Θερμική επεξεργασία κραμάτων. Τύποι θερμικής επεξεργασίας

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η θερμική επεξεργασία κραμάτων αποτελεί αναπόσπαστο μέρος της παραγωγικής διαδικασίας σιδηρούχου και μη σιδηρούχου μεταλλουργίας. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, τα μέταλλα μπορούν να αλλάξουν τα χαρακτηριστικά τους στις απαιτούμενες τιμές. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε τους κύριους τύπους θερμικής επεξεργασίας που χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη βιομηχανία.

Η ουσία της θερμικής επεξεργασίας

Κατά την παραγωγή ημικατεργασμένων προϊόντων, τα μεταλλικά μέρη υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία για να τους δοθούν οι επιθυμητές ιδιότητες (αντοχή, αντοχή στη διάβρωση και τη φθορά κ.λπ.). Η θερμική επεξεργασία των κραμάτων είναι ένα σύνολο τεχνητά δημιουργούμενων διεργασιών κατά τις οποίες συμβαίνουν δομικές και φυσικές και μηχανικές αλλαγές στα κράματα υπό την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών, αλλά η χημική σύνθεση της ουσίας διατηρείται.

Σκοπός θερμικής επεξεργασίας

Μεταλλικά προϊόντα που χρησιμοποιούνται καθημερινά σε όλους τους τομείς της εθνικής οικονομίας πρέπει να πληρούν υψηλές απαιτήσεις αντοχής στη φθορά. Το μέταλλο, ως πρώτη ύλη, χρειάζεται να ενισχυθεί με τις απαραίτητες ιδιότητες απόδοσης, που μπορεί να είναινα εκτεθούν σε υψηλές θερμοκρασίες. Η θερμική επεξεργασία κραμάτων με υψηλές θερμοκρασίες αλλάζει την αρχική δομή μιας ουσίας, ανακατανέμει τα συστατικά της, μετασχηματίζει το μέγεθος και το σχήμα των κρυστάλλων. Όλα αυτά οδηγούν στην ελαχιστοποίηση της εσωτερικής καταπόνησης του μετάλλου και έτσι αυξάνονται οι φυσικές και μηχανικές του ιδιότητες.

Τύποι θερμικής επεξεργασίας

Η θερμική επεξεργασία των μεταλλικών κραμάτων καταλήγει σε τρεις απλές διαδικασίες: θέρμανση της πρώτης ύλης (ημικατεργασμένο προϊόν) στην επιθυμητή θερμοκρασία, διατήρησή της υπό τις καθορισμένες συνθήκες για τον απαιτούμενο χρόνο και ταχεία ψύξη. Στη σύγχρονη παραγωγή, χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι θερμικής επεξεργασίας, οι οποίοι διαφέρουν σε ορισμένα τεχνολογικά χαρακτηριστικά, αλλά ο αλγόριθμος διαδικασίας γενικά παραμένει ο ίδιος παντού.

Σύμφωνα με τη μέθοδο εκτέλεσης θερμικής επεξεργασίας, υπάρχουν οι ακόλουθοι τύποι:

• Θερμική (σκλήρυνση, σκλήρυνση, ανόπτηση, γήρανση, κρυογονική επεξεργασία).
• Η θερμομηχανική επεξεργασία περιλαμβάνει επεξεργασία υψηλής θερμοκρασίας σε συνδυασμό με μηχανική δράση στο κράμα.
• Η χημικοθερμική περιλαμβάνει τη θερμική επεξεργασία του μετάλλου, ακολουθούμενη από εμπλουτισμό της επιφάνειας του προϊόντος με χημικά στοιχεία (άνθρακας, άζωτο, χρώμιο κ.λπ.).

Ανόπτηση

Η ανόπτηση είναι μια διαδικασία παραγωγής κατά την οποία τα μέταλλα και τα κράματα θερμαίνονται σε μια προκαθορισμένη θερμοκρασία και στη συνέχεια, μαζί με τον κλίβανο στον οποίο πραγματοποιήθηκε η διαδικασία, ψύχονται πολύ αργά φυσικά. Ως αποτέλεσμα της ανόπτησης, είναι δυνατό να εξαλειφθούν οι ανομοιογένειες της χημικής σύνθεσηςουσίες, ανακουφίζουν την εσωτερική καταπόνηση, επιτυγχάνουν κοκκώδη δομή και τη βελτιώνουν ως τέτοια, καθώς και μειώνουν τη σκληρότητα του κράματος για να διευκολύνουν την περαιτέρω επεξεργασία του. Υπάρχουν δύο τύποι ανόπτησης: η ανόπτηση του πρώτου και του δεύτερου είδους.

Η ανόπτηση πρώτης κατηγορίας συνεπάγεται θερμική επεξεργασία, ως αποτέλεσμα της οποίας υπάρχει μικρή ή καθόλου αλλαγή στη φάση φάσης του κράματος. Έχει επίσης τις δικές του ποικιλίες: ομογενοποιημένη - η θερμοκρασία ανόπτησης είναι 1100-1200, υπό τέτοιες συνθήκες τα κράματα διατηρούνται για 8-15 ώρες, η ανόπτηση ανακρυστάλλωσης (στους t 100-200) χρησιμοποιείται για καρφιτσωμένο χάλυβα, δηλαδή έχει ήδη παραμορφωθεί κρυώνει.

Η ανόπτηση του δεύτερου είδους οδηγεί σε σημαντικές αλλαγές φάσης στο κράμα. Έχει επίσης πολλές ποικιλίες:

• Πλήρης ανόπτηση - θέρμανση του κράματος 30-50 πάνω από την ένδειξη κρίσιμης θερμοκρασίας που είναι χαρακτηριστικό αυτής της ουσίας και ψύξη με τον καθορισμένο ρυθμό (200 / ώρα - ανθρακοχάλυβες, 100 / ώρα και 50 / ώρα - χαμηλής περιεκτικότητας σε κράμα και υψηλή -κράματα χάλυβες, αντίστοιχα).
• Ημιτελές - θέρμανση σε κρίσιμο σημείο και αργή ψύξη.
• Θερμοκρασία διάχυσης - ανόπτησης 1100-1200.
• Ισοθερμική - η θέρμανση συμβαίνει με τον ίδιο τρόπο όπως και με την πλήρη ανόπτηση, ωστόσο, μετά από αυτήν, η ταχεία ψύξη πραγματοποιείται σε θερμοκρασία ελαφρώς χαμηλότερη από την κρίσιμη και αφήνεται να κρυώσει στον αέρα.
• Normalized - πλήρης ανόπτηση με επακόλουθη ψύξη του μετάλλου στον αέρα και όχι σε φούρνο.

Σκληρότητα

Η μετριασμός είναι χειραγώγησημε ένα κράμα, σκοπός του οποίου είναι η επίτευξη μαρτενσιτικού μετασχηματισμού του μετάλλου, ο οποίος μειώνει την ολκιμότητα του προϊόντος και αυξάνει την αντοχή του. Η απόσβεση, καθώς και η ανόπτηση, περιλαμβάνει θέρμανση του μετάλλου σε κλίβανο πάνω από την κρίσιμη θερμοκρασία έως τη θερμοκρασία σβέσης, η διαφορά έγκειται στον υψηλότερο ρυθμό ψύξης που εμφανίζεται στο λουτρό υγρού. Ανάλογα με το μέταλλο και ακόμη και το σχήμα του, χρησιμοποιούνται διαφορετικοί τύποι σκλήρυνσης:

• Σκληρότητα στο ίδιο περιβάλλον, δηλαδή στο ίδιο λουτρό με υγρό (νερό για μεγάλα μέρη, λάδι για μικρά μέρη).
• Διακοπτόμενη σκλήρυνση - ψύξη πραγματοποιείται σε δύο διαδοχικά στάδια: πρώτα σε ένα υγρό (ένα πιο αιχμηρό ψυκτικό) σε θερμοκρασία περίπου 300 °C, μετά στον αέρα ή σε άλλο λουτρό λαδιού.
• Stepped - όταν το προϊόν φτάσει στη θερμοκρασία σκλήρυνσης, ψύχεται για κάποιο χρονικό διάστημα σε λιωμένα άλατα, ακολουθούμενο από ψύξη στον αέρα.
• Ισοθερμική - η τεχνολογία μοιάζει πολύ με τη σκλήρυνση σταδίου, διαφέρει μόνο ως προς τον χρόνο διατήρησης του προϊόντος στη θερμοκρασία μαρτενσιτικού μετασχηματισμού.
• Η σκλήρυνση με αυτοσκλήρυνση διαφέρει από άλλους τύπους στο ότι το θερμαινόμενο μέταλλο δεν ψύχεται τελείως, αφήνοντας μια ζεστή περιοχή στη μέση του εξαρτήματος. Ως αποτέλεσμα αυτού του χειρισμού, το προϊόν αποκτά τις ιδιότητες αυξημένης αντοχής στην επιφάνεια και υψηλού ιξώδους στη μέση. Αυτός ο συνδυασμός είναι απαραίτητος για κρουστά όργανα (σφυριά, σμίλες κ.λπ.)

Διακοπές

Η σκλήρυνση είναι το τελικό στάδιο της θερμικής επεξεργασίας των κραμάτων, το οποίο καθορίζειτην τελική δομή του μετάλλου. Ο κύριος σκοπός της σκλήρυνσης είναι να μειωθεί η ευθραυστότητα ενός μεταλλικού προϊόντος. Η αρχή είναι να θερμάνετε το εξάρτημα σε θερμοκρασία κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία και να το ψύξετε. Επειδή οι τρόποι θερμικής επεξεργασίας και ο ρυθμός ψύξης των μεταλλικών προϊόντων για διάφορους σκοπούς μπορεί να διαφέρουν, υπάρχουν τρεις τύποι σκλήρυνσης:

• Υψηλή - η θερμοκρασία θέρμανσης είναι από 350-600 σε τιμή κάτω από την κρίσιμη. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται συχνότερα για μεταλλικές κατασκευές.
• Μέτρια - θερμική επεξεργασία στους t 350-500, κοινή για προϊόντα ελατηρίου και ελατήρια.
• Χαμηλή - η θερμοκρασία θέρμανσης του προϊόντος δεν είναι μεγαλύτερη από 250, γεγονός που επιτρέπει την επίτευξη υψηλής αντοχής και αντοχής στη φθορά των εξαρτημάτων.

Γήρανση

Γήρανση είναι η θερμική επεξεργασία των κραμάτων, που προκαλεί τις διαδικασίες αποσύνθεσης ενός υπερκορεσμένου μετάλλου μετά την απόσβεση. Το αποτέλεσμα της παλαίωσης είναι η αύξηση των ορίων σκληρότητας, απόδοσης και αντοχής του τελικού προϊόντος. Όχι μόνο ο χυτοσίδηρος υποβάλλεται σε γήρανση, αλλά και τα μη σιδηρούχα μέταλλα, συμπεριλαμβανομένων των εύκολα παραμορφώσιμων κραμάτων αλουμινίου. Εάν ένα μεταλλικό προϊόν που υποβάλλεται σε σκλήρυνση διατηρείται σε κανονική θερμοκρασία, συμβαίνουν διεργασίες σε αυτό που οδηγούν σε αυθόρμητη αύξηση της αντοχής και μείωση της ολκιμότητας. Αυτό ονομάζεται φυσική γήρανση του μετάλλου. Εάν ο ίδιος χειρισμός γίνει σε υψηλές θερμοκρασίες, θα ονομαστεί τεχνητή γήρανση.

Κρυογονική θεραπεία

Αλλαγές στη δομή των κραμάτων,πράγμα που σημαίνει ότι οι ιδιότητές τους μπορούν να επιτευχθούν όχι μόνο με υψηλές, αλλά και εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Η θερμική επεξεργασία των κραμάτων σε t κάτω από το μηδέν ονομάζεται κρυογονική. Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορους τομείς της εθνικής οικονομίας ως συμπλήρωμα σε θερμικές επεξεργασίες υψηλής θερμοκρασίας, καθώς μπορεί να μειώσει σημαντικά το κόστος των διαδικασιών θερμικής σκλήρυνσης.

Η κρυογονική επεξεργασία των κραμάτων πραγματοποιείται στους t -196 σε ειδικό κρυογονικό επεξεργαστή. Αυτή η τεχνολογία μπορεί να αυξήσει σημαντικά τη διάρκεια ζωής του επεξεργασμένου εξαρτήματος και τις αντιδιαβρωτικές ιδιότητες, καθώς και να εξαλείψει την ανάγκη για επανεπεξεργασίες.

Θερμομηχανική επεξεργασία

Μια νέα μέθοδος επεξεργασίας κραμάτων συνδυάζει την επεξεργασία μετάλλων σε υψηλές θερμοκρασίες με τη μηχανική παραμόρφωση προϊόντων που βρίσκονται σε πλαστική κατάσταση. Η θερμομηχανική επεξεργασία (TMT) σύμφωνα με τη μέθοδο ολοκλήρωσης μπορεί να είναι τριών τύπων:

• Το TMT χαμηλής θερμοκρασίας αποτελείται από δύο στάδια: πλαστική παραμόρφωση που ακολουθείται από σβήσιμο και σκλήρυνση του εξαρτήματος. Η κύρια διαφορά από άλλους τύπους TMT είναι η θερμοκρασία θέρμανσης στην ωστενιτική κατάσταση του κράματος.
• TMT υψηλής θερμοκρασίας περιλαμβάνει θέρμανση ενός κράματος σε μαρτενσιτική κατάσταση σε συνδυασμό με πλαστική παραμόρφωση.
• Προκαταρκτική - πραγματοποιείται παραμόρφωση στο t 20, ακολουθούμενη από σκλήρυνση και σκλήρυνση του μετάλλου.

Χημική-θερμική επεξεργασία

Αλλαγή της δομής και των ιδιοτήτων των κραμάτωνείναι επίσης δυνατό με τη βοήθεια χημικής-θερμικής επεξεργασίας, η οποία συνδυάζει θερμικές και χημικές επιδράσεις στα μέταλλα. Ο απώτερος στόχος αυτής της διαδικασίας, εκτός από τη μετάδοση αυξημένης αντοχής, σκληρότητας και αντοχής στη φθορά στο προϊόν, είναι επίσης να προσδώσει αντίσταση σε οξύ και αντοχή στη φωτιά στο εξάρτημα. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει τους ακόλουθους τύπους θερμικής επεξεργασίας:

• Γίνεται τσιμεντοποίηση για να δώσει στην επιφάνεια του προϊόντος πρόσθετη αντοχή. Η ουσία της διαδικασίας είναι ο κορεσμός του μετάλλου με άνθρακα. Η ενανθράκωση μπορεί να γίνει με δύο τρόπους: στερεά και αέρια. Στην πρώτη περίπτωση, το επεξεργασμένο υλικό, μαζί με τον άνθρακα και τον ενεργοποιητή του, τοποθετούνται σε κλίβανο και θερμαίνονται σε μια ορισμένη θερμοκρασία και στη συνέχεια συγκρατούνται σε αυτό το περιβάλλον και ψύχονται. Στην περίπτωση της ενανθράκωσης αερίου, το προϊόν θερμαίνεται σε φούρνο μέχρι τους 900°C κάτω από συνεχές ρεύμα ανθρακούχου αερίου.
• Η νιτροποίηση είναι μια χημική-θερμική επεξεργασία μεταλλικών προϊόντων με κορεσμό της επιφάνειάς τους σε περιβάλλοντα αζώτου. Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας είναι η αύξηση της αντοχής σε εφελκυσμό του εξαρτήματος και η αύξηση της αντοχής του στη διάβρωση.
• Κυανίωση είναι ο κορεσμός του μετάλλου με άζωτο και άνθρακα ταυτόχρονα. Το μέσο μπορεί να είναι υγρό (λιωμένα άλατα που περιέχουν άνθρακα και άζωτο) και αέριο.
• Η επιμετάλλωση διάχυσης είναι μια σύγχρονη μέθοδος μετάδοσης αντοχής στη θερμότητα, αντοχής στα οξέα και αντοχής στη φθορά σε μεταλλικά προϊόντα. Η επιφάνεια τέτοιων κραμάτων είναι κορεσμένη με διάφορα μέταλλα (αλουμίνιο, χρώμιο) και μεταλλοειδή (πυρίτιο, βόριο).

Δυνατότητεςθερμική επεξεργασία χυτοσιδήρου

Τα κράματα χυτοσιδήρου υποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία χρησιμοποιώντας μια ελαφρώς διαφορετική τεχνολογία από τα κράματα μη σιδηρούχων μετάλλων. Ο χυτοσίδηρος (γκρίζος, υψηλής αντοχής, κραματοποιημένος) υφίσταται τους ακόλουθους τύπους θερμικής επεξεργασίας: ανόπτηση (στους t 500-650), κανονικοποίηση, σκλήρυνση (συνεχής, ισοθερμική, επιφανειακή), σκλήρυνση, νιτρίωση (γκρίζοι χυτοσίδηροι), αλουμίνιση (περλιτικοί χυτοσίδηροι), επιχρωμίωση. Όλες αυτές οι διαδικασίες ως αποτέλεσμα βελτιώνουν σημαντικά τις ιδιότητες των τελικών προϊόντων από χυτοσίδηρο: αύξηση της διάρκειας ζωής, εξάλειψη της πιθανότητας ρωγμών κατά τη χρήση του προϊόντος, αύξηση της αντοχής και της θερμικής αντοχής του χυτοσιδήρου.

Θερμική επεξεργασία μη σιδηρούχων κραμάτων

Τα μη σιδηρούχα μέταλλα και τα κράματα έχουν διαφορετικές ιδιότητες μεταξύ τους, επομένως υφίστανται επεξεργασία με διαφορετικές μεθόδους. Έτσι, τα κράματα χαλκού υποβάλλονται σε ανόπτηση ανακρυστάλλωσης για να εξισορροπηθεί η χημική σύνθεση. Για τον ορείχαλκο, παρέχεται τεχνολογία ανόπτησης χαμηλής θερμοκρασίας (200-300), καθώς αυτό το κράμα είναι επιρρεπές σε αυθόρμητο ράγισμα σε υγρό περιβάλλον. Ο μπρούντζος υποβάλλεται σε ομογενοποίηση και ανόπτηση στους t έως τους 550. Το μαγνήσιο ανόπτεται, σβήνεται και υποβάλλεται σε τεχνητή γήρανση (η φυσική γήρανση δεν συμβαίνει για το σβησμένο μαγνήσιο). Το αλουμίνιο, όπως και το μαγνήσιο, υφίσταται τρεις μεθόδους θερμικής επεξεργασίας: ανόπτηση, σκλήρυνση και γήρανση, μετά από τις οποίες τα σφυρήλατα κράματα αλουμινίου αυξάνουν σημαντικά την αντοχή τους. Η επεξεργασία των κραμάτων τιτανίου περιλαμβάνει: ανόπτηση με ανακρυστάλλωση, σκλήρυνση, γήρανση, νιτρίωση και ενανθράκωση.

CV

Η θερμική επεξεργασία μετάλλων και κραμάτων είναι η κύρια τεχνολογική διαδικασία τόσο στη σιδηρούχα όσο και στη μη σιδηρούχα μεταλλουργία. Οι σύγχρονες τεχνολογίες διαθέτουν μια ποικιλία μεθόδων θερμικής επεξεργασίας για την επίτευξη των επιθυμητών ιδιοτήτων κάθε τύπου επεξεργασμένων κραμάτων. Κάθε μέταλλο έχει τη δική του κρίσιμη θερμοκρασία, πράγμα που σημαίνει ότι η θερμική επεξεργασία πρέπει να πραγματοποιείται λαμβάνοντας υπόψη τα δομικά και φυσικοχημικά χαρακτηριστικά της ουσίας. Τελικά, αυτό όχι μόνο θα επιτύχει τα επιθυμητά αποτελέσματα, αλλά και θα εξορθολογίσει σημαντικά τις διαδικασίες παραγωγής.