Nhiệt luyện hợp kim. Các loại xử lý nhiệt

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Xử lý nhiệt hợp kim là một phần không thể thiếu trong quá trình sản xuất luyện kim đen và kim loại màu. Kết quả của quy trình này, các kim loại có thể thay đổi các đặc tính của chúng đến các giá trị yêu cầu. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét các loại xử lý nhiệt chính được sử dụng trong ngành công nghiệp hiện đại.

Tinh chất thanh nhiệt

Trong quá trình sản xuất bán thành phẩm, các bộ phận kim loại được xử lý nhiệt để mang lại cho chúng các đặc tính mong muốn (độ bền, khả năng chống ăn mòn và mài mòn, v.v.). Xử lý nhiệt hợp kim là một tập hợp các quá trình được tạo ra nhân tạo trong đó các thay đổi cấu trúc và vật lý và cơ học xảy ra trong hợp kim dưới tác động của nhiệt độ cao, nhưng thành phần hóa học của chất được bảo toàn.

Mục đích xử lý nhiệt

Các sản phẩm kim loại được sử dụng hàng ngày trong mọi lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân phải đáp ứng yêu cầu cao về khả năng chống mài mòn. Kim loại, như một nguyên liệu thô, cần được tăng cường các đặc tính hiệu suất cần thiết, có thểtiếp xúc với nhiệt độ cao. Nhiệt luyện hợp kim với nhiệt độ cao làm thay đổi cấu trúc ban đầu của một chất, phân bố lại các thành phần cấu tạo của nó, làm biến đổi kích thước và hình dạng của tinh thể. Tất cả điều này dẫn đến việc giảm thiểu ứng suất bên trong của kim loại và do đó làm tăng các tính chất vật lý và cơ học của nó.

Các loại xử lý nhiệt

Xử lý nhiệt hợp kim kim loại bao gồm ba quá trình đơn giản: gia nhiệt nguyên liệu thô (bán thành phẩm) đến nhiệt độ mong muốn, giữ trong các điều kiện quy định trong thời gian cần thiết và làm nguội nhanh. Trong sản xuất hiện đại, một số loại xử lý nhiệt được sử dụng, có sự khác biệt về một số tính năng công nghệ, nhưng thuật toán quy trình nói chung vẫn giống nhau ở mọi nơi.

Theo phương pháp thực hiện nhiệt luyện có các loại sau:

• Nhiệt (làm cứng, ủ, ủ, xử lý lão hóa, đông lạnh).
• Xử lý cơ nhiệt liên quan đến việc xử lý nhiệt độ cao kết hợp với tác động cơ học lên hợp kim.
• Chemico-heat liên quan đến việc xử lý nhiệt kim loại, tiếp theo là làm giàu bề mặt của sản phẩm bằng các nguyên tố hóa học (carbon, nitơ, crom, v.v.).

Ủ

Ủ là một quá trình sản xuất trong đó kim loại và hợp kim được nung nóng đến nhiệt độ định trước, và sau đó, cùng với lò trong đó quy trình diễn ra, nguội rất chậm một cách tự nhiên. Kết quả của quá trình ủ, có thể loại bỏ sự không đồng nhất của thành phần hóa họcchất, làm giảm ứng suất bên trong, đạt được cấu trúc dạng hạt và cải thiện cấu trúc như vậy, cũng như giảm độ cứng của hợp kim để tạo điều kiện cho quá trình gia công tiếp theo của nó. Có hai kiểu ủ: ủ kiểu thứ nhất và kiểu ủ thứ hai.

Ủ cấp một nghĩa là xử lý nhiệt, do đó có rất ít hoặc không có sự thay đổi trong trạng thái pha của hợp kim. Nó cũng có các loại riêng: đồng nhất - nhiệt độ ủ là 1100-1200, trong điều kiện như vậy, các hợp kim được giữ trong 8-15 giờ, quá trình ủ kết tinh lại (ở t 100-200) được sử dụng cho thép tán đinh, tức là đã bị biến dạng. lạnh lùng.

Ủ kiểu thứ hai dẫn đến sự thay đổi pha đáng kể trong hợp kim. Nó cũng có một số loại:

• Ủ hoàn toàn - làm nóng hợp kim cao hơn 30-50 điểm nhiệt độ tới hạn đặc trưng của chất này và làm nguội ở tốc độ quy định (200 / giờ - thép cacbon, 100 / giờ và 50 / giờ - hợp kim thấp và cao - thép trung thành, tương ứng).
• Chưa hoàn thành - làm nóng đến điểm quan trọng và làm lạnh chậm.
• Khuếch tán - nhiệt độ ủ 1100-1200.
• Isothermal - sưởi ấm xảy ra giống như ủ hoàn toàn, tuy nhiên, sau đó, làm lạnh nhanh được thực hiện đến nhiệt độ thấp hơn một chút so với nhiệt độ tới hạn và để nguội trong không khí.
• Thường hóa - quá trình ủ hoàn chỉnh với việc làm nguội kim loại sau đó trong không khí, chứ không phải trong lò.

Làm cứng

Ủ là thao tácvới hợp kim, mục đích của nó là đạt được sự biến đổi mactenxit của kim loại, làm giảm độ dẻo của sản phẩm và tăng độ bền của nó. Làm nguội, cũng như ủ, liên quan đến việc nung nóng kim loại trong lò trên nhiệt độ tới hạn đến nhiệt độ dập tắt, sự khác biệt nằm ở tốc độ làm mát cao hơn xảy ra trong bể chất lỏng. Tùy thuộc vào kim loại và thậm chí cả hình dạng của nó, các loại cứng khác nhau được sử dụng:

• Làm cứng trong cùng một môi trường, tức là trong cùng một bồn tắm với chất lỏng (nước cho các bộ phận lớn, dầu cho các bộ phận nhỏ).
• Làm cứng ngắt quãng - làm mát diễn ra trong hai giai đoạn liên tiếp: đầu tiên trong chất lỏng (chất làm mát sắc nét hơn) đến nhiệt độ xấp xỉ 300, sau đó trong không khí hoặc trong một bể dầu khác.
• Bước - khi sản phẩm đạt đến nhiệt độ đông cứng, nó được làm lạnh một thời gian trong muối nóng chảy, sau đó làm lạnh trong không khí.
• Isothermal - công nghệ rất giống với bước làm cứng, chỉ khác ở thời gian giữ sản phẩm ở nhiệt độ biến đổi mactenxit.
• Tự làm cứng khác với các loại khác ở chỗ kim loại nung nóng không được làm nguội hoàn toàn, để lại một vùng ấm ở giữa bộ phận. Kết quả của quá trình thao tác này, sản phẩm có được các đặc tính tăng cường độ bền trên bề mặt và độ nhớt cao ở giữa. Sự kết hợp này rất cần thiết cho các nhạc cụ gõ (búa, đục, v.v.)

Nghỉ

Ủ là giai đoạn cuối cùng của quá trình xử lý nhiệt hợp kim, điều này quyết địnhcấu trúc cuối cùng của kim loại. Mục đích chính của quá trình tôi luyện là làm giảm độ giòn của sản phẩm kim loại. Nguyên tắc là làm nóng bộ phận đến nhiệt độ dưới nhiệt độ tới hạn và làm nguội nó. Vì các chế độ xử lý nhiệt và tốc độ làm nguội của các sản phẩm kim loại cho các mục đích khác nhau có thể khác nhau, nên có ba loại tôi luyện:

• Cao - nhiệt độ gia nhiệt từ 350-600 đến giá trị thấp hơn giá trị tới hạn. Quy trình này thường được sử dụng nhất cho các kết cấu kim loại.
• Trung bình - xử lý nhiệt ở nhiệt độ t 350-500, phổ biến cho các sản phẩm lò xo và lò xo.
• Thấp - nhiệt độ gia nhiệt của sản phẩm không cao hơn 250, cho phép đạt được độ bền cao và khả năng chống mài mòn của các bộ phận.

Lão

Lão hóa là quá trình xử lý nhiệt của hợp kim, gây ra các quá trình phân hủy kim loại siêu bão hòa sau khi làm nguội. Kết quả của quá trình lão hóa là sự gia tăng các giới hạn về độ cứng, sản lượng và độ bền của thành phẩm. Không chỉ gang bị lão hóa mà cả kim loại màu, kể cả hợp kim nhôm dễ biến dạng. Nếu một sản phẩm kim loại chịu sự cứng được giữ ở nhiệt độ bình thường, các quá trình xảy ra trong đó dẫn đến sự gia tăng tự phát về độ bền và sự giảm độ dẻo. Đây được gọi là quá trình lão hóa tự nhiên của kim loại. Nếu thao tác tương tự được thực hiện ở nhiệt độ cao, nó sẽ được gọi là lão hóa nhân tạo.

Điều trị bằng phương pháp đông lạnh

Những thay đổi trong cấu trúc của hợp kim,có nghĩa là các đặc tính của chúng có thể đạt được không chỉ ở nhiệt độ cao mà còn ở nhiệt độ cực thấp. Xử lý nhiệt hợp kim ở t dưới 0 được gọi là nhiệt luyện. Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân như một sự bổ sung cho các phương pháp xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao, vì nó có thể làm giảm đáng kể chi phí của quá trình làm cứng nhiệt.

Xử lý đông lạnh hợp kim được thực hiện ở t -196 trong một bộ xử lý đông lạnh đặc biệt. Công nghệ này có thể làm tăng đáng kể tuổi thọ của bộ phận được gia công và đặc tính chống ăn mòn, cũng như loại bỏ nhu cầu xử lý lại.

Xử lý cơ nhiệt

Một phương pháp gia công hợp kim mới kết hợp việc xử lý kim loại ở nhiệt độ cao với sự biến dạng cơ học của các sản phẩm ở trạng thái dẻo. Điều trị cơ nhiệt (TMT) theo phương pháp hoàn thành có thể gồm ba loại:

• TMT nhiệt độ thấp bao gồm hai giai đoạn: biến dạng dẻo sau đó là tôi và tôi luyện chi tiết. Sự khác biệt chính so với các loại TMT khác là nhiệt độ nung nóng đến trạng thái Austenit của hợp kim.
• TMT nhiệt độ cao liên quan đến việc nung nóng hợp kim đến trạng thái mactenxit kết hợp với biến dạng dẻo.
• Sơ bộ - biến dạng được thực hiện ở t 20, sau đó là làm cứng và tôi luyện kim loại.

Xử lý nhiệt hóa chất

Thay đổi cấu trúc và tính chất của hợp kimnó cũng có thể với sự trợ giúp của phương pháp xử lý nhiệt-hóa học, kết hợp các hiệu ứng nhiệt và hóa học trên kim loại. Mục tiêu cuối cùng của quy trình này, ngoài việc tăng cường độ bền, độ cứng và khả năng chống mài mòn cho sản phẩm, còn là tăng khả năng chống axit và chống cháy cho bộ phận. Nhóm này bao gồm các loại xử lý nhiệt sau:

• Xi măng được thực hiện để cung cấp thêm độ bền cho bề mặt của sản phẩm. Bản chất của quy trình là làm bão hòa kim loại bằng cacbon. Quá trình thấm cacbon có thể được thực hiện theo hai cách: thấm cacbon ở thể rắn và khí. Trong trường hợp đầu tiên, nguyên liệu đã qua xử lý, cùng với than và chất kích hoạt của nó, được đặt trong lò và nung đến một nhiệt độ nhất định, tiếp theo là giữ nguyên liệu trong môi trường này và làm mát. Trong trường hợp thấm cacbon bằng khí, sản phẩm được làm nóng trong lò lên đến 900 dưới dòng khí cacbon liên tục.
• Thấm nitơ là một phương pháp xử lý nhiệt - hóa học đối với các sản phẩm kim loại bằng cách bão hòa bề mặt của chúng trong môi trường nitơ. Kết quả của quy trình này là tăng độ bền kéo của bộ phận và tăng khả năng chống ăn mòn của nó.
• Cyanidation là độ bão hòa của kim loại với nitơ và cacbon cùng một lúc. Môi trường có thể ở thể lỏng (muối chứa cacbon và nitơ nóng chảy) và thể khí.
• Mạ khuếch tán là một phương pháp hiện đại truyền khả năng chịu nhiệt, chống axit và chống mài mòn cho các sản phẩm kim loại. Bề mặt của các hợp kim như vậy được bão hòa với các kim loại khác nhau (nhôm, crom) và kim loại (silicon, boron).

Tính năngxử lý nhiệt gang

Hợp kim gang được xử lý nhiệt bằng công nghệ hơi khác so với hợp kim kim loại màu. Gang (xám, cường độ cao, hợp kim) trải qua các loại xử lý nhiệt sau: ủ (ở t 500-650), thường hóa, làm cứng (liên tục, đẳng nhiệt, bề mặt), tôi luyện, thấm nitơ (gang xám), nhôm hóa (bàn là đúc lêlitic), mạ crom. Tất cả các quy trình này giúp cải thiện đáng kể các đặc tính của các sản phẩm gang cuối cùng: tăng tuổi thọ, loại bỏ khả năng bị nứt trong quá trình sử dụng sản phẩm, tăng cường độ bền và khả năng chịu nhiệt của gang.

Xử lý nhiệt hợp kim màu

Kim loại màu và hợp kim có các tính chất khác nhau, do đó chúng được xử lý bằng các phương pháp khác nhau. Do đó, hợp kim đồng được ủ kết tinh lại để cân bằng thành phần hóa học. Đối với đồng thau, công nghệ ủ nhiệt độ thấp (200-300) được cung cấp, vì hợp kim này dễ bị nứt tự phát trong môi trường ẩm ướt. Đồ đồng được đồng nhất hóa và ủ ở nhiệt độ lên đến 550. Magiê được ủ, làm nguội và chịu quá trình lão hóa nhân tạo (quá trình lão hóa tự nhiên không xảy ra đối với magiê đã được dập tắt). Nhôm, giống như magiê, trải qua ba phương pháp xử lý nhiệt: ủ, làm cứng và lão hóa, sau đó các hợp kim nhôm được rèn làm tăng đáng kể độ bền của chúng. Chế biến hợp kim titan bao gồm: ủ kết tinh lại, làm cứng, lão hóa, thấm nitơ và thấm cacbon.

CV

Nhiệt luyện kim loại và hợp kim là quy trình công nghệ chính trong cả luyện kim đen và kim loại màu. Các công nghệ hiện đại có nhiều phương pháp xử lý nhiệt khác nhau để đạt được các đặc tính mong muốn của từng loại hợp kim được xử lý. Mỗi kim loại có nhiệt độ tới hạn riêng, có nghĩa là nhiệt luyện phải được thực hiện có tính đến các đặc điểm cấu trúc và lý hóa của chất đó. Cuối cùng, điều này sẽ không chỉ đạt được kết quả mong muốn mà còn hợp lý hóa đáng kể quy trình sản xuất.