Perlakuan panas coran

Perlakuan panas mengubah coran mentah-seringkali rapuh dan tidak seragam-ke dalam komponen kinerja tinggi dengan sifat mekanik dan fisik yang disesuaikan.

Dengan benar -benar mengendalikan profil suhu, rendam waktu, dan tingkat pendinginan, pengecoran memanipulasi mikrostruktur paduan untuk mencapai hasil yang dapat diprediksi.

Dalam artikel komprehensif ini, Kami mempelajari tujuan, Dasar -dasar metalurgi, tujuan utama, proses utama, Pertimbangan khusus paduan, kontrol proses, dan aplikasi dunia nyata dari casting heat treatments.

1. Perkenalan

Dalam casting produksi, Solidifikasi yang tidak terkendali menghasilkan biji -bijian besar, pemisahan, dan tingkat stres residual melebihi 200 MPa.

Akibatnya, Perlakuan panas melayani tiga peran penting:

1. Modifikasi Mikrostruktur: Itu mengubah dendrit as-cast dan zona segregasi menjadi biji-bijian olahan atau endapan, secara langsung mempengaruhi kekerasan (hingga 65 HRC di baja) dan ketangguhan.
2. Menghilangkan stres: Dengan mengurangi tekanan internal hingga 80%, itu mencegah distorsi selama pemesinan dan menghilangkan retak dalam layanan.
3. Optimalisasi Properti: Itu menyeimbangkan kekerasan, keuletan, kekuatan, dan kehidupan kelelahan-sering kali pertukaran yang membutuhkan desain siklus yang cermat.

Lebih-lebih lagi, paduan besi (Baja karbon, Baja paduan, besi ulet dan abu -abu) Transformasi fase leverage, seperti austenite ke martensit, Untuk mencapai ketahanan aus yang tinggi.

Sebaliknya, paduan non-ferrous (aluminium, tembaga, nikel) biasanya memanfaatkan solution solution dan pengerasan presipitasi untuk mencapai kekuatan tarik dari 300–800 MPa.

Memahami perbedaan-perbedaan ini membentuk dasar untuk strategi perawatan panas yang efektif.

2. Fundamental Metalurgi

Transformasi fase pada baja

Baja menunjukkan banyak perubahan fase:

• Austenite (γ-fe): Stabil di atas 720 ° C., Kubik yang berpusat pada wajah.
• Ferit (α-fe): Stabil di bawah ini 720 ° C., Kubik yang berpusat pada tubuh.
• Pearlite: Lapisan ferit dan sementit bergantian selama pendinginan lambat.
• Martensit: Keras, Fase tetragonal yang berpusat pada tubuh dicapai dengan memadamkan pada tingkat pendinginan >100 ° C/s.

Konsep TTT dan CCT

• Transformasi suhu waktu (Ttt) Diagram Tunjukkan isotermal memegang hasil itu 100% Pearlite at 600 ° C. setelah ~10 S.

  

• Transformasi pendinginan berkelanjutan (CCT) Kurva Prediksi fraksi fase selama landai pendinginan yang sebenarnya (MISALNYA., pendinginan dalam minyak di 20–50 ° C/s menghasilkan ~ 90% martensit).

3. Proses perawatan panas primer

Langhe Foundry bergantung pada rangkaian inti teknik perawatan panas untuk menyesuaikan sifat casting.

Setiap proses menargetkan perubahan mikrostruktur tertentu - apakah pelunakan untuk machinability atau pengerasan untuk ketahanan aus.

Di bawah, Kami memeriksa tujuh metode utama, parameter khas mereka, dan manfaat mekanis yang mereka berikan.

Anil

Tujuan: Melunakkan casting, menghilangkan stres, dan meningkatkan keuletan.

• Proses: Panaskan ke suhu tepat di atas titik rekristalisasi paduan (baja: 650–700 ° C.; Paduan Aluminium: 300–400 ° C.), tahan selama 1-4 jam, Kemudian tungku-dingin pada 20-50 ° C/jam.
• Hasil: Kekerasan turun 30–40 jam di baja padam, sementara perpanjangan naik 15-25%. Tekanan residual jatuh hingga 80%, mengurangi risiko distorsi selama pemesinan.

Menormalkan

Tujuan: Perbaikan struktur butir dan homogenisasi struktur mikro untuk kekuatan yang dapat diprediksi.

• Proses: Panaskan baja karbon hingga 900–950 ° C (di atas ac₃), Rendam 30–60 menit, Lalu dinginkan udara.
• Hasil: Ukuran biji biasanya disempurnakan oleh satu tingkat ASTM; Varians kekuatan tarik menyempit menjadi ± 5%, dan kekerasan permukaan stabil dalam ± 10 HB.

Pendinginan

Tujuan: Menghasilkan matriks martensit atau bainitik yang keras dalam paduan besi.

• Proses: Panaskan di atas suhu kritis atas (950–1050 ° C.), Kemudian pendinginan di air (laju pendinginan > 100 ° C/s), minyak (20–50 ° C/s), atau solusi polimer.
• Hasil: Konten martensit mencapai ≥ 90%, Menghasilkan kekerasan 55-65 HRC dan kekuatan tarik tertinggi hingga 1200 MPa. Catatan: Aluminium, tembaga, dan paduan nikel biasanya melunak ke kondisi yang larutan untuk penuaan berikutnya.

Tempering

Tujuan: Kurangi kerapuhan baja padam, menukar kekerasan untuk ketangguhan.

• Proses: Panaskan coran martensit hingga 200–650 ° C, rendam 1–2 jam, Lalu dinginkan udara.
• Hasil: Kekerasan menyesuaikan dari 60 HRC turun ke 30-50 HRC, sedangkan energi dampak charpy meningkat sebesar 40-60%, secara dramatis meningkatkan resistensi terhadap beban dinamis.

Pengerasan presipitasi (Penuaan)

Tujuan: Memperkuat paduan non-ferro melalui pembentukan endapan halus.

• Proses:

• • Aluminium (6Seri XXX): Solusi di 530 ° C., memuaskan, lalu usia di 160 ° C selama 6–12 jam.
  • Paduan Nikel: Usia pada 700–800 ° C selama 4-8 jam.
• Hasil: Kekuatan luluh naik hingga 30-50% (MISALNYA., 6061-T6 menghasilkan ~ 240 MPa vs. 150 MPa di T4), Sambil mempertahankan perpanjangan ≥ 10-12%.

Pengobatan larutan & Penuaan (Non-ferrous)

Tujuan: Larutkan elemen paduan, kemudian mengulanginya untuk kekerasan optimal dan resistensi korosi.

• Proses: Panaskan ke suhu solvus (MISALNYA., 520 ° C untuk 17-4 PH stainless), memegang 30 menit, Water-Quench, dan usia (MISALNYA., 480 ° C untuk 4 jam).
• Hasil: Mencapai kekerasan yang terkontrol (Rockwell C 38–44 dalam pH stainless) dan sifat mekanik yang seragam di seluruh pengecoran.

Pengerasan kasus (Carburizing, Carbonitriding, Nitriding)

Tujuan: Menanamkan cangkang permukaan tahan aus di atas inti yang sulit.

• Opsi proses:

• • Carburizing: 900–950 ° C dalam atmosfer kaya karbon selama 2-8 jam; Quench untuk membentuk kasus 0,5-2 mm pada 60-65 HRC.
  • Carbonitriding: Mirip dengan karburasi tetapi dengan tambah amonia, Menciptakan case karbon-nitrogen campuran untuk meningkatkan kehidupan kelelahan.
  • Gas Nitriding: 520–580 ° C dalam amonia selama 10-20 jam, menghasilkan kekerasan permukaan hingga 900 Hv tanpa pendinginan.

• Hasil: Tingkat keausan permukaan turun 70-90%, Sementara ketangguhan inti tetap tinggi - ideal untuk roda gigi, Camshafts, dan permukaan bantalan.

4. Pertimbangan khusus paduan

Sementara prinsip umum perlakuan panas berlaku di banyak bahan, Setiap sistem paduan merespons secara unik untuk pemrosesan termal.

Perbedaan komposisi kimia, stabilitas fase, dan konduktivitas termal membutuhkan strategi khusus untuk memaksimalkan kinerja.

Di bagian ini, Kami akan memeriksa pertimbangan khusus alloy untuk baja cor, setrika, aluminium, tembaga, dan sistem berbasis nikel.

Baja karbon & Baja paduan

Faktor kunci:

• Hardenability: Secara langsung dipengaruhi oleh kandungan karbon dan elemen paduan seperti CR, Mo, dan ni. Misalnya, 0.4% Baja karbon mencapai ~ 55 jam setelah pendinginan minyak, sedangkan baja rendah karbon (<0.2% C) mungkin hampir tidak mengeras tanpa paduan tambahan.
• Tingkat pendinginan kritis: Harus memadamkan cukup cepat untuk membentuk martensit tetapi menghindari retak atau distorsi.
  Baja dengan konten paduan yang lebih tinggi (MISALNYA., 4140, 4340) Izinkan media pendinginan lebih lambat seperti solusi minyak atau polimer, mengurangi guncangan termal.

Catatan Khusus:

• Tempering pasca-pemuja sangat penting untuk menyeimbangkan kekerasan dan ketangguhan.
• Normalisasi dapat membantu meningkatkan isotropi dan mempersiapkan operasi pengerasan.

Dukes (Sg) & Grey Cast Irons

Faktor kunci:

• Kontrol Matriks: Perlakuan panas (MISALNYA., tempering timur) mengubah matriks mutiara atau feritik menjadi struktur bainitik dalam Besi ulet, Meningkatkan kekuatan tarik menjadi ~ 1200 MPa dengan pemanjangan 10-20%.
• Pelestarian Bentuk Grafit: Harus mencegah nodul grafit (di SG Iron) atau serpihan (dalam besi abu -abu) dari merendahkan, karena ini sangat memengaruhi kinerja mekanis.

Catatan Khusus:

• Annealing pelepasan stres (~ 550–650 ° C.) adalah umum untuk mengurangi tekanan internal tanpa secara signifikan mengubah morfologi grafit.
• Menormalkan dapat meningkatkan kekuatan, tetapi harus dikontrol dengan cermat untuk menghindari kekerasan yang berlebihan.

Paduan Aluminium

Faktor kunci:

• Pengerasan presipitasi: Mendominasi perkembangan kekuatan di 2xxx, 6xxx, dan 7xxx Series Alloys.
  Perawatan T6 (Perlakuan panas larutan + Penuaan Buatan) dapat menggandakan kekuatan luluh dibandingkan dengan kondisi as-cast.
• Sensitivitas distorsi: AluminiumKonduktivitas termal yang tinggi dan titik leleh yang rendah (~ 660 ° C.) Buat tarif ramp yang cermat dan kontrol quench penting untuk meminimalkan warping.

Catatan Khusus:

• Perawatan T6 yang khas untuk coran A356:

• • Solusi Panas Perlakuan di 540 ° C selama 8-12 jam
  • Pendinginan di air di 60 ° C.
  • Usia di 155 ° C selama 4-6 jam

Menghasilkan kekuatan hasil hingga 250 MPa, dengan perpanjangan ~ 5-8%.

Tembaga & Paduan berbasis tembaga

Faktor kunci:

• Solusi padat vs.. Pengerasan presipitasi: Kuningan (Cu-zn) Terutama mendapat manfaat dari pekerjaan dingin dan anil, sementara perunggu (Dengan-sn) dan perunggu aluminium (Dengan) menanggapi dengan baik perawatan yang sulit.
• Risiko berlebihan: Penuaan yang berlebihan dapat memicu endapan kasar, secara dramatis mengurangi kekuatan dan resistensi korosi.

Catatan Khusus:

• Coran perunggu aluminium (MISALNYA., C95400):

• • Solusi Perlakukan pada 900-950 ° C
  • Pendinginan air
  • Usia pada 300-400 ° C untuk mencapai kekuatan tarik hingga 700 MPa.

Paduan berbasis nikel

Faktor kunci:

• Paduan hardening presipitasi (MISALNYA., Inconel, Incoloy, Hastelloy): Membutuhkan kontrol yang tepat atas suhu dan waktu penuaan untuk memaksimalkan kekuatan luluh tanpa mengorbankan keuletan.
• Resistensi terhadap overaging: Paduan ini menawarkan stabilitas termal yang sangat baik, Tapi perlakuan panas yang salah masih bisa menyebabkan embrittlement.

Catatan Khusus:

• Perawatan khas untuk Inconel 718 casting:

• • Solusi Diperlakukan di 980 ° C.
  • Usia di 720 ° C untuk 8 jam, Kemudian tungku keren 620 ° C dan tahan 8 lebih banyak jam.

• Hasil: Kekuatan tarik melebihi 1200 MPa, dengan creep yang sangat baik dan resistensi kelelahan pada suhu tinggi.

5. Parameter proses & Kontrol

Dalam perlakuan panas coran, Kontrol yang tepat atas parameter proses sangat penting untuk mencapai sifat material yang diinginkan secara konsisten.

Variasi suhu, waktu, suasana, dan kondisi pendinginan dapat secara dramatis mempengaruhi struktur mikro dan, akibatnya, kinerja mekanis casting.

Bagian ini mengeksplorasi parameter utama dan praktik terbaik untuk mengendalikannya.

Jenis tungku dan kontrol suasana

Pilihan tungku:

• Tungku udara: Cocok untuk perlakuan panas umum baja di mana sedikit oksidasi dapat diterima.
• Tungku atmosfer pelindung: Gunakan gas inert (MISALNYA., nitrogen, argon) atau mengurangi gas (MISALNYA., hidrogen) untuk mencegah oksidasi dan dekarburisasi.
• Tungku vakum: Ideal untuk paduan bernilai tinggi (MISALNYA., Superalloy berbasis nikel, titanium) Membutuhkan permukaan yang sangat bersih dan kontaminasi minimal.

Titik data:
Dalam perlakuan panas vakum, Tingkat oksigen residual biasanya disimpan di bawah 10⁻⁶ atm untuk mencegah pembentukan oksida.

Praktik terbaik:
Gunakan sensor pemantauan atmosfer dan sistem kontrol aliran otomatis untuk mempertahankan komposisi gas yang konsisten selama pemrosesan.

Parameter pemanas

Rendam suhu dan waktu:

• Akurasi suhu: Harus tetap berada di dalam ± 5 ° C dari suhu target untuk aplikasi kritis.
• Rendam waktu: Tergantung pada ketebalan casting dan jenis paduan; Aturan praktis yang umum adalah 1 jam per inci (25 mm) ketebalan bagian.
• Tarif ramp: Tingkat pemanasan terkontrol (MISALNYA., 50–150 ° C/jam) mencegah guncangan termal dan meminimalkan distorsi, terutama untuk coran baja aluminium dan kompleks.

Pemantauan:
Tungku multi-zona dengan kontrol independen memastikan keseragaman suhu di coran besar atau kompleks.

Kontrol pendinginan dan pendinginan

Media pendingin:

• Pendinginan air: Sangat cepat, Cocok untuk baja tetapi berisiko distorsi dan retak.
• Pendinginan minyak: Pendinginan lebih lambat, sering digunakan untuk baja paduan untuk mengurangi tegangan termal.
• Pendinginan polimer: Laju pendinginan yang dapat disesuaikan dengan memodifikasi konsentrasi polimer; menggabungkan manfaat minyak dan air.
• Pendingin udara atau gas: Digunakan di mana stres pendinginan minimal diperlukan (MISALNYA., beberapa paduan aluminium).

Parameter pendingin utama:

• Agitasi: Meningkatkan ekstraksi panas dan mencegah pembentukan selimut uap di sekitar bagian.
• Kontrol suhu: Media pendingin harus disimpan dalam rentang suhu tertentu; Misalnya, Oli Oilse sering dipertahankan antara 60-80 ° C untuk memastikan pendinginan yang seragam.

Contoh:
Untuk 4340 baja, pendinginan minyak dari 845 ° C biasanya mencapai struktur martensit dengan retak minimal dibandingkan dengan pendinginan air.

Pemantauan proses dan pencatatan data

Instrumentasi:

• Termokopel: Terlampir langsung ke bagian yang representatif untuk memantau suhu waktu nyata.
• Sistem Kontrol Tungku: Pengaturan modern menggunakan PLC (Pengontrol logika yang dapat diprogram) untuk manajemen resep otomatis.
• Data Loggers: Rekam profil suhu, rendam waktu, dan kurva pendingin untuk penelusuran penuh dan audit kualitas.

Praktik terbaik:
Memanfaatkan sistem termokopel yang berlebihan (memuat termokopel dan survei termokopel) untuk melintasi kondisi tungku.

6. Aplikasi Industri & Studi Kasus

Rotor Rem Otomotif

• Proses: Normalisasi AT 900 ° C., pendinginan dalam minyak, temperamen 450 ° C untuk 2 H.
• Hasil: Meraih 45 HRC, warping minimal <0.05 mm di bawah bersepeda termal.

Minyak & Impeler pompa gas

• Paduan: 718 Di dalam basis.
• Siklus: Solusi perlakukan di 980 ° C., memuaskan, usia di 718 ° C untuk 8 H, Kemudian 621 ° C untuk 8 H.
• Hasil: Uts 1200 MPa dan resistensi SCC dalam layanan asam.

Kasus turbin dirgantara

• Bahan: 17-4 PH stainless.
• Perlakuan: H900 (490 ° C × 4 H) hasil 1050 MPa UTS dan kekuatan kelelahan yang sangat baik.

Gearbox alat berat

• Baja: 4340 paduan.
• Proses: Carburize AT 930 ° C untuk 6 H, memuaskan, temperamen 160 ° C..
• Keuntungan: Permukaan 62 HRC, inti 35 HRC, siklus beban berat yang bertahan lama.

7. Kesimpulan

Perlakuan panas tetap sangat diperlukan dalam produksi casting, Menawarkan toolkit serbaguna untuk memodifikasi struktur mikro dan merekayasa sifat mekanik yang tepat.

Dengan menguasai fundamental metalurgi - transformasi fase, Prinsip TTT/CCT, dan mekanisme pengerasan - dan dengan melakukan kontrol ketat atas atmosfer tungku, rendam waktu, dan tingkat pendinginan,

pengecoran memberikan coran dengan kekerasan yang dioptimalkan, kekuatan, keuletan, dan kehidupan kelelahan.

Melalui pengujian yang ketat dan penyesuaian khusus paduan, Perlakuan panas meningkatkan komponen cor dari bentuk mentah ke bagian yang siap misi di seluruh otomotif, minyak & gas, Aerospace, dan industri peralatan berat.

Bergerak maju, Inovasi dalam pemanasan induksi, kontrol proses digital, dan manufaktur aditif terintegrasi menjanjikan efisiensi yang lebih besar, konsistensi, dan kinerja dalam casting Heat Treatments.

Pada Langhe, Kami senang mendiskusikan proyek Anda pada tahap awal dalam proses desain untuk memastikan bahwa apa pun yang dipilih atau perawatan pasca-casting yang diterapkan, Hasil akhirnya akan memenuhi spesifikasi mekanik dan kinerja Anda.

Untuk mendiskusikan kebutuhan Anda, e-mail [email protected].