Ötvözetek hőkezelése. A hőkezelés fajtái

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Az ötvözetek hőkezelése a vas- és színesfémkohászat gyártási folyamatának szerves része. Az eljárás eredményeként a fémek képesek megváltoztatni jellemzőiket a kívánt értékre. Ebben a cikkben megvizsgáljuk a modern iparban alkalmazott főbb hőkezelési típusokat.

A hőkezelés lényege

A félkész termékek gyártása során a fém alkatrészeket hőkezelésnek vetik alá, hogy elérjék a kívánt tulajdonságokat (szilárdság, korrózió- és kopásállóság stb.). Az ötvözetek hőkezelése olyan mesterségesen létrehozott folyamatok összessége, amelyek során magas hőmérséklet hatására szerkezeti és fizikai és mechanikai változások következnek be az ötvözetekben, de az anyag kémiai összetétele megmarad.

Hőkezelési cél

A nemzetgazdaság valamennyi ágazatában naponta használt fémtermékeknek magas kopásállósági követelményeknek kell megfelelniük. A fémet, mint alapanyagot meg kell erősíteni a szükséges teljesítménytulajdonságokkal, ami lehetmagas hőmérsékletnek legyen kitéve. Az ötvözetek magas hőmérsékletű hőkezelése megváltoztatja az anyag kezdeti szerkezetét, újraelosztja alkotóelemeit, átalakítja a kristályok méretét és alakját. Mindez a fém belső feszültségének minimalizálásához vezet, és ezáltal növeli a fém fizikai és mechanikai tulajdonságait.

A hőkezelés típusai

A fémötvözetek hőkezelése három egyszerű folyamatból áll: a nyersanyag (félkész termék) felmelegítése a kívánt hőmérsékletre, a megadott körülmények között tartása a szükséges ideig és gyors hűtés. A modern gyártás során többféle hőkezelést alkalmaznak, amelyek bizonyos technológiai jellemzőikben különböznek, de a folyamat algoritmusa általában mindenhol ugyanaz.

A hőkezelés végrehajtási módja szerint a következő típusok léteznek:

• Termikus (edzés, temperálás, lágyítás, öregítés, kriogén kezelés).
• A hőmechanikai kezelés magában foglalja a magas hőmérsékletű kezelést az ötvözet mechanikai hatásával kombinálva.
• A kémiai-termikus a fém hőkezelését foglalja magában, amelyet a termék felületének kémiai elemekkel (szén, nitrogén, króm stb.) történő dúsítása követ.

Lágyítás

A lágyítás olyan gyártási folyamat, amelyben a fémeket és ötvözeteket előre meghatározott hőmérsékletre hevítik, majd a kemencével együtt, amelyben az eljárás zajlott, nagyon lassan, természetesen lehűtik. A lágyítás eredményeként lehetőség nyílik a kémiai összetétel inhomogenitásainak megszüntetéséreanyagokat, enyhíti a belső feszültséget, szemcsés szerkezetet ér el, és mint olyat javít, valamint csökkenti az ötvözet keménységét a további feldolgozás megkönnyítése érdekében. Az izzításnak két típusa van: az első és a második típusú izzítás.

Az első osztályú izzítás hőkezelést jelent, melynek eredményeként az ötvözet fázisállapota alig, vagy egyáltalán nem változik. Ennek is megvannak a maga fajtái: homogenizált - az izzítási hőmérséklet 1100-1200, ilyen körülmények között az ötvözeteket 8-15 órán keresztül tartják, a szegecselt, azaz már deformálódott acélnál átkristályosítást (t 100-200-on) alkalmaznak. hidegnek lenni.

A második típusú izzítás jelentős fázisváltozásokhoz vezet az ötvözetben. Ennek is több fajtája van:

• Teljes lágyítás - az ötvözet melegítése 30-50 °C-kal az erre az anyagra jellemző kritikus hőmérsékleti jelzés fölé, és a megadott sebességgel történő hűtés (200 / óra - szénacélok, 100 / óra és 50 / óra - gyengén ötvözött és magas -ötvözött acélok).
• Hiányos – kritikus pontig melegítés és lassú lehűlés.
• Diffúzió – lágyítási hőmérséklet 1100-1200.
• Izotermikus - a melegítés ugyanúgy történik, mint a teljes izzításnál, azonban ezt követően gyors hűtést hajtanak végre a kritikus hőmérséklet alatti hőmérsékletre, és hagyják levegőn lehűlni.
• Normalizált - teljes izzítás a fém későbbi lehűtésével levegőben, nem pedig kemencében.

Keményedés

A temperálás manipulációötvözettel, melynek célja a fém martenzites átalakulása, amely csökkenti a termék flexibilitását és növeli a szilárdságát. Az oltás, valamint az izzítás magában foglalja a fém kemencében a kritikus hőmérséklet feletti melegítését az oltási hőmérsékletre, a különbség a folyadékfürdőben előforduló nagyobb hűtési sebességben rejlik. A fémtől, sőt alakjától függően különböző típusú edzést alkalmaznak:

• Keményedés ugyanabban a környezetben, azaz ugyanabban a folyadékfürdőben (nagy alkatrészekhez víz, kis alkatrészekhez olaj).
• Időszakos keményedés – a hűtés két egymást követő szakaszban történik: először folyadékban (egy élesebb hűtőfolyadékban) körülbelül 300 °C hőmérsékletre, majd levegőn vagy másik olajfürdőben.
• Lépcsőzetes – amikor a termék eléri a keményedési hőmérsékletet, egy ideig olvadt sókban hűtik, majd levegőn hűtik.
• Izotermikus - technológia nagyon hasonlít a lépcsős edzéshez, csak a termék martenzites átalakulási hőmérsékleten való tartási idejében tér el.
• Az önedző edzés abban különbözik a többi típustól, hogy a felhevített fém nem hűl le teljesen, így az alkatrész közepén meleg terület marad. Ennek a manipulációnak köszönhetően a termék a felületen megnövekedett szilárdság és a közepén magas viszkozitás tulajdonságait szerzi meg. Ez a kombináció elengedhetetlen ütőhangszerek (kalapácsok, vésők stb.)

nyaralás

A temperálás az ötvözetek hőkezelésének utolsó szakasza, amely meghatározzaa fém végső szerkezete. A temperálás fő célja a fémtermék ridegségének csökkentése. Az alapelv az, hogy az alkatrészt a kritikus hőmérséklet alatti hőmérsékletre kell melegíteni, és le kell hűteni. Mivel a különböző célú fémtermékek hőkezelési módjai és hűtési sebessége eltérő lehet, háromféle temperálás létezik:

• Magas - a fűtési hőmérséklet 350-600 °C és a kritikus érték alatt van. Ezt az eljárást leggyakrabban fémszerkezeteknél alkalmazzák.
• Közepes – hőkezelés t 350-500 között, rugós termékeknél és rugóknál általános.
• Alacsony – a termék fűtési hőmérséklete nem haladja meg a 250 °C-ot, ami lehetővé teszi az alkatrészek nagy szilárdságának és kopásállóságának elérését.

Öregedés

Az öregedés az ötvözetek hőkezelése, amely a túltelített fémek lehűlés utáni bomlási folyamatait idézi elő. Az öregedés eredménye a késztermék keménységi határának, hozamának és szilárdságának növekedése. Nemcsak az öntöttvas van kitéve az öregedésnek, hanem a színesfémek is, beleértve a könnyen deformálható alumíniumötvözeteket is. Ha egy keményedésnek kitett fémterméket normál hőmérsékleten tartanak, olyan folyamatok mennek végbe benne, amelyek spontán szilárdságnövekedéshez és a hajlékonyság csökkenéséhez vezetnek. Ezt nevezik a fém természetes öregedésének. Ha ugyanezt a manipulációt emelt hőmérsékleten hajtják végre, akkor azt mesterséges öregítésnek nevezik.

Kriogén kezelés

Változások az ötvözetek szerkezetében,ami azt jelenti, hogy tulajdonságaik nemcsak magas, hanem rendkívül alacsony hőmérsékleten is elérhetők. Az ötvözetek hőkezelését t nulla alatti hőmérsékleten kriogénnek nevezzük. Ezt a technológiát széles körben alkalmazzák a nemzetgazdaság különböző ágazataiban a magas hőmérsékletű hőkezelések kiegészítéseként, mivel jelentősen csökkentheti a termikus edzési eljárások költségeit.

Az ötvözetek kriogén kezelését t -196 hőmérsékleten egy speciális kriogén processzorban végzik. Ez a technológia jelentősen megnövelheti a megmunkált alkatrész élettartamát és korróziógátló tulajdonságait, valamint kiküszöböli az újrakezelések szükségességét.

Termomechanikai kezelés

Az ötvözetek feldolgozásának új módszere egyesíti a fémek magas hőmérsékleten történő feldolgozását a képlékeny állapotú termékek mechanikai deformációjával. A termomechanikus kezelés (TMT) a teljesítési mód szerint háromféle lehet:

• Az alacsony hőmérsékletű TMT két szakaszból áll: képlékeny alakváltozás, majd az alkatrész edzése és megeresztése. A fő különbség a többi TMT-típustól az ötvözet ausztenites állapotáig tartó hevítési hőmérséklet.
• A magas hőmérsékletű TMT magában foglalja az ötvözet martenzites állapotra való melegítését képlékeny alakváltozással kombinálva.
• Előzetes - a deformációt t 20-on végezzük, majd a fém keményítése és megeresztése következik.

Vegyi-termikus kezelés

Módosítsa az ötvözetek szerkezetét és tulajdonságaitkémiai-termikus kezelés segítségével is lehetséges, amely egyesíti a fémekre gyakorolt hő- és kémiai hatásokat. Ennek az eljárásnak a végső célja amellett, hogy megnövelt szilárdságot, keménységet és kopásállóságot biztosít a terméknek, az alkatrész sav- és tűzállósága is. Ebbe a csoportba a következő típusú hőkezelések tartoznak:

• Cementálást végeznek, hogy a termék felülete további szilárdságot biztosítson. Az eljárás lényege a fém szénnel való telítése. A karburálás kétféleképpen történhet: szilárd és gázkarburátorozással. Az első esetben a feldolgozott anyagot a szénnel és annak aktivátorával együtt kemencébe helyezik, és egy bizonyos hőmérsékletre felmelegítik, majd ebben a környezetben tartják és lehűtik. Gázkarburálás esetén a terméket kemencében 900 °C-ig melegítik folyamatos széntartalmú gázáram mellett.
• A nitridálás fémtermékek kémiai-hőkezelése felületük nitrogénes környezetben történő telítésével. Ennek az eljárásnak az eredménye az alkatrész szakítószilárdsága és korrózióállóságának növekedése.
• A cianidálás a fém nitrogénnel és szénnel történő egyidejű telítése. A közeg lehet folyékony (olvadt szén- és nitrogéntartalmú sók) és gáznemű.
• A diffúziós bevonat egy modern módszer a fémtermékek hőállóságának, savállóságának és kopásállóságának kölcsönzésére. Az ilyen ötvözetek felülete különféle fémekkel (alumínium, króm) és metalloidokkal (szilícium, bór) telített.

Jellemzőköntöttvas hőkezelése

Az öntöttvasötvözeteket a színesfém-ötvözetektől kissé eltérő technológiával hőkezelésnek vetik alá. Az öntöttvas (szürke, nagy szilárdságú, ötvözött) a következő típusú hőkezelésen esik át: izzítás (t 500-650-on), normalizálás, edzés (folyamatos, izoterm, felületi), temperálás, nitridálás (szürke öntöttvasak), alumíniumozás (perlit öntöttvasak), krómozás. Mindezek az eljárások ennek eredményeként jelentősen javítják az öntöttvas késztermékek tulajdonságait: növelik az élettartamot, kiküszöbölik a repedések valószínűségét a termék használata során, növelik az öntöttvas szilárdságát és hőállóságát.

Színesfém ötvözetek hőkezelése

A színesfémek és ötvözetek egymástól eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek, ezért feldolgozásuk különböző módszerekkel történik. Így a rézötvözeteket átkristályosító izzításnak vetik alá a kémiai összetétel kiegyenlítése érdekében. A sárgaréz esetében alacsony hőmérsékletű izzítási technológiát (200-300) biztosítanak, mivel ez az ötvözet nedves környezetben hajlamos spontán repedésre. A bronzot homogenizálásnak és hőkezelésnek vetik alá t 550 °C-ig. A magnéziumot lágyítják, lehűtik és mesterséges öregítésnek vetik alá (természetes öregedés nem következik be a kioltott magnézium esetében). Az alumínium a magnéziumhoz hasonlóan három hőkezelési eljáráson esik át: izzításon, keményítésen és öregítésen, ami után a kovácsolt alumíniumötvözetek jelentősen növelik szilárdságukat. A titánötvözetek feldolgozása a következőket foglalja magában: átkristályosításos izzítás, keményítés, öregítés, nitridálás és karburálás.

CV

A fémek és ötvözetek hőkezelése a fő technológiai folyamat mind a vas-, mind a színesfémkohászatban. A modern technológiák különféle hőkezelési eljárásokkal rendelkeznek az egyes feldolgozott ötvözetek kívánt tulajdonságainak eléréséhez. Minden fémnek megvan a maga kritikus hőmérséklete, ami azt jelenti, hogy a hőkezelést az anyag szerkezeti és fizikai-kémiai jellemzőinek figyelembevételével kell elvégezni. Végső soron ez nemcsak a kívánt eredményeket fogja elérni, hanem jelentősen leegyszerűsíti a gyártási folyamatokat is.