沙子铸造 仍然是金属形成行业的基石, 利用可重复使用的或消耗的模具，装有沙子以塑造复杂的几何形状.
将熔融金属倒入这些沙腔并允许其凝固后, 制造商经常采用针对性的热处理周期.
这些热过程优化硬度, 微观结构, 和机械性能以满足严格的客户规格.
在本文中, 我们将探索:
- 为什么热处理沙铸件?
- 热处理的三个基本阶段
- 常见的热处理方法 (退火, 标准化, 硬化, 回火)
- 可量化的好处 - 数据 - 每种方法
1. 为什么热处理沙铸件?
沙播组件 - 从重型发动机块中 (称重 200 公斤) 精确的变速箱外壳 - 通常需要增强 抗拉强度, 疲劳性抗性, 或者 可加工性.
模具中不受控制的冷却可能会产生不平衡的微观结构, 留下内部应力或粗粒大小，损害性能.
通过集成 控制加热和冷却周期, 铸造厂可以:
- 精炼晶粒尺寸 <50 µM用于均匀的机械性能
- 减轻 80% 固化的残余应力
- 量身定制硬度 150 HBW (退火) 到 600 HBW (硬化)
最后, 热处理将铸件变成可靠的零件, 适合汽车的高性能组件, 航天, 和工业电力系统.
2. 热处理的三个基本阶段
每一个 热处理 砂铸件的协议如下 三个核心阶段.
虽然温度, 保持时间, 冷却介质因合金和所需结果而异, 序列保持一致:
| 阶段 | 目的 | 主要考虑因素 |
|---|---|---|
| 1. 加热 | 将整个铸件带到目标温度而不会失真 | 坡道费率通常为50–100°C/小时; 使用均匀的炉气氛防止脱氧 |
| 2. 浸泡 | 保持温度足够长以进行完全微观结构转换 | 1–4小时，具体取决于截面的厚度; 确保温度均匀±5°C |
| 3. 冷却 | 通过控制淬火或缓慢冷却来实现所需的最终结构 | 空气冷却, 油/淬火, 或盐浴; 冷却速率1–50°C/sec |
无法控制任何阶段都可以引入裂缝, 翘曲, 或不均匀的特性 - 在演员的完整性下进行计中.
3. 常见的砂铸热处理方法
而所有方法共享三阶段框架, 温度范围的差异, 浸泡持续时间, 冷却速率产生不同的结果:
退火
- 过程: 坡道高于合金上部临界温度上方〜50°C (例如。, 900 低合金钢的°C), 保持2–3小时, 然后在≤20°C/hr的炉子冷却.
- 结果: 软化材料 (降至〜200 HBW), 几乎可以缓解 90% 残留应力, 并充分产生 球体化 微观结构.
- 用例: 改进 可加工性 用于复杂的CNC工作; 随后的形成或加工需要延性时，理想, 无压力金属.
标准化
- 过程: 加热至30–50°C以上退火范围 (例如。, 950 碳钢的°C), 保持1-2个小时, 然后 空中 (≈25°C/min).
- 结果: 优化谷物至20–40 µm, 将硬度提高约20％ (例如。, 从 200 HBW到 250 HBW), 并产生a 更统一 铁素体铅石结构.
- 用例: 增强 韧性 和 可加工性 在零件中受到适度负载, 例如泵外壳和结构支架.
硬化 (淬火)
- 过程: 800–900°C的austEnitize (取决于合金), 抓住 30 每分钟 25 MM截面厚度, 然后 迅速淬灭 在水中, 盐水, 或油.
- 结果: 形式 马氏体 或者 贝恩蒂奇 将硬度提高到450–600 HBW的结构.
- 用例: 对于耐磨组件至关重要, 例如齿轮牙, 剪切刀片, 和高压力连杆.
数据点: 适当的淬火可以增加拉伸强度 350 MPA (铸造) 结束 1,200 MPA.
回火
- 过程: 将铸件加热到150–650°C (下临界点以下), 浸泡1-2个小时, 然后 空中.
- 结果: 缓解脆弱性, 平衡硬度 (降至350–500 hbw) 有了改进 影响韧性 (到 40 夏比测试的J).
- 用例: 曲轴等零件硬化后的最后一步, 强度和韧性之间的妥协确保耐用性.
4. 沙子施放热处理的好处
将受控的热处理周期应用于沙播组件，可以解锁一系列性能和制造优势.
以下是关键好处 - 以可用的定量数据支持，可推动质量, 一致性, 和成本效益:
优化硬度和力量
- 可量化的增益: 硬度从〜200 HBW上升 (铸造) 结束 500 淬火和脾气后的HBW, 一个 >150 % 增加.
- 影响: 改善耐磨性可以延长工具寿命，并最大程度地减少磨料服务环境中的维护停机时间.
压力缓解和尺寸稳定性
- 压力减少: 退火可以减轻 90 % 在凝固过程中累积的残余应力.
- 益处: 随后加工期间的失真和破裂和破裂, 焊接, 或服务加载 - 以更严格的公差为准 (±0.1 mm vs. ±0.5毫米铸造).
精致的微观结构和韧性
- 晶粒尺寸控制: 正常化的谷物直径 60 µm向下 30 µm, 提高影响韧性 25 %.
- 结果: 增强对冲击和循环载荷的阻力, 对于变速箱外壳和高汉高功率发动机组件至关重要.
提高的可加工性
- 表面硬度调节: 退火铸件 (180–220 HBW) 机器20–30 % 比铸件快.
- 结果: 在CNC铣削和转动中，较低的工具磨损和较短的周期时间 - 将永久加工成本降低到最多 15 %.
量身定制的机械性能
- 多功能性: 通过改变浸泡时间和淬火媒体, 铸造厂可以拨打拉伸的强度 350 MPA结束 1,200 MPA.
- 优势: 使一种合金能够扮演多个角色（从延性泵外壳到高强度驱动轴），而无需更换原材料.
增强疲劳生活
- 数据点: 承受压力和回火的组件表现为30-50 % 加速测试期间疲劳寿命的增加.
- 应用: 在重复负载方案（例如农业设备和建筑机械）中扩展零件的服务间隔.
受控磁性和电气性能
- 可定制性: 热处理可以调节电导率±10 % 和专门电磁应用的钢铸件中的磁渗透性.
- 关联: 电动机外壳的理想, 传感器安装, 和EMI敏感的外壳.
| 益处 | 退火 | 标准化 | 硬化 + 回火 |
|---|---|---|---|
| 硬度 (HBW) | 180–220 | 230–270 | 350–600 |
| 粒度 (µm) | 40–60 | 20–40 | 10–20 |
| 残余压力缓解 (%) | 90–95 | 70–80 | 50–60 |
| 拉伸强度增加 (%) | - | +20 | +250 |
| 夏比韧性 (j) | 80–100 | 60–80 | 20–40 |
5. 结论
选择适当的砂铸热处理路径取决于 合金化学, 铸造几何形状, 和 预期的服务条件.
通过控制加热率, 浸泡时间, 和冷却曲线, 制造商将原始砂品件变成组件
可预测, 高性能特征 - 准备用于CNC加工, 锻造, 或在关键组件中直接安装.
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