Xử lý nhiệt kim loại: 4 Phương pháp phổ biến

1. Giới thiệu

Xử lý nhiệt kim loại là trung tâm của luyện kim hiện đại, cho phép các kỹ sư điều chỉnh các thuộc tính kim loại chính xác cho nhu cầu ứng dụng.

Từ những thợ rèn của thời cổ đại đã đổ sắt nóng đỏ vào nước, đến ngày hôm nay, các lò chân không do máy tính điều khiển, Kỷ luật đã trưởng thành thành một khoa học nghiêm ngặt.

Hơn thế nữa, như hàng không vũ trụ, ngành công nghiệp ô tô và năng lượng đẩy vật liệu đến giới hạn của họ, làm chủ chu kỳ nhiệt chưa bao giờ có ý nghĩa lớn hơn.

Trong bài viết này, Chúng tôi tập trung vào bốn trong số các quy trình xử lý nhiệt được áp dụng rộng rãi nhất, bình thường hóa, dập tắt, và ôn hòa - Đạo diễn làm thế nào mỗi phương pháp biến đổi cấu trúc vi mô, tăng hiệu suất, và mở rộng cuộc sống thành phần.

2. Nguyên tắc cơ bản của xử lý nhiệt của kim loại

Tại cốt lõi của nó, xử lý nhiệt kim loại khai thác biến đổi pha và động học khuếch tán xảy ra khi hợp kim nhiệt trên hoặc mát dưới nhiệt độ quan trọng.

Trong thép, Ví dụ, austenit (C-sắt) hình thức ở trên 723 °C, trong khi ferrite (A-Iron) và xi măng (Fe₃c) chiếm ưu thế dưới ngưỡng đó.

Kỹ sư tham khảo ý kiến Chuyển đổi thời gian-nhiệt độ (T-T-T) sơ đồ để dự đoán các sản phẩm đẳng nhiệt như ngọc trai hoặc bainite,

Và Liên tục biến đổi biến đổi (C-C-T) đường cong để thiết kế tốc độ làm mát mang lại martensite.

Bốn cơ chế chỉ ra kết quả:

1. Khuếch tán: Ở nhiệt độ cao (500Mạnh1200 ° C.), các nguyên tử di chuyển để hình thành hoặc hòa tan các giai đoạn.
2. Tạo mầm: Các hạt pha mới xuất hiện ở ranh giới hạt, bao gồm hoặc trật khớp.
3. Sự phát triển: Một khi hạt nhân, Những hạt này tiêu thụ pha cha mẹ.
4. Kết tinh lại: Dưới sự căng thẳng, Mẫu ngũ cốc không có biến dạng mới, tinh chỉnh cấu trúc vi mô.

Hơn nữa, Thành công phụ thuộc vào việc kiểm soát chặt chẽ bốn biến: nhiệt độ, giữ thời gian, bầu không khí (không khí, trơ, chân không, giảm) Và tốc độ làm mát.

Ngay cả độ lệch ± 10 ° C hoặc một vài phút khác biệt về thời gian ngâm có thể chuyển cấu trúc vi mô cuối cùng từ Pearlite Tough sang Martensite giòn.

3. Ủ

Ủ biến đổi kim loại làm cứng hoặc làm lạnh thành mềm, dẻo, và vật liệu ổn định kích thước.

Bằng cách làm nóng và làm mát cẩn thận, Các nhà luyện kim loại bỏ các căng thẳng nội bộ, Homogenize cấu trúc vi mô, và chuẩn bị các thành phần để hình thành hạ nguồn hoặc gia công.

Quá trình ủ

1. sưởi ấm: Đối với thép carbon thấp (≤ 0.25 % C), nhiệt đồng đều đến 700Mạnh750 ° C.. Ngược lại, Hợp kim nhôm nhận được sự ủ kết tinh lại tại 400Mạnh600 ° C., Tùy thuộc vào hệ thống hợp kim.
2. Ngâm: Duy trì nhiệt độ trong 1 giờ2 trong lò khí quyển được kiểm soát (trơ hoặc giảm) để ngăn chặn quá trình oxy hóa hoặc khử trùng.
3. làm mát: Làm mát với tốc độ khoảng 30 nhiệt độ 50 ° C/giờ bên trong lò.
   Làm mát chậm khuyến khích cacbua thô trong thép và ngăn ngừa độ dốc nhiệt có thể giới thiệu lại căng thẳng.

Hơn thế nữa, Khi hình cầu, thép carbon cao (0.60Mạnh1.00 % C), Kỹ thuật viên giữ tại 700Mạnh750 ° C. trong 10 giờ20 giờ, Sau đó, nguội ở mức nhỏ hơn 10 ° C/giờ.

Chu kỳ mở rộng này chuyển đổi Lamellar Pearlite thành các nốt sần tròn, giảm độ cứng đến 200Mùi250 HV.

Lợi ích của việc ủ

• Tăng cường độ dẻo: Thép carbon thấp được ủ thường đạt được độ giãn dài ở trên 30 %,
  So với 15 trận20 % trong vật liệu được tạo ra, cho phép dập phức tạp và vẽ sâu mà không bị gãy.
• Cứu trợ còn lại: Những căng thẳng nội bộ giảm xuống 80 %, làm giảm đáng kể sự biến dạng trong quá trình gia công hoặc hàn tiếp theo.
• Tính đồng nhất vi cấu trúc: Kích thước hạt tinh chỉnh hoặc ổn định ở ASTM Lớp 5 (10 102525 m), năng suất tính chất cơ học nhất quán và dung sai chiều chặt chẽ (± 0.05 mm).
• Cải thiện khả năng gia công: Giảm độ cứng từ ~ 260 HV xuống ~ 200 HV mở rộng tuổi thọ cao hơn 20 % và giảm các khiếm khuyết bề mặt.

Hơn nữa, Thép spheroidized thể hiện khả năng định dạng cao của các cacbua hình ảnh hoạt động như các bể chứa chất bôi trơn trong quá trình hình thành, Trong khi đơn giản hóa sự hình thành chip trong các hoạt động quay CNC.

Ứng dụng ủ

• ô tô Ngành công nghiệp: Body - Panel Blanks đến được ủ để cho phép các hoạt động vẽ sâu tạo thành hình dạng ba chiều phức tạp mà không bị nứt.
• Hàng không vũ trụ Linh kiện: Hợp kim Niken cơ sở và Titan trải qua quá trình kết tinh lại để khôi phục độ dẻo sau khi làm việc lạnh, Đảm bảo hiệu suất đáng tin cậy trong các bộ phận nhạy cảm mệt mỏi.
• Gia công - Cổ phiếu thanh cấp: Thanh thép và nhôm nhận được ủ đầy đủ để tối ưu hóa hoàn thiện bề mặt và giảm thiểu hao mòn công cụ trong quá trình phay và khoan tốc độ cao.
• Dây dẫn điện: đồng và dây đồng thau trải qua quá trình ủ để tối đa hóa độ dẫn điện và ngăn chặn công việc agening trong quá trình cuộn dây hoặc lắp đặt.

4. Bình thường hóa

Bình thường hóa cấu trúc hạt và đồng nhất hóa cấu trúc vi mô mạnh mẽ hơn so với ủ, mang lại sự kết hợp cân bằng của sức mạnh, sự dẻo dai, và độ ổn định kích thước.

Quá trình bình thường hóa

1. sưởi ấm: Nhiệt trung bình - thép carbon (0.25Hàng0,60 wt% c) ĐẾN 30Trên 50 ° C ở trên nhiệt độ quan trọng trên - theo cách thường 880Mùi950 ° C.— Để đảm bảo sự austenitization đầy đủ.
2. Ngâm: Giữ cho 15–30 phút Trong một lò khí kiểm soát không khí (Thường thì khí đốt hoặc chân không) để hòa tan cacbua và cân bằng sự phân tách hóa học.
3. làm mát: Cho phép phần không khí - colol tại 20-50 ° C/phút (vẫn không khí hoặc người hâm mộ bị buộc). Tốc độ nhanh hơn này tạo ra phạt tiền, Hỗn hợp đồng nhất của ferrite và ngọc trai mà không hình thành martensite.

Lợi ích của việc bình thường hóa

• Sàng lọc hạt: Thép chuẩn hóa thường đạt được kích thước hạt ASTM 6 trận7 (10 10202020), So với 8 trận9 (20 204040) trong thép ủ. Do đó, Charpy V-notch Toughness tăng lên bởi 5Mạnh10 j ở nhiệt độ phòng.
• Sức mạnh - cân bằng sự cân bằng: Sức mạnh năng suất tăng bằng cách 10–20% qua các tương đương được ủ trên - thường tiếp cận 400Mạnh500 MPa"Trong khi duy trì mức độ dẻo xung quanh 10–15%.
• Độ chính xác kích thước: Kiểm soát chặt chẽ đối với làm mát làm giảm warp và ứng suất dư, cho phép dung sai thấp như ± 0.1 mm về các tính năng gia công.
• Cải thiện khả năng gia công: Cấu trúc vi mô thống nhất giảm thiểu các điểm cứng, kéo dài cuộc sống công cụ bằng cách 15–25% trong các hoạt động khoan và phay.

Ứng dụng bình thường hóa

• Thành phần kết cấu: Mặt bích tia I và phôi rèn bình thường hóa để đảm bảo các tính chất cơ học nhất quán trên các mặt cắt lớn, Quan trọng cho việc xây dựng cầu và xây dựng.
• Đúc: Xanh và các vật đúc có khả năng dễ dàng nhận được bình thường hóa để giảm phân tách hóa học, Tăng cường khả năng gia công và tuổi thọ mệt mỏi trong vỏ máy bơm và thân van.
• Ống và ống liền mạch: Các nhà sản xuất bình thường hóa các lớp đường ống thẳng (API 5L x52 -x70) Để loại bỏ dải, Cải thiện sức đề kháng sụp đổ và tính toàn vẹn hàn.

5. Làm nguội

Làm nguội khóa trong một khó khăn, Cấu trúc vi mô Martensitic bằng cách làm mát nhanh chóng thép austenitized.

Quá trình này mang lại sức mạnh đặc biệt và khả năng chống mài mòn, Và nó đóng vai trò là nền tảng cho nhiều hợp kim hiệu suất cao.

Quá trình dập tắt

Trước hết, kỹ thuật viên làm nóng phôi vào khu vực Austenite, thường xuyên giữa 800 ° C và 900 °C Đối với thép carbon trung bình (0.3Cấm0.6 % C),

Và ngâm cho 15–30 phút Để đảm bảo nhiệt độ đồng đều và hòa tan đầy đủ các cacbua. Kế tiếp, Họ nhét kim loại nóng vào một phương tiện làm nguội được chọn:

• Nước: Tỷ lệ làm mát có thể đạt đến 500 ° C/s, mang lại độ cứng martensite lên đến 650 HV, Nhưng mức độ nghiêm trọng của nước thường gây ra 0,5 trận1.0 % biến dạng.
• Dầu: Tỷ lệ chậm hơn của 200 ° C/s tạo ra độ cứng gần 600 HV trong khi giới hạn biến dạng dưới 0.2 %.
• Dung dịch polymer: Bằng cách điều chỉnh nồng độ, Các kỹ sư đạt được tỷ lệ làm mát trung gian (200Mùi400 ° C/s), Cân bằng độ cứng (600Mạnh630 HV) và kiểm soát kích thước.

Quan trọng, Họ chọn phương tiện làm nguội dựa trên độ dày của phần: các phần mỏng (< 10 mm) dung nạp nước hung dữ,

trong khi các thành phần dày (> 25 mm) Yêu cầu làm giảm dầu hoặc polymer để giảm thiểu độ dốc nhiệt và nứt.

Lợi ích của việc dập tắt

Hơn thế nữa, Làm nguội cung cấp một số lợi thế chính:

• Độ cứng tối đa & Sức mạnh: Martensite đã được xử lý thường xuyên 600Mạnh700 HV, dịch sang độ bền kéo trên 900 MPa.
• Thời gian chu kỳ nhanh chóng: Chuyển đổi hoàn toàn hoàn thành trong vài giây sang phút, cho phép thông lượng cao trong các lò nung hàng loạt hoặc liên tục.
• Tính linh hoạt: Việc dập tắt áp dụng cho một phổ rộng của thép từ các lớp xây dựng hợp kim thấp (4140, 4340) đến thép công cụ tốc độ cao (M2, T15)-
  thiết lập một khó khăn, Cơ sở chống hao mòn để điều trị ủ hoặc điều trị bề mặt.

Ứng dụng làm nguội

Cuối cùng, Việc dập tắt chứng minh không thể thiếu trong các ngành công nghiệp đòi hỏi sức mạnh vượt trội và sức đề kháng hao mòn:

• ô tô & Hàng không vũ trụ: Trục khuỷu, Kết nối thanh và các thành phần thiết bị hạ cánh trải qua quá trình làm nguội để chịu được tải trọng theo chu kỳ và tải trọng.
• Làm công cụ: Dụng cụ cắt, diễn tập và đấm dập tắt để giữ lại các cạnh sắc nét và chống lại hao mòn.
• Máy móc hạng nặng: Bánh răng, Khớp nối và lưỡi cắt làm nguội cho cuộc sống lâu dài dưới những căng thẳng tiếp xúc cao.

6. ủ

Nhiệt độ theo sau dập tắt để biến đổi giòn, độ bền cao martensite thành một khó khăn hơn, Cấu trúc vi mô dễ uốn hơn.

Bằng cách lựa chọn cẩn thận nhiệt độ và thời gian, Các nhà luyện kim điều chỉnh sự cân bằng sức mạnh của cơ bản để các yêu cầu dịch vụ chính xác.

Quá trình ủ

1. Nhiệt độ nóng: Tiêu biểu, Kỹ thuật viên làm nóng thép để 150Mạnh650 ° C., Chọn một phạm vi thấp hơn (150Mùi350 ° C.) cho mất độ bền tối thiểu hoặc phạm vi cao hơn (400Mạnh650 ° C.) Để tối đa hóa độ dẻo.
2. Ngâm thời gian: Họ giữ phần ở nhiệt độ mục tiêu cho 1–2 giờ, đảm bảo chuyển đổi thống nhất trong suốt các phần lên đến 50 mm dày.
3. Tiện nghi gấp đôi: Để giảm Austenite và ổn định độ cứng, Nhiều cửa hàng thực hiện hai chu kỳ ủ liên tiếp, thường với a 50 ° C tăng giữa các chu kỳ.

Trong quá trình ôn hòa, Martensite phân hủy thành cacbua chuyển tiếp ferrite và tốt (ε-carbide ở nhiệt độ thấp, Xi măng ở cao), và ứng suất dư giảm đáng kể.

Lợi ích của ủ

• Giảm độ cứng có kiểm soát: Mỗi 50 °C tăng nhiệt độ ủ thường làm giảm độ cứng của 50Mùi75 HV,
  cho phép các kỹ sư điều chỉnh độ cứng từ 700 HV (AS-TÀI LIỆU) xuống 300 HV hoặc bên dưới.
• Cải thiện độ dẻo dai: Tác động đến độ bền có thể tăng lên bởi 10–20 j ở mức 20 ° C khi ủ ở 500 ° C so với 200 °C, giảm đáng kể nguy cơ gãy xương giòn.
• Cứu trợ căng thẳng: Ủ làm giảm căng thẳng dư 40–60%, giảm thiểu biến dạng và nứt trong khi phục vụ hoặc gia công thứ cấp.
• Tăng cường độ dẻo: Thép nóng tính thường đạt được sự kéo dài của 10–20%, so với <5% Trong martensite không có gì, Cải thiện sự cố và cuộc sống mệt mỏi.

Ứng dụng ôn hòa

• Thép cấu trúc có bước cao: 4140 hợp kim, dập tắt sau đó được tiết chế tại 600 °C, vươn tới 950 MPa độ bền kéo với 12% enongation id ident cho trục và trục truyền động.
• Thép công cụ: Thép A2, được làm từ chối không khí sau đó tăng gấp đôi tại 550 °C, giữ 58Mạnh60 HRC Độ cứng trong khi duy trì độ ổn định kích thước dưới nhiệt độ cắt.
• Mặc - các thành phần chống chịu đựng: Xuyên suốt và nóng nảy 4340 năng suất 52 HRC với sự dẻo dai tuyệt vời, Phục vụ các bánh răng và con lăn hạng nặng.

7. Kết luận

Bằng cách khai thác ủ, bình thường hóa, làm nguội và ủ, Các nhà luyện kim điêu khắc các cấu trúc vi mô, Ferrite dễ uốn để cực kỳ cứng Martensite để đáp ứng các mục tiêu hiệu suất chính xác.

Hơn nữa, Kết hợp các phương pháp này theo trình tự cho phép linh hoạt chưa từng có: Các nhà thiết kế có thể đạt được sự đánh đổi phức tạp giữa sức mạnh, sự dẻo dai, Điện trở và ổn định kích thước.

Như kiểm soát kỹ thuật số, Lò chân không và tiến hành xử lý nhiệt nhanh chóng, xử lý nhiệt kim loại sẽ tiếp tục thúc đẩy sự đổi mới trên ô tô, hàng không vũ trụ, các lĩnh vực năng lượng và dụng cụ.

Cuối cùng, Nắm vững bốn quy trình nền tảng này trang bị cho các kỹ sư đẩy kim loại và các ứng dụng của họ, vượt quá giới hạn ngày hôm nay.

Nếu bạn cần chất lượng cao Dịch vụ điều trị nhiệt, CÁI NÀY là sự lựa chọn hoàn hảo cho nhu cầu sản xuất của bạn.

Liên hệ với chúng tôi ngay bây giờ!

 

Câu hỏi thường gặp

Điều gì phân biệt ủ với bình thường hóa?

Ủ tập trung vào làm mềm và giảm căng thẳng bằng cách chậm, làm mát lò, trong đó tạo ra thô, Hạt đồng đều. Ngược lại, Bình thường hóa sử dụng làm mát không khí để tinh chỉnh kích thước hạt và tăng cường sức mạnh và độ dẻo dai.

Làm thế nào để tôi chọn giữa nước, dầu, và dập tắt polymer?

Nước mang lại sự làm mát nhanh nhất (≈ 500 ° C/s) và độ cứng cao nhất (lên đến 650 HV) nhưng rủi ro biến dạng.
Dầu làm mát chậm hơn (≈ 200 ° C/s), Giảm cong vênh với chi phí độ cứng thấp hơn một chút (≈ 600 HV).
Các giải pháp polymer cho phép bạn quay số trong tốc độ làm mát trung gian, Cân bằng độ cứng và kiểm soát chiều.

Tại sao thực hiện ủ đôi?

Tiện nghi gấp đôi (Hai lần giữ tuần tự ở nhiệt độ hơi khác nhau) Loại bỏ giữ lại Austenite, ổn định độ cứng, và tiếp tục giảm căng thẳng,
Quan trọng đối với thép công cụ và các thành phần có yêu cầu dung sai chặt chẽ.

Cấu trúc vi mô kết quả từ mỗi quá trình?

Ủ: Ferrite thô cộng với các cacbua spher có (trong thép C cao).
Bình thường hóa: Ferrite tốt và ngọc trai.
Làm nguội: Siêu bão hòa, Martensite giống như kim.
ủ: Tiện dụng Martensite (ferrite cộng với cacbua tốt) với mật độ trật khớp giảm.

Không khí xử lý nhiệt ảnh hưởng đến kết quả như thế nào?

Hàng hóa hoặc giảm khí quyển ngăn chặn quá trình oxy hóa và khử trùng.

Ngược lại, Mở máy bay không khí hình thành quy mô rủi ro và mất carbon ở bề mặt, có thể làm suy giảm các tính chất cơ học.

Các hợp kim không có chất lượng có thể được hưởng lợi từ các phương pháp này?

Đúng. Hợp kim nhôm đạt được độ dẻo và loại bỏ công việc - làm mất đi thông qua việc ủ lại tinh thể (400Mạnh600 ° C.).

Hợp kim titan thường trải qua điều trị giải pháp và lão hóa một biến thể của dập tắt & Temper - để đạt được sức mạnh cao và khả năng chống leo.

Tôi nên mong đợi sự khoan dung nào sau khi bình thường hóa và ủ?

Bình thường hóa các bộ phận có thể giữ dung sai ± 0,1 mm; ủ các bộ phận, Khi được làm mát đồng đều trong lò, Duy trì độ chính xác ± 0,05 mm. Cả hai phương pháp đều giảm thiểu ứng suất dư gây ra sự cong vênh.

Làm cách nào để giảm thiểu biến dạng trong quá trình làm nguội & tính khí?

Chọn một phương tiện làm nguội hơn cho các phần dày.
Sử dụng thời gian kích động để thúc đẩy làm mát thống nhất.
Áp dụng ủ có kiểm soát ngay sau khi làm nguội để làm giảm căng thẳng do dập tắt.

Quá trình nào cung cấp sự cải thiện cuộc sống mệt mỏi tốt nhất?

Martensite nóng tính thường cung cấp hiệu suất mệt mỏi tốt nhất.

Sau khi làm nguội, Nhiệt độ ở 500 nhiệt600 ° C để tối ưu hóa độ bền, Và bạn sẽ thấy mức tăng của cuộc sống mệt mỏi là 203030% trong các thép cấu trúc chung.

Làm thế nào để điều khiển kỹ thuật số tăng cường xử lý nhiệt của kim loại?

Bộ điều khiển lò nâng cao theo dõi nhiệt độ đến ± 1 ° C, điều chỉnh tự động ngâm nước, và các chu kỳ nhiệt log.

Cách tiếp cận dựa trên dữ liệu này giúp cải thiện khả năng lặp lại, Giảm tỷ lệ phế liệu, và đảm bảo rằng mọi bộ phận đều đáp ứng các thông số kỹ thuật cơ học của nó.