A fém hőkezelése olyan eljárás, amelynek során a fém munkadarabot meghatározott közegbe helyezik és megfelelő hőmérsékletre melegítik, majd meghatározott ideig ezen a hőmérsékleten tartják, majd különböző sebességgel lehűtik.
A fémek hőkezelése a mechanikai gyártás egyik fontos folyamata. Más feldolgozási technológiákkal összehasonlítva a hőkezelés általában nem változtatja meg a munkadarab alakját és általános kémiai összetételét, hanem megváltoztatja a munkadarabon belüli mikrostruktúrát vagy a munkadarab felületének kémiai összetételét, hogy a munkadarab teljesítményét adják vagy javítsák. Jellemzője a munkadarab belső minőségének javítása, ami általában szabad szemmel nem látható.
Ahhoz, hogy a fém munkadarab a szükséges mechanikai, fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezzen, az ésszerű anyagválasztás és a különféle alakítási eljárások mellett gyakran elengedhetetlenek a hőkezelési eljárások. Az acél a legszélesebb körben használt anyag a gépiparban. Az acél mikroszerkezete összetett és hőkezeléssel szabályozható, így az acél hőkezelése a fém hőkezelésének fő tartalma. Ezenkívül az alumínium, réz, magnézium, titán stb. és ötvözetei hőkezeléssel megváltoztathatják mechanikai, fizikai és kémiai tulajdonságaikat, hogy eltérő teljesítményt érjenek el.
A kőkorszaktól a bronzkorig és a vaskorig tartó folyamat során fokozatosan felismerték az emberek a hőkezelés szerepét. A kínaiak már Kr.e. 770-222-ben felfedezték a gyártási gyakorlatban, hogy a réz és a vas tulajdonságai megváltoznak a hőmérséklet és a nyomás deformációjának hatására. A fehér öntöttvas lágyító kezelése fontos folyamat a mezőgazdasági szerszámok készítéséhez.
Az ie hatodik században fokozatosan elterjedtek az acélfegyverek. Az acél keménységének javítása érdekében gyorsan fejlesztették a kioltási eljárást. A kínai Hebei tartomány Yi megyében, Yanxiaduban előkerült két kard és egy alabárd mikroszerkezetében martenzit található, ami azt jelzi, hogy kioltották őket.
Az oltási technológia fejlődésével az emberek fokozatosan felfedezték a hűtőfolyadékok hatását az oltás minőségére. Pu Yuan, egy Shu ember a Három Királyság időszakában, egyszer 3,000 kést készített Zhuge Liang számára a Shaanxi tartománybeli Xiaguban. Azt mondják, hogy embereket küldött Csengtuba, hogy vizet szerezzenek az oltáshoz. Ez azt mutatja, hogy Kína már az ókorban is felfigyelt a különböző minőségű víz hűtésére, és figyelmet fordított az olaj és a vizelet hűtőképességére is. A Zhongshan Jing király sírjában a Nyugati Han-dinasztia idején (Kr. e. 206-24) Kínában előkerült kard széntartalma 0.15-0 0,4% a magban, míg a felület széntartalma több mint 0,6%, ami azt jelzi, hogy karburáló technológiát alkalmaztak. A személyes "mesterségbeli tudás" titkaként azonban akkoriban nem volt hajlandó továbbadni, így nagyon lassan alakult ki.
1863-ban brit metallológusok és geológusok hat különböző fémszerkezeti acélszerkezetet mutattak be mikroszkóp alatt, bizonyítva, hogy az acél felmelegítése és hűtése során a belső szerkezet megváltozik, és az acél magas hőmérsékletű fázisa keményebb fázissá alakul át gyorsan lehűtjük. A francia Osmond által felállított vas-allotrópia elmélet és a vas-szén fázisdiagram, amelyet először a brit Austin fogalmazott meg, lefektette a modern hőkezelési technológia elméleti alapjait. Ugyanakkor az emberek a fémek védelmi módszereit is tanulmányozták a fémek hevítési folyamata során a fém hőkezelése során, hogy elkerüljék a fémek oxidációját és dekarbonizációját a hevítés során.
1850-től 1880-ig számos szabadalom létezett különféle gázok (például hidrogén, széngáz, szén-monoxid stb.) védőfűtésre történő alkalmazására. 1889 és 1890 között a British Lake szabadalmakat kapott különféle fémek fényes hőkezelésére.
A 20. századtól kezdve a fémfizika fejlődése és más új technológiák átültetése és alkalmazása a fémhőkezelési eljárást fejlettebbé tette. Jelentős előrelépés volt a forgókemencék alkalmazása gázkarburátorozásra az ipari termelésben 1901-től 1925-ig; a harmatpont-potenciométerek megjelenése az 1930-as években szabályozhatóvá tette a kemence légkörének szénpotenciálját, majd később a szén-dioxid-infravörös műszerek, oxigénszondák stb. használatát tanulmányozták a kemence légkörének szénpotenciáljának további szabályozására; az 1960-as években a hőkezelési technológia a plazmamezők szerepét használta az ionnitridálási és karburálási folyamatok fejlesztésére; a lézer- és elektronsugaras technológia alkalmazása lehetővé tette a fémek számára új felületi hőkezelési és kémiai hőkezelési módszereket.
2. Fém hőkezelési eljárás
A hőkezelési folyamat általában három folyamatot foglal magában: fűtést, szigetelést és hűtést, és néha csak két folyamatot: fűtést és hűtést. Ezek a folyamatok összefüggenek, és nem szakíthatók meg.
A melegítés a hőkezelés egyik fontos lépése. A fémek hőkezelésére számos fűtési módszer létezik. A legkorábbiak faszenet és szenet használtak hőforrásként, majd folyékony és gáztüzelőanyagokat használtak. Az elektromos áram alkalmazása könnyen szabályozhatóvá és környezetbaráttá teszi a fűtést. Ezek a hőforrások felhasználhatók közvetlen fűtésre, vagy közvetve olvadt sókon vagy fémeken, esetleg lebegő részecskéken keresztül.
Fém hevítésekor a munkadarab ki van téve a levegőnek, és gyakran előfordul oxidáció és dekarbonizáció (azaz az acél alkatrészek felületén csökken a széntartalom), ami nagyon kedvezőtlenül befolyásolja az alkatrészek hő hatására kialakuló felületi tulajdonságait. kezelés. Ezért a fémeket általában szabályozott atmoszférában vagy védőatmoszférában, olvadt sókban és vákuumban kell hevíteni, valamint bevonattal vagy csomagolással is védeni és hevíteni.
A fűtési hőmérséklet a hőkezelési folyamat egyik fontos folyamatparamétere. A fűtési hőmérséklet kiválasztása és szabályozása a fő kérdés a hőkezelés minőségének biztosítása érdekében. A hevítési hőmérséklet a kezelendő fém anyagától és a hőkezelés céljától függően változik, de általában a fázisváltozási hőmérséklet fölé hevítik a kívánt szerkezet kialakítása érdekében. Ezenkívül az átalakítás bizonyos időt igényel. Ezért, amikor a fém munkadarab felülete eléri a szükséges hevítési hőmérsékletet, bizonyos ideig ezen a hőmérsékleten kell tartani, hogy a belső és külső hőmérséklet egyenletes legyen, és a mikroszerkezet átalakulása teljes legyen. Ezt az időtartamot tartási időnek nevezzük. Ha nagy energiasűrűségű fűtést és felületi hőkezelést használnak, a fűtési sebesség rendkívül gyors, és általában nincs tartási idő, vagy a tartási idő nagyon rövid, míg a kémiai hőkezelés tartási ideje gyakran hosszabb.
A hűtés is nélkülözhetetlen lépés a hőkezelési folyamatban. A hűtési mód a folyamattól függően változik, elsősorban a hűtési sebesség szabályozása érdekében. Általában a lágyításnál a leglassabb a hűtési sebesség, a normalizálásnál gyorsabb, a kioltásnál pedig még gyorsabb a hűtés. A különböző típusú acélokra azonban eltérő követelmények vonatkoznak. Például a levegőben edzett acél ugyanolyan hűtési sebességgel edzhető, mint a normalizálás.
A fém hőkezelési folyamatai durván feloszthatók általános hőkezelésre, felületi hőkezelésre, helyi hőkezelésre és kémiai hőkezelésre. A különböző fűtőközegek, fűtési hőmérséklet és hűtési módszerek szerint minden fő kategória több különböző hőkezelési folyamatra osztható. Ugyanaz a fém különböző hőkezelési eljárások alkalmazásával különböző szerkezeteket nyerhet, és így eltérő tulajdonságokkal rendelkezik. Az acél a legszélesebb körben használt fém az iparban, és a mikroszerkezete is a legösszetettebb, ezért az acél hőkezelési eljárásainak számos fajtája létezik.
Az általános hőkezelés egy fém hőkezelési eljárás, amely a munkadarab egészét felmelegíti, majd megfelelő sebességgel lehűti, hogy megváltoztassa annak általános mechanikai tulajdonságait. Az acél általános hőkezelésének négy alapvető folyamata van: izzítás, normalizálás, kioltás és temperálás.
Az izzítás során a munkadarabot megfelelő hőmérsékletre melegítjük, az anyagtól és a munkadarab méretétől függően különböző tartási időket alkalmazunk, majd lassan lehűtjük. A cél az, hogy a fém belső szerkezete elérje vagy megközelítse az egyensúlyi állapotot, jó folyamat- és használati teljesítményt érjen el, vagy előkészítse a szerkezetet a további kioltásra. A normalizálás során a munkadarabot megfelelő hőmérsékletre melegítjük, majd levegőn lehűtjük. A normalizálás hatása hasonló a lágyításhoz, de a kapott szerkezet finomabb. Gyakran használják az anyag vágási teljesítményének javítására, és néha végső hőkezelésként használják egyes alacsony igényű alkatrészeknél.
Az oltás célja a munkadarab felmelegítése és melegen tartása, majd gyors lehűtése oltóközegben, például vízben, olajban vagy más szervetlen sókban, szerves vizes oldatokban stb. Az oltás után az acél kemény lesz, de törékennyé is válik. Az acél alkatrészek ridegségének csökkentése érdekében a kioltott acél alkatrészeket hosszú ideig melegen tartják, megfelelő hőmérsékleten szobahőmérséklet felett és 710 fok alatt, majd lehűtik. Ezt a folyamatot temperálásnak nevezik. Az izzítás, a normalizálás, az oltás és a temperálás a „négy tűz” a teljes hőkezelésben. Közülük a kioltás és a temperálás szorosan összefügg, és gyakran kombinálva használják. Nélkülözhetetlenek.
A „négy tűz” különböző hőkezelési folyamatokká fejlődött, eltérő fűtési hőmérséklettel és hűtési módszerekkel. Egy bizonyos szilárdság és szívósság elérése érdekében az edzés és a magas hőmérsékletű temperálás kombinálásának folyamatát oltásnak és temperálásnak nevezik. Miután egyes ötvözeteket lehűtöttek, hogy túltelített szilárd oldatot képezzenek, azokat szobahőmérsékleten vagy valamivel magasabb megfelelő hőmérsékleten tartják sokáig, hogy javítsák az ötvözet keménységét, szilárdságát, illetve elektromos és mágneses tulajdonságait. Az ilyen hőkezelési folyamatot öregedéskezelésnek nevezzük. A deformációs hőkezelésnek nevezik azt a módszert, amellyel a nyomás alatti deformációt hőkezeléssel hatékonyan és szorosan kombinálják, hogy a munkadarab szilárdság és szívósság jó kombinációját kapja. A negatív nyomású atmoszférában vagy vákuumban végzett hőkezelést vákuum-hőkezelésnek nevezik, amely nemcsak megakadályozhatja a munkadarab oxidációját és dekarbonizációját, a munkadarab felületét a kezelés után simán tartja, és javítja a munkadarab teljesítményét, hanem átengedi a beszivárgó anyagot is. kémiai hőkezeléshez.
A felületi hőkezelés olyan fém hőkezelési eljárás, amely csak a munkadarab felületét melegíti fel, hogy megváltoztassa annak felületmechanikai tulajdonságait. Annak érdekében, hogy a munkadarabnak csak a felületét melegítse fel anélkül, hogy túl sok hő jutna át a munkadarab belsejébe, az alkalmazott hőforrásnak nagy energiasűrűségűnek kell lennie, azaz nagy mennyiségű hőenergiát kell adnia egységnyi területre. a munkadarabot úgy, hogy a munkadarab felülete vagy helyi része rövid időn belül vagy azonnal magas hőmérsékletet érjen el. A felületi hőkezelés fő módszerei a lézeres hőkezelés, a lángoltás és az indukciós melegítésű hőkezelés. Az általánosan használt hőforrások közé tartoznak a lángok, például az oxiacetilén vagy az oxipropán, az indukált áram, a lézer és az elektronsugár.
A kémiai hőkezelés egy fém hőkezelési eljárás, amely megváltoztatja a munkadarab felületének kémiai összetételét, szervezetét és tulajdonságait. A kémiai hőkezelés és a felületi hőkezelés közötti különbség az, hogy az utóbbi megváltoztatja a munkadarab felületének kémiai összetételét. A kémiai hőkezelés lényege, hogy a munkadarabot szén, nitrogén vagy egyéb ötvözőelemeket tartalmazó közegben (gáz, folyékony, szilárd) felmelegítik, és hosszú ideig melegen tartják, hogy a munkadarab felületére olyan elemek kerülhessenek be, mint pl. szén, nitrogén, bór és króm. Az elemek beszivárgása után más hőkezelési eljárásokra van szükség, mint például az oltás és a temperálás. A kémiai hőkezelés fő módszerei a karburálás, nitridálás, fémezés és kompozit infiltráció.
A hőkezelés a mechanikai alkatrészek, szerszámok és formák gyártási folyamatának egyik fontos folyamata. Általánosságban elmondható, hogy garantálhatja és javíthatja a munkadarab különféle tulajdonságait, például a kopásállóságot és a korrózióállóságot. Javíthatja a nyersdarab szervezettségét és feszültségi állapotát is, hogy megkönnyítse a különféle hideg és meleg feldolgozást.
Például a fehér öntöttvas előállítható hosszú távú lágyítással temperöntvény előállítására és a plaszticitás javítására; A fogaskerekek a megfelelő hőkezelési eljárással használhatók. Az élettartam megkétszerezhető vagy több tucatszor hosszabb, mint a nem hőkezelt fogaskerekeké; emellett az olcsó szénacélnak van néhány drága ötvözött acél tulajdonsága azáltal, hogy beszivárog bizonyos ötvözetelemekbe, amelyek helyettesíthetnek néhány hőálló acélt és rozsdamentes acélt; szinte minden szerszámot és öntőformát hőkezelésnek kell alávetni használat előtt.
3. Az acél osztályozása
Az acél olyan ötvözet, amelynek fő összetevője vas és szén, és széntartalma általában kevesebb, mint 2,11%. Az acél rendkívül fontos fémanyag a gazdaságos építőiparban. Az acél kémiai összetétele szerint két kategóriába sorolható: szénacél (rövidítve szénacél) és ötvözött acél. A szénacél a nyersvas olvasztásával nyert ötvözet. A vas és a szén, mint fő összetevők mellett kis mennyiségű szennyeződést is tartalmaz, például mangánt, szilíciumot, ként és foszfort. A szénacél bizonyos mechanikai tulajdonságokkal, jó folyamatteljesítménnyel és alacsony árral rendelkezik. Ezért a szénacélt széles körben használják. A modern ipar, valamint a tudomány és technológia rohamos fejlődésével azonban a szénacél teljesítménye már nem tudja maradéktalanul kielégíteni az igényeket, ezért az emberek különféle ötvözött acélokat fejlesztettek ki. Az ötvözött acél többelemes ötvözet, amelyet bizonyos elemek (úgynevezett ötvözetelemek) szénacélhoz való célzott hozzáadásával nyernek. A szénacélhoz képest az ötvözött acél teljesítménye jelentősen javult, így alkalmazása egyre kiterjedtebb.
