주조의 열처리

열처리가 변형 된 기계 및 물리적 특성을 가진 고성능 구성 요소에 근접한 원시 주물을 변환합니다..

온도 프로파일을 정확하게 제어함으로써, 시간을 담그십시오, 냉각 속도, 파운드리는 예측 가능한 결과를 달성하기 위해 합금의 미세 구조를 조작합니다.

이 포괄적 인 기사에서, 우리는 목적을 탐구합니다, 야금 토대, 주요 목표, 기본 프로세스, 합금 별 고려 사항, 프로세스 제어, 열처리 주조의 실제 응용.

1. 소개

제작에서, 통제되지 않은 응고는 큰 곡물을 생성합니다, 분리, 잔류 응력 수준을 초과합니다 200 MPA.

따라서, 열처리는 세 가지 중요한 역할을합니다:

1. 미세 구조 변형: 그것은 캐스트 렌드 드리트와 분리 구역을 정제 된 곡물로 변환하거나 침전물로 변환합니다., 직접적인 경도에 영향을 미칩니다 (최대 65 HRC 강에) 그리고 강인함.
2. 스트레스 해소: 내부 응력을 최대로 줄임으로써 80%, 가공 중 왜곡을 방지하고 서비스의 균열을 제거합니다..
3. 속성 최적화: 경도의 균형을 유지합니다, 연성, 힘, 그리고 피로 수명-종종 신중한 사이클 설계가 필요한 트레이드 오프.

게다가, 철 합금 (탄소강, 합금 강, 연성 및 회색 철) 위상 변환을 활용합니다, 오스테 나이트와 마르텐 사이트와 같은, 내마모성이 높습니다.

대조적으로, 비철 합금 (알류미늄, 구리, 니켈) 일반적으로 고체 해결 및 강수 경화를 활용하여 인장 강도에 도달합니다. 300–800 MPa.

이러한 차이를 이해하면 효과적인 열처리 전략의 기초가됩니다..

2. 야금 기초

강의 위상 변환

강은 수많은 위상 변화를 나타냅니다:

• 오스테 나이트 (γ-FE): 위의 안정 720 ° C, 얼굴 중심 입방.
• 페라이트 (α-fe): 아래에 안정 720 ° C, 신체 중심 입방.
• 펄라이트: 느린 냉각 동안 페라이트 및 시멘트 형태의 교대 층.
• 마르텐 사이트: 딱딱한, 냉각 속도에서 켄칭에 의해 달성 된 신체 중심 정각 단계 >100 ° C/s.

TTT 및 CCT 개념

• 시간 온도 변환 (TTT) 다이어그램 등온선은 그 수율을 유지합니다 100% 펄라이트 600 ° C ~ ~10 에스.

  

• 연속 냉각 변환 (CCT) 곡선 실제 냉각 경사로 동안 위상 분획을 예측합니다 (예를 들어, 기름에 담금질을합니다 20–50 ° C/s 수율 ~ 90% 마르텐 사이트).

3. 1 차 열처리 공정

Langhe Foundry 캐스팅 특성을 조정하기 위해 열처리 기술의 핵심 제품군에 의존합니다..

각 프로세스는 특정 미세 구조 변화를 목표로합니다..

아래에, 우리는 7 가지 주요 방법을 조사합니다, 그들의 일반적인 매개 변수, 그리고 그들이 제공하는 기계적 이점.

가열 냉각

목적: 캐스팅을 부드럽게합니다, 스트레스 해소, 연성을 향상시킵니다.

• 프로세스: 합금의 재결정 지점 바로 위의 온도로 가열 (강: 650–700 ° C; 알루미늄 합금: 300–400 ° C), 1-4 시간 동안 유지하십시오, 그런 다음 20–50 ° C/h에서 용광로 쿨하십시오.
• 결과: 켄칭 된 강에서 경도는 30-40 시간으로 떨어집니다, 신장은 15-25% 증가하는 동안. 잔류 응력은 최대까지 떨어집니다 80%, 가공 중 왜곡 위험을 줄입니다.

정상화

목적: 곡물 구조를 정제하고 예측 가능한 강도를 위해 미세 구조를 균질화합니다..

• 프로세스: 탄소강을 900–950 ° C로 가열합니다 (위의 ac₃), 30-60 분을 담그십시오, 그런 다음 에어 쿨.
• 결과: 곡물 크기는 일반적으로 1 개의 ASTM 등급으로 개선됩니다; 인장 강도 분산은 ± 5%로 좁아집니다., 표면 경도는 ± 10 HB 내에서 안정화됩니다.

담금질

목적: 철 합금에서 단단한 마르텐 사이트 또는 베인트 매트릭스를 생성합니다..

• 프로세스: 상위 임계 온도 이상의 가열 (950–1050 ° C), 그런 다음 물에 담금질하십시오 (냉각 속도 > 100 ° C/s), 기름 (20–50 ° C/s), 또는 중합체 용액.
• 결과: 마르텐 사이트 함량은 ≥에 도달합니다 90%, 55-65 시간의 경도를 생성하고 최대 최대 인장 강도 1200 MPA. 메모: 알류미늄, 구리, 그리고 니켈 합금은 일반적으로 후속 노화를 위해 용액화 된 상태로 부드럽습니다..

템퍼링

목적: 담금질 된 강의 브리티 니스를 줄입니다, 강인함을 위해 약간의 경도를 교환하십시오.

• 프로세스: Martensitic 캐스팅을 200-650 ° C로 재가열하십시오, 1-2 시간을 담그십시오, 그런 다음 에어 쿨.
• 결과: 경도가 조정됩니다 60 HRC는 30-50 HRC까지, Charpy 충격 에너지가 40-60% 증가하는 반면, 동적 하중에 대한 저항을 크게 향상시킵니다.

강수 경화 (노화)

목적: 미세한 침전물 형성을 통해 비철 합금을 강화합니다.

• 프로세스:

• • 알류미늄 (6XXX 시리즈): 솔루션-처리 530 ° C, 끄다, 그런 다음 나이 160 6-12 시간 동안 ° C.
  • 니켈 합금: 4-8 시간 동안 700–800 ° C에서 나이.
• 결과: 항복 강도 상승 30-50% (예를 들어, 6061-T6 생산량 ~ 240 MPa vs. 150 T4의 MPA), 신장을 유지하는 동안 10-12% 이상.

솔루션 처리 & 노화 (비철함)

목적: 합금 요소를 용해시킵니다, 그런 다음 최적의 경도와 부식 저항을 위해 그들을 다시 확인하십시오.

• 프로세스: Solvus 온도로 가열하십시오 (예를 들어, 520 ° C 17-4 pH 스테인리스), 잡고 있다 30 분, 수온, 그리고 나이 (예를 들어, 480 ° C 4 시간).
• 결과: 통제 된 경도를 달성합니다 (pH 스테인리스의 로크웰 C 38–44) 캐스팅 전체에 걸쳐 균일 한 기계적 특성.

케이스 경화 (기화, 탄소화, 질화)

목적: 거친 코어 위에 내마모성 표면 껍질을 부여하십시오.

• 프로세스 옵션:

• • 기화: 9002-8 시간 동안 탄소가 풍부한 대기에서 –950 ° C; 60-65 HRC에서 0.5–2 mm 케이스를 형성하도록 담금합니다..
  • 탄소화: 기화와 비슷하지만 암모니아가 추가됩니다, 피로 수명 향상을위한 혼합 탄소 질소 사례를 만듭니다.
  • 가스 질화: 52010-20 시간 동안 암모니아에서 –580 ° C, 표면 경도를 생성합니다 900 담금질없이 HV.

• 결과: 표면 마모율은 70–90% 감소, 핵심 인성은 여전히 ​​높지만 기어의 경우, 캠 샤프트, 그리고 베어링 표면.

4. 합금 별 고려 사항을 시전합니다

열처리의 일반적인 원리는 많은 재료에 적용되는 동안, 각 합금 시스템은 고유하게 반응합니다 열 처리에.

화학 성분의 차이, 위상 안정성, 열전도율은 성능을 극대화하기위한 전문 전략이 필요합니다.

이 섹션에서, 캐스트 강에 대한 중요한 합금 별 고려 사항을 조사 할 것입니다, 족쇄, 알류미늄, 구리, 및 니켈 기반 시스템.

탄소강 & 합금 강

주요 요인:

• 경화성: CR과 같은 탄소 함량 및 합금 요소에 직접 영향을받습니다., 모, 그리고 ni. 예를 들어, 0.4% 탄소강 오일 담금질 후 ~ 55 시간에 도달합니다, 저탄소 강철 (<0.2% 기음) 추가 합금없이 간신히 강화 될 수 있습니다.
• 임계 냉각 속도: 마르텐 사이트를 형성하기에 충분히 빨리 켄칭해야하지만 균열이나 왜곡을 피하십시오..
  합금 함량이 높은 강철 (예를 들어, 4140, 4340) 오일 또는 폴리머 용액과 같은 느린 담금질 매체를 허용하십시오, 열 충격 감소.

특별 메모:

• 템퍼링 냉동 후는 경도와 강인성의 균형을 맞추는 데 중요합니다.
• 표준화 등방성을 개선하고 경화 작업을 준비하는 데 도움이 될 수 있습니다.

공작 (sg) & 그레이 캐스트 아이언

주요 요인:

• 매트릭스 제어: 열처리 (예를 들어, 동부 템퍼링) 진주 또는 페라이트 매트릭스를 바이에 틱 구조로 변환합니다 연성 철, 10-20% 신장으로 ~ 1200 MPa로 인장 강도를 높이십시오.
• 흑연 모양 보존: 흑연 결절을 방지해야합니다 (SG 아이언에서) 또는 플레이크 (회색 철분) 저하에서, 이것은 기계적 성능에 심각하게 영향을 미칩니다.

특별 메모:

• 스트레스 구호 어닐링 (~ 550–650 ° C) 흑연 형태를 크게 바꾸지 않고 내부 응력을 줄이는 데 일반적입니다..
• 정상화 힘을 향상시킬 수 있습니다, 그러나 과도한 경도를 피하기 위해 신중하게 제어해야합니다..

알루미늄 합금

주요 요인:

• 강수 경화: 2xxx에서 강도 개발을 지배합니다, 6트리플 엑스, 및 7xxx 시리즈 합금.
  T6 처리 (솔루션 열처리 + 인공 노화) 캐스트 조건에 비해 항복 강도를 두 배로 늘릴 수 있습니다.
• 왜곡 감도: 알류미늄높은 열전도율과 낮은 융점 (~ 660 ° C) 뒤틀림을 최소화하는 데 필수적인 신중한 램프 속도 및 Quench 컨트롤을 작성하십시오..

특별 메모:

• A356 주물에 대한 전형적인 T6 처리:

• • 솔루션 열처리 540 8-12 시간 동안 ° C
  • 물에 담금질을하십시오 60 ° C
  • 나이 155 4-6 시간 동안 ° C

결과적으로 항복 강도가 향상됩니다 250 MPA, ~ 5–8%의 신장으로.

구리 & 구리 기반 합금

주요 요인:

• 견고한 용액 대. 강수 경화: 놋쇠 (Cu-Zn) 주로 차가운 일과 어닐링의 혜택을받습니다, Bronzes (SN과 함께) 알루미늄 브론즈 (함께) 연령화 치료에 잘 대응합니다.
• 과잉 위험: 과도한 노화는 촉발 될 수 있습니다, 강도와 부식 저항을 극적으로 줄입니다.

특별 메모:

• 알루미늄 청동 주물 (예를 들어, C95400):

• • 솔루션 900–950 ° C에서 치료하십시오
  • 물 담금질
  • 최대 인장 강도를 달성하기 위해 300-400 ° C에서 나이 700 MPA.

니켈 기반 합금

주요 요인:

• 강수량 경화 합금 (예를 들어, Inconel, incoloy, Hastelloy): 연성을 희생하지 않고 항복 강도를 극대화하기 위해 노화 온도와 시간에 대한 정확한 제어가 필요합니다..
• 과다에 대한 저항: 이 합금은 우수한 열 안정성을 제공합니다, 그러나 잘못된 열처리는 여전히 손상을 유발할 수 있습니다.

특별 메모:

• Inconel에 대한 전형적인 치료 718 캐스팅:

• • 해결 된 해결책 980 ° C
  • 나이 720 ° C 8 시간, 그런 다음 용광로가 시원합니다 620 ° C 및 고정 8 더 많은 시간.

• 결과: 인장 강도가 초과됩니다 1200 MPA, 높은 온도에서 우수한 크리프와 피로 저항성.

5. 프로세스 매개 변수 & 제어

주조의 열처리에서, 프로세스 매개 변수에 대한 정확한 제어 원하는 재료 특성을 일관되게 달성하는 데 필수적입니다.

온도의 변화, 시간, 대기, 냉각 조건은 미세 구조에 큰 영향을 줄 수 있습니다, 따라서, 캐스팅의 기계적 성능.

이 섹션에서는 주요 매개 변수 및이를 제어하기위한 모범 사례를 살펴 봅니다..

용광로 유형 및 대기 제어

퍼니스 선택:

• 용광로: 약간의 산화가 허용되는 강의 일반적인 열처리에 적합합니다..
• 보호 대기 용광로: 불활성 가스를 사용하십시오 (예를 들어, 질소, 아르곤) 또는 가스 감소 (예를 들어, 수소) 산화 및 탈 카버 화를 방지합니다.
• 진공 용광로: 고 부가가치 합금에 이상적입니다 (예를 들어, 니켈 기반 슈퍼 합금, 티탄) 초소형 표면과 최소 오염이 필요합니다.

데이터 포인트:
진공 열처리에서, 잔류 산소 수준은 일반적으로 산화물 형성을 방지하기 위해 10 ~ ATM 이하로 유지됩니다..

모범 사례:
대기 모니터링 센서 및 자동 흐름 제어 시스템을 사용하여 처리 중 일관된 가스 조성을 유지합니다..

가열 매개 변수

온도와 시간을 담그십시오:

• 온도 정확도: 중요한 응용 분야의 목표 온도에서 ± 5 ° C 이내에 유지해야합니다..
• 시간을 담그십시오: 주조 두께 및 합금 유형에 따라 다릅니다; 일반적인 경험 법칙입니다 1 인치당 시간 (25 mm) 섹션 두께.
• 램프 비율: 제어 된 가열 속도 (예를 들어, 50–150 ° C/시간) 열 충격을 방지하고 왜곡을 최소화하십시오, 특히 알루미늄 및 복잡한 강철 주물의 경우.

모니터링:
독립적 인 제어 기능이있는 멀티 존 퍼니스는 크거나 복잡한 주물에 대한 온도 균일 성을 보장합니다..

냉각 및 담금질 제어

냉각 매체:

• 물 담금질: 매우 빠릅니다, 강에 적합하지만 왜곡과 크래킹 위험.
• 오일 담금질: 느린 냉각, 열 응력을 줄이기 위해 합금강에 종종 사용됩니다.
• 폴리머 켄치: 중합체 농도를 수정하여 조정 가능한 냉각 속도; 기름과 물의 이점을 결합합니다.
• 공기 또는 가스 냉각: 최소한의 담금질 응력이 필요한 경우 사용됩니다 (예를 들어, 일부 알루미늄 합금).

주요 냉각 매개 변수:

• 동요: 열 추출을 개선하고 부품 주위의 증기 담요 형성을 방지합니다..
• 온도 제어: 냉각 매체는 특정 온도 범위 내에서 유지되어야합니다; 예를 들어, 균일 한 냉각을 보장하기 위해 오일 담금질은 종종 60-80 ° C 사이에서 유지됩니다..

예:
을 위한 4340 강철, 오일 담금질 845 ° C는 일반적으로 물 담금질에 비해 최소한의 균열로 마르텐 사이트 구조를 달성합니다..

프로세스 모니터링 및 데이터 로깅

수단:

• 열전대: 실시간 온도를 모니터링하기 위해 대표 부품에 직접 연결됩니다.
• 용광로 제어 시스템: 최신 설정은 PLC를 사용합니다 (프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러) 자동 레시피 관리를 위해.
• 데이터 로거: 기록 온도 프로파일, 시간을 담그십시오, 전체 추적 성 및 품질 감사를위한 냉각 곡선.

모범 사례:
중복 열전대 시스템을 활용하십시오 (열전대 및 설문 조사 열전대) 용광로 조건을 교차 검증합니다.

6. 산업 응용 분야 & 사례 연구

자동차 브레이크 로터

• 프로세스: 정상화하십시오 900 ° C, 기름에 담금질을하십시오, 화성 450 ° C 2 시간.
• 결과: 성취하다 45 HRC, 최소한의 뒤틀림 <0.05 mm 열 사이클링에서.

기름 & 가스 펌프 임펠러

• 합금: 718 기본.
• 주기: 솔루션 치료 980 ° C, 끄다, 나이 718 ° C 8 시간, 그 다음에 621 ° C 8 시간.
• 결과: uts 1200 MPA 및 사워 서비스의 SCC 저항.

항공 우주 터빈 케이스

• 재료: 17-4 pH 스테인리스.
• 치료: H900 (490 ° C × 4 시간) 수율 1050 MPA UTS 및 우수한 피로 강도.

중장비 기어 박스

• 강철: 4340 합금.
• 프로세스: 기화하십시오 930 ° C 6 시간, 끄다, 화성 160 ° C.
• 혜택: 표면 62 HRC, 핵심 35 HRC, 무거운 부하주기를 지속합니다.

7. 결론

열처리는 주조 생산에 필수 불가결 한 상태로 남아 있습니다, 미세 구조 및 엔지니어 정확한 기계적 특성을 수정하기위한 다목적 툴킷 제공.

야금 기초를 마스터함으로써 - 단계 변환, TTT/CCT 원칙, 그리고 경화 메커니즘 - 용광로 대기를 엄격하게 제어함으로써, 시간을 담그십시오, 냉각 속도,

파운드리는 최적화 된 경도로 캐스팅을 제공합니다, 힘, 연성, 그리고 피로의 삶.

엄격한 테스트 및 합금 관련 조정을 통해, 열처리는 자동차 전역의 원시 형태에서 미션 준비 부품으로의 캐스트 구성 요소를 높이고, 기름 & 가스, 항공우주, 그리고 중장기 산업.

앞으로 나아가, 유도 난방의 혁신, 디지털 프로세스 제어, 통합 첨가제 제조 약속은 훨씬 더 큰 효율성을 약속합니다, 일관성, 열처리 주조의 성능.

~에 랑헤, 우리는 설계 프로세스의 초기 단계에서 프로젝트에 대해 논의하여 합금이 선택되거나 사후 처리가 적용되는지 확인합니다., 최종 결과는 기계 및 성능 사양을 충족합니다..

귀하의 요구 사항에 대해 논의합니다, 이메일 [email protected].