Seosten lämpökäsittely. Lämpökäsittelyn tyypit

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Seosten lämpökäsittely on olennainen osa rauta- ja ei-rautametallien tuotantoprosessia. Tämän menettelyn tuloksena metallit voivat muuttaa ominaisuuksiaan vaadituiksi arvoiksi. Tässä artikkelissa tarkastelemme tärkeimpiä nykyaikaisessa teollisuudessa käytettyjä lämpökäsittelytyyppejä.

Lämpökäsittelyn ydin

Puolivalmiiden tuotteiden valmistuksen aikana metalliosat lämpökäsitellään, jotta niille saadaan halutut ominaisuudet (lujuus, korroosion- ja kulumiskestävyys jne.). Seosten lämpökäsittely on joukko keinotekoisesti luotuja prosesseja, joiden aikana seoksissa tapahtuu rakenteellisia ja fysikaalisia ja mekaanisia muutoksia korkeiden lämpötilojen vaikutuksesta, mutta aineen kemiallinen koostumus säilyy.

Lämpökäsittelyn tarkoitus

Metallituotteiden, joita käytetään päivittäin kaikilla kansantalouden sektoreilla, tulee täyttää korkeat kulutuskestävyysvaatimukset. Metallia raaka-aineena on vahvistettava tarvittavilla suorituskykyominaisuuksilla, joita voi olla altistua korkeille lämpötiloille. Seosten lämpökäsittely korkeissa lämpötiloissa muuttaa aineen alkuperäistä rakennetta, jakaa uudelleen sen aineosat, muuttaa kiteiden kokoa ja muotoa. Kaikki tämä johtaa metallin sisäisen jännityksen minimoimiseen ja siten lisää sen fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia.

Lämpökäsittelytyypit

Metalliseosten lämpökäsittely koostuu kolmesta yksinkertaisesta prosessista: raaka-aineen (puolivalmisteen) kuumentaminen haluttuun lämpötilaan, sen pitäminen määritellyissä olosuhteissa vaaditun ajan ja nopea jäähdytys. Nykyaikaisessa tuotannossa käytetään useita lämpökäsittelytyyppejä, jotka eroavat joidenkin teknisten ominaisuuksien os alta, mutta prosessialgoritmi pysyy yleisesti ottaen samana kaikkialla.

Lämpökäsittelyn suoritustavan mukaan on olemassa seuraavat tyypit:

• Lämpö (kovettuminen, karkaisu, hehkutus, vanhentaminen, kryogeeninen käsittely).
• Termomekaaninen käsittely sisältää korkean lämpötilan käsittelyn yhdistettynä metalliseokseen kohdistuvaan mekaaniseen vaikutukseen.
• Chemico-thermal sisältää metallin lämpökäsittelyn, jota seuraa tuotteen pinnan rikastaminen kemiallisilla alkuaineilla (hiili, typpi, kromi jne.).

Hehkutus

Hehkutus on valmistusprosessi, jossa metallit ja seokset kuumennetaan enn alta määrättyyn lämpötilaan ja sitten yhdessä uunin kanssa, jossa toimenpide suoritettiin, jäähtyvät hyvin hitaasti luonnollisesti. Hehkutuksen tuloksena on mahdollista eliminoida kemiallisen koostumuksen epähomogeenisuudetaineita, lievittää sisäistä jännitystä, saavuttaa rakeisen rakenteen ja parantaa sitä sellaisenaan sekä vähentää seoksen kovuutta sen jatkokäsittelyn helpottamiseksi. Hehkutusta on kahta tyyppiä: ensimmäisen ja toisen tyyppinen hehkutus.

Ensimmäisen luokan hehkutus edellyttää lämpökäsittelyä, jonka seurauksena lejeeringin faasitilassa on vain vähän tai ei ollenkaan muutosta. Sillä on myös omat lajikkeet: homogenoitu - hehkutuslämpötila on 1100-1200, sellaisissa olosuhteissa seoksia säilytetään 8-15 tuntia, uudelleenkiteytys (t 100-200) hehkutusta käytetään niitatussa teräksessä, eli jo muotoiltu. olla kylmä.

Toisen tyyppinen hehkutus johtaa merkittäviin faasimuutoksiin lejeeringissä. Sillä on myös useita lajikkeita:

• Täysi hehkutus - seoksen kuumennus 30-50 °C tälle aineelle ominaisen kriittisen lämpötilamerkin yläpuolelle ja jäähdytys määritetyllä nopeudella (200 / tunti - hiiliteräkset, 100 / tunti ja 50 / tunti - niukkaseosteinen ja korkea -seosteräkset).
• Epätäydellinen - lämmitys kriittiseen pisteeseen ja hidas jäähtyminen.
• Diffuusio - hehkutuslämpötila 1100-1200.
• Isoterminen - lämmitys tapahtuu samalla tavalla kuin täydessä hehkutuksessa, mutta sen jälkeen suoritetaan nopea jäähdytys hieman kriittisen lämpötilan alapuolelle ja jätetään jäähtymään ilmaan.
• Normaloitu - täydellinen hehkutus, jonka jälkeen metalli jäähdytetään ilmassa, ei uunissa.

Karkaistuminen

Temperointi on manipulointialejeeringillä, jonka tarkoituksena on saada aikaan metallin martensiittinen muunnos, joka vähentää tuotteen sitkeyttä ja lisää sen lujuutta. Sammutukseen, samoin kuin hehkutukseen, liittyy metallin kuumentaminen uunissa kriittisen lämpötilan yläpuolelle karkaisulämpötilaan, ero on korkeammassa jäähdytysnopeudessa, joka tapahtuu nestekylvyssä. Metallista ja jopa sen muodosta riippuen käytetään erilaisia karkaisutyyppejä:

• Kovettuminen samassa ympäristössä, eli samassa kylvyssä nesteen kanssa (vesi suurille osille, öljy pienille osille).
• Jaksottainen kovettuminen - jäähdytys tapahtuu kahdessa peräkkäisessä vaiheessa: ensin nesteessä (terävämpi jäähdytysneste) noin 300 °C:n lämpötilaan, sitten ilmassa tai toisessa öljyhauteessa.
• Askelmainen - kun tuote saavuttaa kovettumislämpötilan, sitä jäähdytetään jonkin aikaa sulaissa suoloissa, minkä jälkeen jäähdytetään ilmassa.
• Isoterminen - tekniikka on hyvin samanlainen kuin porraskarkaisu, eroaa vain tuotteen pitoajasta martensiittisessa muunnoslämpötilassa.
• Itsekarkaistuva karkaisu eroaa muista tyypeistä siinä, että kuumennettu metalli ei jäähdy kokonaan, jolloin kappaleen keskelle jää lämmin alue. Tämän käsittelyn seurauksena tuote saa pinnalla lisääntyneen lujuuden ja keskellä korkean viskositeetin ominaisuudet. Tämä yhdistelmä on välttämätön lyömäsoittimille (vasarat, t altat jne.)

Loma

Karkaisu on seosten lämpökäsittelyn viimeinen vaihe, joka määrittäämetallin lopullinen rakenne. Karkaisun päätarkoitus on vähentää metallituotteen haurautta. Periaatteena on lämmittää osa kriittisen lämpötilan alapuolelle ja jäähdyttää se. Koska eri tarkoituksiin käytettävien metallituotteiden lämpökäsittelytavat ja jäähdytysnopeus voivat vaihdella, karkaisua on kolmenlaisia:

• Korkea - lämmityslämpötila on 350-600 astetta kriittisen arvon alapuolelle. Tätä menetelmää käytetään useimmiten metallirakenteissa.
• Medium - lämpökäsittely t 350-500, yleinen jousituotteille ja jousille.
• Matala - tuotteen lämmityslämpötila ei ole korkeampi kuin 250, mikä mahdollistaa osien korkean lujuuden ja kulutuskestävyyden saavuttamisen.

Ikääntyminen

Vanhentaminen on seosten lämpökäsittelyä, joka aiheuttaa ylikyllästyneen metallin hajoamisprosesseja sammutuksen jälkeen. Vanhenemisen seurauksena valmiin tuotteen kovuus, myötö ja lujuus kasvavat. Valurauta ei vanhene, vaan myös ei-rautametallit, mukaan lukien helposti muotoutuvat alumiiniseokset. Jos kovettunut metallituote säilytetään normaalissa lämpötilassa, siinä tapahtuu prosesseja, jotka johtavat spontaanisti lujuuden lisääntymiseen ja sitkeyden heikkenemiseen. Tätä kutsutaan metallin luonnolliseksi ikääntymiseksi. Jos sama käsittely tehdään korkeissa lämpötiloissa, sitä kutsutaan keinotekoiseksi ikääntymiseksi.

Kryogeeninen hoito

Seosten rakenteen muutokset,mikä tarkoittaa, että niiden ominaisuudet voidaan saavuttaa paitsi korkeilla, myös erittäin matalilla lämpötiloilla. Seosten lämpökäsittelyä t alle nollassa kutsutaan kryogeeniseksi. Tätä tekniikkaa käytetään laajasti kansantalouden eri sektoreilla täydennyksenä korkean lämpötilan lämpökäsittelyille, koska se voi merkittävästi vähentää lämpökarkaisuprosessien kustannuksia.

Seosten kryogeeninen käsittely suoritetaan lämpötilassa t -196 erityisellä kryogeenisellä prosessorilla. Tämä tekniikka voi merkittävästi pidentää koneistetun osan käyttöikää ja korroosionestoominaisuuksia sekä eliminoida uudelleenkäsittelyn tarpeen.

Termomekaaninen käsittely

Uusi metalliseosten käsittelymenetelmä yhdistää metallien käsittelyn korkeissa lämpötiloissa muovisessa tilassa olevien tuotteiden mekaaniseen muodonmuutokseen. Termomekaaninen käsittely (TMT) viimeistelymenetelmän mukaan voi olla kolmen tyyppistä:

• Matalan lämpötilan TMT koostuu kahdesta vaiheesta: plastinen muodonmuutos, jota seuraa osan karkaisu ja karkaisu. Suurin ero muihin TMT-tyyppeihin on lämmityslämpötila lejeeringin austeniittiseen tilaan.
• Korkean lämpötilan TMT sisältää seoksen kuumentamisen martensiittiseen tilaan yhdessä plastisen muodonmuutoksen kanssa.
• Alustava - muodonmuutos suoritetaan t 20:ssa, jota seuraa metallin karkaisu ja karkaisu.

Kemiallinen-lämpökäsittely

Muuta seosten rakennetta ja ominaisuuksiase on mahdollista myös kemiallis-lämpökäsittelyn avulla, jossa yhdistyvät metallien lämpö- ja kemialliset vaikutukset. Tämän toimenpiteen perimmäisenä tavoitteena on tuotteen lujuuden, kovuuden ja kulutuskestävyyden lisäämisen lisäksi myös osan haponkestävyyden ja palonkestävyyden lisääminen. Tämä ryhmä sisältää seuraavat lämpökäsittelytyypit:

• Sementointi suoritetaan tuotteen pinnan lujuuden lisäämiseksi. Menettelyn ydin on metallin kyllästäminen hiilellä. Hiiletys voidaan tehdä kahdella tavalla: kiinteä- ja kaasuhiiletys. Ensimmäisessä tapauksessa prosessoitu materiaali yhdessä hiilen ja sen aktivaattorin kanssa asetetaan uuniin ja kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan, minkä jälkeen sitä pidetään tässä ympäristössä ja jäähdytetään. Kaasuhiiletyksessä tuote kuumennetaan uunissa 900 °C:seen jatkuvassa hiilipitoisessa kaasuvirrassa.
• Nitraus on metallituotteiden kemiallis-lämpökäsittely kyllästämällä niiden pinta typpiympäristöissä. Tämän toimenpiteen seurauksena osan vetolujuus kasvaa ja sen korroosionkestävyys paranee.
• Syanidaatio on metallin kyllästyminen typellä ja hiilellä samanaikaisesti. Väliaine voi olla nestemäistä (sulaa hiiltä ja typpeä sisältävät suolat) ja kaasumaista.
• Diffuusiopinnoitus on moderni menetelmä lämmön-, haponkestävyyden ja kulutuskestävyyden aikaansaamiseksi metallituotteille. Tällaisten metalliseosten pinta on kyllästetty erilaisilla metalleilla (alumiini, kromi) ja metalloideilla (pii, boori).

Ominaisuudetvaluraudan lämpökäsittely

Valurautaseokset lämpökäsitellään hieman eri tekniikalla kuin ei-rautametalliseokset. Valurauta (harmaa, luja, seostettu) läpikäy seuraavantyyppiset lämpökäsittelyt: hehkutus (t 500-650), normalisointi, karkaisu (jatkuva, isoterminen, pinta), karkaisu, nitraus (harmaat valuraudat), aluminointi (perliittivaluraudat), kromaus. Kaikki nämä toimenpiteet parantavat merkittävästi lopullisten valurautatuotteiden ominaisuuksia: pidentävät käyttöikää, poistavat halkeamien todennäköisyyttä tuotteen käytön aikana, lisäävät valuraudan lujuutta ja lämmönkestävyyttä.

Ei-rautametalliseosten lämpökäsittely

Epärautametallien ja metalliseosten ominaisuudet eroavat toisistaan, joten niitä käsitellään eri menetelmin. Siten kuparilejeeringeille suoritetaan uudelleenkiteytyshehkutus kemiallisen koostumuksen tasaamiseksi. Messingille tarjotaan matalan lämpötilan hehkutustekniikka (200-300), koska tämä seos on altis spontaanille halkeilulle kosteassa ympäristössä. Pronssi homogenisoidaan ja hehkutetaan t 550 °C:ssa. Magnesium hehkutetaan, sammutetaan ja ikäännetään keinotekoisesti (karkaistulle magnesiumille ei tapahdu luonnollista ikääntymistä). Alumiinille, kuten magnesiumille, tehdään kolme lämpökäsittelymenetelmää: hehkutus, kovettuminen ja vanhentaminen, minkä jälkeen muokatut alumiiniseokset lisäävät merkittävästi niiden lujuutta. Titaaniseosten prosessointi sisältää: uudelleenkiteytyshehkutuksen, kovettamisen, vanhentamisen, nitrauksen ja hiiletyksen.

CV

Metallien ja metalliseosten lämpökäsittely on tärkein teknologinen prosessi sekä rauta- että ei-rautametallien metallurgiassa. Nykyaikaisilla tekniikoilla on erilaisia lämpökäsittelymenetelmiä, joilla saavutetaan kunkin tyyppisten jalostettujen metalliseosten halutut ominaisuudet. Jokaisella metallilla on oma kriittinen lämpötilansa, mikä tarkoittaa, että lämpökäsittely tulee suorittaa ottaen huomioon aineen rakenteelliset ja fysikaalis-kemialliset ominaisuudet. Loppujen lopuksi tämä ei ainoastaan saavuta haluttuja tuloksia, vaan myös virtaviivaistaa tuotantoprosesseja merkittävästi.