Šiluminis apdorojimas paverčia neapdorotus liejinius-dažnai trapius ir nevienodus-įeina į aukštos kokybės komponentus, turinčius pritaikytas mechanines ir fizines savybes.
Tiksliai kontroliuodami temperatūros profilius, mirkymo laikas, ir aušinimo normos, liejyklos manipuliuoja lydinio mikrostruktūra, kad pasiektų nuspėjamų rezultatų.
Šiame išsamiame straipsnyje, Mes gilinamės į tikslus, Metalurginiai pagrindai, pagrindiniai tikslai, Pirminiai procesai, Apsvarstymai, proceso valdymas, ir realaus pasaulio šilumos apdorojimo programos.
1. Įvadas
„Casting Production“, Nekontroliuojamas kietėjimas suteikia didelius grūdus, segregation, ir likučių streso lygis viršija 200 MPA.
Todėl, Šilumos apdorojimas atlieka tris kritinius vaidmenis:
- Mikrostruktūros modifikavimas: Tai paverčia dendritus ir segregacijos zonas į rafinuotus grūdus arba nuosėdas, tiesiogiai daro įtaką kietumui (iki 65 HRC plienuose) ir tvirtumas.
- Streso palengvinimas: Sumažindamas vidinius stresus iki 80%, Tai apsaugo nuo iškraipymo apdirbimo metu ir pašalina įtrūkimą tarnyboje.
- Nuosavybės optimizavimas: Tai subalansuoja kietumą, ausmingumas, stiprybė, ir nuovargio gyvenimas-dažnai kompromisas, reikalaujantis kruopštaus ciklo dizaino.
Be to, geležies lydiniai (Anglies plienai, lydinio plienai, Kariuomenė ir pilka geležis) Sverto fazės transformacijos, tokių kaip austenite į martensitą, Norėdami pasiekti didelį atsparumą dėvėjimui.
Priešingai, neferiški lydiniai (aliuminis, Vario, Nikelis) paprastai naudoja kietąjį sprendimą ir kritulių kietėjimą, kad pasiektų tempimo stiprumą 300–800 MPA.
Šių skirtumų supratimas yra veiksmingų šilumos apdorojimo strategijų pagrindas.
2. Metalurgijos pagrindai
Fazių transformacijos plienuose
Plienas rodo daugybę fazių pokyčių:
- Austenitas (γ-FE): Stabilus aukščiau 720 ° C., Veidas orientuotas kub.
- Feritas (α-FE): Stabilus žemiau 720 ° C., Kūną orientuota kubinė.
- Perlitas: Kintami ferito ir cementito formos sluoksniai lėto aušinimo metu.
- Martensitas: Sunku, Kūną orientuota tetragoninė fazė, pasiekiama gesinant aušinimo greičiu >100 ° C/s.
TTT ir CCT koncepcijos
- Laiko temperatūros transformacija (Ttt) Diagramos Parodyti izoterminę galią 100% Perlitas 600 ° C. po ~10 s.
TTT diagramos - Nuolatinė aušinimo transformacija (CCT) Kreivės Numatykite fazių frakcijas tikrų aušinimo rampų metu (Pvz., gesinti aliejuje 20–50 ° C/s derlius ~ 90% martensito).
3. Pirminiai šilumos apdorojimo procesai
Langhe liejykla priklauso nuo pagrindinio šilumos apdorojimo metodų rinkinio, kad būtų pritaikytos liejimo savybės.
Kiekvienas procesas nukreiptas į specifinius mikrostruktūrinius pokyčius - ar suminkštėja apdirbamumas, ar sukietėja atsparumui dilimui.
Žemiau, Mes nagrinėjame septynis pagrindinius metodus, jų tipiniai parametrai, ir jų teikiamos mechaninės naudos.
Atkaitinimas
Tikslas: Sušvelninkite liejimą, palengvinti stresą, ir pagerinti lankstumą.
- Procesas: Įkaitinkite iki temperatūros, esančios virš lydinio perkristalizacijos taško (plienas: 650–700 ° C.; aliuminio lydiniai: 300–400 ° C.), Laikykite 1–4 valandas, Tada krosnies aušinimas esant 20–50 ° C/h.
- Rezultatas: Kietumas sumažėja 30–40 val., o pailgėjimas padidėja 15–25%. Liekamieji įtempiai sumažėja iki 80%, mažinant iškraipymo riziką apdirbant.
Normalizavimas
Tikslas: Patobulinkite grūdų struktūrą ir homogenizuokite mikrostruktūrą, kad būtų nuspėjamas stipris.
- Procesas: Įkaitinkite anglies plienus iki 900–950 ° C (Virš AC₃), Mirkykite 30–60 minučių, Tada aušina oru.
- Rezultatas: Grūdų dydis paprastai tobulinamas vienu ASTM laipsniu; tempimo stiprumo dispersija susiaurėja iki ± 5%, ir paviršiaus kietumas stabilizuojasi ± 10 HB.
Gesinimas
Tikslas: Gaminkite kietą martensitinę arba bainitinę matricą iš geležies lydinių.
- Procesas: Šiluma virš viršutinės kritinės temperatūros (950–1050 ° C.), Tada numalšinti vandenyje (aušinimo greitis > 100 ° C/s), aliejus (20–50 ° C/s), arba polimerų sprendimai.
- Rezultatas: Martensito turinys pasiekia ≥ 90%, gaunantis 55–65 HRC kietumą ir galutinį tempimo stiprumą iki 1200 MPA. PASTABA: Aliuminis, Vario, ir nikelio lydiniai paprastai suminkštėja iki tirpiamos sąlygos vėlesnio senėjimo.
Grūdinimas
Tikslas: Sumažinkite gesintų plienų trapumą, prekiauti tam tikru kietumu.
- Procesas: Šildykite martensitinius liejinius iki 200–650 ° C, Mirkykite 1–2 valandas, Tada aušina oru.
- Rezultatas: Kietumas prisitaiko nuo 60 HRC iki 30–50 HRC, tuo tarpu „Charpy“ smūgio energija padidėja 40–60%, dramatiškai pagerindamas atsparumą dinaminėms apkrovoms.
Kritulių kietėjimas (Senėjimas)
Tikslas: Stiprinkite nefervinius lydinius, susidarant smulkiais nuosėdomis.
- Procesas:
-
- Aliuminis (6xxx serija): Sprendimo gydymas 530 ° C., gesinimas, Tada amžius 160 ° C 6–12 valandas.
- Nikelio lydiniai: Amžius 700–800 ° C 4–8 valandas.
- Rezultatas: Derlingo stiprumo padidėjimas 30–50% (Pvz., 6061-T6 derlius ~ 240 MPa VS. 150 MPA T4), išlaikant pailgėjimą ≥ 10–12%.
Gydymas tirpalu & Senėjimas (Neferškas)
Tikslas: Ištirpinkite legiruotus elementus, tada dar kartą atstatykite juos, kad būtų optimalus kietumas ir atsparumas korozijai.
- Procesas: Įkaitinkite iki Solvus temperatūros (Pvz., 520 ° C 17-4 PH nerūdijantis), sulaikyti 30 minutės, Vandens gesinimas, ir amžius (Pvz., 480 ° C 4 valandos).
- Rezultatas: Pasiekia kontroliuojamą kietumą (Rockwell C 38–44 nerūdijantis pH) ir vienodos mechaninės savybės visame liejinyje.
Bylos sukietėjimas (Carburizacija, Carbonitriding, Nitridavimas)
Tikslas: Per kietą šerdį perduoda drabužiams atsparų paviršiaus apvalkalą.
- Proceso parinktys:
-
- Carburizacija: 900–950 ° C, turtingoje anglies atmosferoje 2–8 valandas; Užgalimas, kad susidarytų 0,5–2 mm atvejis, esant 60–65 HRC.
- Carbonitriding: Panašiai kaip karburistai, bet su pridėtu amoniaku, Sukurti mišrią anglies azoto atvejį, kad būtų padidintas nuovargio laikas.
- Dujų nitridavimas: 520–580 ° C amoniake 10–20 valandų, duodantis paviršiaus kietumą iki 900 HV be gesinimo.
- Rezultatas: Paviršiaus nusidėvėjimo normos sumažėja 70–90%, Nors pagrindinis tvirtumas išlieka didelis - tai pavarų dėžė, skirstomieji velenai, ir guolių paviršiai.
4. Keletas lydinio aspektų
Tuo tarpu bendri terminio apdorojimo principai taikomi daugelyje medžiagų, Kiekviena lydinio sistema reaguoja unikaliai į šiluminį apdorojimą.
Cheminės sudėties skirtumai, fazės stabilumas, ir šilumos laidumui reikalingos specializuotos strategijos, kad būtų maksimaliai padidintas našumas.
Šiame skyriuje, Mes išnagrinėsime svarbius lydinio aspektus, susijusius su liejamais plienais, lygintuvai, aliuminis, Vario, ir nikelio pagrindu sukurtos sistemos.
Anglies plienai & Lydinio plienai
Pagrindiniai veiksniai:
- Kietas: Tiesiogiai paveikia anglies kiekį ir legiruotus elementus, tokius kaip Cr, MO, ir ni. Pavyzdžiui, 0.4% Anglies plienai Pasiekite ~ 55 HRC po alyvos gesinimo, tuo tarpu mažai anglies plienai (<0.2% C) gali vos sukietėti be papildomo lydinio.
- Kritiniai aušinimo normos: Turi pakankamai greitai numalšinti, kad susidarytų martensitas, tačiau venkite įtrūkimų ar iškraipymų.
Plienai su didesniu lydinio kiekiu (Pvz., 4140, 4340) Leiskite lėtesnėms gesinimo laikmenoms, tokioms kaip aliejaus ar polimerų tirpalai, Sumažinus šiluminį smūgį.
Specialios pastabos:
- Grūdinimas Post-gesinimas yra labai svarbus siekiant subalansuoti kietumą ir tvirtumą.
- Normalizavimas gali padėti pagerinti izotropiją ir pasiruošti sukietėjimo operacijoms.
Kunigaikščiai (Sg) & Pilkos aktorių lygintuvai
Pagrindiniai veiksniai:
- Matricos valdymas: Terminis apdorojimas (Pvz., Rytų grūdinimas) pervertitinės arba feritinės matricos paverčia bainitinėmis struktūromis Kariuomenė geležis, padidina tempimo stiprumą iki ~ 1200 MPa, kai pailgėja 10–20%.
- Grafito formos išsaugojimas: Turi užkirsti kelią grafito mazgeliams (SG geležies) arba dribsniai (pilkoje geležyje) nuo žeminimo, nes tai daro didelę įtaką mechaniniam našumui.
Specialios pastabos:
- Streso palengvinimo atkaitinimas (~ 550–650 ° C.) įprasta sumažinti vidinius stresus, reikšmingai nepakeisdamas grafito morfologijos.
- Normalizavimas gali sustiprinti jėgą, Bet jis turi būti kruopščiai kontroliuojamas, kad būtų išvengta per didelio kietumo.
Aliuminio lydiniai
Pagrindiniai veiksniai:
- Kritulių kietėjimas: Dominuoja jėgos vystymuisi 2xxx, 6xxx, ir 7xxx serijos lydiniai.
T6 gydymas (tirpalo šilumos apdorojimas + dirbtinis senėjimas) gali dvigubai derlingumo stiprumą, palyginti su panašiomis sąlygomis. - Iškraipymo jautrumas: AliuminisDidelis šilumos laidumas ir žemas lydymosi temperatūra (~ 660 ° C.) Atlikite kruopščių rampų normas ir gesinimo valdiklius.
Specialios pastabos:
- Tipiškas T6 apdorojimas A356 liejiniams:
-
- Tirpalas šilumos apdorojimas 540 ° C 8–12 valandas
- Gesinti vandenyje 60 ° C.
- Amžius 155 ° C 4–6 valandas
Lemia išeigos stipriąsias puses iki 250 MPA, su pailgėjimais ~ 5–8%.
Vario & Vario pagrindu pagaminti lydiniai
Pagrindiniai veiksniai:
- Kietas sprendimas vs. Kritulių kietėjimas: Žalvariai (Cu-Zn) Daugiausia naudos iš šalto darbo ir atkaitinimo, Nors bronzos (Su SN) ir aliuminio bronzos (Su) Gerai reaguokite į amžių stiprinantį gydymą.
- Per didelė rizika: Per didelis senėjimas gali nuosėdos, dramatiškai sumažina stiprumą ir atsparumą korozijai.
Specialios pastabos:
- Aliuminio bronzos liejiniai (Pvz., C95400):
-
- Tirpalo apdorojimas 900–950 ° C temperatūroje
- Vandens gesinimas
- Amžius esant 300–400 ° C, kad būtų užtikrintas tempimo stiprumas iki 700 MPA.
Nikelio pagrindu pagaminti lydiniai
Pagrindiniai veiksniai:
- Krituliai kankinantys lydiniai (Pvz., Inconel, Inoloy, Hastelloy): Reikalauti tiksliai kontroliuoti senėjimo temperatūrą ir laiką, kad padidintumėte derliaus stiprumą, neprarandant elastingumo.
- Atsparumas pervertinimui: Šie lydiniai suteikia puikų šiluminį stabilumą, Tačiau neteisingas terminis apdorojimas vis tiek gali sukelti įkyrią.
Specialios pastabos:
- Tipiškas „Inconel“ gydymas 718 liejiniai:
-
- Sprendimas, apdorotas 980 ° C.
- Amžius 720 ° C 8 valandos, Tada krosnis atvėsta 620 ° C ir laikykite 8 Daugiau valandų.
- Rezultatas: Tempimo stiprumas viršija 1200 MPA, su puikiu šliaužimo ir nuovargio atsparumu esant pakilusiai temperatūrai.
5. Proceso parametrai & Kontrolė
Termiškai apdorojant liejinius, Tikslus proceso parametrų kontrolė yra būtina nuosekliai pasiekti norimų medžiagų savybių.
Temperatūros pokyčiai, laikas, atmosfera, ir aušinimo sąlygos gali smarkiai paveikti mikrostruktūrą ir, todėl, Mechaninis liejimo atlikimas.
Šiame skyriuje nagrinėjami pagrindiniai parametrai ir geriausia praktika jų valdyti.
Krosnių tipai ir atmosferos valdymas
Krosnies pasirinkimas:
- Oro krosnys: Tinka bendram terminui plienams, kur priimtina nedidelė oksidacija.
- Apsauginės atmosferos krosnys: Naudokite inertines dujas (Pvz., azotas, Argonas) arba sumažinti dujas (Pvz., vandenilis) Norint išvengti oksidacijos ir dekarburizacijos.
- Vakuuminės krosnys: Idealiai tinka aukštos vertės lydiniams (Pvz., Nikelio pagrindu sukurtas superlydas, titanas) reikalaujant ypač švarų paviršių ir minimalus užterštumas.
Duomenų taškas:
Vykdant terminą, Likęs deguonies lygis paprastai laikomas žemiau 10⁻⁶ ATM, kad būtų išvengta oksido susidarymo.
Geriausia praktika:
Naudokite atmosferos stebėjimo jutiklius ir automatines srauto valdymo sistemas, kad išlaikytumėte nuoseklią dujų sudėjimą apdorojimo metu.
Šildymo parametrai
Mirkyti temperatūrą ir laiką:
- Temperatūros tikslumas: Kritinių pritaikymų tikslo temperatūros turi būti ± 5 ° C temperatūroje.
- Mirkyti laiką: Priklauso nuo liejimo storio ir lydinio tipo; Bendra nykščio taisyklė yra 1 valanda colyje (25 mm) skyriaus storio.
- Rampos: Kontroliuojami šildymo greičiai (Pvz., 50–150 ° C per valandą) Užkirskite kelią šiluminiam šokui ir sumažinkite iškraipymą, ypač aliuminio ir sudėtingų plieninių liejinių.
Stebėjimas:
Kelių zonų krosnys su nepriklausomais valdikliais užtikrina temperatūros vienodumą dideliuose ar sudėtinguose liejiniuose.
Aušinimo ir gesinimo valdymas
Aušinimo laikmenos:
- Vandens gesinimas: Ypač greitas, Tinka plienams, tačiau rizikuoja iškraipyti ir įtrūkimai.
- Naftos gesinimas: Lėtesnis aušinimas, dažnai naudojamas lydinio plienams, siekiant sumažinti šiluminius įtempius.
- Polimero gesinimas: Reguliuojami aušinimo greičiai modifikuojant polimero koncentraciją; sujungia naftos ir vandens pranašumus.
- Oro ar dujų aušinimas: Naudojamas ten, kur reikalingas minimalus gesinimo stresas (Pvz., Kai kurie aliuminio lydiniai).
Pagrindiniai aušinimo parametrai:
- Sujaudinimas: Pagerina šilumos gavybą ir apsaugo nuo garų antklodžių susidarymo aplink dalį.
- Temperatūros kontrolė: Aušinimo laikmenos turėtų būti laikomos tam tikrose temperatūros diapazonuose; pavyzdžiui, Alyvos gesinimai dažnai palaikomi 60–80 ° C, kad būtų užtikrintas tolygus aušinimas.
Pavyzdys:
Už 4340 plienas, aliejaus gesinimas iš 845 ° C paprastai pasiekia martensitines struktūras su minimaliu įtrūkimu, palyginti su vandens gesinimu.
Proceso stebėjimas ir duomenų registravimas
Instrumentai:
- Termoelementai: Prijungta tiesiai prie reprezentacinių dalių, kad būtų galima stebėti realaus laiko temperatūrą.
- Krosnių valdymo sistemos: Šiuolaikinės sąrankos naudoja PLC (Programuojami loginiai valdikliai) Automatiniam receptų valdymui.
- Duomenų kaupikliai: Įrašų temperatūros profiliai, mirkymo laikas, ir aušinimo kreivės, skirtos visiškam atsekamumui ir kokybės auditui.
Geriausia praktika:
Naudokite nereikalingas termoelementų sistemas (Įkelkite termoelementus ir apžiūrėkite termoelementus) Kryžminio validos krosnies sąlygoms.
6. Pramoninės programos & Atvejų tyrimai
Automobilių stabdžių rotoriai
- Procesas: Normalizuoti 900 ° C., gesinimas aliejuje, nuotaika 450 ° C 2 h.
- Rezultatas: Pasiekti 45 HRC, minimalus deformavimas <0.05 mm po šiluminiu ciklu.
Aliejus & Dujų siurblio sparnuotės
- Lydinys: 718 Bazėje.
- Ciklas: Sprendimo gydymas 980 ° C., gesinimas, amžius 718 ° C 8 h, Tada 621 ° C 8 h.
- Rezultatas: UTS 1200 MPA ir SCC pasipriešinimas rūgščių paslaugų srityje.
Aviacijos ir kosmoso turbinos atvejai
- Medžiaga: 17-4 PH nerūdijantis.
- Gydymas: H900 (490 ° C × 4 h) derlius 1050 MPA UTS ir puikus nuovargio stiprumas.
Sunkiosios įrangos pavarų dėžės
- Plienas: 4340 lydinys.
- Procesas: Karburizacija 930 ° C 6 h, gesinimas, nuotaika 160 ° C..
- Nauda: Paviršius 62 HRC, šerdis 35 HRC, ištvermingi sunkiųjų krovinių ciklai.
7. Išvada
Šiluminis apdorojimas išlieka būtinas atliekant liejimo gamybą, Siūlo universalų įrankių rinkinį, skirtą modifikuoti mikrostruktūras ir inžinieriaus tikslias mechanines savybes.
Įvaldant metalurgijos pagrindus - fazės transformacijos, TTT/CCT principai, ir kietėjimo mechanizmai - ir vykdant griežtą krosnies atmosferos kontrolę, mirkymo laikas, ir aušinimo normos,
liejyklos pristato liejinius su optimizuotu kietumu, stiprybė, ausmingumas, ir nuovargio gyvenimas.
Atliekant griežtus bandymus ir pritaikytus legiūras, Šilumos apdorojimas padidina liejimo komponentus nuo neapdorotos formos iki misijos paruoštų dalių per automobilius, aliejus & dujos, kosmoso, ir sunkiosios eilės pramonė.
Juda į priekį, Indukcinio šildymo naujovės, Skaitmeninio proceso valdikliai, ir integruotas priedų gamybos žada dar didesnį efektyvumą, nuoseklumas, ir atlikimas šilumos procedūrose.
At Langhe, Džiaugiamės galėdami aptarti jūsų projektą ankstyvame projektavimo proceso etape, kad įsitikintume, jog bet koks pasirinktas lydinys ar gydymas po kaupimo, Galutinis rezultatas atitiks jūsų mechanines ir našumo specifikacijas.
Aptarti jūsų reikalavimus, el. Paštas [email protected].
