A têmpera é um processo rápido de tratamento térmico para transformar a transformação de martensita (ou bainita) abaixo da temperatura Ms ou próxima de Ms. O método detalhado é aquecer o aço a uma temperatura acima da temperatura crítica de Ac3 (aço hipoeutetóide) ou Ac1 (aço hipereutetóide). ), em seguida, retém seu calor por um período de tempo, austenitiza-o total ou parcialmente e, finalmente, resfria-o a uma taxa de resfriamento crítica. O tratamento em solução de materiais como ligas de alumínio, ligas de cobre, ligas de titânio, vidro temperado ou processos de tratamento térmico com processos de resfriamento rápido também é conhecido como têmpera. A têmpera é um processo genérico de tratamento térmico usado principalmente para aumentar a dureza dos materiais. Geralmente por categorias de meios de têmpera, pode ser dividido em têmpera em água, têmpera em óleo, têmpera orgânica e similares. Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, surgiram alguns novos processos de têmpera.

1. Têmpera a gás de alta pressão (HPGQ)

A peça de trabalho é resfriada rápida e uniformemente em um forte fluxo de gás inerte, que pode prevenir a oxidação da superfície, evitar rachaduras, reduzir a distorção e garantir a dureza necessária. HPGQ é usado principalmente para têmpera de aço para ferramentas, que recentemente progrediu rapidamente. Atualmente, existem resfriamento de ar de alta vazão com pressão negativa (<1×105 Pa), resfriamento de ar de pressão (1×105~4×105 Pa) e resfriamento de ar de alta pressão (5×105~ 10×105 Pa). -resfriado a ar, de ultra-alta pressão (10 × 105 ~ 20 × 105 Pa) e outras novas tecnologias que melhoram muito não apenas a capacidade de têmpera a gás a vácuo, mas também o status da peça temperada, que apresenta boa superfície brilho e pequena deformação. HPGQ é usado principalmente para têmpera e revenido de materiais, solução sólida de aço inoxidável e ligas especiais. Ao têmpera com nitrogênio de alta pressão 6 × 105 Pa, a temperabilidade do aço rápido (W6Mo5Cr4V2) pode ser endurecida até 70-100 mm, e a do aço de alta liga pode atingir 25-100 mm. O aço para matrizes para trabalho a frio (como Cr12) pode atingir 80 ~ 100 mm.
Ao têmpera com gás nitrogênio de alta pressão 10 x 105 Pa, a densidade de carga aumenta em cerca de 30% a 40% quando resfriada por uma carga de resfriamento de 6 × 105 Pa. Ao têmpera com nitrogênio de pressão ultra-alta 20×105 Pa ou uma mistura de hélio e nitrogênio, a densidade da carga resfriada é 80%-150% maior do que a do resfriamento de nitrogênio 6 × 105 Pa, que pode resfriar todo aço rápido e aço de alta liga. , aço para matrizes para trabalho a quente Cr13%, aço cromado e mais aço temperado com óleo de liga, como aço 9Mn2V de tamanho maior. Além disso, um forno de têmpera refrigerado a ar de câmara dupla com uma câmara de resfriamento separada tem uma melhor capacidade de resfriamento do que um forno de câmara única do mesmo tipo. O efeito de resfriamento de um forno de câmara dupla resfriado com nitrogênio de 2 x 105 Pa é comparável a um forno de câmara única de 4 x 105 Pa. Os fornos de câmara única apresentam menores custos operacionais e de manutenção.

Breve introdução ao novo processo de têmpera 1

Figura 1 Forno a vácuo resfriado a gás de alta pressão

2. Têmpera intensa

A têmpera convencional geralmente é realizada com óleo, água ou solução polimérica, enquanto a têmpera intensa é realizada com água ou baixa concentração de salmoura. A forte característica de têmpera é que a taxa de resfriamento é extremamente rápida, sem a preocupação com distorção excessiva e rachaduras do aço.
Quando a têmpera convencional é resfriada até a temperatura do agente de têmpera, a superfície da peça de aço forma uma tensão de tração ou um estado de baixa tensão, enquanto a têmpera intensa interrompe o resfriamento enquanto o núcleo da peça ainda está em um estado quente, e o camada superficial forma uma tensão de compressão. Sob condições intensas de têmpera, quando a taxa de resfriamento da zona de transformação da martensita é >30 °C/s, a austenita super-resfriada da superfície do aço é submetida a uma tensão de compressão de 1200 MPa, o que aumenta a resistência ao escoamento do aço após têmpera em pelo menos 25%.
O princípio da têmpera intensa: Quando o aço é temperado a partir da temperatura de austenitização, a diferença de temperatura entre a superfície e o núcleo causará tensão interna. A mudança específica de volume e a plasticidade da mudança de fase da estrutura de mudança de fase também causam estresse adicional de transformação de fase. Se a tensão térmica e a tensão de transição de fase forem sobrepostas, ou seja, a tensão composta excede o limite de escoamento do material, ocorre deformação plástica; se a tensão combinada exceder a resistência à tração do aço quente, uma trinca de têmpera será formada. Durante o intenso processo de têmpera, a tensão residual causada pela plasticidade da transformação de fase e a mudança de volume específico causada pela mudança de volume específico da transformação austenita-martensita aumentam. Durante o resfriamento intenso, a superfície da peça é imediatamente resfriada até a temperatura do banho e quase não há alteração na temperatura central. O resfriamento rápido causa altas tensões de tração devido ao encolhimento da camada superficial e ao equilíbrio de tensões pelo núcleo. O aumento do gradiente de temperatura aumenta a tensão de tração causada pela transformação inicial da martensita, e o aumento da temperatura de início da transformação da martensita Ms causa a expansão da camada superficial causada pela plasticidade da transformação de fase, e a tensão de tração superficial é significativamente reduzida e convertida em Estresse compressivo. O valor da tensão de compressão superficial é proporcional à quantidade de martensita superficial formada. Esta tensão de compressão superficial determina se o núcleo sofrerá uma transformação martensítica sob compressão ou reverterá a tensão de tração superficial após resfriamento adicional. Se a transformação da martensita fizer com que o volume do núcleo se expanda suficientemente, e a superfície da martensita for muito dura e quebradiça, a camada superficial será quebrada devido à reversão de tensão. Por esta razão, a tensão de compressão na superfície do aço e a transformação martensítica do núcleo devem ocorrer o mais tarde possível.
Forte teste de têmpera e propriedades após a têmpera do aço: A vantagem do método de têmpera forte é que a tensão de compressão é formada na camada superficial, a probabilidade de rachaduras é reduzida e a dureza e a resistência são melhoradas. A camada superficial forma uma estrutura de martensita 100%, que proporcionará a maior camada endurecida para um determinado tipo de aço. Portanto, o aço carbono pode ser usado em vez do aço-liga mais caro. A têmpera forte também pode promover propriedades mecânicas uniformes e minimizar a distorção da peça. Após intensa têmpera da peça, a vida útil sob carga alternada pode ser aumentada em uma ordem de grandeza. [1]

Breve introdução ao novo processo de têmpera 2

Figura 2 Relação entre a probabilidade de formação intensa de trincas por têmpera e taxa de resfriamento

3. Método de resfriamento da mistura de ar e água

Ajustando a pressão da água e do ar e a distância entre o bico atomizador e a superfície da peça, a capacidade de resfriamento da mistura água-ar pode ser variada e o resfriamento pode ser uniforme. A prática de produção mostra que a têmpera por aquecimento por indução de superfície de peças complexas de aço carbono ou ligas de aço pode prevenir eficazmente a ocorrência de trincas por têmpera.

Breve introdução ao novo processo de têmpera 3

Fig.3 Mistura água-ar

4. Método de extinção com água fervente

Resfriando com água fervente a 100 ° C, um melhor efeito de endurecimento pode ser obtido para têmpera ou normalização do aço. Esta tecnologia foi aplicada com sucesso à têmpera de ferro dúctil. Tomando a liga de alumínio como exemplo: De acordo com as especificações atuais de tratamento térmico para peças forjadas de liga de alumínio e peças forjadas, a temperatura da água de têmpera é geralmente controlada abaixo de 60 ° C. A temperatura da água de têmpera é baixa, a taxa de resfriamento é rápida e um grande tensão residual é gerada após a têmpera. Quando o produto é finalmente usinado, devido ao formato e tamanho superficial inconsistentes, a tensão interna fica desequilibrada, resultando na liberação de tensão residual, causando distorção, flexão, elipse e outras deformações das peças usinadas, tornando-se um resultado final irreparável. desperdício, com graves perdas. . Por exemplo: peças forjadas de liga de alumínio, como hélices e discos de lâminas de compressor, são obviamente deformadas após a usinagem, resultando em peças superdimensionadas. Quando a temperatura da água de têmpera é elevada da temperatura ambiente (30-40 ° C) para a água fervente (90-100 ° C), a tensão residual do forjamento é reduzida em cerca de 50% em média. [2]

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Figura 4 Diagrama esquemático de extinção com água fervente

5. Método de têmpera em óleo quente

O óleo de têmpera a quente é usado para tornar a temperatura da peça antes ou depois do resfriamento adicional igual ou próxima à temperatura do ponto Ms, de modo a minimizar a diferença de temperatura e prevenir efetivamente a distorção e rachaduras da peça temperada. A têmpera de uma matriz de refrigeração de liga de aço para ferramentas de pequeno porte em óleo quente a 160-200 ° C pode efetivamente reduzir a distorção e evitar rachaduras.

Breve introdução ao novo processo de têmpera 5

Figura 5 Diagrama esquemático de têmpera em óleo quente
[1] Fan Dongli. Forte têmpera —— um novo método de tratamento térmico para aço reforçado[J]. Tratamento Térmico, 2005, 20(4): 1-3
[2] Song Wei, Hao Dongmei, Wang Chengjiang. Efeito da têmpera em água fervente na microestrutura e nas propriedades mecânicas de peças forjadas de liga de alumínio [J]. Usinagem de Alumínio, 2002, 25

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