Під час термічної обробки алюмінію та алюмінієвих сплавів часто виникають різні проблеми, такі як:
-Неправильне розміщення деталі: це може призвести до деформації деталі, часто через недостатнє відведення тепла гартуючим середовищем з достатньою швидкістю для досягнення бажаних механічних властивостей.
-Швидке нагрівання: це може призвести до термічної деформації; правильне розміщення деталей допомагає забезпечити рівномірне нагрівання.
-Перегрів: це може призвести до часткового плавлення або евтектичного плавлення.
-Поверхневе відшаровування/високотемпературне окислення.
-Надмірна або недостатня обробка старінням, що може призвести до втрати механічних властивостей.
-Коливання параметрів часу/температури/гартування, які можуть спричинити відхилення механічних та/або фізичних властивостей між деталями та партіями.
-Крім того, погана рівномірність температури, недостатній час ізоляції та недостатнє охолодження під час термообробки на розчин можуть сприяти неадекватним результатам.
Термічна обробка є важливим термічним процесом в алюмінієвій промисловості, давайте заглибимося в пов'язані знання.
1. Попередня обробка
Процеси попередньої обробки, які покращують структуру та знімають напруження перед гартуванням, корисні для зменшення деформації. Попередня обробка зазвичай включає такі процеси, як сфероїдизуючий відпал та відпал для зняття напружень, а деякі також використовують гартування та відпуск або нормалізаційну обробку.
Відпал для зняття напругиПід час механічної обробки можуть виникати залишкові напруження через такі фактори, як методи обробки, зачеплення інструменту та швидкість різання. Нерівномірний розподіл цих напружень може призвести до деформації під час гартування. Щоб пом'якшити ці наслідки, необхідний відпал для зняття напружень перед гартуванням. Температура для відпалу для зняття напружень зазвичай становить 500-700°C. Під час нагрівання в повітряному середовищі використовується температура 500-550°C з часом витримки 2-3 години для запобігання окисленню та зневуглецюванню. Під час навантаження слід враховувати деформацію деталі через власну вагу, а інші процедури аналогічні стандартному відпалу.
Попередня обробка для покращення структуриЦе включає сфероїдизуючий відпал, гартування та відпуск, нормалізаційну обробку.
-Сфероїдизуючий відпалСтруктура, отримана після сфероїдизуючого відпалу, що є важливим фактором для вуглецевої інструментальної сталі та легованої інструментальної сталі під час термічної обробки, суттєво впливає на тенденцію деформації під час гартування. Регулюючи структуру після відпалу, можна зменшити регулярну деформацію під час гартування.
-Інші методи попередньої обробкиДля зменшення деформації від гартування можна використовувати різні методи, такі як гартування та відпуск, нормалізація. Вибір відповідної попередньої обробки, такої як гартування та відпуск, нормалізація, залежно від причини деформації та матеріалу деталі, може ефективно зменшити деформацію. Однак, необхідна обережність щодо залишкових напружень та збільшення твердості після відпуску, особливо гартування та відпуск може зменшити розширення під час гартування для сталей, що містять W та Mn, але має незначний вплив на зменшення деформації для сталей, таких як GCr15.
У практичному виробництві визначення причини деформації гартування, незалежно від того, чи спричинена вона залишковими напруженнями, чи поганою структурою, є важливим для ефективної обробки. Відпал для зняття напружень слід проводити для деформації, спричиненої залишковими напруженнями, тоді як обробка, така як відпуск, що змінює структуру, не є необхідною, і навпаки. Тільки тоді можна досягти мети зменшення деформації гартування, знизити витрати та забезпечити якість.
2. Операція з гасінням нагріву
Температура гартуванняТемпература гартування суттєво впливає на деформацію. Ми можемо досягти мети зменшення деформації, регулюючи температуру гартування, або резервуючи припуск на обробку таким самим, як і температура гартування, щоб досягти мети зменшення деформації, або розумно вибираючи та резервуючи припуск на обробку та температуру гартування після випробувань на термічну обробку, щоб зменшити наступний припуск на обробку. Вплив температури гартування на деформацію гартування пов'язаний не лише з матеріалом, що використовується в заготовці, але й з її розміром та формою. Коли форма та розмір заготовки дуже різні, хоча матеріал заготовки однаковий, тенденція деформації гартування досить різна, і оператор повинен звертати увагу на цю ситуацію в реальному виробництві.
Час витримки при гартуванніВибір часу витримки не тільки забезпечує ретельний нагрів та досягнення бажаної твердості або механічних властивостей після гартування, але й враховує його вплив на деформацію. Збільшення часу витримки під час гартування суттєво підвищує температуру гартування, особливо це помітно для високовуглецевої та високохромистої сталі.
Методи завантаженняЯкщо заготовка розміщена в неналежній формі під час нагрівання, це призведе до деформації через вагу заготовки або деформації через взаємне видавлювання між заготовками, або деформації через нерівномірне нагрівання та охолодження через надмірне штабелювання заготовок.
Спосіб нагріванняДля заготовок складної форми та різної товщини, особливо тих, що містять високовуглецеві та леговані елементи, вирішальним є повільний та рівномірний процес нагрівання. Часто необхідне використання попереднього нагрівання, іноді потребуючи кількох циклів попереднього нагрівання. Для більших заготовок, які не були ефективно оброблені попереднім нагріванням, використання камерної печі опору з контрольованим нагріванням може зменшити деформацію, спричинену швидким нагріванням.
3. Охолодження
Деформація гартування в першу чергу є результатом процесу охолодження. Правильний вибір гартуючого середовища, вміле керування та кожен етап процесу охолодження безпосередньо впливають на деформацію гартування.
Вибір середовища для гартуванняЗабезпечуючи бажану твердість після гартування, слід надавати перевагу м'якшим гартівним середовищам, щоб мінімізувати деформацію. Рекомендується використовувати нагріті гартівні середовища для охолодження (для полегшення вирівнювання, поки деталь ще гаряча) або навіть охолодження на повітрі. Середовища зі швидкістю охолодження між водою та олією також можуть замінити подвійні середовища вода-олія.
—Загартування повітряним охолодженнямГартування на повітрі з охолодженням ефективно зменшує деформацію гартування швидкорізальної сталі, хромистої ливарної сталі та мікродеформованої сталі з охолодженням на повітрі. Для сталі 3Cr2W8V, яка не потребує високої твердості після гартування, гартування на повітрі також може бути використане для зменшення деформації шляхом правильного регулювання температури гартування.
—Охолодження та гартування оліїОлія є гартуючим середовищем зі значно нижчою швидкістю охолодження, ніж вода, але для деталей з високою прогартовуваністю, малим розміром, складною формою та схильністю до великої деформації швидкість охолодження в олії занадто висока, а для деталей з малим розміром, але поганою прогартовуваністю швидкість охолодження в олії недостатня. Щоб вирішити вищезазначені суперечності та повною мірою використати гартування в олії для зменшення деформації заготовок, люди застосували методи регулювання температури олії та підвищення температури гартування для розширення використання олії.
—Зміна температури гартової оліїВикористання тієї ж температури олії для гартування для зменшення деформації гартування все ще має такі проблеми, а саме: коли температура олії низька, деформація гартування все ще велика, а коли температура олії висока, важко забезпечити твердість заготовки після гартування. Під впливом форми та матеріалу деяких заготовок підвищення температури гартової олії також може збільшити її деформацію. Тому дуже важливо визначати температуру гартової олії після проходження випробування відповідно до фактичних умов матеріалу заготовки, розміру поперечного перерізу та форми.
Під час використання гарячої оливи для гасіння, щоб уникнути пожежі, спричиненої високою температурою оливи під час гартування та охолодження, поблизу резервуара з олією слід розмістити необхідне протипожежне обладнання. Крім того, слід регулярно перевіряти показник якості оливи для гартування, а нову оливу слід вчасно поповнювати або замінювати.
— Збільште температуру гартуванняЦей метод підходить для заготовок з вуглецевої сталі малого поперечного перерізу та заготовок з легованої сталі трохи більшого розміру, які не можуть відповідати вимогам до твердості після нагрівання та термозбереження за нормальних температур гартування та гартування в олії. Відповідним підвищенням температури гартування, а потім гартуванням в олії, можна досягти ефекту зміцнення та зменшення деформації. Використовуючи цей метод гартування, слід бути обережним, щоб запобігти таким проблемам, як укрупнення зерна, зниження механічних властивостей та терміну служби заготовки через підвищення температури гартування.
—Класифікація та аустемперування: Коли гартуюча твердість може відповідати проектним вимогам, класифікація та аустемперування середовища гарячої ванни повинні бути повністю використані для досягнення мети зменшення деформації гартування. Цей метод також ефективний для низькопрокалюваних, дрібноперерізних вуглецевих конструкційних сталей та інструментальних сталей, особливо хромовмісних штампованих сталей та швидкорізальних сталей з високою прокалюваністю. Класифікація середовища гарячої ванни та метод охолодження аустемперуванням є основними методами гартування для цього типу сталі. Аналогічно, він також ефективний для тих вуглецевих сталей та низьколегованих конструкційних сталей, які не потребують високої гартуючої твердості.
Під час загартування гарячою ванною слід звернути увагу на такі питання:
По-перше, коли масляна ванна використовується для сортування та ізотермічного гартування, температуру олії слід суворо контролювати, щоб запобігти виникненню пожежі.
По-друге, під час гартування нітратними солями резервуар для нітратної солі повинен бути оснащений необхідними інструментами та пристроями для водяного охолодження. Щодо інших запобіжних заходів, будь ласка, зверніться до відповідної інформації та не будемо їх тут повторювати.
По-третє, ізотермічну температуру слід суворо контролювати під час ізотермічного гартування. Висока або низька температура не сприяє зменшенню деформації гартування. Крім того, під час ізотермічного гартування слід вибирати спосіб підвішування заготовки, щоб запобігти деформації, спричиненій вагою заготовки.
По-четверте, під час використання ізотермічного або поступового гартування для корекції форми заготовки, поки вона гаряча, інструменти та пристосування повинні бути повністю укомплектовані, а дії повинні бути швидкими під час роботи. Це запобігає негативному впливу на якість гартування заготовки.
ОхолодженняВміле керування під час процесу охолодження має значний вплив на деформацію гартування, особливо коли використовуються вода або олія для гартування.
-Правильний напрямок входу гартуючого середовищаЯк правило, симетрично збалансовані або видовжені стрижнеподібні заготовки слід гартувати вертикально в середовище. Асиметричні деталі можна гартувати під кутом. Правильний напрямок має на меті забезпечити рівномірне охолодження всіх деталей, причому ділянки повільнішого охолодження спочатку потрапляють у середовище, а потім ділянки швидшого охолодження. Врахування форми заготовки та її впливу на швидкість охолодження є життєво важливим на практиці.
-Рух заготовок у середовищі гартуванняДеталі, що повільно охолоджуються, повинні бути звернені до гартуючого середовища. Симетрично сформовані заготовки повинні рухатися збалансованою та рівномірною траєкторією в середовищі, зберігаючи невелику амплітуду та швидкий рух. Для тонких та видовжених заготовок стабільність під час гартування є надзвичайно важливою. Уникайте розгойдування та для кращого контролю розгляньте можливість використання затискачів замість дротяного скріплення.
-Швидкість гасінняЗаготовки слід гартувати швидко. Особливо для тонких, стрижнеподібних заготовок, менша швидкість гартування може призвести до збільшення деформації вигину та різниці в деформації між ділянками, що гартуються в різний час.
-Контрольоване охолодженняДля заготовок зі значними відмінностями в розмірах поперечного перерізу захистіть ділянки, що швидше охолоджуються, такими матеріалами, як азбестовий канат або металеві листи, щоб зменшити швидкість їх охолодження та досягти рівномірного охолодження.
-Час охолодження у водіДля заготовок, що деформуються переважно через структурні напруження, скоротіть час їх охолодження у воді. Для заготовок, що деформуються переважно через термічні напруження, збільште час їх охолодження у воді, щоб зменшити деформацію від гартування.
Під редакцією Мей Цзян з MAT Aluminum
Час публікації: 21 лютого 2024 р.
