Sakausējumu termiskā apstrāde. Termiskās apstrādes veidi

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Sakausējumu termiskā apstrāde ir neatņemama melnās un krāsainās metalurģijas ražošanas procesa sastāvdaļa. Šīs procedūras rezultātā metāli spēj mainīt savus raksturlielumus līdz vajadzīgajām vērtībām. Šajā rakstā mēs apskatīsim galvenos mūsdienu rūpniecībā izmantotos termiskās apstrādes veidus.

Termiskās apstrādes būtība

Ražojot pusfabrikātus, metāla detaļas tiek termiski apstrādātas, lai tām piešķirtu vēlamās īpašības (izturību, izturību pret koroziju un nodilumu utt.). Sakausējumu termiskā apstrāde ir mākslīgi radītu procesu kopums, kura laikā sakausējumos augstas temperatūras ietekmē notiek strukturālas un fizikālas un mehāniskas izmaiņas, bet tiek saglabāts vielas ķīmiskais sastāvs.

Termiskās apstrādes mērķis

Metāla izstrādājumiem, kurus ikdienā izmanto visās tautsaimniecības nozarēs, jāatbilst augstām nodilumizturības prasībām. Metāls kā izejviela ir jānostiprina ar nepieciešamajām ekspluatācijas īpašībām, kuras var būtpakļaut augstām temperatūrām. Sakausējumu termiskā apstrāde ar augstām temperatūrām maina vielas sākotnējo struktūru, pārdala tās sastāvdaļas, pārveido kristālu izmērus un formu. Tas viss samazina metāla iekšējo spriegumu un tādējādi palielina tā fizikālās un mehāniskās īpašības.

Termiskās apstrādes veidi

Metālu sakausējumu termiskā apstrāde notiek trīs vienkāršos procesos: izejmateriāla (pusfabrikāta) uzsildīšana līdz vēlamajai temperatūrai, tā uzturēšana noteiktos apstākļos nepieciešamo laiku un ātra dzesēšana. Mūsdienu ražošanā tiek izmantoti vairāki termiskās apstrādes veidi, kas atšķiras pēc dažām tehnoloģiskām iezīmēm, taču procesa algoritms kopumā visur paliek vienāds.

Atbilstoši termiskās apstrādes veikšanas metodei ir šādi veidi:

• Termiskā (cietēšana, rūdīšana, atkausēšana, novecošana, kriogēnā apstrāde).
• Termomehāniskā apstrāde ietver apstrādi augstā temperatūrā apvienojumā ar mehānisku iedarbību uz sakausējumu.
• Ķīmiskā-termiskā ietver metāla termisko apstrādi, kam seko izstrādājuma virsmas bagātināšana ar ķīmiskajiem elementiem (ogleklis, slāpeklis, hroms utt.).

Atlaidināšana

Rūdīšana ir ražošanas process, kurā metālus un sakausējumus uzkarsē līdz iepriekš noteiktai temperatūrai un pēc tam kopā ar krāsni, kurā notika procedūra, ļoti lēni dabiski atdzesē. Atkausēšanas rezultātā ir iespējams novērst ķīmiskā sastāva neviendabībasvielas, mazina iekšējo spriegumu, panāk granulētu struktūru un uzlabo to kā tādu, kā arī samazina sakausējuma cietību, lai atvieglotu tā tālāku apstrādi. Ir divi atkausēšanas veidi: pirmā un otrā veida atkausēšana.

Pirmās klases rūdīšana ietver termisko apstrādi, kuras rezultātā sakausējuma fāzes stāvoklis mainās maz vai nemaz. Tam ir arī savas šķirnes: homogenizēts - atlaidināšanas temperatūra ir 1100-1200, tādos apstākļos sakausējumi tiek turēti 8-15 stundas, kniedētajam tēraudam tiek izmantota rekristalizācijas (pie t 100-200) atlaidināšana, tas ir, jau deformēta. ir auksts.

Otrā veida atkausēšana izraisa ievērojamas fāzes izmaiņas sakausējumā. Tam ir arī vairākas šķirnes:

• Pilna atkausēšana - sakausējuma karsēšana par 30-50 grādiem virs šai vielai raksturīgās kritiskās temperatūras atzīmes un dzesēšana ar norādīto ātrumu (200 / stundā - oglekļa tēraudi, 100 / stundā un 50 / stundā - zema sakausējuma un augsta temperatūra -leģētie tēraudi, attiecīgi).
• Nepilnīgs - uzsildīšana līdz kritiskajam punktam un lēna dzesēšana.
• Difūzija - atkausēšanas temperatūra 1100–1200.
• Izotermiska - karsēšana notiek tāpat kā ar pilnu atlaidināšanu, tomēr pēc tam tiek veikta strauja dzesēšana līdz temperatūrai, kas ir nedaudz zemāka par kritisko un atstāta atdzist gaisā.
• Normalizēta - pilnīga atkausēšana ar sekojošu metāla dzesēšanu gaisā, nevis krāsnī.

Sacietēšana

Rūdīšana ir manipulācijaar sakausējumu, kura mērķis ir panākt metāla martensīta transformāciju, kas samazina izstrādājuma elastību un palielina tā izturību. Rūdīšana, kā arī atkausēšana, ietver metāla karsēšanu krāsnī virs kritiskās temperatūras līdz dzēšanas temperatūrai, atšķirība ir lielākā dzesēšanas ātrumā, kas notiek šķidruma vannā. Atkarībā no metāla un pat tā formas tiek izmantoti dažādi rūdīšanas veidi:

• Cietēšana tajā pašā vidē, tas ir, vienā vannā ar šķidrumu (ūdens lielām detaļām, eļļa mazām detaļām).
• Periodiska sacietēšana - dzesēšana notiek divos secīgos posmos: vispirms šķidrumā (asāks dzesēšanas šķidrums) līdz aptuveni 300 °C temperatūrai, pēc tam gaisā vai citā eļļas vannā.
• Pakāpenisks - kad produkts sasniedz sacietēšanas temperatūru, to kādu laiku atdzesē izkausētajos sāļos, kam seko dzesēšana gaisā.
• Izotermiskā - tehnoloģija ir ļoti līdzīga pakāpju rūdīšanai, atšķiras tikai ar produkta turēšanas laiku pie martensīta transformācijas temperatūras.
• Pašrūdēšana no citiem veidiem atšķiras ar to, ka sakarsušais metāls netiek pilnībā atdzisis, atstājot siltu laukumu detaļas vidū. Šīs manipulācijas rezultātā produkts iegūst tādas īpašības kā paaugstināta izturība uz virsmas un augsta viskozitāte vidū. Šī kombinācija ir būtiska sitaminstrumentiem (āmuriem, k altiem utt.)

Brīvdienas

Atlaidināšana ir sakausējumu termiskās apstrādes beigu posms, kas nosakametāla galīgā struktūra. Rūdīšanas galvenais mērķis ir samazināt metāla izstrādājuma trauslumu. Princips ir uzsildīt daļu līdz temperatūrai zem kritiskās temperatūras un atdzesēt. Tā kā dažādu mērķu metālizstrādājumu termiskās apstrādes režīmi un dzesēšanas ātrums var atšķirties, ir trīs rūdīšanas veidi:

• Augsta - apkures temperatūra ir no 350-600 līdz vērtībai zem kritiskās. Šo procedūru visbiežāk izmanto metāla konstrukcijām.
• Vidēja - termiskā apstrāde pie t 350–500, izplatīta atsperu izstrādājumiem un atsperēm.
• Zema - produkta sildīšanas temperatūra nav augstāka par 250, kas ļauj sasniegt augstu detaļu izturību un nodilumizturību.

Novecošanās

Novecošana ir sakausējumu termiskā apstrāde, kas izraisa pārsātināta metāla sadalīšanās procesus pēc rūdīšanas. Novecošanas rezultāts ir gatavā produkta cietības, ražas un stiprības robežu palielināšanās. Novecošanai tiek pakļauts ne tikai čuguns, bet arī krāsainie metāli, tostarp viegli deformējami alumīnija sakausējumi. Ja cietēšanai pakļauts metāla izstrādājums tiek turēts normālā temperatūrā, tajā notiek procesi, kas izraisa spontānu stiprības palielināšanos un elastības samazināšanos. To sauc par metāla dabisko novecošanos. Ja tādas pašas manipulācijas tiek veiktas paaugstinātā temperatūrā, to sauks par mākslīgo novecošanu.

Kriogēnā apstrāde

Izmaiņas sakausējumu struktūrā,kas nozīmē, ka to īpašības var sasniegt ne tikai ar augstu, bet arī ārkārtīgi zemu temperatūru. Sakausējumu termisko apstrādi pie t zem nulles sauc par kriogēno. Šo tehnoloģiju plaši izmanto dažādās tautsaimniecības nozarēs kā papildinājumu augstas temperatūras termiskajai apstrādei, jo tā var ievērojami samazināt termiskās sacietēšanas procesu izmaksas.

Sakausējumu kriogēnā apstrāde tiek veikta pie t -196 īpašā kriogēnajā procesorā. Šī tehnoloģija var ievērojami palielināt apstrādātās daļas kalpošanas laiku un pretkorozijas īpašības, kā arī novērst nepieciešamību pēc atkārtotas apstrādes.

Termomehāniskā apstrāde

Jauna sakausējumu apstrādes metode apvieno metālu apstrādi augstā temperatūrā ar plastiskā stāvoklī esošo izstrādājumu mehānisko deformāciju. Termomehāniskā apstrāde (TMT) saskaņā ar pabeigšanas metodi var būt trīs veidu:

• Zemas temperatūras TMT sastāv no diviem posmiem: plastiskās deformācijas, kam seko daļas rūdīšana un atlaidināšana. Galvenā atšķirība no citiem TMT veidiem ir sildīšanas temperatūra līdz sakausējuma austenīta stāvoklim.
• Augstas temperatūras TMT ietver sakausējuma karsēšanu līdz martensīta stāvoklim kombinācijā ar plastisko deformāciju.
• Iepriekšēja - deformāciju veic pie t 20, kam seko metāla rūdīšana un rūdīšana.

Ķīmiskā-termiskā apstrāde

Mainiet sakausējumu struktūru un īpašībasiespējams arī ar ķīmiski-termiskās apstrādes palīdzību, kas apvieno termisko un ķīmisko iedarbību uz metāliem. Šīs procedūras galvenais mērķis papildus produkta stiprības, cietības un nodilumizturības palielināšanai ir arī detaļai nodrošināt skābes izturību un ugunsizturību. Šajā grupā ietilpst šādi termiskās apstrādes veidi:

• Cementēšana tiek veikta, lai produkta virsmai piešķirtu papildu izturību. Procedūras būtība ir piesātināt metālu ar oglekli. Karburēšanu var veikt divos veidos: cietā un gāzes karburēšana. Pirmajā gadījumā apstrādāto materiālu kopā ar oglēm un to aktivatoru ievieto krāsnī un uzkarsē līdz noteiktai temperatūrai, pēc tam turot šajā vidē un atdzesējot. Gāzes karburizācijas gadījumā produktu karsē krāsnī līdz 900 °C nepārtrauktā oglekli saturošās gāzes plūsmā.
• Nitridēšana ir metālizstrādājumu ķīmiski termiska apstrāde, piesātinot to virsmu slāpekļa vidē. Šīs procedūras rezultātā palielinās detaļas stiepes izturība un palielinās tās izturība pret koroziju.
• Cianizācija ir metāla piesātinājums ar slāpekli un oglekli vienlaikus. Vide var būt šķidra (izkausēti oglekli un slāpekli saturoši sāļi) un gāzveida.
• Difūzijas pārklājums ir mūsdienīga metode, kā metāla izstrādājumiem nodrošināt karstumizturību, skābes izturību un nodilumizturību. Šādu sakausējumu virsma ir piesātināta ar dažādiem metāliem (alumīniju, hromu) un metaloīdiem (silīciju, boru).

Funkcijasčuguna termiskā apstrāde

Čuguna sakausējumi tiek pakļauti termiskai apstrādei, izmantojot nedaudz atšķirīgu tehnoloģiju nekā krāsaino metālu sakausējumi. Čuguns (pelēks, augstas stiprības, leģēts) tiek pakļauts šāda veida termiskai apstrādei: atkvēlināšana (pie t 500-650), normalizācija, rūdīšana (nepārtraukta, izotermiska, virsmas), rūdīšana, nitrēšana (pelēkais čuguns), aluminēšana (perlīta čuguns), hromēšana. Visas šīs procedūras rezultātā būtiski uzlabo gala čuguna izstrādājumu īpašības: palielina kalpošanas laiku, novērš plaisu iespējamību izstrādājuma lietošanas laikā, palielina čuguna izturību un karstumizturību.

Krāsaino metālu sakausējumu termiskā apstrāde

Krāsainajiem metāliem un sakausējumiem ir atšķirīgas īpašības, tāpēc tos apstrādā ar dažādām metodēm. Tādējādi vara sakausējumi tiek pakļauti rekristalizācijas atkausēšanai, lai izlīdzinātu ķīmisko sastāvu. Misiņam tiek nodrošināta zemas temperatūras atlaidināšanas tehnoloģija (200–300), jo šis sakausējums ir pakļauts spontānai plaisāšanai mitrā vidē. Bronzu pakļauj homogenizācijai un atkvēlināšanai pie t līdz 550. Magnijs tiek atkvēlināts, rūdīts un pakļauts mākslīgai novecošanai (rūdītam magnijam dabiskā novecošana nenotiek). Alumīnijam, tāpat kā magnijam, tiek veiktas trīs termiskās apstrādes metodes: atkvēlināšana, sacietēšana un novecošana, pēc tam k altie alumīnija sakausējumi ievērojami palielina to izturību. Titāna sakausējumu apstrāde ietver: pārkristalizācijas atkvēlināšanu, sacietēšanu, novecošanu, nitrēšanu un karburizāciju.

CV

Metālu un sakausējumu termiskā apstrāde ir galvenais tehnoloģiskais process gan melnajā, gan krāsainajā metalurģijā. Mūsdienu tehnoloģijām ir dažādas termiskās apstrādes metodes, lai sasniegtu vēlamās īpašības katram apstrādāto sakausējumu veidam. Katram metālam ir sava kritiskā temperatūra, kas nozīmē, ka termiskā apstrāde jāveic, ņemot vērā vielas strukturālās un fizikāli ķīmiskās īpašības. Galu galā tas ne tikai sasniegs vēlamos rezultātus, bet arī ievērojami racionalizēs ražošanas procesus.