Toplinska obrada odnosi se na proces toplinske obrade metala u kojem se materijali zagrijavaju, održavaju toplima i hlade u čvrstom stanju kako bi se dobila željena struktura i svojstva.
1. Toplinska obrada
1. Normaliziranje: Zagrijte čelik ili čelične dijelove na odgovarajuću temperaturu iznad kritične točke AC3 ili ACM, držite određeno vrijeme, a zatim ohladite na zraku kako biste dobili strukturu sličnu perlitu.
2. Žarenje: Zagrijte hipoeutektoidni čelični izradak na 20-40 stupnjeva iznad AC3, držite ga toplim neko vrijeme, a zatim ga polako ohladite u peći (ili ga zakopajte u pijesak ili vapno) na ispod 500 stupnjeva i ohladite ga na zraku. .
3. Toplinska obrada otopine: Zagrijte leguru do visokotemperaturne jednofazne zone i držite je na konstantnoj temperaturi, tako da se višak faze može potpuno otopiti u krutu otopinu, a zatim brzo ohladite kako biste dobili prezasićenu krutu otopinu postupak toplinske obrade.
4. Starenje: Nakon što je legura podvrgnuta toplinskoj obradi u otopini ili hladnoj plastičnoj deformaciji, njezina se svojstva mijenjaju s vremenom kada se stavi na sobnu temperaturu ili malo višu od sobne temperature.
5. Obrada otopinom: potpuno otopiti različite faze u leguri, ojačati krutu otopinu, poboljšati žilavost i otpornost na koroziju, eliminirati stres i omekšati, kako bi se nastavila obrada i oblikovanje.
6. Tretman starenjem: zagrijavati i držati na toplom na temperaturi na kojoj se taloži faza ojačavanja, tako da se faza ojačavanja istaloži, stvrdne i poveća čvrstoću.
7. Kaljenje: Proces toplinske obrade u kojem se čelik austenitizira i hladi odgovarajućom brzinom hlađenja, tako da obradak prolazi kroz martenzitne i druge nestabilne strukturne transformacije u cijelom poprečnom presjeku ili unutar određenog raspona.
8. Kaljenje: Zagrijte kaljeni obradak na odgovarajuću temperaturu ispod kritične točke AC1 određeno vrijeme, a zatim ga ohladite metodom koja ispunjava zahtjeve za dobivanje potrebne strukture i performansi.
9. Karbonitrizacija čelika: Karbonitrizacija je proces infiltracije ugljika i dušika u površinu čelika u isto vrijeme. Tradicionalno se karbonitriranje naziva i cijanizacija, a široko se koriste plinsko nitriranje na srednjoj temperaturi i plinsko nitriranje na niskim temperaturama (tj. plinsko meko nitriranje). Glavna svrha karbonitriranja plinom na srednjoj temperaturi je poboljšati tvrdoću, otpornost na trošenje i čvrstoću čelika na zamor. Niskotemperaturno plinsko karbonitriranje je uglavnom nitriranje, a glavna mu je svrha poboljšati otpornost na habanje i otpornost na zagušenje čelika.
10. Kaljenje i kaljenje: Općenito, toplinska obrada koja kombinira kaljenje i kaljenje na visokoj temperaturi naziva se kaljenje i kaljenje. Tretman kaljenjem i temperiranjem naširoko se koristi u raznim važnim konstrukcijskim dijelovima, posebno u onim klipnjačama, vijcima, zupčanicima i vratilima koji rade pod izmjeničnim opterećenjima. Nakon tretmana kaljenjem i popuštanjem, dobiva se temperirana struktura sorbita, a njegova mehanička svojstva bolja su od normalizirane strukture sorbita iste tvrdoće. Njegova tvrdoća ovisi o temperaturi kaljenja na visokoj temperaturi i povezana je sa stabilnošću čelika pri kaljenju i veličinom poprečnog presjeka obratka, općenito između HB200-350.
11. Lemljenje: Postupak toplinske obrade u kojem se dva izratka zagrijavaju, tope i spajaju lemom.
2. Karakteristike procesa
Toplinska obrada metala jedan je od važnih procesa u strojarskoj proizvodnji. U usporedbi s drugim tehnikama obrade, toplinska obrada općenito ne mijenja oblik i ukupni kemijski sastav izratka, ali mijenja mikrostrukturu unutar izratka ili mijenja kemijski sastav površine izratka. , za postizanje ili poboljšanje performansi obratka. Karakterizira ga poboljšanje intrinzične kvalitete izratka, koja općenito nije vidljiva golim okom. Kako bi metalni obradaci imali potrebna mehanička svojstva, fizikalna svojstva i kemijska svojstva, pored razumnog odabira materijala i različitih procesa oblikovanja, često su bitni i postupci toplinske obrade. Čelik je najrašireniji materijal u industriji strojeva. Mikrostruktura čelika je složena i može se kontrolirati toplinskom obradom. Stoga je toplinska obrada čelika glavni sadržaj toplinske obrade metala. Osim toga, aluminij, bakar, magnezij, titan itd. i njihove legure također mogu mijenjati svoja mehanička, fizikalna i kemijska svojstva toplinskom obradom kako bi dobili različite performanse.
3. Proces
Proces toplinske obrade općenito uključuje grijanje, izolaciju, tri procesa hlađenja, ponekad ima samo dva procesa grijanja i hlađenja. Ti su procesi međusobno povezani i ne mogu se prekinuti.
Zagrijavanje je jedan od važnih procesa toplinske obrade. Sredstva za zagrijavanje metala toplinskom obradom su mnoga, najranije su usvojila ugljen i ugljen kao toplinski izvor, a zatim koristila tekuće i gljivično gorivo. Primjenom električne energije grijanje je lako kontrolirati bez zagađenja okoliša. Ovi izvori topline mogu se koristiti za izravno zagrijavanje, ali i za neizravno zagrijavanje kroz rastaljenu sol ili metal, ili čak plutajuće čestice.
Zagrijavanjem metala izradak je izložen zraku, a često dolazi do oksidacije i deugljičenja (odnosno smanjuje se sadržaj ugljika na površini čeličnog dijela), što vrlo nepovoljno utječe na svojstva površine. dijelovi nakon toplinske obrade. Stoga se metali obično trebaju zagrijavati u kontroliranoj atmosferi ili zaštitnoj atmosferi, rastaljenoj soli i vakuumu, a također se mogu zaštititi metodama premazivanja ili pakiranja.
Temperatura zagrijavanja jedan je od važnih tehnoloških parametara procesa toplinske obrade, odabire i kontrolira temperaturu zagrijavanja, te je predmet koji jamči kvalitetu toplinske obrade. Temperatura grijanja je različita i različita s obrađenim metalnim materijalom i svrhom toplinske obrade, ali općenito se sve treba zagrijati na više od temperature transformacije, kako bi se dobila mikrostruktura visoke temperature. Osim toga, transformacija traje određeno vrijeme, pa kada površina metalnog izratka dosegne potrebnu temperaturu zagrijavanja, mora se držati na toj temperaturi određeno vrijeme kako bi unutarnja i vanjska temperatura bile konzistentne i dovršili transformacija mikrostrukture. Ovo vremensko razdoblje naziva se vrijeme zadržavanja. Pri usvajanju grijanja visoke gustoće energije i površinske topline za rukovanje, brzina zagrijavanja je izuzetno brza i općenito jednostavno nema vremena namakanja, a vrijeme namakanja termo-kemijske obrade često je duže.
Hlađenje je također neizostavan korak u procesu toplinske obrade. Metoda hlađenja je različita zbog različitih procesa, uglavnom radi kontrole brzine hlađenja. Opća brzina hlađenja žarenjem je najsporija, brzina hlađenja normalizacije je vrlo brza, a brzina hlađenja kaljenja je brža. Međutim, postoje različiti zahtjevi zbog različitih vrsta čelika. Na primjer, prazan tvrdi čelik može se kaliti istom brzinom hlađenja kao i normalizacija.
4. Klasifikacija procesa
Procesi toplinske obrade metala mogu se grubo podijeliti u tri kategorije: ukupna toplinska obrada, površinska toplinska obrada i kemijska toplinska obrada. Prema razlici medija za grijanje, temperature grijanja i metode hlađenja, svaka velika klasa može se ponovno podijeliti u nekoliko različitih postupaka toplinske obrade. Isti metal usvaja različite postupke toplinske obrade kako bi dobio različite strukture i stoga imao različita svojstva. Čelik je metal koji se najviše koristi u industriji, a mikrostruktura čelika je i najsloženija, pa postoje različiti postupci toplinske obrade čelika.
Sveukupna toplinska obrada je postupak toplinske obrade metala koji zagrijava obradak kao cjelinu, a zatim ga hladi odgovarajućom brzinom kako bi se dobila potrebna metalografska struktura za promjenu njegovih ukupnih mehaničkih svojstava. Ukupna toplinska obrada čelika općenito ima četiri osnovna procesa: žarenje, normaliziranje, kaljenje i popuštanje.
Proces znači:
Žarenje je zagrijavanje obratka na odgovarajuću temperaturu, usvajanje različitih vremena držanja u skladu s materijalom i veličinom obratka, a zatim ga polako ohladiti. Organizirajte se.
Normaliziranje je zagrijavanje izratka na odgovarajuću temperaturu i potom hlađenje na zraku. Učinak normalizacije sličan je žarenju, ali je dobivena struktura finija. Često se koristi za poboljšanje performansi rezanja materijala, a ponekad se koristi za neke dijelove s niskim zahtjevima. kao završna toplinska obrada.
Kaljenje je brzo hlađenje obratka u medijima za kaljenje kao što su voda, ulje ili druge anorganske soli i organske vodene otopine nakon zagrijavanja i očuvanja topline. Nakon kaljenja, čelični dio postaje tvrd, ali u isto vrijeme postaje krt. Kako bi se na vrijeme uklonila lomljivost, općenito ga je potrebno na vrijeme kaliti.
Kako bi se smanjila krtost čeličnih dijelova, kaljeni čelični dijelovi se drže dugo na odgovarajućoj temperaturi višoj od sobne, ali nižoj od 650 stupnjeva C, a zatim se ohlade. Taj se postupak naziva kaljenje. Žarenje, normalizacija, kaljenje i kaljenje su "četiri vatre" u ukupnoj toplinskoj obradi. Među njima su kaljenje i temperiranje usko povezani, često se koriste zajedno, a oboje je neizostavno. "Četiri vatre" razvile su različite procese toplinske obrade s različitim temperaturama grijanja i metodama hlađenja. Da bi se dobila određena čvrstoća i žilavost, postupak kombiniranja kaljenja i kaljenja na visokoj temperaturi naziva se kaljenje i kaljenje. Nakon što se neke legure ugase da bi se stvorila prezasićena čvrsta otopina, drže se na sobnoj temperaturi ili na malo višoj temperaturi dulje vrijeme kako bi se poboljšala tvrdoća, čvrstoća ili električna svojstva legure. Takav proces toplinske obrade naziva se tretman starenjem.
Metoda učinkovitog i bliskog kombiniranja deformacije obrade pritiskom i toplinske obrade tako da izradak može dobiti dobru čvrstoću i žilavost naziva se toplinska obrada deformacije; toplinska obrada u atmosferi negativnog tlaka ili vakuumu naziva se vakuumska toplinska obrada, koja ne samo da može učiniti da izradak nije oksidiran i dekarburiziran, površina izratka ostaje glatka nakon obrade, izvedba izratka je poboljšana, a sredstvo za infiltraciju može se koristiti i za kemijsku toplinsku obradu.
Površinska toplinska obrada je postupak toplinske obrade metala koji samo zagrijava površinu obratka kako bi se promijenila mehanička svojstva površine. Kako bi se zagrijala samo površina obratka bez prelaska previše topline u unutrašnjost obratka, korišteni izvor topline mora imati visoku gustoću energije, odnosno dati veliku količinu toplinske energije obratku po jedinici površine. , tako da površina ili dio izratka može biti kratkotrajan ili trenutan. na visoku temperaturu. Glavne metode površinske toplinske obrade su gašenje plamenom i toplinska obrada indukcijskim zagrijavanjem. Najčešći izvori topline su plamenovi kao što su oksiacetilen ili oksipropan, inducirana struja, laser i elektronski snop.
Kemijska toplinska obrada je postupak toplinske obrade metala kojim se mijenja kemijski sastav, struktura i svojstva površine obratka. Razlika između kemijske toplinske obrade i površinske toplinske obrade je u tome što prva mijenja kemijski sastav površine obratka. Kemijska toplinska obrada je zagrijavanje izratka u mediju (plin, tekućina, krutina) koji sadrži ugljik, medij soli ili druge legirajuće elemente, i održavanje toplim dugo vremena, tako da se površina izratka infiltrira elementima kao što su ugljik, dušik, bor i krom. Nakon infiltracije elemenata ponekad su potrebni drugi postupci toplinske obrade kao što su kaljenje i popuštanje. Glavne metode kemijske toplinske obrade su karburiziranje, nitriranje i metaliziranje.
Toplinska obrada jedan je od važnih procesa u procesu proizvodnje mehaničkih dijelova i alata te kalupa. Općenito govoreći, može osigurati i poboljšati različita svojstva obratka, kao što su otpornost na trošenje i otpornost na koroziju. Također može poboljšati strukturu i stanje naprezanja uzorka kako bi se olakšala različita hladna i topla obrada.