego: Zapewniając pożądaną twardość po hartowaniu, należy preferować łagodniejsze środki hartujące, aby zminimalizować odkształcenia.Zaleca się stosowanie podgrzewanych kąpieli do chłodzenia (w celu ułatwienia prostowania, gdy część jest jeszcze gorąca) lub nawet chłodzenia powietrzem.Medium o szybkości chłodzenia pomiędzy wodą i olejem może również zastąpić podwójne medium woda-olej.
— Hartowanie poprzez chłodzenie powietrzem: Hartowanie chłodzone powietrzem skutecznie zmniejsza deformację hartowniczą stali szybkotnącej, chromowanej stali na formy i stali poddanej mikroodkształceniom chłodzonej powietrzem.W przypadku stali 3Cr2W8V, która nie wymaga dużej twardości po hartowaniu, można zastosować hartowanie w powietrzu w celu ograniczenia odkształceń poprzez odpowiednie dostosowanie temperatury hartowania.
—Chłodzenie i hartowanie oleju: olej jest medium hartującym o znacznie mniejszej szybkości chłodzenia niż woda, ale w przypadku detali o dużej hartowności, małych rozmiarach, złożonym kształcie i dużej skłonności do odkształceń, szybkość chłodzenia oleju jest zbyt duża, ale w przypadku detali o małych rozmiarach, ale słabej hartowność, szybkość chłodzenia oleju jest niewystarczająca.Aby rozwiązać powyższe sprzeczności i w pełni wykorzystać hartowanie w oleju w celu zmniejszenia deformacji przedmiotów obrabianych podczas hartowania, ludzie przyjęli metody dostosowywania temperatury oleju i zwiększania temperatury hartowania w celu zwiększenia wykorzystania oleju.
—Zmiana temperatury oleju hartowniczego: stosowanie tej samej temperatury oleju do hartowania w celu zmniejszenia odkształceń hartowniczych nadal stwarza następujące problemy, to znaczy, gdy temperatura oleju jest niska, odkształcenie podczas hartowania jest nadal duże, a gdy temperatura oleju jest wysoka, trudno jest zapewnić, że obrabiany przedmiot po hartowaniu twardości.Pod wpływem połączonego wpływu kształtu i materiału niektórych przedmiotów obrabianych, zwiększenie temperatury oleju hartowniczego może również zwiększyć jego odkształcenie.Dlatego bardzo konieczne jest określenie temperatury oleju hartowniczego po przejściu testu zgodnie z rzeczywistymi warunkami materiału przedmiotu obrabianego, wielkością i kształtem przekroju poprzecznego.
W przypadku stosowania do hartowania gorącego oleju, aby uniknąć pożaru wywołanego wysoką temperaturą oleju powstałą w wyniku hartowania i chłodzenia, w pobliżu zbiornika oleju należy umieścić niezbędny sprzęt przeciwpożarowy.Ponadto należy regularnie sprawdzać wskaźnik jakości oleju hartowniczego, a nowy olej należy na czas uzupełniać lub wymieniać.
— Zwiększ temperaturę hartowania: Ta metoda jest odpowiednia dla detali ze stali węglowej o małym przekroju poprzecznym i nieco większych detali ze stali stopowej, które nie mogą spełnić wymagań dotyczących twardości po nagrzaniu i utrwaleniu cieplnym w normalnych temperaturach hartowania i hartowaniu w oleju.Odpowiednio podnosząc temperaturę hartowania, a następnie hartowania w oleju, można uzyskać efekt hartowania i ograniczenia odkształceń.Stosując tę metodę do hartowania, należy zachować ostrożność, aby zapobiec problemom, takim jak gruboziarnistość ziaren, zmniejszenie właściwości mechanicznych i trwałości przedmiotu obrabianego z powodu podwyższonej temperatury hartowania.
—Klasyfikacja i hartowanie: Gdy twardość po hartowaniu może spełniać wymagania projektowe, należy w pełni wykorzystać klasyfikację i temperowanie ośrodka gorącej kąpieli, aby osiągnąć cel polegający na zmniejszeniu deformacji podczas hartowania.Metoda ta jest również skuteczna w przypadku stali konstrukcyjnej o małej hartowności i stali narzędziowej o małej hartowności, zwłaszcza stali matrycowej zawierającej chrom i detali ze stali szybkotnącej o wysokiej hartowności.Klasyfikacja ośrodka gorącej kąpieli oraz metoda chłodzenia poprzez odpuszczanie to podstawowe metody hartowania tego rodzaju stali.Podobnie jest również skuteczny w przypadku stali węglowych i niskostopowych stali konstrukcyjnych, które nie wymagają dużej twardości hartowania.
Podczas hartowania gorącą kąpielą należy zwrócić uwagę na następujące kwestie:
Po pierwsze, gdy do sortowania i hartowania izotermicznego stosowana jest kąpiel olejowa, temperatura oleju powinna być ściśle kontrolowana, aby zapobiec wystąpieniu pożaru.
Po drugie, przy hartowaniu gatunkami soli azotanowych zbiornik soli azotanowej powinien być wyposażony w niezbędne przyrządy i urządzenia do schładzania wodą.Aby zapoznać się z innymi środkami ostrożności, należy zapoznać się z odpowiednimi informacjami i nie będę ich tutaj powtarzać.
Po trzecie, podczas hartowania izotermicznego należy ściśle kontrolować temperaturę izotermiczną.Wysoka lub niska temperatura nie sprzyja zmniejszeniu odkształceń hartowniczych.Ponadto podczas hartowania należy wybrać sposób zawieszenia przedmiotu obrabianego, aby zapobiec odkształceniom spowodowanym ciężarem przedmiotu obrabianego.
Po czwarte, w przypadku stosowania hartowania izotermicznego lub stopniowanego w celu skorygowania kształtu przedmiotu obrabianego, gdy jest on gorący, oprzyrządowanie i osprzęt powinny być w pełni wyposażone, a działanie powinno być szybkie podczas pracy.Zapobiegaj niekorzystnemu wpływowi na jakość hartowania przedmiotu obrabianego.
Operacja chłodzenia: Umiejętne prowadzenie procesu chłodzenia ma istotny wpływ na hartowanie odkształceń, szczególnie w przypadku stosowania czynników hartujących wodę lub olej.
-Prawidłowy kierunek wejścia medium hartującego: Zwykle symetrycznie wyważone lub wydłużone przedmioty w kształcie pręta należy hartować pionowo w medium.Części asymetryczne można hartować pod kątem.Właściwy kierunek ma na celu zapewnienie równomiernego chłodzenia wszystkich części, przy czym wolniejsze obszary chłodzenia wchodzą do medium jako pierwsze, a następnie sekcje szybszego chłodzenia.W praktyce istotne jest uwzględnienie kształtu przedmiotu obrabianego i jego wpływu na prędkość chłodzenia.
-Ruch przedmiotów w ośrodku hartowniczym: Części wolno chłodzące powinny być skierowane w stronę medium chłodzącego.Symetrycznie ukształtowane przedmioty powinny podążać po zrównoważonej i jednolitej ścieżce w ośrodku, zachowując małą amplitudę i szybki ruch.W przypadku cienkich i wydłużonych detali stabilność podczas hartowania ma kluczowe znaczenie.Unikaj kołysania i rozważ użycie zacisków zamiast wiązania drutem, aby uzyskać lepszą kontrolę.
-Szybkość hartowania: Przedmioty obrabiane należy szybko schłodzić.Szczególnie w przypadku cienkich przedmiotów przypominających pręt, mniejsze prędkości hartowania mogą prowadzić do zwiększonego odkształcenia przy zginaniu i różnic w odkształceniu pomiędzy sekcjami hartowanymi w różnym czasie.
-Kontrolowane chłodzenie: W przypadku przedmiotów obrabianych o znacznych różnicach w wielkości przekroju poprzecznego należy zabezpieczyć sekcje szybciej schładzające się materiałami takimi jak lina azbestowa lub blacha, aby zmniejszyć szybkość ich chłodzenia i uzyskać równomierne chłodzenie.
-Czas chłodzenia w wodzie: W przypadku detali ulegających odkształceniom głównie na skutek naprężeń strukturalnych, należy skrócić czas ich chłodzenia w wodzie.W przypadku detali ulegających deformacji głównie na skutek naprężeń termicznych, należy wydłużyć czas ich chłodzenia w wodzie, aby zmniejszyć deformację po hartowaniu.
Pod redakcją May Jiang z MAT Aluminium
Czas publikacji: 21 lutego 2024 r
