For at få metalemnet til at have den nødvendige arbejdsydelse, er varmebehandlingsprocessen ofte afgørende. Varmebehandlingsprocessen omfatter generelt tre processer med opvarmning, varmekonservering og afkøling. På grund af forskellige processer er det opdelt i quenching, temperering, normalisering og annealing. Kan du se forskel?
01
Hvad er quenching?
Bratkølingen af stål er at opvarme stålet til en temperatur over den kritiske temperatur Ac3 (hypoeutectoid stål) eller Ac1 (hypereutectoid stål), holde det varmt i en periode for at gøre det helt eller delvist austenitiseret og derefter afkøle det med en kølehastighed større end den kritiske kølehastighed. En varmebehandlingsproces til hurtig og hurtig afkøling under Ms (eller isotermisk nær Ms) til martensit (eller bainit) transformation. Normalt kaldes den faste opløsningsbehandling af aluminiumslegering, kobberlegering, titanlegering, hærdet glas og andre materialer eller varmebehandlingsprocessen med hurtig afkølingsproces quenching.
Formålet med at slukke:
1) Forbedre de mekaniske egenskaber af metalprodukter eller dele. For eksempel: forbedring af hårdheden og slidstyrken af værktøjer, lejer osv., forøgelse af fjedres elastiske grænse, forbedring af de omfattende mekaniske egenskaber af akseldele osv.
2) Forbedre materialeegenskaberne eller kemiske egenskaber af nogle specialstål. Såsom at forbedre korrosionsbestandigheden af rustfrit stål, øge den permanente magnetisme af magnetisk stål osv.
Ved bratkøling og afkøling kræves udover det rimelige valg af bratkølingsmedium også korrekte bratkølingsmetoder. De almindeligt anvendte bratkølingsmetoder omfatter hovedsageligt enkelt-væske bratkøling, dobbelt-væske bratkøling, gradueret bratkøling, isotermisk bratkøling og delvis bratkøling.
Stålemner har følgende egenskaber efter bratkøling:
① Ubalancerede (det vil sige ustabile) strukturer som martensit, bainit og tilbageholdt austenit opnås.
② Der er en stor indre belastning.
③ De mekaniske egenskaber kan ikke opfylde kravene. Derfor skal stålemner generelt hærdes efter bratkøling.
02
Hvad er temperering?
Tempering er en varmebehandlingsproces, der opvarmer bratkølede metalprodukter eller dele til en bestemt temperatur og derefter afkøler dem på en bestemt måde efter at have holdt dem i en vis periode. Tempering er en operation, der udføres umiddelbart efter bratkøling, og er normalt den sidste varmebehandling af emnet. En proces, så den fælles proces med bratkøling og temperering kaldes slutbehandling.
Hovedformålet med quenching og temperering er at:
1) Reducer indre stress og reducere skørhed. Afkølede dele har stor stress og skørhed. Hvis de ikke tempereres i tide, vil de ofte deformeres eller endda revne.
2) Juster arbejdsemnets mekaniske egenskaber. Efter bratkøling har emnet høj hårdhed og høj skørhed. For at imødekomme de forskellige ydelseskrav for forskellige emner, kan den justeres ved hærdning, hårdhed, styrke, plasticitet og sejhed.
3) Stabil emnestørrelse. Den metallografiske struktur kan stabiliseres ved hærdning for at sikre, at der ikke opstår nogen deformation under fremtidig brug.
4) Forbedre skæreydelsen af nogle legerede stål.
Tempereringens rolle er at:
① Forbedre stabiliteten af strukturen, så emnet ikke længere vil gennemgå vævstransformation under brug, så den geometriske størrelse og ydeevne af emnet forbliver stabil.
② Eliminer indre spændinger for at forbedre arbejdsemnets ydeevne og stabilisere de geometriske dimensioner af emnet.
③ Juster stålets mekaniske egenskaber for at opfylde brugskravene.
Grunden til, at temperering har disse effekter, er, at når temperaturen stiger, øges atomernes aktivitet, og atomerne af jern, kulstof og andre legeringselementer i stål kan diffundere hurtigt for at realisere omlejringen af atomer og dermed gøre dem ustabile. Den ubalancerede organisation forvandler sig gradvist til en stabil balanceret organisation. Aflastningen af indre spændinger er også relateret til faldet i metalstyrke, når temperaturen stiger. Generelt, når stål er hærdet, falder hårdheden og styrken, og plasticiteten øges. Jo højere anløbningstemperaturen er, jo større er ændringen i disse mekaniske egenskaber. Nogle legerede stål med højt indhold af legeringselementer vil udfælde nogle finkornede metalforbindelser, når de hærdes i et bestemt temperaturområde, hvilket vil øge styrken og hårdheden. Dette fænomen kaldes sekundær hærdning.
Hærdningskrav: arbejdsemner med forskellig anvendelse bør hærdes ved forskellige temperaturer for at opfylde kravene i brug.
① Skæreværktøjer, lejer, karburerede og bratkølede dele og overfladeafkølede dele hærdes normalt ved en temperatur under 250 grader. Efter anløbning ved lav temperatur ændres hårdheden ikke meget, den indre spænding falder, og sejheden forbedres lidt.
② Fjederen er hærdet ved en medium temperatur ved 350-500 grad for at opnå høj elasticitet og nødvendig sejhed.
③ Dele, der er fremstillet af konstruktionsstål med medium kulstof, hærdes normalt ved en høj temperatur på 500-600 grader C for at opnå en god kombination af styrke og sejhed.
Når stål hærdes ved omkring 300 grader, øges dets skørhed ofte. Dette fænomen kaldes den første type af temperament skørhed. Generelt bør det ikke tempereres i dette temperaturområde. Nogle konstruktionsstål af medium kulstoflegering er også tilbøjelige til at blive skøre, hvis de langsomt afkøles til stuetemperatur efter anløbning ved høj temperatur. Dette fænomen kaldes den anden type af temperament skørhed. Tilsætning af molybdæn til stålet, eller afkøling i olie eller vand under anløbning, kan forhindre den anden type hærdeskørhed. Denne skørhed kan elimineres ved at genopvarme den anden type hærdet skørt stål til den oprindelige anløbningstemperatur.
I produktionen er det ofte baseret på kravene til arbejdsemnets ydeevne. I henhold til forskellige opvarmningstemperaturer er temperering opdelt i lavtemperaturtempering, mediumtemperaturtempering og højtemperaturtempering. Varmebehandlingsprocessen, der kombinerer bratkøling og efterfølgende højtemperaturtempering, kaldes bratkøling og temperering, det vil sige, at den har god plasticitet og sejhed, mens den har høj styrke.
1) Anløbning ved lav temperatur: 150-250 grad, M gange, reducere intern belastning og skørhed, forbedre plastik sejhed, have højere hårdhed og slidstyrke. Anvendes til fremstilling af måleværktøj, knive og rullelejer mv.
2) Anløbning ved middel temperatur: 350-500 grad, T-tid, med høj elasticitet, vis plasticitet og hårdhed. Bruges til fremstilling af fjedre, smedning af matricer osv.
3) Højtemperaturtempering: 500-650 grad , S-tempering, med gode omfattende mekaniske egenskaber. Bruges til at lave gear, krumtapaksler mv.
03
Hvad er normalisering?
Normalisering er en varmebehandling, der forbedrer stålets sejhed. Efter at stålelementet er opvarmet til 30-50 grad over Ac3-temperaturen, opbevares det i et stykke tid og luftkøles derefter. Hovedegenskaben er, at afkølingshastigheden er hurtigere end udglødning og lavere end bratkøling. Under normalisering kan krystalkornene af stål raffineres i en lidt hurtigere afkøling, ikke kun kan opnå tilfredsstillende styrke, men kan også betydeligt forbedre sejheden (AKV-værdi), reducere revne-tendensen af komponenter. Efter nogle lavlegerede varmvalsede stålplader, lavlegeret stålsmedning og støbegods er normaliseret, kan materialets omfattende mekaniske egenskaber forbedres betydeligt, og skæreydelsen er også forbedret.
Normalisering har følgende formål og anvendelser:
① For hypoeutectoid stål bruges normalisering til at eliminere den overophedede grovkornede struktur og Widmanstatten struktur af støbegods, smedegods og svejsninger, og den båndede struktur i valsede materialer; raffinere korn; og kan bruges som forvarmebehandling før bratkøling.
② For hypereutectoid stål kan normalisering eliminere retikulær sekundær cementit og forfine perlit, hvilket ikke kun forbedrer de mekaniske egenskaber, men også letter efterfølgende sfæroidiserende udglødning.
③ For tynde stålplader med lavt kulstofindhold kan normalisering eliminere fri cementit ved korngrænser for at forbedre deres dybtrækkende egenskaber.
④ For lav-carbon stål og lav-carbon lav-legeret stål, brug normalisering for at opnå en mere fin-flaky perlit struktur, øge hårdheden til HB140-190, undgå fænomenet "klæbende kniv" under skæring, og forbedre bearbejdelighed. For medium kulstofstål, når både normalisering og udglødning kan bruges, er det mere økonomisk og bekvemt at bruge normalisering.
⑤ For almindeligt mellemkulstof konstruktionsstål kan normalisering bruges i stedet for bratkøling og højtemperaturhærdning, når de mekaniske egenskaber ikke er høje, hvilket ikke kun er let at betjene, men også stabiliserer stålets struktur og størrelse.
⑥ Normalisering ved høj temperatur (150-200 grad over Ac3) kan reducere sammensætningsadskillelsen af støbegods og smedegods på grund af den høje diffusionshastighed ved høj temperatur. Grove korn efter normalisering ved høj temperatur kan raffineres ved efterfølgende normalisering ved en anden lavere temperatur.
⑦ For nogle lav- og mellemkulstoflegerede stål, der anvendes i dampturbiner og kedler, bruges normalisering ofte for at opnå bainitstruktur og derefter hærdet ved høj temperatur. Den har god krybemodstand, når den bruges ved 400-550 grader.
⑧ Ud over ståldele og stålprodukter anvendes normalisering også i vid udstrækning til varmebehandling af duktilt jern for at opnå en perlitmatrix og forbedre styrken af duktilt jern.
Da normalisering er karakteriseret ved luftkøling, har omgivelsestemperaturen, stablingsmetoden, luftstrømmen og emnestørrelsen alle indflydelse på strukturen og ydeevnen efter normalisering. Den normaliserede struktur kan også bruges som en klassificeringsmetode for legeret stål. Generelt er legeret stål opdelt i perlitstål, bainitstål, martensitisk stål og austenitisk stål i henhold til mikrostrukturen opnået ved opvarmning af en prøve med en diameter på 25 mm til 900 grader og luftkøling.
04
Hvad er udglødning?
Udglødning er en metalvarmebehandlingsproces, hvor metallet langsomt opvarmes til en bestemt temperatur, holdes i tilstrækkelig tid og derefter afkøles med en passende hastighed. Udglødningsvarmebehandling er opdelt i fuldstændig udglødning, ufuldstændig udglødning og afspændingsglødning. De mekaniske egenskaber af udglødede materialer kan detekteres ved trækprøve eller hårdhedstest. Mange stålprodukter leveres i tilstanden af udglødning og varmebehandling. Rockwell hårdhedstester kan bruges til at teste hårdheden af stål. Til tyndere stålplader, stålstrimler og tyndvæggede stålrør kan overflade Rockwell hårdhedstestere bruges til at teste HRT hårdhed. .
Formålet med udglødning er at:
① Forbedre eller eliminere forskellige strukturelle defekter og resterende spændinger forårsaget af stålstøbning, smedning, valsning og svejsning, og forhindre deformation og revner af emner.
② Blødgør emnet til skæring.
③ Forfining af kornene og forbedring af strukturen for at forbedre arbejdsemnets mekaniske egenskaber.
④ Foretag organisatoriske forberedelser til den endelige varmebehandling (nedkøling, temperering).
De almindeligt anvendte udglødningsprocesser er:
① Fuldt udglødet. Det bruges til at forfine den grove overhedede struktur med dårlige mekaniske egenskaber efter støbning, smedning og svejsning af medium og lavt kulstofstål. Opvarm emnet til 30-50 grad over den temperatur, hvor ferrit fuldstændigt omdannes til austenit, hold det varmt i en periode, og køl derefter langsomt med ovnen. Under afkølingsprocessen vil austenitten transformeres igen for at gøre stålstrukturen tyndere.
② Sfæroidiserende udglødning. Det bruges til at reducere den høje hårdhed af værktøjsstål og lejestål efter smedning. Emnet opvarmes til 20-40 grad over den temperatur, hvor stålet begynder at danne austenit, og afkøles derefter langsomt efter varmekonservering. Under afkølingsprocessen bliver den lamelformede cementit i perlitten sfærisk, hvorved hårdheden reduceres.
③ Isotermisk udglødning. Det bruges til at reducere den høje hårdhed af nogle legerede konstruktionsstål med højt nikkel- og kromindhold til skæring. Generelt afkøles det først til den mest ustabile temperatur af austenit med en hurtigere hastighed, og austenitten omdannes til troostit eller sorbit i et passende tidsrum, og hårdheden kan reduceres.
④ Rekrystallisationsudglødning. Det bruges til at eliminere hærdningsfænomenet (stigning i hårdhed og fald i plasticitet) af metaltråd og tynd plade i processen med koldtrækning og koldvalsning. Opvarmningstemperaturen er generelt 50-150 grader under den temperatur, hvor stålet begynder at danne austenit. Kun på denne måde kan den arbejdshærdende effekt elimineres og metallet blødgøres.
⑤ Grafitiseringsudglødning. Det bruges til at omdanne støbejern, der indeholder en stor mængde cementit, til formbart støbejern med god plasticitet. Processen består i at opvarme støbegodset til omkring 950 grader, holde det varmt i en vis periode og derefter afkøle det ordentligt for at nedbryde cementitten til en gruppe af flokkulent grafit.
⑥ Diffusionsudglødning. Det bruges til at homogenisere den kemiske sammensætning af legeringsstøbegods og forbedre deres ydeevne. Metoden går ud på at opvarme støbegodset til den højest mulige temperatur uden at smelte, og holde det varmt i lang tid og derefter afkøle langsomt efter diffusion af forskellige elementer i legeringen har tendens til at blive jævnt fordelt.
⑦ Afspændingsudglødning. Anvendes til at eliminere den indre belastning af stålstøbegods og svejsninger. For jern- og stålprodukter, der er opvarmet til 100-200 grad under den temperatur, ved hvilken austenit begynder at dannes, kan afkøling i luft efter varmekonservering eliminere indre stress
