Paggamot ng init ng mga castings

Ang paggamot sa init ay nagbabago ng mga hilaw na castings-madalas na malutong at hindi pare-pare-pare-sa mga sangkap na may mataas na pagganap na may nababagay na mekanikal at pisikal na mga katangian.

Sa pamamagitan ng tumpak na pagkontrol ng mga profile ng temperatura, Mga Oras ng Pagbabad, at mga rate ng paglamig, Manipulahin ng mga pandayan ang microstructure ng isang haluang metal upang makamit ang mahuhulaan na mga kinalabasan.

Sa komprehensibong artikulong ito, Pinag-aaralan natin ang mga layunin, Mga Saligan ng Metalurhiko, Mga pangunahing layunin, Mga Pangunahing Proseso, Mga pagsasaalang-alang na partikular sa haluang metal, Kontrol sa Proseso, at real-world na mga aplikasyon ng paghahagis ng mga paggamot sa init.

1. Panimula

Sa produksyon ng paghahagis, Ang hindi mapigil na solidification ay nagbubunga ng malalaking butil, segregasyon, at natitirang antas ng stress na lumampas 200 MPa.

Dahil dito, Ang paggamot sa init ay nagsisilbi ng tatlong kritikal na tungkulin:

1. Pagbabago ng Microstructure: Ito convert bilang-cast dendrites at segregation zone sa pino butil o precipitates, Direktang nakakaimpluwensya sa katigasan (hanggang sa 65 HRC sa mga bakal) at tigas na tigas.
2. Pantanggal ng Stress: Sa pamamagitan ng pagbabawas ng panloob na stress sa pamamagitan ng hanggang sa 80%, Pinipigilan nito ang pagbaluktot sa panahon ng machining at tinatanggal ang pag-crack sa serbisyo.
3. Pag-optimize ng Ari-arian: Binabalanse nito ang katigasan, ductility, lakas ng loob, at pagkapagod na buhay-madalas na isang trade-off na nangangailangan ng maingat na disenyo ng cycle.

Bukod pa rito, ferrous alloys (mga carbon steels, haluang metal na bakal, ductile at kulay-abo na bakal) Mga Pagbabagong-anyo ng Phase ng Leverage, tulad ng austenite sa martensite, Upang makamit ang mataas na paglaban sa pagsusuot.

Sa kabilang banda, Non-ferrous alloys (aluminyo, tanso, nikel) Karaniwang gumagamit ng solid-solusyon at pag-ulan hardening upang maabot ang makunat lakas ng 300–800 MPa.

Ang pag-unawa sa mga pagkakaiba na ito ay bumubuo ng pundasyon para sa epektibong mga diskarte sa paggamot sa init.

2. Mga Pangunahing Kaalaman sa Metalurhiko

Mga Pagbabagong-anyo ng Phase sa Steels

Ang mga bakal ay nagpapakita ng maraming mga pagbabago sa yugto:

• Austenite (γ-Fe): Matatag sa itaas 720 °C, Mukha na nakasentro sa kubiko.
• Ferrite (α-Fe): Matatag sa ibaba 720 °C, kubiko na nakasentro sa katawan.
• Pearlite: Alternating layer ng ferrite at cementite form sa panahon ng mabagal na paglamig.
• Martensite: Mahirap, Katawan na nakasentro sa tetragonal phase na nakamit sa pamamagitan ng pag-quenching sa mga rate ng paglamig >100 °C / s.

Mga Konsepto ng TTT at CCT

• Pagbabago ng Temperatura ng Oras (TTT) Mga diagram ipakita ang isothermal ay humahawak sa ani na 100% perla sa 600 °C pagkatapos ~10 s.

  

• Patuloy na Pagbabagong-anyo ng Paglamig (CCT) Mga kurba mahulaan ang mga phase fraction sa panahon ng aktwal na paglamig rampa (hal., pawiin sa langis sa 20-50 ° C / s Nagbubunga ~ 90% Martensite).

3. Mga Pangunahing Proseso ng Paggamot sa Init

LangHe Foundry Umaasa sa isang pangunahing suite ng mga pamamaraan ng paggamot sa init upang maiangkop ang mga katangian ng paghahagis.

Ang bawat proseso ay nagta-target ng mga tiyak na pagbabago sa microstructural - kung lumambot para sa machinability o hardening para sa wear resistance.

Sa ibaba, Sinusuri natin ang pitong pangunahing pamamaraan, ang kanilang mga tipikal na parameter, at ang mga mekanikal na benepisyo na ibinibigay nila.

Annealing

Layunin: Palambutin ang paghahagis, mapawi ang stress, at pagbutihin ang ductility.

• Proseso: Init sa isang temperatura sa itaas lamang ng recrystallization point ng haluang metal (mga bakal na bakal: 650-700 ° C; aluminyo alloys: 300-400 ° C), Hawakan nang 1-4 na oras, pagkatapos ay pugon-cool sa 20-50 ° C / h.
• Kinalabasan: Ang katigasan ay bumaba ng 30-40 HRC sa mga pinatay na bakal, habang ang pagpapahaba ay tumataas ng 15-25%. Ang natitirang stress ay bumaba hanggang sa 80%, Bawasan ang panganib ng pagbaluktot sa panahon ng machining.

Normalizing

Layunin: Pinuhin ang istraktura ng butil at i-homogenize ang microstructure para sa mahuhulaan na lakas.

• Proseso: Init carbon steels sa 900-950 ° C (sa itaas ng Ac₃), magbabad ng 30-60 minuto, pagkatapos ay air-cool.
• Kinalabasan: Ang laki ng butil ay karaniwang pinuhin ng isang ASTM grade; Ang pagkakaiba-iba ng lakas ng makunat ay nagpapaliit sa ±5%, at ang katigasan ng ibabaw ay nagpapatatag sa loob ng ± 10 HB.

Pagpapawi

Layunin: Gumawa ng isang matigas na martensitiko o bainitic matrix sa ferrous alloys.

• Proseso: Init sa itaas ng itaas na kritikal na temperatura (950-1050 ° C), pagkatapos ay papatayin sa tubig (optimize ang mga parameter tulad ng pagbuhos ng bilis > 100 °C / s), langis (20-50 ° C / s), o mga solusyon sa polimer.
• Kinalabasan: Ang nilalaman ng Martensite ay umabot sa ≥ 90%, nagbubunga ng katigasan ng 55-65 HRC at panghuli makunat lakas hanggang sa 1200 MPa. Tala: Aluminyo, tanso, at ang mga haluang metal ng nikel ay karaniwang lumambot sa isang solusyon na kondisyon para sa kasunod na pag-iipon.

Paghina ng loob

Layunin: Bawasan ang brittleness ng quenched steels, ipagpalit ang ilang katigasan para sa katigasan.

• Proseso: Muling painitin ang martensitic castings sa 200-650 ° C, magbabad ng 1-2 oras, pagkatapos ay air-cool.
• Kinalabasan: Ang katigasan ay nag-aayos mula sa 60 HRC pababa sa 30-50 HRC, habang ang enerhiya ng epekto ng Charpy ay nagdaragdag ng 40-60%, Kapansin-pansing pagpapabuti ng paglaban sa mga dynamic na naglo-load.

Pagtigas ng ulan (Pag-iipon)

Layunin: Palakasin ang mga di-ferrous haluang metal sa pamamagitan ng pinong pagbuo ng precipitate.

• Proseso:

• • Aluminyo (6xxx serye ng mga): Solusyon-gamutin sa 530 °C, pawiin, pagkatapos ay edad sa 160 ° C para sa 6-12 oras.
  • Mga haluang metal ng nikel: Edad sa 700-800 ° C para sa 4-8 oras.
• Kinalabasan: Ang lakas ng ani ay umakyat ng 30-50% (hal., 6061-Ang T6 ay nagbubunga ng ~ 240 MPa kumpara sa. 150 MPa sa T4), habang pinapanatili ang pagpapahaba ≥ 10-12%.

Paggamot ng Solusyon & Pag-iipon (Non-Ferrous)

Layunin: Matunaw ang mga elemento ng haluang metal, Pagkatapos ay muling i-precipitate ang mga ito para sa pinakamainam na katigasan at paglaban sa kaagnasan.

• Proseso: Init sa temperatura ng solvus (hal., 520 °C para sa 17-4 PH hindi kinakalawang), hawakan mo 30 minuto, pag-quench ng tubig, at edad (hal., 480 °C para sa 4 mga oras).
• Kinalabasan: Nakamit ang kinokontrol na katigasan (Rockwell C 38-44 sa PH hindi kinakalawang) at unipormeng mekanikal na katangian sa buong paghahagis.

Kaso Hardening (Carburizing, Email Address *, Nitriding)

Layunin: Magbahagi ng isang wear-resistant surface shell sa ibabaw ng isang matigas na core.

• Mga Pagpipilian sa Proseso:

• • Carburizing: 900-950 ° C sa isang carbon-rich na kapaligiran para sa 2-8 oras; papatayin upang bumuo ng isang 0.5-2 mm na kaso sa 60-65 HRC.
  • Email Address *: Katulad ng carburizing ngunit may idinagdag na ammonia, Paglikha ng isang halo-halong carbon-nitrogen case para sa pinahusay na buhay ng pagkapagod.
  • Gas Nitriding: 520-580 ° C sa ammonia sa loob ng 10-20 oras, Pagbibigay ng katigasan ng ibabaw hanggang sa 900 HV nang walang pag-aayos.

• Kinalabasan: Ang mga rate ng pagsusuot sa ibabaw ay bumaba ng 70-90%, habang ang katigasan ng core ay nananatiling mataas-mainam para sa mga gears, mga camshaft, at tindig ibabaw.

4. Mga Pagsasaalang-alang sa Cast Alloy-Specific

Habang ang mga pangkalahatang prinsipyo ng paggamot sa init ay nalalapat sa maraming mga materyales, Ang bawat sistema ng haluang metal ay tumutugon nang natatangi Sa pagproseso ng thermal.

Pagkakaiba sa komposisyon ng kemikal, katatagan ng yugto, at thermal kondaktibiti ay nangangailangan ng mga dalubhasang diskarte upang ma-maximize ang pagganap.

Sa bahaging ito, Susuriin namin ang mahahalagang haluang metal na partikular na pagsasaalang-alang para sa cast steels, Mga bakal, aluminyo, tanso, at mga sistemang nakabatay sa nikel.

Carbon Steels & Mga haluang metal na bakal

Mga Pangunahing Kadahilanan:

• Hardenability: Direktang naiimpluwensyahan ng nilalaman ng carbon at mga elemento ng haluang metal tulad ng Cr, Mo, at Ni. Halimbawang, 0.4% mga carbon steels maabot ang ~ 55 HRC pagkatapos ng pag-quenching ng langis, habang mababang-carbon steels (<0.2% C) maaaring bahagya matigas nang walang karagdagang haluang metal.
• Mga Kritikal na Rate ng Paglamig: Dapat patayin nang mabilis para makabuo ng martensite ngunit iwasan ang pag-crack o pagbaluktot.
  Mga bakal na may mas mataas na nilalaman ng haluang metal (hal., 4140, 4340) Payagan ang mas mabagal na pag-quenching media tulad ng langis o polimer solusyon, Pagbabawas ng Thermal Shock.

Mga Espesyal na Tala:

• Paghina ng loob Ang post-quenching ay mahalaga upang balansehin ang katigasan at katigasan.
• Normalisasyon Maaaring makatulong na mapabuti ang isotropy at maghanda para sa mga operasyon ng hardening.

Ductile (SG) & Gray Cast Irons

Mga Pangunahing Kadahilanan:

• Kontrol ng Matrix: Lunas sa init (hal., Austempering) Binabago ang pearlitic o ferritic matrices sa mga istrukturang bainitic sa ductile na bakal, pagpapalakas ng lakas ng makunat sa ~ 1200 MPa na may 10-20% pagpapahaba.
• Pagpapanatili ng Hugis ng Grapayt: Dapat maiwasan ang mga graphite nodules (sa SG Iron) o mga natuklap (sa kulay-abo na bakal) mula sa pagkasira, dahil ito ay lubhang nakakaapekto sa mekanikal na pagganap.

Mga Espesyal na Tala:

• Stress relief annealing (~ 550-650 ° C) Ito ay karaniwang upang mabawasan ang mga panloob na stress nang hindi makabuluhang binabago ang grapayt morpolohiya.
• Normalizing Maaaring mapahusay ang lakas, Ngunit dapat itong maingat na kontrolin upang maiwasan ang labis na katigasan.

Mga Alloys ng Aluminyo

Mga Pangunahing Kadahilanan:

• Pagtigas ng ulan: Nangingibabaw sa pag-unlad ng lakas sa 2xxx, 6xxx, at 7xxx serye haluang metal.
  T6 paggamot (solusyon init paggamot + artipisyal na pagtanda) Maaari mong i-double ang lakas ng ani kumpara sa mga kondisyon ng As-cast.
• Distortion Sensitivity: AluminyoMataas na kondaktibiti ng thermal at mababang punto ng pagkatunaw (~ 660 ° C) gawing mahalaga ang maingat na mga rate ng rampa at mga kontrol sa pagpatay upang mabawasan ang pagbaluktot.

Mga Espesyal na Tala:

• Karaniwang paggamot ng T6 para sa A356 castings:

• • Solusyon sa init ng paggamot sa 540 ° C sa loob ng 8-12 oras
  • Patayin sa tubig sa 60 °C
  • Edad sa 155 ° C sa loob ng 4-6 na oras

Mga Resulta sa Mga Lakas ng Ani 250 MPa, na may mga pagpapahaba ng ~ 5-8%.

Tanso & Mga haluang metal na nakabatay sa tanso

Mga Pangunahing Kadahilanan:

• Solid Solution vs. Pagtigas ng ulan: Tanso (Cu-Zn) Pangunahin na nakikinabang mula sa malamig na pagtatrabaho at pagsusubo, habang ang mga tanso (Cu-Sn) at aluminyo tanso (Cu-Al) Tumugon nang maayos sa mga paggamot na nagpapatigas ng edad.
• Panganib ng labis na pag-iipon: Ang labis na pag-iipon ay maaaring mag-ulan ng mga ulan, Kapansin-pansing pagbabawas ng lakas at paglaban sa kaagnasan.

Mga Espesyal na Tala:

• Aluminyo tanso castings (hal., C95400):

• • Solusyon sa paggamot sa 900-950 ° C
  • Pagpatay ng tubig
  • Edad sa 300-400 ° C upang makamit ang makunat na lakas hanggang sa 700 MPa.

Mga Alloys na Nakabase sa Nikel

Mga Pangunahing Kadahilanan:

• Precipitation-Hardening Alloys (hal., Inconel, Incoloy, Bilisan mo na): Nangangailangan ng tumpak na kontrol sa mga temperatura at oras ng pag-iipon upang ma-maximize ang lakas ng ani nang hindi isinasakripisyo ang pagkaputik.
• Paglaban sa labis na pag-iipon: Ang mga haluang metal na ito ay nag-aalok ng mahusay na katatagan ng thermal, Ngunit ang maling paggamot sa init ay maaari pa ring maging sanhi ng pagkasira.

Mga Espesyal na Tala:

• Karaniwang paggamot para sa Inconel 718 Mga Paghahagis:

• • Solusyon na ginagamot sa 980 °C
  • Edad sa 720 °C para sa 8 mga oras, pagkatapos ay pugno cool sa 620 °C at hawakan 8 Higit pang mga oras.

• Kinalabasan: Ang mga lakas ng makunat ay lumampas 1200 MPa, na may mahusay na gumagapang at pagkapagod paglaban sa mataas na temperatura.

5. Mga Parameter ng Proseso & Kontrol

Sa init ng paggamot ng castings, Tumpak na kontrol sa mga parameter ng proseso Mahalaga ito upang makamit ang ninanais na materyal na mga katangian nang palagi.

Mga pagkakaiba-iba sa temperatura, oras na, kapaligiran, Ang mga kondisyon ng paglamig ay maaaring makaapekto nang malaki sa microstructure at, dahil dito, Ang mekanikal na pagganap ng paghahagis.

Tinatalakay ng seksyon na ito ang mga pangunahing parameter at pinakamahusay na kasanayan para sa pagkontrol sa mga ito.

Mga Uri ng Hurno at Kontrol sa Kapaligiran

Pagpili ng Hurno:

• Mga hurno ng hangin: Angkop para sa pangkalahatang paggamot ng init ng mga bakal kung saan ang bahagyang oksihenasyon ay katanggap-tanggap.
• Proteksiyon na Kapaligiran Furnaces: Gumamit ng mga inert gas (hal., nitrogen, argon) Bawasan ang mga gas (hal., hydrogen) Upang maiwasan ang oksihenasyon at decarburization.
• Mga Vacuum Furnace: Perpekto para sa mataas na halaga ng mga haluang metal (hal., mga superalloys na nakabase sa nickel, titan) nangangailangan ng ultra-malinis na ibabaw at minimal na kontaminasyon.

Punto ng Data:
Sa vacuum init paggamot, Ang natitirang mga antas ng oxygen ay karaniwang pinananatiling mas mababa sa 10⁻⁶ ATM upang maiwasan ang pagbuo ng oksido.

Pinakamahusay na Kasanayan:
Gumamit ng mga sensor ng pagsubaybay sa kapaligiran at awtomatikong mga sistema ng kontrol ng daloy upang mapanatili ang pare-pareho na komposisyon ng gas sa panahon ng pagproseso.

Mga Parameter ng Pag-init

Temperatura at Oras ng Pagbababad:

• Katumpakan ng Temperatura: Dapat manatili sa loob ng ± 5 ° C ng target na temperatura para sa mga kritikal na aplikasyon.
• Oras ng Pagbababad: Depende sa kapal ng paghahagis at uri ng haluang metal; Ang isang karaniwang panuntunan ng hinlalaki ay 1 Oras bawat pulgada (25 mm) ng kapal ng seksyon.
• Mga Rate ng Rampa: Kinokontrol na mga rate ng pag-init (hal., 50-150 ° C / oras) Pigilan ang thermal shock at i-minimize ang pagbaluktot, lalo na para sa aluminyo at kumplikadong bakal castings.

Pagsubaybay:
Multi-zone furnaces na may independiyenteng mga kontrol matiyak ang temperatura pagkakapareho sa buong malaki o kumplikadong castings.

Pagkontrol sa paglamig at pag-quenching

Email Address *:

• Pag-quench ng Tubig: Napakabilis, Angkop para sa mga bakal ngunit nanganganib na pagbaluktot at pagbasag.
• Langis Quench: Mas mabagal na paglamig, Madalas na ginagamit para sa haluang metal steels upang mabawasan ang thermal stresses.
• Polymer Quench: Adjustable na mga rate ng paglamig sa pamamagitan ng pagbabago ng konsentrasyon ng polimer; Pinagsama-sama ang mga benepisyo ng langis at tubig.
• Paglamig ng Hangin o Gas: Ginagamit kung saan kinakailangan ang minimal na stress sa pag-quenching (hal., ilang mga aluminyo haluang metal).

Mga Pangunahing Parameter ng Paglamig:

• Pagkabalisa: Nagpapabuti ng pagkuha ng init at pinipigilan ang pagbuo ng kumot ng singaw sa paligid ng bahagi.
• Kontrol sa Temperatura: Ang paglamig ng media ay dapat panatilihin sa loob ng mga tiyak na saklaw ng temperatura; halimbawa na lang, Ang mga quenches ng langis ay madalas na pinananatili sa pagitan ng 60-80 ° C upang matiyak ang pare-parehong paglamig.

Halimbawa:
Para sa 4340 bakal na bakal, langis extinguishing mula sa 845 °C karaniwang nakakamit martensitic istraktura na may minimal na pag-crack kumpara sa tubig quenching.

Pagsubaybay sa Proseso at Pag-log ng Data

Instrumentasyon:

• Mga Thermocouple: Direktang naka-attach sa mga kinatawan ng mga bahagi upang subaybayan ang real-time na temperatura.
• Mga Sistema ng Pagkontrol ng Hurno: Ang mga modernong pag-setup ay gumagamit ng mga PLC (Programmable Logic Controllers) Para sa awtomatikong pamamahala ng recipe.
• Mga Data Logger: I-record ang mga profile ng temperatura, Mga Oras ng Pagbabad, at paglamig curves para sa buong traceability at kalidad ng mga audit.

Pinakamahusay na Kasanayan:
Gumamit ng kalabisan na mga sistema ng thermocouple (I-load ang Thermocouples at Survey Thermocouples) Upang i-cross-validate ang mga kondisyon ng hurno.

6. Mga Pang industriya na Aplikasyon & Mga Pag-aaral ng Kaso

Mga Rotor ng Preno ng Automotive

• Proseso: Gawing normal sa 900 °C, paquin sa langis, Galit na galit sa 450 °C para sa 2 h.
• Kinalabasan: Makamit 45 HRC, minimal na pagbaluktot <0.05 mm Sa ilalim ng thermal cycling.

Langis & Mga Impeller ng Gas Pump

• haluang metal: 718 Ni-base.
• Siklo: Solusyon gamutin sa 980 °C, pawiin, edad sa 718 °C para sa 8 h, pagkatapos ay 621 °C para sa 8 h.
• Resulta: Mga UTS 1200 MPa at paglaban ng SCC sa maasim na serbisyo.

Mga Kaso ng Aerospace Turbine

• Materyal: 17-4 PH hindi kinakalawang.
• Paggamot: H900 (490 °C × 4 h) Mga Ani 1050 MPa UTS at mahusay na lakas ng pagkapagod.

Mga Gearbox ng Mabibigat na Kagamitan

• bakal na bakal: 4340 haluang metal.
• Proseso: Carburize sa 930 °C para sa 6 h, pawiin, Galit na galit sa 160 °C.
• Benepisyo: Ibabaw 62 HRC, core 35 HRC, Pagtitiis ng mabibigat na pag-load ng mga siklo.

7. Pangwakas na Salita

Ang paggamot sa init ay nananatiling kailangang-kailangan sa paggawa ng paghahagis, Nag-aalok ng maraming nalalaman na toolkit upang baguhin ang mga microstructure at mag-engineer ng tumpak na mga katangian ng mekanikal.

Sa pamamagitan ng pag-master ng mga pangunahing kaalaman sa metalurhiko - mga pagbabagong-anyo ng phase, Mga prinsipyo ng TTT / CCT, at mga mekanismo ng hardening - at sa pamamagitan ng pagsasagawa ng mahigpit na kontrol sa mga kapaligiran ng hurno, Mga Oras ng Pagbabad, at mga rate ng paglamig,

Ang mga pandayan ay naghahatid ng mga castings na may na-optimize na katigasan, lakas ng loob, ductility, at pagkapagod sa buhay.

Sa pamamagitan ng mahigpit na pagsubok at mga pagsasaayos na tukoy sa haluang metal, Ang paggamot sa init ay nagpapataas ng mga bahagi ng cast mula sa hilaw na anyo hanggang sa mga bahagi na handa na sa misyon sa buong automotive, langis & gas, aerospace, at mga industriya ng mabibigat na kagamitan.

Pagsulong, Mga makabagong ideya sa pag-init ng induction, Mga kontrol sa digital na proseso, at pinagsamang additive manufacturing nangangako ng higit na kahusayan, pagkakapare pareho, at pagganap sa paghahagis ng mga paggamot sa init.

Sa LangHe, Masaya kaming talakayin ang iyong proyekto sa isang maagang yugto sa proseso ng disenyo upang matiyak na anuman ang haluang metal na pinili o post-casting treatment na inilapat, Ang resulta ay makakatugon sa iyong mga pagtutukoy sa mekanikal at pagganap.

Talakayin ang iyong mga kinakailangan, Email [email protected].