مقدمة موجزة لعملية التبريد الجديدة

التبريد هو عملية معالجة حرارية سريعة لتحويل تحويل مارتنسيت (أو بينايت) إلى أقل من درجة حرارة السيدة أو بالقرب من السيدة. الطريقة التفصيلية هي تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة أعلى من درجة الحرارة الحرجة لـ Ac3 (فولاذ هيبووتيكويد) أو Ac1 (فولاذ مفرط الانصهار ) ، ثم احتفظ بحرارته لفترة من الوقت ، واجعله يعمل بالكامل أو جزئيًا ، ثم قم بتبريده أخيرًا بمعدل تبريد حرج. يشار إلى معالجة المحلول لمواد مثل سبائك الألومنيوم أو سبائك النحاس أو سبائك التيتانيوم أو الزجاج المقسى أو عمليات المعالجة الحرارية مع عمليات التبريد السريع باسم التبريد. التبريد هو عملية معالجة حرارية عامة تستخدم في المقام الأول لزيادة صلابة المواد. عادة حسب فئات وسائط التبريد ، يمكن تقسيمها إلى تبريد الماء ، تبريد الزيت ، التبريد العضوي وما شابه. مع تطور العلم والتكنولوجيا ، ظهرت بعض عمليات التبريد الجديدة.

يتم تبريد قطعة العمل بسرعة وبشكل متساو في تدفق غاز خامل قوي ، والذي يمكن أن يمنع الأكسدة السطحية ، وتجنب التشقق ، وتقليل التشويه ، وضمان الصلابة المطلوبة. يستخدم HPGQ بشكل رئيسي لإخماد فولاذ الأدوات ، الذي تقدم مؤخرًا بسرعة. في الوقت الحاضر ، هناك ضغط سلبي (<1 × 105 باسكال) تبريد هواء ذو معدل تدفق عالي ، ضغط (1 × 105 ～ 4 × 105 باسكال) تبريد هواء وضغط عالي (5 × 105 × 10 × 105 باسكال) هواء تبريد الهواء عالي الضغط (10 × 105 ～ 20 × 105 باسكال) وتقنيات جديدة أخرى تحسن ليس فقط قدرة التبريد بالغاز الفراغي ، ولكن أيضًا حالة قطعة العمل المسقية ، والتي لها سطح جيد السطوع والتشوه الصغير. تستخدم HPGQ بشكل رئيسي لإخماد وتلطيف المواد ، والحل الصلب من الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك الخاصة. عند التبريد باستخدام النيتروجين عالي الضغط 6 × 105 باسكال ، يمكن تقسية صلابة الفولاذ عالي السرعة (W6Mo5Cr4V2) إلى 70-100 مم ، ويمكن أن يصل الفولاذ السبائكي العالي إلى 25-100 مم. يمكن أن يصل فولاذ القالب البارد (مثل Cr12) إلى 80 ~ 100 مم.

عند التبريد باستخدام غاز النيتروجين عالي الضغط 10 × 105 باسكال ، تزداد كثافة الحمل بنحو 30% إلى 40% عند تبريده بحمل تبريد 6 × 105 باسكال. عند التبريد باستخدام 20 × 105 باسكال نيتروجين عالي الضغط أو خليط من الهيليوم والنيتروجين ، فإن كثافة الحمل المبرد هي 80%-150% أعلى من تبريد النيتروجين 6 × 105 باسكال ، والتي يمكنها تبريد جميع الفولاذ عالي السرعة والفولاذ عالي السبيكة. ، والعمل على الساخن يموت الصلب Cr13% الصلب الكروم ، والمزيد من الصلب سبيكة النفط مروي ، مثل أكبر حجم 9Mn2V الصلب. إلى جانب ذلك ، فإن فرن تبريد الغرفة المزدوج المبرد بالهواء مع غرفة التبريد المنفصلة له سعة تبريد أفضل من فرن غرفة واحدة من نفس النوع. يمكن مقارنة تأثير التبريد لفرن الغرفة المزدوجة المبرد بالنيتروجين 2 × 105 باسكال بفرن غرفة واحدة 4 × 105 باسكال. أفران الغرفة الواحدة لديها تكاليف تشغيل وصيانة أقل.

الشكل 1 الشكل 1. فرن فراغ تبريد الغاز الضغط العالي

عادة ما يتم إجراء التبريد التقليدي بالزيت أو الماء أو محلول بوليمر ، بينما يتم إجراء التبريد الشديد بالماء أو تركيز منخفض من المحلول الملحي. ميزة التبريد القوية هي أن معدل التبريد سريع للغاية دون القلق بشأن التشويه المفرط وتشقق الفولاذ.

عندما يبرد التبريد التقليدي إلى درجة حرارة عامل التبريد ، يشكل سطح الجزء الفولاذي إجهاد شد أو حالة إجهاد منخفضة ، بينما يوقف التبريد الشديد التبريد بينما لا يزال قلب قطعة العمل في حالة ساخنة ، تشكل الطبقة السطحية ضغط ضغط. تحت ظروف التبريد الشديدة ، عندما يكون معدل التبريد لمنطقة تحويل المارتينسيت> 30 درجة مئوية / ثانية ، يتعرض الأوستينيت المبرد للغاية لسطح الفولاذ لضغط ضغط يبلغ 1200 ميجا باسكال ، مما يزيد من قوة الخضوع للفولاذ بعد تبريد بما لا يقل عن 25%.

مبدأ التبريد الشديد: عندما يطفأ الفولاذ من درجة حرارة التبخير ، فإن فرق درجة الحرارة بين السطح واللب سوف يسبب ضغطًا داخليًا. إن تغيير الحجم المحدد واللدونة المتغيرة للمرحلة لهيكل تغيير الطور يسبب أيضًا ضغط تحويل طوري إضافي. إذا كان الإجهاد الحراري وإجهاد الانتقال الطوري متراكبين ، أي أن الإجهاد المركب يتجاوز قوة الخضوع للمادة ، يحدث تشوه بلاستيكي ؛ إذا تجاوز الإجهاد المشترك قوة الشد للصلب الساخن ، يتم تشكيل صدع إخماد. خلال عملية التبريد المكثفة ، يزداد الضغط المتبقي الناتج عن اللدونة التحويلية الطورية وتغير الحجم المحدد الناجم عن التغير في الحجم المحدد لتحول الأوستينيت-مارتنسيت. أثناء التبريد المكثف ، يتم تبريد سطح قطعة العمل فورًا إلى درجة حرارة الحمام ، ولا يوجد أي تغيير تقريبًا في درجة حرارة القلب. يؤدي التبريد السريع إلى إجهادات شد عالية بسبب انكماش الطبقة السطحية وتوازن الإجهاد بواسطة القلب. زيادة التدرج في درجة الحرارة يزيد من إجهاد الشد الناجم عن التحول الأولي للمارتينزيت ، وزيادة درجة حرارة بدء التحول المارتينزيت MS تتسبب في توسع الطبقة السطحية الناجم عن اللدونة التحويلية للمرحلة ، ويتم تقليل إجهاد الشد السطحي وتحويله إلى الضغط الضغط. تتناسب قيمة الضغط الانضغاطي السطحي مع كمية سطح المارتينسيت المتكون. يحدد هذا الضغط الانضغاطي السطحي ما إذا كان القلب سيخضع لتحول مارتينيتي تحت الضغط أو عكس ضغط الشد السطحي عند مزيد من التبريد. إذا تسبب تحول المارتنسيت في توسيع الحجم الأساسي بما فيه الكفاية ، وكان المارتينسيت السطحي صعبًا للغاية وهشًا ، سيتم كسر الطبقة السطحية بسبب انعكاس الضغط. لهذا السبب ، يجب أن يحدث الضغط الانضغاطي على سطح الفولاذ والتحول المارتينزيتي للنواة في وقت متأخر قدر الإمكان.

اختبار التبريد القوي وخصائصه بعد تبريد الفولاذ: ميزة طريقة التبريد القوية هي أن الضغط الضغط يتشكل على الطبقة السطحية ، ويقل احتمال التصدع ، ويتم تحسين الصلابة والقوة. تشكل الطبقة السطحية هيكل مارتنسيت 100% ، والذي سيعطي أكبر طبقة صلبة لصف فولاذي معين. لذلك ، يمكن استخدام الفولاذ الكربوني بدلاً من سبائك الصلب الأكثر تكلفة. يمكن أن يعمل التبريد القوي أيضًا على تعزيز الخصائص الميكانيكية الموحدة وتقليل تشويه قطع العمل. بعد التبريد الشديد للجزء ، يمكن زيادة عمر الخدمة تحت الحمل البديل بترتيب من الحجم. [1]

الشكل 2 الشكل 2 العلاقة بين احتمال تشكيل الكراك التبريد ومعدل التبريد

من خلال تعديل ضغط الماء والهواء والمسافة بين فوهة التفتيت وسطح قطعة العمل ، يمكن تغيير قدرة التبريد لخليط الماء والهواء ويمكن جعل التبريد متجانسًا. تُظهر ممارسة الإنتاج أن تسخين التسخين الحثي السطحي لأجزاء الكربون الصلب المعقدة أو سبائك الصلب يمكن أن يمنع بشكل فعال حدوث تشققات التبريد.

شكل 3 خليط الماء والهواء

التبريد بالماء المغلي عند 100 درجة مئوية ، يمكن الحصول على تأثير تصلب أفضل لإخماد أو تطبيع الصلب. تم تطبيق هذه التقنية بنجاح على إخماد حديد الدكتايل. أخذ سبائك الألومنيوم كمثال: وفقًا لمواصفات المعالجة الحرارية الحالية لمطروقات سبائك الألومنيوم والمطروقات ، يتم التحكم في درجة حرارة مياه التبريد بشكل عام أقل من 60 درجة مئوية. درجة حرارة مياه التبريد منخفضة ، ومعدل التبريد سريع ، وكبير يتم توليد الإجهاد المتبقي بعد التبريد. عندما يتم تشكيل المنتج أخيرًا ، بسبب الشكل والحجم غير المتناسقين للسطح ، يكون الضغط الداخلي غير متوازن ، مما يؤدي إلى إطلاق الضغط المتبقي ، مما يتسبب في التشويه والانحناء والقطع الناقص والتشوهات الأخرى للأجزاء المجهزة ، لتصبح نهائية لا يمكن إصلاحها النفايات ، مع خسائر فادحة. . على سبيل المثال: من الواضح أن مطروقات سبائك الألومنيوم مثل المراوح وأقراص شفرة الضاغط مشوهة بعد التشغيل ، مما يؤدي إلى أجزاء كبيرة الحجم. عندما ترتفع درجة حرارة ماء التبريد من درجة حرارة الغرفة (30-40 درجة مئوية) إلى الماء المغلي (90-100 درجة مئوية) ، يتم تقليل الضغط المتبقي للتزوير بحوالي 50% في المتوسط. [2]

الشكل 4 الشكل 4 رسم تخطيطي لتبريد الماء المغلي

يتم استخدام زيت التبريد الساخن لجعل درجة حرارة قطعة العمل قبل أو بعد مزيد من التبريد مساوية أو قريبة من درجة حرارة نقطة MS ، وذلك لتقليل فرق درجة الحرارة إلى الحد الأدنى ، ومنع التشوه والتشقق في قطعة العمل المسقية بشكل فعال. يمكن أن يقلل إخماد التبريد المصنوع من سبائك معدنية صغيرة الحجم في الزيت الساخن عند 160-200 درجة مئوية بشكل فعال من التشويه وتجنب التشقق.

الشكل 5 الشكل 5 رسم تخطيطي للتبريد بالزيت الساخن

[1] فان دونجلي. تبريد قوي —— طريقة جديدة للمعالجة الحرارية للصلب المقوى [J]. المعالجة الحرارية ، 2005 ، 20 (4): 1-3

[2] Song Wei، Hao Dongmei، Wang Chengjiang. تأثير تبريد الماء المغلي على البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لمطروقات سبائك الألومنيوم [J]. تصنيع الألمنيوم ، 2002 ، 25