Wärmebehandlung der Oberflächenbehandlung – Yumei

Was ist eine Wärmebehandlung?

Die Wärmebehandlung bezieht sich auf einen thermischen Verarbeitungsprozess von Metallen, bei dem das Material in festem Zustand erhitzt, isoliert und abgekühlt wird, um die erwartete Organisation und Eigenschaften zu erhalten. Der Wärmebehandlungsprozess von Metallen kann grob in drei Kategorien unterteilt werden in integrale Wärmebehandlung, Oberflächenwärmebehandlung und chemische Wärmebehandlung. Das gleiche Metall kann mit unterschiedlichen Wärmebehandlungsverfahren unterschiedliche Strukturen erhalten und somit unterschiedliche Eigenschaften haben.

Prozess-Funktionen

Die Wärmebehandlung von Metall ist eines der wichtigsten Verfahren in der mechanischen Fertigung, im Vergleich zu anderen Verarbeitungsverfahren verändert die Wärmebehandlung im Allgemeinen nicht die Form des Werkstücks und die gesamte chemische Zusammensetzung, sondern verändert die chemische Zusammensetzung der Werkstückoberfläche und verbessert die Leistung des Werkstücks. Es zeichnet sich durch die Verbesserung der intrinsischen Qualität des Werkstücks aus, die im Allgemeinen mit bloßem Auge nicht sichtbar ist.
Damit das metallische Werkstück die erforderlichen mechanischen Eigenschaften, physikalischen Eigenschaften und chemischen Eigenschaften aufweist, ist neben der vernünftigen Auswahl der Materialien und der verschiedenen Umformverfahren der Wärmebehandlungsprozess häufig unerlässlich. Stahl ist das am weitesten verbreitete Material in der Maschinenindustrie, die Mikrostruktur von Stahl ist komplex, kann durch Wärmebehandlung gesteuert werden, so dass die Wärmebehandlung von Stahl der Hauptinhalt der Metallwärmebehandlung ist.
Darüber hinaus können Aluminium, Kupfer, Magnesium, Titan und ihre Legierungen auch ihre mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften durch Wärmebehandlung ändern, um eine unterschiedliche Leistung zu erzielen.

Prozessschritte

• Normalisierung: Beim Normalisieren wird das Werkstück nach dem Abkühlen an der Luft auf die entsprechende Temperatur erhitzt, der Normalisierungseffekt ist ähnlich wie beim Glühen, aber die erhaltene Organisation ist feiner, wird häufig verwendet, um die Schneidleistung des Materials zu verbessern, und wird manchmal für einige Teile mit geringen Anforderungen als abschließende Wärmebehandlung verwendet.

• Abschrecken: Beim Abschrecken geht es darum, das Werkstück in Wasser, Öl oder anderen anorganischen Salzen, organischer Wasserlösung und anderen Abschreckmedien schnell abzukühlen und zu halten. Nach dem Abschrecken wird der Stahl hart, aber gleichzeitig spröde, um die Sprödigkeit mit der Zeit zu beseitigen, ist es im Allgemeinen notwendig, rechtzeitig zu temperieren.

• Anlassen: Um die Sprödigkeit des Stahls zu verringern, wird der abschreckbare Stahl lange Zeit bei einer entsprechenden Temperatur über Raumtemperatur und unter 650 °C warm gehalten und anschließend abgekühlt, dieser Vorgang wird als Anlassen bezeichnet.

• Anlassen: bezieht sich auf den Verbundwärmebehandlungsprozess zum Abschrecken und Anlassen von Stahl oder Stahlteilen. Stähle, die zum Anlassen verwendet werden, werden als Anlassstähle bezeichnet. Es bezieht sich im Allgemeinen auf Baustahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und Baustahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt.

• Chemische Wärmebehandlung: bezieht sich auf das Werkstück aus Metall oder Legierung, das in eine bestimmte Temperatur des aktiven Mediums zur Wärmekonservierung gebracht wird, so dass ein oder mehrere Elemente in seine Oberfläche eindringen, um seine chemische Zusammensetzung, Organisation und Leistung des Wärmebehandlungsprozesses zu verändern.

• Gängige chemische Wärmebehandlungsverfahren sind: Aufkohlen, Nitrieren, Carbonitrieren, Aluminisieren, Borieren und so weiter. Der Zweck der chemischen Wärmebehandlung besteht darin, die Härte, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit der Stahloberfläche zu verbessern.

• Behandlung fester Lösungen: bezieht sich auf den Wärmebehandlungsprozess des Erhitzens der Legierung auf einen einphasigen Hochtemperaturbereich, um eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten, so dass die überschüssige Phase vollständig in der festen Lösung gelöst und dann schnell abgekühlt wird, um die übersättigte feste Lösung zu erhalten. Der Zweck der Lösungsbehandlung besteht hauptsächlich darin, die Plastizität und Zähigkeit von Stahl und Legierungen zu verbessern und die Ausscheidungshärtungsbehandlung vorzubereiten.

• Ausscheidungshärtung (Ausscheidungsverfestigung): bezieht sich auf das Metall in der übersättigten festen Lösung gelöste atomare Seigerungszone und (oder) durch die Auflösung der in der Matrix dispergierten Partikel und führen zur Härtung eines Wärmebehandlungsprozesses. Wie austenitischer Ausscheidungsrost Stahl nach der Lösungsbehandlung oder nach der Kaltverarbeitung, bei 400 ~ 500 °C oder 700 ~ 800 °C für die Ausscheidungshärtungsbehandlung, kann eine hohe Festigkeit erhalten.

• Alterungsbehandlung: bezieht sich auf das Werkstück der Legierung nach der Lösungsbehandlung, der kaltplastischen Verformung oder dem Gießen, Schmieden, das bei einer höheren Temperatur oder der Aufrechterhaltung der Raumtemperatur platziert wird, seine Leistung, Form und Größenänderung mit der Zeit des Wärmebehandlungsprozesses.

• Wenn das Werkstück auf eine höhere Temperatur erhitzt wird und der Alterungsprozess länger angewendet wird, spricht man von einer künstlichen Alterungsbehandlung. Wenn das Werkstück längere Zeit bei Raumtemperatur oder unter natürlichen Bedingungen gelagert wird, wird das Alterungsphänomen als natürliche Alterungsbehandlung bezeichnet. Der Zweck der Alterungsbehandlung besteht darin, die innere Spannung des Werkstücks zu beseitigen, die Struktur und Größe zu stabilisieren und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.

• Kritischer Durchmesser (kritischer Eindringdurchmesser): Der kritische Durchmesser bezieht sich auf den maximalen Durchmesser des Stahls nach dem Abschrecken in einem bestimmten Medium, wenn das Herz eine martensitische oder 50 % martensitische Struktur aufweist, und der kritische Durchmesser eines Stahls kann im Allgemeinen durch den Härtbarkeitstest in Öl oder Wasser ermittelt werden.

• Sekundärhärtung: Einige Eisen-Kohlenstoff-Legierungen (z. B. Schnellarbeitsstahl) müssen mehrmals angelassen werden, bevor sie ihre Härte weiter verbessern. Dieses Härtungsphänomen, das als Sekundärhärten bezeichnet wird, ist auf die Ausfällung spezieller Karbide und/oder auf die Beteiligung an der Umwandlung von Austenit in Martensit oder Bainit zurückzuführen.

• Anlasssprödigkeit: bezieht sich auf das Versprödungsphänomen von gehärtetem Stahl, der in bestimmten Temperaturintervallen angelassen oder langsam von der Anlasstemperatur durch das Temperaturintervall abgekühlt wird. Die Sprödigkeit des Anlassens kann in die erste Art der Anlasssprödigkeit und die zweite Art der Anlasssprödigkeit unterteilt werden. Die erste Art der Anlasssprödigkeit ist auch als irreversible Anlasssprödigkeit bekannt und tritt hauptsächlich auf, wenn die Anlasstemperatur 250 ~ 400 ° C beträgt, nachdem die Sprödigkeit der Wiedererwärmung verschwunden ist, tritt beim wiederholten Anlassen in diesem Intervall keine Sprödigkeit mehr auf, die zweite Art der Anlasssprödigkeit wird auch als reversible Anlasssprödigkeit bezeichnet, die Temperatur beträgt 400 ~ 650 ° C, wenn die Sprödigkeit nach dem erneuten Erhitzen verschwindet, sollte sie schnell abgekühlt werden, und sie kann nicht lange im Bereich von 400 ~ 650 °C bleiben oder langsam abkühlen, sonst tritt das katalytische Phänomen erneut auf. Das Auftreten von Anlasssprödigkeit hängt mit den im Stahl enthaltenen Legierungselementen zusammen, wie Mangan, Chrom, Silizium, Nickel führt zu einer Versprödungsneigung und Molybdän, Wolfram schwächt die Anlasssprödigkeit.

Technologisches Verfahren

Der Wärmebehandlungsprozess umfasst im Allgemeinen das Heizen, Isolieren, Kühlen von drei Prozessen, manchmal nur das Erhitzen und Kühlen von zwei Prozessen. Diese Prozesse sind miteinander verbunden und unterbrechungsfrei.
Das Heizen ist eine der wichtigsten Aufgaben der Wärmebehandlung. Es gibt viele Heizmethoden für die Wärmebehandlung von Metallen, die früheste ist die Verwendung von Holzkohle und Kohle als Wärmequellen und die jüngste Anwendung von flüssigem und gasförmigem Brennstoff. Durch die Anwendung von Elektrizität ist die Heizung leicht zu steuern und keine Umweltverschmutzung. Diese Wärmequellen können zur direkten Erwärmung oder indirekten Erwärmung durch geschmolzene Salze oder Metalle und sogar schwebende Partikel verwendet werden. Wenn das Metall erhitzt wird, wird das Werkstück der Luft ausgesetzt, und es kommt häufig zu Oxidation und Dekarbonisierung (dh der Oberflächenkohlenstoffgehalt von Stahlteilen wird reduziert), was sich sehr nachteilig auf die Oberflächeneigenschaften der Teile nach der Wärmebehandlung auswirkt. Daher sollte das Metall in der Regel in einer kontrollierten Atmosphäre oder Schutzatmosphäre, geschmolzenem Salz und Vakuum erhitzt werden und kann auch durch Beschichtungs- oder Verpackungsmethoden geschützt werden. Die Heiztemperatur ist einer der wichtigen Parameter des Wärmebehandlungsprozesses, und die Auswahl und Steuerung der Heiztemperatur ist das Hauptproblem, um die Qualität der Wärmebehandlung sicherzustellen. Die Heiztemperatur variiert mit dem zu behandelnden Metallmaterial und dem Zweck der Wärmebehandlung, wird jedoch im Allgemeinen über die Phasenwechseltemperatur erhitzt, um Hochtemperaturgewebe zu erhalten. Darüber hinaus dauert die Umwandlung eine gewisse Zeit, so dass die Oberfläche des Metallwerkstücks, wenn sie die erforderliche Heiztemperatur erreicht, auch für eine bestimmte Zeit auf dieser Temperatur gehalten werden muss, so dass die Innen- und Außentemperatur konstant ist, so dass das Gefüge vollständig umgewandelt wird, diese Zeitspanne wird als Haltezeit bezeichnet. Wenn eine Erwärmung mit hoher Energiedichte und eine Oberflächenwärmebehandlung verwendet werden, ist die Heizgeschwindigkeit extrem hoch, und es gibt im Allgemeinen keine Haltezeit, und die Haltezeit der chemischen Wärmebehandlung ist oft länger.
Das Abkühlen ist auch ein unverzichtbarer Schritt im Wärmebehandlungsprozess, und die Kühlmethode variiert je nach Prozess, hauptsächlich um die Abkühlgeschwindigkeit zu steuern. Im Allgemeinen ist die Abkühlgeschwindigkeit des Glühens am langsamsten, die Abkühlgeschwindigkeit des Normalisierens ist schneller und die Abkühlgeschwindigkeit des Feuers ist schneller. Aufgrund verschiedener Stahlsorten gibt es jedoch unterschiedliche Anforderungen, z. B. kann luftharter Stahl mit der gleichen Abkühlgeschwindigkeit wie beim Normalisieren gehärtet werden

Klassifizierung von Prozessen

Der Wärmebehandlungsprozess für Metalle kann grob in drei Kategorien unterteilt werden in integrale Wärmebehandlung, Oberflächenwärmebehandlung und chemische Wärmebehandlung. Abhängig von der Heiztemperatur des Heizmediums und den verschiedenen Kühlmethoden kann jede Kategorie in mehrere verschiedene Wärmebehandlungsverfahren unterteilt werden. Das gleiche Metall kann bei Verwendung verschiedener Wärmebehandlungsverfahren unterschiedliche Strukturen erhalten und somit unterschiedliche Eigenschaften haben. Stahl ist das am weitesten verbreitete Metall in der Industrie, und das Gefüge von Stahl ist auch das komplexeste, daher gibt es viele Arten von Wärmebehandlungsverfahren für Stahl, die Gesamtwärmebehandlung ist die Gesamterwärmung des Werkstücks und dann das Abkühlen mit der entsprechenden Geschwindigkeit, um die erforderliche metallographische Struktur zu erhalten und seine allgemeinen mechanischen Eigenschaften des Metallwärmebehandlungsprozesses zu ändern. Die Gesamtwärmebehandlung von Stahl besteht aus vier Grundprozessen: Glühen, Normalisieren, Feuer und Anlassen.

Arten des Glühens

Das Glühen ist ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem das Werkstück auf eine geeignete Temperatur erhitzt, für eine bestimmte Zeit gehalten und dann langsam abgekühlt wird
Es gibt viele Arten von Glühprozessen für Stahl, die je nach Heiztemperatur in zwei Kategorien unterteilt werden können: Eine ist das Glühen oberhalb der kritischen Temperatur (Ac1 oder Ac3), auch bekannt als Phasenwechsel-Rekristallisationsglühen, einschließlich vollständigem Glühen, unvollständigem Glühen, sphäroidisierendem Glühen und Diffusionsglühen (Homogenglühen); Die andere ist das Glühen unterhalb der kritischen Temperatur, einschließlich Rekristallisationsglühen und Spannungsarmglühen. Je nach Abkühlverfahren kann das Glühen in isothermes Glühen und kontinuierliches Kühlglühen unterteilt werden.

•Vollständiges Glühen und isothermes Glühen

Vollständiges Glühen und Wiegen Kristallisationsglühen, allgemein als Glühen bezeichnet, ist der Stahl oder Stahl, der lange genug auf Ac3 über 20 ~ 30 ° C erhitzt wird, so dass die Organisation nach langsamem Abkühlen vollständig austenitisiert wird, um einen Wärmebehandlungsprozess zu erhalten, der dem Gleichgewicht der Organisation nahe kommt. Dieses Glühen wird hauptsächlich zum Gießen verschiedener Kohlenstoffstähle und legierter Stähle mit untereutektoider Zusammensetzung, Schmiedeteile und warmgewalzte Profile und manchmal für Verbindungskonstruktionen verwendet. Es wird normalerweise als abschließende Wärmebehandlung einiger nicht schwerer Teile oder als Vorwärmebehandlung einiger Werkstücke verwendet.

Das sphäroidisierende Glühen wird hauptsächlich für übereutektoiden Kohlenstoffstahl und legierten Werkzeugstahl (z. B. Stahl, der bei der Herstellung von Schneidwerkzeugen, Messwerkzeugen und Formen verwendet wird) verwendet. Sein Hauptzweck besteht darin, die Härte zu verringern, die Bearbeitbarkeit zu verbessern und das spätere Abschrecken vorzubereiten.

•Sphäroidisierendes Glühen

Beim Abschrecken sind die am häufigsten verwendeten Kühlmedien Salzwasser, Wasser und Öl.
Werkstück zum Abschrecken von Sole, leicht zu erreichen hohe Härte und glatte Oberfläche, nicht einfach, weiche Punkte zu erzeugen, die nicht hart sind, aber es ist leicht, eine ernsthafte Verformung des Werkstücks und sogar einen Riss zu verursachen. Öl als Abschreckmedium eignet sich nur zum Abschrecken einiger legierter Stähle oder kleiner Werkstücke aus Kohlenstoffstahl mit relativ großer Stabilität von unterkühltem Austenit.

Zweck des Anlassens von Stahl

• Reduzieren Sie die Sprödigkeit, beseitigen oder reduzieren Sie innere Spannungen, Stahlabschreckung, nachdem viel innere Spannung und Sprödigkeit vorhanden ist, wie z. B. nicht rechtzeitiges Anlassen führt häufig zu Stahlverformungen oder sogar Rissen.

• Um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften des Werkstücks zu erhalten, ist das Werkstück nach dem Abschrecken der Härte hoch und spröde, um die Anforderungen der unterschiedlichen Leistung verschiedener Werkstücke zu erfüllen, können Sie die Härte durch die entsprechende Anlasskoordination einstellen, die Sprödigkeit reduzieren und die erforderliche Zähigkeit und Plastizität erhalten.

• stabile Werkstückgröße

• Bei einigen legierten Stählen, die schwer zu erweichendes Glühen sind, wird nach dem Abschrecken (oder Normalisieren) häufig das Hochtemperaturanlassen verwendet, damit die Karbide im Stahl richtig gesammelt und die Härte verringert wird, um das Schneiden zu erleichtern.

Vermeidung von Verformungen

• Vernünftige Auswahl der Materialien. Für anspruchsvolle und komplexe Formen sollte mikroverformter Gesenkstahl mit gutem Material (z. B. luftvergüteter Stahl) ausgewählt werden, Gesenkstahl mit starker Hartmetallseigerung sollte vernünftig geschmiedet und temperiert werden, und für großen und unverfälschbaren Gesenkstahl kann eine Wärmebehandlung mit fester Lösung mit doppelter Verfeinerung durchgeführt werden.

• Das Design der Formstruktur sollte vernünftig sein, die Dicke sollte nicht zu breit sein, die Form sollte symmetrisch sein, das Verformungsgesetz sollte für die große Verformungsform beherrscht werden, die Verarbeitungszugabe sollte reserviert sein und die Kombinationsstruktur kann für die große, präzise und komplexe Form verwendet werden.

• Präzisionskomplexe Formteile sollten vorwärmebehandelt werden, um die während der Bearbeitung entstehenden Eigenspannungen zu eliminieren.

• Eine vernünftige Auswahl der Heiztemperatur, die Steuerung der Heizgeschwindigkeit, das langsame Erhitzen, das Vorwärmen und andere ausgewogene Heizmethoden können für Präzisionsformen und komplexe Formen eingesetzt werden, um die Verformung der Formwärmebehandlung zu reduzieren.

• Unter der Prämisse, die Härte der Form sicherzustellen, versuchen Sie, das Vorkühlen, das fraktionierte Kühlabschrecken oder das Warmabschrecken zu verwenden

• Versuchen Sie bei Präzisionsformen und komplexen Formen, wenn die Bedingungen es zulassen, nach dem Abschrecken das Vakuum-Heizabschrecken und die kryogene Behandlung zu verwenden.

• Bei einigen Präzisions- und komplexen Formen können die Vorwärmebehandlung, die Alterungswärmebehandlung, das Anlassen und die Ammoniakwärmebehandlung verwendet werden, um die Genauigkeit der Form zu steuern.