Varmebehandling af legeringer. Typer af varmebehandling

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Varmebehandling af legeringer er en integreret del af produktionsprocessen for jernholdig og ikke-jernholdig metallurgi. Som et resultat af denne procedure er metaller i stand til at ændre deres egenskaber til de krævede værdier. I denne artikel vil vi overveje de vigtigste typer varmebehandling, der bruges i moderne industri.

Værmebehandlingens væsen

Under produktionen af halvfabrikata varmebehandles metaldele for at give dem de ønskede egenskaber (styrke, modstandsdygtighed over for korrosion og slid osv.). Varmebehandling af legeringer er et sæt af kunstigt skabte processer, hvorunder der sker strukturelle og fysiske og mekaniske ændringer i legeringer under påvirkning af høje temperaturer, men den kemiske sammensætning af stoffet bevares.

Formål med varmebehandling

Metalprodukter, der bruges dagligt i alle sektorer af den nationale økonomi, skal opfylde høje krav til slidstyrke. Metal, som råmateriale, skal styrkes med de nødvendige ydelsesegenskaber, som evtblive udsat for høje temperaturer. Varmebehandling af legeringer med høje temperaturer ændrer den oprindelige struktur af et stof, omfordeler dets bestanddele, omdanner størrelsen og formen af krystaller. Alt dette fører til minimering af metallets indre spænding og øger dermed dets fysiske og mekaniske egenskaber.

Typer af varmebehandling

Varmebehandling af metallegeringer kommer ned til tre simple processer: opvarmning af råmaterialet (halvfabrikata) til den ønskede temperatur, holde det under de specificerede forhold i den nødvendige tid og hurtig afkøling. I moderne produktion anvendes flere typer varmebehandling, som adskiller sig i nogle teknologiske funktioner, men procesalgoritmen forbliver generelt den samme over alt.

I henhold til metoden til at udføre varmebehandling er der følgende typer:

• Termisk (hærdning, temperering, udglødning, ældning, kryogen behandling).
• Termo-mekanisk behandling involverer højtemperaturbehandling kombineret med mekanisk påvirkning af legeringen.
• Kemisk-termisk indebærer varmebehandling af metal, efterfulgt af berigelse af produktets overflade med kemiske elementer (kulstof, nitrogen, krom osv.).

udglødning

Udglødning er en fremstillingsproces, hvor metaller og legeringer opvarmes til en forudbestemt temperatur og derefter sammen med den ovn, hvori proceduren fandt sted, afkøles meget langsomt naturligt. Som et resultat af annealing er det muligt at eliminere inhomogeniteterne af den kemiske sammensætningstoffer, lindrer intern stress, opnår en granulær struktur og forbedrer den som sådan, samt reducerer hårdheden af legeringen for at lette dens videre forarbejdning. Der er to typer af udglødning: udglødning af den første og anden type.

Førsteklasses udglødning indebærer varmebehandling, som et resultat af hvilken der er ringe eller ingen ændring i legeringens fasetilstand. Det har også sine egne varianter: homogeniseret - udglødningstemperaturen er 1100-1200, under sådanne forhold holdes legeringerne i 8-15 timer, omkrystallisation (ved t 100-200) udglødning bruges til nittet stål, det vil sige allerede deformeret er kold.

Udglødning af den anden slags fører til betydelige faseændringer i legeringen. Den har også flere varianter:

• Fuld udglødning - opvarmning af legeringen 30-50 over det kritiske temperaturmærke, der er karakteristisk for dette stof og afkøling med den specificerede hastighed (200 / time - kulstofstål, 100 / time og 50 / time - lavlegeret og høj -legerede stål, henholdsvis).
• Ufuldstændig - opvarmning til et kritisk punkt og langsom afkøling.
• Diffusion - udglødningstemperatur 1100-1200.
• Isotermisk - opvarmning sker på samme måde som ved fuld udglødning, men derefter udføres hurtig afkøling til en temperatur lidt under den kritiske og efterlades til afkøling i luft.
• Normaliseret - komplet udglødning med efterfølgende afkøling af metallet i luft, og ikke i en ovn.

Hærdering

Temperering er manipulationmed en legering, hvis formål er at opnå en martensitisk omdannelse af metallet, hvilket reducerer produktets duktilitet og øger dets styrke. Bratkøling, såvel som udglødning, involverer opvarmning af metallet i en ovn over den kritiske temperatur til bratkølingstemperaturen, forskellen ligger i den højere afkølingshastighed, der forekommer i væskebadet. Afhængigt af metallet og endda dets form, bruges forskellige typer hærdning:

• Hærdning i samme miljø, det vil sige i samme bad med væske (vand til store dele, olie til små dele).
• Intermitterende hærdning - afkøling finder sted i to på hinanden følgende trin: først i en væske (et skarpere kølemiddel) til en temperatur på ca. 300 °C, derefter i luft eller i et andet oliebad.
• Trindt - når produktet når hærdetemperaturen, afkøles det i nogen tid i smeltede s alte, efterfulgt af afkøling i luft.
• Isotermisk - teknologi ligner meget trinhærdning, adskiller sig kun i produktets holdetid ved den martensitiske transformationstemperatur.
• Selvhærdende hærdning adskiller sig fra andre typer ved, at det opvarmede metal ikke er fuldstændig afkølet, hvilket efterlader et varmt område i midten af delen. Som et resultat af denne manipulation opnår produktet egenskaberne med øget styrke på overfladen og høj viskositet i midten. Denne kombination er vigtig for slagtøjsinstrumenter (hamre, mejsler osv.)

Ferie

Anløbning er det sidste trin af varmebehandling af legeringer, som bestemmermetallets endelige struktur. Hovedformålet med temperering er at reducere et metalprodukts skørhed. Princippet er at opvarme delen til en temperatur under den kritiske temperatur og køle den ned. Da varmebehandlingstilstandene og afkølingshastigheden af metalprodukter til forskellige formål kan variere, er der tre typer af temperering:

• Høj - opvarmningstemperaturen er fra 350-600 til en værdi under den kritiske. Denne procedure bruges oftest til metalstrukturer.
• Medium - varmebehandling ved t 350-500, fælles for fjederprodukter og fjedre.
• Lav - produktets opvarmningstemperatur er ikke højere end 250, hvilket gør det muligt at opnå høj styrke og slidstyrke af delene.

Aging

Aldring er varmebehandling af legeringer, der forårsager nedbrydningsprocesserne af et overmættet metal efter bratkøling. Resultatet af aldring er en stigning i grænserne for hårdhed, udbytte og styrke af det færdige produkt. Ikke kun støbejern udsættes for ældning, men også ikke-jernholdige metaller, herunder let deformerbare aluminiumslegeringer. Hvis et metalprodukt, der er udsat for hærdning, holdes ved normal temperatur, sker der processer i det, der fører til en spontan stigning i styrke og et fald i duktilitet. Dette kaldes metallets naturlige ældning. Hvis den samme manipulation udføres ved forhøjede temperaturer, vil det blive kaldt kunstig aldring.

Kryogenbehandling

Ændringer i strukturen af legeringer,hvilket betyder, at deres egenskaber ikke kun kan opnås ved høje, men også ved ekstremt lave temperaturer. Termisk behandling af legeringer ved t under nul kaldes kryogen. Denne teknologi er meget udbredt i forskellige sektorer af den nationale økonomi som et supplement til højtemperatur varmebehandlinger, da den kan reducere omkostningerne ved termiske hærdningsprocesser betydeligt.

Kryogen behandling af legeringer udføres ved t -196 i en speciel kryogen processor. Denne teknologi kan betydeligt øge levetiden for den bearbejdede del og anti-korrosionsegenskaber, samt eliminere behovet for genbehandlinger.

Termo-mekanisk behandling

En ny metode til bearbejdning af legeringer kombinerer bearbejdning af metaller ved høje temperaturer med den mekaniske deformation af produkter, der er i plastisk tilstand. Termomekanisk behandling (TMT) i henhold til færdiggørelsesmetoden kan være af tre typer:

• Lavtemperatur-TMT består af to trin: plastisk deformation efterfulgt af bratkøling og anløbning af delen. Den største forskel fra andre typer TMT er opvarmningstemperaturen til legeringens austenitiske tilstand.
• Højtemperatur-TMT involverer opvarmning af en legering til en martensitisk tilstand i kombination med plastisk deformation.
• Foreløbig - deformation udføres ved t 20, efterfulgt af hærdning og anløbning af metallet.

Kemisk-termisk behandling

Ændre strukturen og egenskaberne af legeringerdet er også muligt ved hjælp af kemisk-termisk behandling, som kombinerer termiske og kemiske effekter på metaller. Det endelige mål med denne procedure, udover at bibringe produktet øget styrke, hårdhed og slidstyrke, er også at bibringe delen syrebestandighed og brandmodstand. Denne gruppe omfatter følgende typer varmebehandling:

• Cementering udføres for at give produktets overflade yderligere styrke. Essensen af proceduren er at mætte metallet med kulstof. Karburering kan udføres på to måder: fast og gas karburering. I det første tilfælde placeres det forarbejdede materiale sammen med kul og dets aktivator i en ovn og opvarmes til en bestemt temperatur, efterfulgt af at holde det i dette miljø og afkøle. I tilfælde af gaskarburering opvarmes produktet i en ovn op til 900°C under en kontinuerlig strøm af kulholdig gas.
• Nitrering er en kemisk-termisk behandling af metalprodukter ved at mætte deres overflade i nitrogenmiljøer. Resultatet af denne procedure er en stigning i delens trækstyrke og en stigning i dens korrosionsbestandighed.
• Cyanidering er mætning af metallet med nitrogen og kulstof på samme tid. Mediet kan være flydende (smeltede carbon- og nitrogenholdige s alte) og gasformigt.
• Diffusionsplettering er en moderne metode til at give metalprodukter varmebestandighed, syrebestandighed og slidstyrke. Overfladen af sådanne legeringer er mættet med forskellige metaller (aluminium, krom) og metalloider (silicium, bor).

Funktionervarmebehandling af støbejern

Støbejernslegeringer udsættes for varmebehandling ved hjælp af en lidt anden teknologi end ikke-jernholdige metallegeringer. Støbejern (grå, højstyrke, legeret) gennemgår følgende typer varmebehandling: udglødning (ved t 500-650), normalisering, hærdning (kontinuerlig, isotermisk, overflade), hærdning, nitrering (grå støbejern), aluminisering (perlitiske støbejern), forkromning. Alle disse procedurer forbedrer som et resultat væsentligt egenskaberne af de endelige støbejernsprodukter: øge levetiden, eliminere sandsynligheden for revner under brug af produktet, øge styrken og varmebestandigheden af støbejern.

Varmebehandling af ikke-jernholdige legeringer

Non-jernholdige metaller og legeringer har forskellige egenskaber fra hinanden, derfor behandles de ved forskellige metoder. Således udsættes kobberlegeringer for omkrystallisationsudglødning for at udligne den kemiske sammensætning. Til messing leveres lavtemperaturudglødningsteknologi (200-300), da denne legering er tilbøjelig til spontan revnedannelse i et fugtigt miljø. Bronze udsættes for homogenisering og udglødning ved t op til 550°C. Magnesium udglødes, standses og udsættes for kunstig ældning (naturlig aldring forekommer ikke for slukket magnesium). Aluminium gennemgår ligesom magnesium tre varmebehandlingsmetoder: udglødning, hærdning og ældning, hvorefter smedede aluminiumslegeringer øger deres styrke væsentligt. Forarbejdning af titanlegeringer omfatter: omkrystallisationsudglødning, hærdning, ældning, nitrering og karburering.

CV

Varmebehandling af metaller og legeringer er den vigtigste teknologiske proces i både jernholdig og ikke-jernholdig metallurgi. Moderne teknologier har en række forskellige varmebehandlingsmetoder for at opnå de ønskede egenskaber for hver type forarbejdede legeringer. Hvert metal har sin egen kritiske temperatur, hvilket betyder, at varmebehandling skal udføres under hensyntagen til stoffets strukturelle og fysisk-kemiske egenskaber. I sidste ende vil dette ikke kun opnå de ønskede resultater, men også i høj grad strømline produktionsprocesserne.