По време на термичната обработка на алуминий и алуминиеви сплави често се срещат различни проблеми, като например:
-Неправилно поставяне на детайлите: Това може да доведе до деформация на детайлите, често поради недостатъчно отвеждане на топлината от закаляващата среда с достатъчно бърза скорост, за да се постигнат желаните механични свойства.
-Бързо нагряване: Това може да доведе до термична деформация; правилното разположение на частите спомага за осигуряване на равномерно нагряване.
-Прегряване: Това може да доведе до частично топене или евтектично топене.
-Повърхностно образуване на котлен камък/високотемпературно окисление.
-Прекомерна или недостатъчна обработка за стареене, като и двете могат да доведат до загуба на механични свойства.
-Колебания във времето/температурата/параметрите на закаляване, които могат да причинят отклонения в механичните и/или физичните свойства между частите и партидите.
-Освен това, лошата температурна равномерност, недостатъчното време за изолация и неадекватното охлаждане по време на термична обработка с разтвор могат да допринесат за неадекватни резултати.
Термичната обработка е ключов термичен процес в алуминиевата промишленост, нека се задълбочим в по-свързани знания.
1. Предварителна обработка
Процесите на предварителна обработка, които подобряват структурата и облекчават напрежението преди закаляване, са полезни за намаляване на деформацията. Предварителната обработка обикновено включва процеси като сфероидизиращо отгряване и отгряване за облекчаване на напрежението, а някои също така използват закаляване и отпускане или нормализиране.
Отгряване за облекчаване на стресаПо време на машинна обработка могат да се развият остатъчни напрежения поради фактори като методи на обработка, зацепване на инструмента и скорости на рязане. Неравномерното разпределение на тези напрежения може да доведе до деформация по време на закаляване. За да се смекчат тези ефекти, е необходимо отгряване за облекчаване на напрежението преди закаляване. Температурата за отгряване за облекчаване на напрежението обикновено е 500-700°C. При нагряване във въздушна среда се използва температура от 500-550°C с време на задържане от 2-3 часа, за да се предотврати окисляване и обезвъглеродяване. Деформацията на детайлите, дължаща се на собственото тегло, трябва да се вземе предвид по време на натоварването, а другите процедури са подобни на стандартното отгряване.
Предварителна обработка за подобряване на структуратаТова включва сфероидизиращо отгряване, закаляване и темпериране, нормализираща обработка.
-Сфероидизиращо отгряванеСтруктурата, получена след сфероидизиращо отгряване, е от съществено значение за въглеродната инструментална стомана и легираната инструментална стомана по време на термична обработка и влияе значително върху тенденцията на деформация по време на закаляване. Чрез регулиране на структурата след отгряване може да се намали обичайната деформация по време на закаляване.
-Други методи за предварителна обработкаМогат да се използват различни методи за намаляване на деформацията от закаляване, като например закаляване и отпускане, нормализираща обработка. Изборът на подходяща предварителна обработка, като закаляване и отпускане, нормализираща обработка, въз основа на причината за деформацията и материала на детайла, може ефективно да намали деформацията. Необходимо е обаче внимание, тъй като остатъчните напрежения и твърдостта се увеличават след отпускане, особено закаляването и отпускането могат да намалят разширението по време на закаляване за стомани, съдържащи W и Mn, но имат малък ефект върху намаляването на деформацията за стомани като GCr15.
В практическото производство, идентифицирането на причината за деформацията от закаляване, независимо дали се дължи на остатъчни напрежения или лоша структура, е от съществено значение за ефективното третиране. Отгряване за облекчаване на напрежението трябва да се проведе за деформация, причинена от остатъчни напрежения, докато обработки като отпускане, които променят структурата, не са необходими и обратно. Само тогава може да се постигне целта за намаляване на деформацията от закаляване, за да се намалят разходите и да се гарантира качество.
2. Операция с нагряване чрез закаляване
Температура на закаляванеТемпературата на закаляване влияе значително върху деформацията. Можем да постигнем целта за намаляване на деформацията чрез регулиране на температурата на закаляване или чрез запазване на допустимата обработка, равна на температурата на закаляване, за да постигнем целта за намаляване на деформацията, или чрез разумно избиране и запазване на допустимата обработка и температурата на закаляване след изпитвания за термична обработка, така че да се намали последващата допустима обработка. Влиянието на температурата на закаляване върху деформацията от закаляване е свързано не само с използвания материал на детайла, но и с размера и формата на детайла. Когато формата и размерът на детайла са много различни, въпреки че материалът на детайла е един и същ, тенденцията на деформацията от закаляване е доста различна и операторът трябва да обърне внимание на тази ситуация в реалното производство.
Време за задържане при закаляванеИзборът на време за задържане не само осигурява цялостно нагряване и постигане на желаната твърдост или механични свойства след закаляване, но също така отчита влиянието му върху деформацията. Удължаването на времето за задържане при закаляване съществено увеличава температурата на закаляване, особено изразено при високовъглеродна и високохромна стомана.
Методи за зарежданеАко детайлът е поставен в неправилна форма по време на нагряване, това ще причини деформация поради теглото на детайла или деформация поради взаимно екструдиране между детайлите, или деформация поради неравномерно нагряване и охлаждане поради прекомерно подреждане на детайлите.
Метод на нагряванеЗа детайли със сложна форма и различна дебелина, особено тези с високо съдържание на въглерод и легиращи елементи, бавният и равномерен процес на нагряване е от решаващо значение. Използването на предварително нагряване често е необходимо, понякога изискващо множество цикли на предварително нагряване. За по-големи детайли, които не са ефективно обработени чрез предварително нагряване, използването на кутийна съпротивителна пещ с контролирано нагряване може да намали деформацията, причинена от бързото нагряване.
3. Охлаждаща операция
Деформацията от закаляване е резултат главно от процеса на охлаждане. Правилният избор на закалителната среда, умелата работа и всяка стъпка от процеса на охлаждане пряко влияят върху деформацията от закаляване.
Избор на закалителна средаПри осигуряване на желаната твърдост след закаляване, трябва да се предпочитат по-меки закалителни среди, за да се сведе до минимум деформацията. Препоръчва се използването на нагряти закалителни среди за охлаждане (за улесняване на изправянето, докато детайлът е все още горещ) или дори въздушно охлаждане. Среди със скорости на охлаждане между вода и масло също могат да заменят двойните закалителни среди вода-масло.
—Закаляване с въздушно охлажданеЗакаляването с въздушно охлаждане е ефективно за намаляване на деформацията от закаляване на бързорежеща стомана, хромирана стомана за формоване и стомана с микродеформация, охлаждана с въздушно охлаждане. За стомана 3Cr2W8V, която не изисква висока твърдост след закаляване, закаляването с въздушно охлаждане може да се използва и за намаляване на деформацията чрез правилно регулиране на температурата на закаляване.
—Охлаждане и закаляване на маслотоМаслото е закалителна среда с много по-ниска скорост на охлаждане от водата, но за детайли с висока закалителност, малък размер, сложна форма и голяма склонност към деформация, скоростта на охлаждане с масло е твърде висока, докато за детайли с малък размер, но лоша закалителност, скоростта на охлаждане с масло е недостатъчна. За да се решат горните противоречия и да се използва пълноценно закаляването с масло за намаляване на деформацията на детайлите от закаляване, хората са възприели методи за регулиране на температурата на маслото и повишаване на температурата на закаляване, за да разширят използването на масло.
—Промяна на температурата на закалителното маслоИзползването на масло за закаляване при една и съща температура за намаляване на деформацията от закаляване все още има следните проблеми, а именно, когато температурата на маслото е ниска, деформацията от закаляване е все още голяма, а когато температурата на маслото е висока, е трудно да се гарантира твърдостта на детайла след закаляване. Под комбинираното влияние на формата и материала на някои детайли, повишаването на температурата на маслото за закаляване може също да увеличи тяхната деформация. Следователно е много важно да се определи температурата на маслото за закаляване след преминаване на изпитването в зависимост от действителните условия на материала на детайла, размера на напречното сечение и формата.
Когато се използва горещо масло за закаляване, за да се избегне пожар, причинен от висока температура на маслото по време на закаляване и охлаждане, необходимото противопожарно оборудване трябва да бъде разположено в близост до резервоара за масло. Освен това, индексът на качеството на закаляващото масло трябва да се проверява редовно и новото масло трябва да се допълва или подменя навреме.
—Увеличете температурата на закаляванеТози метод е подходящ за детайли от въглеродна стомана с малко напречно сечение и за детайли от легирана стомана с малко по-големи размери, които не могат да отговорят на изискванията за твърдост след нагряване и запазване на топлината при нормални температури на закаляване и закаляване в масло. Чрез подходящо повишаване на температурата на закаляване и последващо закаляване в масло може да се постигне ефект на втвърдяване и намаляване на деформацията. При използване на този метод за закаляване трябва да се внимава да се предотвратят проблеми като удебеляване на зърната, намаляване на механичните свойства и намаляване на експлоатационния живот на детайла поради повишена температура на закаляване.
—Класификация и аустемпериранеКогато твърдостта на закаляване може да отговори на проектните изисквания, класификацията и аустемперирането на горещата вана трябва да се използват максимално, за да се постигне целта за намаляване на деформацията от закаляване. Този метод е ефективен и за ниско закалиеми, дребносекционни въглеродни конструкционни стомани и инструментални стомани, особено за детайли от хромсъдържаща щанцова стомана и бързорежеща стомана с висока закалителност. Класификацията на горещата вана и методът на охлаждане чрез аустемпериране са основните методи за закаляване за този вид стомана. По подобен начин той е ефективен и за онези въглеродни стомани и нисколегирани конструкционни стомани, които не изискват висока твърдост на закаляване.
При закаляване с гореща вана трябва да се обърне внимание на следните проблеми:
Първо, когато маслена баня се използва за градиране и изотермично закаляване, температурата на маслото трябва да се контролира стриктно, за да се предотврати възникването на пожар.
Второ, при закаляване с нитратни соли, резервоарът за нитратни соли трябва да бъде оборудван с необходимите инструменти и устройства за водно охлаждане. За други предпазни мерки, моля, вижте съответната информация и няма да ги повтаряме тук.
Трето, изотермичната температура трябва да се контролира стриктно по време на изотермичното закаляване. Високата или ниската температура не са благоприятни за намаляване на деформацията от закаляване. Освен това, по време на изотермично закаляване, методът на окачване на детайла трябва да се избере така, че да се предотврати деформация, причинена от теглото на детайла.
Четвърто, когато се използва изотермично или градуирано закаляване за коригиране на формата на детайла, докато е горещ, инструментите и приспособленията трябва да бъдат напълно оборудвани, а действието трябва да бъде бързо по време на работа. Предотвратява се неблагоприятно въздействие върху качеството на закаляване на детайла.
Охлаждаща операцияУмелата работа по време на процеса на охлаждане има значително влияние върху деформацията от закаляване, особено когато се използват вода или масло за закаляване.
-Правилна посока на навлизане на закалящата средаОбикновено симетрично балансирани или удължени прътовидни детайли трябва да се закалят вертикално в средата. Асиметричните части могат да се закалят под ъгъл. Правилната посока има за цел да осигури равномерно охлаждане на всички части, като по-бавно охлаждащите зони навлизат първо в средата, последвани от по-бързо охлаждащи секции. Вземането предвид на формата на детайла и нейното влияние върху скоростта на охлаждане е жизненоважно на практика.
-Движение на детайлите в закалителна средаБавно охлаждащите се части трябва да са обърнати към закаляващата среда. Симетрично оформените детайли трябва да следват балансирана и равномерна траектория в средата, поддържайки малка амплитуда и бързо движение. За тънки и удължени детайли стабилността по време на закаляване е от решаващо значение. Избягвайте люлеене и помислете за използване на скоби вместо телено свързване за по-добър контрол.
-Скорост на закаляванеЗаготовките трябва да се закаляват бързо. Особено при тънки, пръчковидни детайли, по-ниските скорости на закаляване могат да доведат до увеличена деформация на огъване и разлики в деформацията между секциите, закалени по различно време.
-Контролирано охлажданеЗа детайли със значителни разлики в размера на напречното сечение, защитете по-бързо охлаждащите се секции с материали като азбестово въже или метални листове, за да намалите скоростта им на охлаждане и да постигнете равномерно охлаждане.
-Време за охлаждане във водаЗа детайли, които се деформират предимно поради структурно напрежение, съкратете времето им за охлаждане във вода. За детайли, които се деформират предимно поради термично напрежение, удължете времето им за охлаждане във вода, за да намалите деформацията от закаляване.
Редактирано от Мей Джианг от MAT Aluminum
Време на публикуване: 21 февруари 2024 г.
