Värmebehandling av legeringar. Typer av värmebehandling

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Värmebehandling av legeringar är en integrerad del av produktionsprocessen för järn- och icke-järnmetallurgi. Som ett resultat av denna procedur kan metaller ändra sina egenskaper till de erforderliga värdena. I den här artikeln kommer vi att överväga de huvudsakliga typerna av värmebehandling som används i modern industri.

Värmebehandlingens kärna

Under tillverkningen av halvfabrikat värmebehandlas metalldelar för att ge dem önskade egenskaper (hållfasthet, motståndskraft mot korrosion och slitage, etc.). Värmebehandling av legeringar är en uppsättning artificiellt skapade processer under vilka strukturella och fysikaliska och mekaniska förändringar sker i legeringar under inverkan av höga temperaturer, men den kemiska sammansättningen av ämnet bevaras.

Syfte med värmebehandling

Metalprodukter som används dagligen inom alla sektorer av samhällsekonomin måste uppfylla höga krav på slitstyrka. Metall, som råmaterial, behöver förstärkas med nödvändiga prestandaegenskaper, vilket kan varautsättas för höga temperaturer. Värmebehandling av legeringar med höga temperaturer ändrar den ursprungliga strukturen hos ett ämne, omfördelar dess beståndsdelar, omvandlar storleken och formen på kristaller. Allt detta leder till minimering av metallens inre spänning och ökar därmed dess fysiska och mekaniska egenskaper.

Typer av värmebehandling

Värmebehandling av metallegeringar handlar om tre enkla processer: uppvärmning av råvaran (halvfabrikat) till önskad temperatur, att hålla den under de angivna förhållandena under den tid som krävs och snabb kylning. I modern produktion används flera typer av värmebehandling, som skiljer sig åt i vissa tekniska egenskaper, men processalgoritmen förblir i allmänhet densamma överallt.

Enligt metoden för att utföra värmebehandling finns det följande typer:

• Termisk (härdning, härdning, glödgning, åldrande, kryogen behandling).
• Termomekanisk behandling innebär högtemperaturbehandling kombinerat med mekanisk påverkan på legeringen.
• Kemisk-termisk innebär värmebehandling av metall, följt av anrikning av produktens yta med kemiska element (kol, kväve, krom, etc.).

glödgning

Glödgning är en tillverkningsprocess där metaller och legeringar värms upp till en förutbestämd temperatur och sedan, tillsammans med ugnen där proceduren ägde rum, svalnas mycket långsamt naturligt. Som ett resultat av glödgning är det möjligt att eliminera inhomogeniteterna i den kemiska sammansättningenämnen, lindra inre stress, uppnå en granulär struktur och förbättra den som sådan, samt minska hårdheten hos legeringen för att underlätta dess vidare bearbetning. Det finns två typer av glödgning: glödgning av det första och andra slaget.

Förstklassig glödgning innebär värmebehandling, som ett resultat av vilken det är liten eller ingen förändring i fastillståndet för legeringen. Den har också sina egna varianter: homogeniserad - glödgningstemperaturen är 1100-1200, under sådana förhållanden hålls legeringarna i 8-15 timmar, omkristallisation (vid t 100-200) glödgning används för nitat stål, det vill säga redan deformerat är kall.

Glödgning av det andra slaget leder till betydande fasförändringar i legeringen. Den har också flera varianter:

• Full glödgning - uppvärmning av legeringen 30-50 över det kritiska temperaturmärket som är karakteristiskt för detta ämne och kylning med den specificerade hastigheten (200 / timme - kolstål, 100 / timme och 50 / timme - låglegerad och hög -legerade stål, respektive).
• Ofullständig - uppvärmning till en kritisk punkt och långsam nedkylning.
• Diffusion - glödgningstemperatur 1100-1200.
• Isotermisk - uppvärmning sker på samma sätt som vid full glödgning, men därefter utförs snabb kylning till en temperatur något under den kritiska och lämnas att svalna i luft.
• Normaliserat - fullständig glödgning med efterföljande kylning av metallen i luft, och inte i en ugn.

Hardening

Temperering är manipulationmed en legering, vars syfte är att uppnå en martensitisk omvandling av metallen, vilket minskar produktens duktilitet och ökar dess hållfasthet. Släckning, såväl som glödgning, innebär att metallen värms upp i en ugn över den kritiska temperaturen till härdningstemperaturen, skillnaden ligger i den högre kylhastigheten som sker i vätskebadet. Beroende på metallen och till och med dess form används olika typer av härdning:

• Härdning i samma miljö, det vill säga i samma bad med vätska (vatten för stora delar, olja för små delar).
• Intermittent härdning - kylning sker i två på varandra följande steg: först i en vätska (ett skarpare kylmedel) till en temperatur på cirka 300, sedan i luft eller i ett annat oljebad.
• Steg - när produkten når härdningstemperaturen kyls den under en tid i smälta s alter, följt av kylning i luft.
• Isotermisk - teknik är mycket lik steghärdning, skiljer sig endast i hålltiden för produkten vid martensitisk omvandlingstemperatur.
• Självhärdande härdning skiljer sig från andra typer genom att den uppvärmda metallen inte kyls ned helt och lämnar ett varmt område i mitten av delen. Som ett resultat av denna manipulation får produkten egenskaperna med ökad styrka på ytan och hög viskositet i mitten. Denna kombination är nödvändig för slagverksinstrument (hammare, mejslar, etc.)

Semester

Anlöpning är det sista steget av värmebehandling av legeringar, vilket avgörmetallens slutliga struktur. Huvudsyftet med härdning är att minska sprödheten hos en metallprodukt. Principen är att värma delen till en temperatur under den kritiska temperaturen och kyla ner den. Eftersom värmebehandlingslägena och kylningshastigheten för metallprodukter för olika ändamål kan skilja sig åt, finns det tre typer av härdning:

• Hög - uppvärmningstemperaturen är från 350-600 till ett värde under det kritiska. Denna procedur används oftast för metallkonstruktioner.
• Medium - värmebehandling vid t 350-500, vanligt för fjäderprodukter och fjädrar.
• Låg - produktens uppvärmningstemperatur är inte högre än 250, vilket gör det möjligt att uppnå hög hållfasthet och slitstyrka hos delar.

Åldrande

Åldring är värmebehandling av legeringar som orsakar nedbrytningsprocesser av en övermättad metall efter härdning. Resultatet av åldrandet är en ökning av gränserna för hårdhet, utbyte och styrka hos den färdiga produkten. Inte bara gjutjärn utsätts för åldrande, utan även icke-järnmetaller, inklusive lätt deformerbara aluminiumlegeringar. Om en metallprodukt som utsätts för härdning hålls vid normal temperatur, sker processer i den som leder till en spontan ökning av styrkan och en minskning av duktiliteten. Detta kallas metallens naturliga åldrande. Om samma manipulation görs vid förhöjda temperaturer kommer det att kallas artificiellt åldrande.

Kryogenbehandling

Förändringar i legeringars struktur,vilket innebär att deras egenskaper inte bara kan uppnås genom höga, utan också genom extremt låga temperaturer. Värmebehandling av legeringar vid t under noll kallas kryogen. Denna teknik används i stor utsträckning inom olika sektorer av den nationella ekonomin som ett komplement till högtemperaturvärmebehandlingar, eftersom den avsevärt kan minska kostnaderna för termiska härdningsprocesser.

Kryogen behandling av legeringar utförs vid t -196 i en speciell kryogen processor. Denna teknik kan avsevärt öka den bearbetade delens livslängd och anti-korrosionsegenskaper, samt eliminera behovet av ombehandlingar.

Termo-mekanisk behandling

En ny metod för att bearbeta legeringar kombinerar bearbetning av metaller vid höga temperaturer med mekanisk deformation av produkter som är i plastiskt tillstånd. Termomekanisk behandling (TMT) enligt kompletteringsmetoden kan vara av tre typer:

• Lågtemperatur-TMT består av två steg: plastisk deformation följt av härdning och härdning av delen. Den största skillnaden från andra typer av TMT är uppvärmningstemperaturen till legeringens austenitiska tillstånd.
• TMT med hög temperatur innebär att en legering värms upp till ett martensitiskt tillstånd i kombination med plastisk deformation.
• Preliminär - deformation utförs vid t 20, följt av härdning och härdning av metallen.

Kemisk-termisk behandling

Ändra legeringars struktur och egenskaperdet är också möjligt med hjälp av kemisk-termisk behandling, som kombinerar termiska och kemiska effekter på metaller. Det slutliga målet med denna procedur, förutom att ge produkten ökad styrka, hårdhet och slitstyrka, är också att ge delen syrabeständighet och brandbeständighet. Denna grupp inkluderar följande typer av värmebehandling:

• Cementering utförs för att ge ytan på produkten ytterligare styrka. Kärnan i proceduren är att mätta metallen med kol. Karburering kan göras på två sätt: fast och gasförkolning. I det första fallet placeras det bearbetade materialet, tillsammans med kol och dess aktivator, i en ugn och värms upp till en viss temperatur, följt av att det hålls i denna miljö och kyls. Vid gasuppkolning värms produkten i en ugn upp till 900°C under en kontinuerlig ström av kolh altig gas.
• Nitrering är en kemisk-termisk behandling av metallprodukter genom att mätta deras yta i kvävemiljöer. Resultatet av denna procedur är en ökning av delens draghållfasthet och en ökning av dess korrosionsbeständighet.
• Cyanidering är metallens mättnad med kväve och kol samtidigt. Mediet kan vara flytande (smälta kol- och kväveh altiga s alter) och gasformigt.
• Diffusionsplätering är en modern metod för att ge metallprodukter värmebeständighet, syrabeständighet och slitstyrka. Ytan på sådana legeringar är mättad med olika metaller (aluminium, krom) och metalloider (kisel, bor).

Funktionervärmebehandling av gjutjärn

Gjutjärnslegeringar utsätts för värmebehandling med en något annan teknik än icke-järnmetallegeringar. Gjutjärn (grått, höghållfast, legerat) genomgår följande typer av värmebehandling: glödgning (vid t 500-650), normalisering, härdning (kontinuerlig, isotermisk, yt), härdning, nitrering (grå gjutjärn), aluminisering (perlitiskt gjutjärn), förkromning. Alla dessa procedurer förbättrar som ett resultat avsevärt egenskaperna hos de slutliga gjutjärnsprodukterna: öka livslängden, eliminera sannolikheten för sprickor under användning av produkten, öka styrkan och värmebeständigheten hos gjutjärnet.

Värmebehandling av icke-järnlegeringar

Icke-järnmetaller och legeringar har olika egenskaper från varandra, därför bearbetas de med olika metoder. Sålunda utsätts kopparlegeringar för omkristallisationsglödgning för att utjämna den kemiska sammansättningen. För mässing tillhandahålls lågtemperaturglödgningsteknik (200-300), eftersom denna legering är utsatt för spontan sprickbildning i en fuktig miljö. Brons utsätts för homogenisering och glödgning vid t upp till 550°C. Magnesium glödgas, släcks och utsätts för artificiellt åldrande (naturligt åldrande förekommer inte för släckt magnesium). Aluminium, liksom magnesium, genomgår tre värmebehandlingsmetoder: glödgning, härdning och åldring, varefter bearbetade aluminiumlegeringar ökar sin styrka avsevärt. Bearbetning av titanlegeringar inkluderar: omkristallisationsglödgning, härdning, åldring, nitrering och uppkolning.

CV

Värmebehandling av metaller och legeringar är den viktigaste tekniska processen inom både järn- och icke-järnmetallurgi. Modern teknik har en mängd olika värmebehandlingsmetoder för att uppnå de önskade egenskaperna för varje typ av bearbetade legeringar. Varje metall har sin egen kritiska temperatur, vilket innebär att värmebehandling bör utföras med hänsyn till ämnets strukturella och fysikalisk-kemiska egenskaper. I slutändan kommer detta inte bara att uppnå önskade resultat, utan också avsevärt effektivisera produktionsprocesserna.