Czy można odróżnić hartowanie, odpuszczanie, normalizowanie i wyżarzanie?

Aby części metalowe miały wymaganą wydajność roboczą, często konieczny jest proces obróbki cieplnej. Proces obróbki cieplnej zazwyczaj obejmuje ogrzewanie, utrwalanie ciepła i chłodzenie. Ze względu na różne procesy można go podzielić na hartowanie, odpuszczanie, normalizowanie, wyżarzanie itp.?

Co to jest hartowanie?

Hartowanie stali to proces obróbki cieplnej, w którym stal jest podgrzewana do temperatury krytycznej AC3 (stal hipoeutektoidalna) lub AC1 (stal hipereutektoidalna), utrzymywana przez pewien czas, a następnie gwałtownie schładzana do temperatury poniżej MS (lub izotermicznej bliskiej MS) przy szybkości chłodzenia większej niż krytyczna szybkość chłodzenia dla przemiany martenzytu (lub bainitu). Ogólnie rzecz biorąc, obróbka roztworu stopu aluminium, stopu miedzi, stopu tytanu, szkła hartowanego i innych materiałów lub proces obróbki cieplnej z szybkim procesem chłodzenia nazywa się hartowaniem.

Cel hartowania:

1) Popraw właściwości mechaniczne wyrobów lub części metalowych.

2) Popraw właściwości materiałowe lub właściwości chemiczne niektórych stali specjalnych. Takich jak poprawa odporności na korozję stali nierdzewnej i zwiększenie stałego magnetyzmu stali magnetycznej.

Stalowy przedmiot po hartowaniu ma następujące właściwości:

① Otrzymuje się niezrównoważone (tj. niestabilne) struktury, takie jak martenzyt, bainit i austenit szczątkowy.

② Istnieje duże napięcie wewnętrzne.

③ Właściwości mechaniczne nie spełniają wymagań. Dlatego części żelazne i stalowe są generalnie hartowane po hartowaniu.

Co to jest temperowanie?

Odpuszczanie to proces obróbki cieplnej, w którym hartowane produkty metalowe lub części są podgrzewane do określonej temperatury i chłodzone w określony sposób po przetrzymaniu przez określony czas. Odpuszczanie jest operacją bezpośrednio po hartowaniu i jest zwykle ostatnim procesem obróbki cieplnej przedmiotów obrabianych. Dlatego łączony proces hartowania i odpuszczania nazywany jest obróbką końcową.

Głównym celem hartowania i odpuszczania jest:

1) W celu zmniejszenia naprężeń wewnętrznych i kruchości, hartowane części mają duże naprężenia i kruchość. Jeśli nie zostanie odpuszczony na czas, nastąpi deformacja, a nawet pękanie.

2) Dostosuj właściwości mechaniczne przedmiotu obrabianego. Po hartowaniu obrabiany przedmiot ma wysoką twardość i kruchość. Aby spełnić różne wymagania dotyczące wydajności różnych przedmiotów obrabianych, twardość, wytrzymałość, plastyczność i wytrzymałość można regulować przez odpuszczanie.

3) Ustabilizuj rozmiar przedmiotu obrabianego. Strukturę metalograficzną można ustabilizować przez odpuszczanie, aby zapewnić brak odkształceń w późniejszym użytkowaniu.

4) Poprawić skrawalność niektórych stali stopowych.

Efekt temperowania jest następujący:

① Poprawić stabilność konstrukcji, aby struktura przedmiotu obrabianego nie zmieniała się w trakcie użytkowania, tak aby wielkość geometryczna i wydajność przedmiotu obrabianego pozostały stabilne.

② W celu poprawy wydajności przedmiotu obrabianego i ustabilizowania wymiaru geometrycznego przedmiotu należy wyeliminować naprężenia wewnętrzne.

③ Dostosuj właściwości mechaniczne stali do wymagań użytkowania.

Powodem, dla którego odpuszczanie ma te skutki, jest to, że gdy temperatura wzrasta, zwiększa się zdolność aktywności atomowej, a atomy żelaza, węgla i innych pierwiastków stopowych w żelazie i stali mogą być szybko rozproszone, aby zrealizować przegrupowanie i kombinację atomów, więc że niestabilna niezrównoważona struktura stopniowo przechodzi w stabilną strukturę równowagi. Eliminacja naprężeń wewnętrznych wiąże się również ze spadkiem wytrzymałości metalu wraz ze wzrostem temperatury. Po hartowaniu zmniejsza się twardość i wytrzymałość stali oraz zwiększa się plastyczność. Im wyższa temperatura odpuszczania, tym większa zmiana tych właściwości mechanicznych. Niektóre stale stopowe o dużej zawartości pierwiastków stopowych wytrącają pewne drobne związki metali podczas odpuszczania w określonym zakresie temperatur, co zwiększa wytrzymałość i twardość. Zjawisko to nazywa się hartowaniem wtórnym.

Wymagania dotyczące odpuszczania: przedmioty obrabiane o różnych zastosowaniach należy odpuszczać w różnych temperaturach, aby spełnić wymagania podczas użytkowania.

① Narzędzia, łożyska, części nawęglane i hartowane oraz części hartowane powierzchniowo są zwykle odpuszczane w niskiej temperaturze poniżej 250 ℃. Po odpuszczaniu w niskiej temperaturze twardość niewiele się zmienia, naprężenie wewnętrzne maleje, a ciągliwość nieznacznie wzrasta.

② Wysoką elastyczność i niezbędną ciągliwość można uzyskać poprzez odpuszczanie sprężyny w temperaturze 350 ～ 500 ℃.

③ Części wykonane ze stali konstrukcyjnej średniowęglowej są zwykle odpuszczane w temperaturze 500 ~ 600 ℃, aby uzyskać dobre połączenie wytrzymałości i wytrzymałości.

W produkcji często opiera się na wymaganiach dotyczących wydajności przedmiotu obrabianego. W zależności od różnej temperatury ogrzewania odpuszczanie można podzielić na odpuszczanie w niskiej temperaturze, odpuszczanie w średniej temperaturze i odpuszczanie w wysokiej temperaturze. Hartowanie, a następnie hartowanie w wysokiej temperaturze połączony proces obróbki cieplnej nazywa się hartowaniem i odpuszczaniem, który ma wysoką wytrzymałość i dobrą plastyczność i twardość.

1) Odpuszczanie w niskiej temperaturze: 150-250 ℃, m cykli, zmniejsza naprężenia wewnętrzne i kruchość, poprawia plastyczność i wytrzymałość oraz ma wysoką twardość i odporność na zużycie. Służy do wykonywania narzędzi pomiarowych, narzędzi skrawających oraz łożysk tocznych.

2) Odpuszczanie średniotemperaturowe: 350-500 ℃, cykl t, wysoka elastyczność, plastyczność i twardość. Służy do wykonywania sprężyn, matryc kuźniczych itp.

3) Odpuszczanie w wysokiej temperaturze: 500-650 ℃, cykl s, o dobrych wszechstronnych właściwościach mechanicznych. Służy do wykonywania kół zębatych, wałów korbowych itp.

Co to jest normalizacja?

Normalizacja to obróbka cieplna mająca na celu poprawę twardości stali. Po nagrzaniu elementów stalowych do temperatury 30-50℃ powyżej temperatury AC3 są one przetrzymywane przez pewien czas, a następnie schładzane z pieca. Główną cechą jest to, że szybkość chłodzenia jest szybsza niż w przypadku wyżarzania i niższa niż w przypadku hartowania. Podczas normalizacji skrystalizowane ziarna stali można rozdrobnić w nieco szybszym chłodzeniu, co pozwala nie tylko uzyskać zadowalającą wytrzymałość, ale także znacznie poprawić wiązkość (wartość Akv) i zmniejszyć skłonność do pękania elementów. Po normalizacji niektórych niskostopowych blach walcowanych na gorąco, odkuwek i odlewów ze stali niskostopowej można znacznie poprawić wszechstronne właściwości mechaniczne materiałów, a także właściwości skrawania.

Normalizacja ma następujące cele i zastosowania:

① W przypadku stali podeutektoidalnej normalizację stosuje się w celu wyeliminowania przegrzanej gruboziarnistej struktury i struktury widmanstattenu w częściach odlewanych, kutych i spawanych oraz struktury pasmowej w wyrobach walcowanych, poprawia uziarnienie i może być stosowana jako obróbka wstępna przed hartowaniem.

② W przypadku stali nadeutektoidalnej normalizacja może wyeliminować wtórny cementyt sieciowy i udoskonalić perlit, co nie tylko poprawia właściwości mechaniczne, ale także przynosi korzyści późniejszemu wyżarzaniu sferoidyzującemu.

③ W przypadku niskowęglowej blachy stalowej do głębokiego tłoczenia, normalizacja może wyeliminować wolny cementyt na granicy ziaren, aby poprawić jej właściwości głębokiego tłoczenia.

④ W przypadku stali niskowęglowej i niskowęglowej stali niskostopowej można uzyskać drobniejszą strukturę perlitu poprzez normalizację, a twardość można zwiększyć do hb140-190. Można uniknąć zjawiska „przyklejania się” narzędzia i poprawić skrawalność. W przypadku stali średniowęglowej bardziej ekonomiczne i wygodne jest normalizowanie i wyżarzanie stali średniowęglowej.

⑤ W przypadku zwykłej stali konstrukcyjnej o średniej zawartości węgla, normalizację można zastosować zamiast hartowania i odpuszczania w wysokiej temperaturze, gdy nie są wymagane właściwości mechaniczne. Ta metoda jest nie tylko łatwa w obsłudze, ale także stabilna w konstrukcji i rozmiarze stali.

⑥ Normalizacja w wysokiej temperaturze (150-200 ℃ powyżej AC3) może zmniejszyć segregację składu odlewów i odkuwek ze względu na wysoki współczynnik dyfuzji w wysokiej temperaturze. Grube ziarna po normalizacji w wysokiej temperaturze można rozdrobnić przez drugą normalizację w niższej temperaturze.

⑦ W przypadku niektórych nisko- i średniowęglowych stali stopowych stosowanych w turbinach parowych i kotłach, strukturę bainitu uzyskuje się zwykle przez normalizację, a następnie odpuszczanie w wysokiej temperaturze. Ma dobrą odporność na pełzanie w temperaturze 400-550 ℃.

⑧ Oprócz stali i stali, normalizacja jest również szeroko stosowana w obróbce cieplnej żeliwa sferoidalnego w celu uzyskania osnowy perlitowej i poprawy wytrzymałości żeliwa sferoidalnego.

Ponieważ normalizacja charakteryzuje się chłodzeniem powietrzem, temperatura powietrza otoczenia, tryb układania, przepływ powietrza i wielkość przedmiotu obrabianego mają wpływ na mikrostrukturę i właściwości po normalizacji. Struktura normalizująca może być również stosowana jako metoda klasyfikacji stali stopowej. Stale stopowe dzieli się najczęściej na stal perlityczną, bainitową, martenzytyczną i austenityczną zgodnie z mikrostrukturą uzyskaną przez chłodzenie powietrzem po podgrzaniu do 900℃ dla próbki o średnicy 25 mm.

Co to jest wyżarzanie?

Wyżarzanie to rodzaj procesu obróbki cieplnej metalu, w którym metal jest powoli podgrzewany do określonej temperatury, utrzymywany przez wystarczająco długi czas, a następnie schładzany z odpowiednią prędkością. Wyżarzanie dzieli się na wyżarzanie całkowite, wyżarzanie niepełne i wyżarzanie odprężające. Właściwości mechaniczne materiałów wyżarzanych można zbadać za pomocą próby rozciągania lub próby twardości. Wiele stali dostarczanych jest w stanie wyżarzania obróbki cieplnej. Twardościomierz Rockwella może być używany do badania twardości HRB. W przypadku cienkich blach stalowych, taśm stalowych i cienkościennych rur stalowych do wykrywania twardości HRT można użyć twardościomierza Rockwella.

Celem wyżarzania jest:

① Może poprawić lub wyeliminować wszelkiego rodzaju wady strukturalne i naprężenia szczątkowe w procesie odlewania, kucia, walcowania i spawania oraz zapobiega deformacji i pękaniu przedmiotu obrabianego.

② Zmiękcz obrabiany przedmiot do cięcia.

③ Właściwości mechaniczne przedmiotu obrabianego można poprawić poprzez rozdrobnienie ziarna i poprawę mikrostruktury.

④ Przygotowanie do końcowej obróbki cieplnej (hartowanie i odpuszczanie).

Typowe procesy wyżarzania są następujące:

① Całkowicie wyżarzony. Służy do uszlachetniania gruboziarnistej przegrzanej struktury stali średnio- i niskowęglowych o słabych właściwościach mechanicznych po odlewaniu, kuciu i spawaniu. Gdy obrabiany przedmiot zostanie nagrzany do 30-50℃ powyżej temperatury, w której cały ferryt zamienia się w austenit, należy go trzymać przez pewien czas, a następnie powoli schładzać piecem. Podczas procesu chłodzenia austenit ponownie się przekształca, a mikrostruktura stali staje się drobniejsza.

② Wyżarzanie sferoidalne. Służy do zmniejszania wysokiej twardości stali narzędziowej i łożyskowej po kuciu. Gdy obrabiany przedmiot zostanie podgrzany do 20-40 ℃ powyżej temperatury, w której zaczyna tworzyć się austenit, cementyt płytkowy w perlicie staje się kulisty podczas chłodzenia, zmniejszając w ten sposób twardość.

③ Wyżarzanie izotermiczne. Służy do zmniejszania wysokiej twardości niektórych konstrukcyjnych stali stopowych o wysokiej zawartości niklu i chromu do cięcia. Ogólnie austenit jest schładzany do najbardziej niestabilnej temperatury austenitu z większą szybkością, a austenit jest przekształcany w troostyt lub sorbit, a twardość można zmniejszyć.

④ Wyżarzanie rekrystalizacyjne. Służy do eliminacji zjawiska hartowania drutu i blachy metalowej w procesie ciągnienia na zimno i walcowania na zimno (wzrost twardości i spadek plastyczności). Temperatura ogrzewania jest zwykle o 50-150 ℃ niższa od temperatury, w której zaczyna się tworzyć austenit. Tylko w ten sposób można wyeliminować efekt umocnienia przez zgniot, a metal zmiękczyć.

⑤ Wyżarzanie grafityzacyjne. Służy do przerabiania żeliwa zawierającego dużo cementytu w żeliwo ciągliwe o dobrej plastyczności. Operacja technologiczna polega na podgrzaniu odlewu do ok. 950℃ i odpowiednim schłodzeniu po pewnym czasie, tak aby cementyt uległ rozkładowi i utworzył kłaczkowaty grafit.

⑥ Wyżarzanie dyfuzyjne. Służy do ujednorodniania składu chemicznego odlewów stopowych i poprawy jego wydajności eksploatacyjnej. Zakładając brak topienia odlew jest podgrzewany do najwyższej możliwej temperatury i utrzymywany w cieple przez długi czas, a następnie powoli schładzany po równomiernym rozproszeniu pierwiastków w stopie.

⑦ Wyżarzanie odprężające. Służy do eliminacji naprężeń wewnętrznych odlewów staliwnych i elementów spawanych. W przypadku wyrobów żelaznych i stalowych, gdy austenit zaczyna tworzyć się po podgrzaniu, naprężenia wewnętrzne można wyeliminować przez chłodzenie w powietrzu po utrwaleniu cieplnym.