¿Qué es el tratamiento térmico?
El tratamiento térmico se refiere a un proceso de procesamiento térmico de metales en el que el material se calienta, aísla y enfría en estado sólido para obtener la organización y las propiedades esperadas. El proceso de tratamiento térmico de metales se puede dividir aproximadamente en tres categorías de tratamiento térmico integral, tratamiento térmico superficial y tratamiento térmico químico. El mismo metal, utilizando diferentes procesos de tratamiento térmico, puede obtener diferentes estructuras y, por lo tanto, tener diferentes propiedades.
Características del proceso
El tratamiento térmico del metal es uno de los procesos importantes en la fabricación mecánica, en comparación con otros procesos de procesamiento, el tratamiento térmico generalmente no cambia la forma de la pieza de trabajo y la composición química general, pero cambia la composición química de la superficie de la pieza de trabajo, mejora el rendimiento de la pieza de trabajo. Se caracteriza por mejorar la calidad intrínseca de la pieza, que generalmente no es visible a simple vista.
Para que la pieza de trabajo de metal tenga las propiedades mecánicas, las propiedades físicas y las propiedades químicas requeridas, además de la selección razonable de materiales y varios procesos de conformado, el proceso de tratamiento térmico suele ser esencial. El acero es el material más utilizado en la industria de maquinaria, la microestructura del acero es compleja, se puede controlar mediante tratamiento térmico, por lo que el tratamiento térmico del acero es el contenido principal del tratamiento térmico del metal.
Además, el aluminio, el cobre, el magnesio, el titanio y sus aleaciones también pueden cambiar sus propiedades mecánicas, físicas y químicas mediante tratamiento térmico para obtener diferentes rendimientos.
Pasos del proceso
- Normalización: La normalización es la pieza de trabajo calentada a la temperatura adecuada después de enfriarse en el aire, el efecto de normalización es similar al recocido, pero la organización obtenida es más fina, a menudo se usa para mejorar el rendimiento de corte del material y, a veces, se usa para algunas piezas con bajos requisitos como el tratamiento térmico final.
- Enfriamiento: el enfriamiento consiste en calentar y sujetar la pieza de trabajo, en agua, aceite u otras sales inorgánicas, solución de agua orgánica y otros medios de enfriamiento rápido. Después del enfriamiento, el acero se endurece, pero al mismo tiempo se vuelve quebradizo, para eliminar la fragilidad a tiempo, generalmente es necesario templar a tiempo.
- Revenido: Para reducir la fragilidad del acero, el acero templado se mantiene caliente durante mucho tiempo a una temperatura adecuada por encima de la temperatura ambiente y por debajo de 650 ° C, y luego se enfría, este proceso se llama revenido.
- Revenido: se refiere al proceso de tratamiento térmico compuesto de templar y reventar piezas de acero o acero. Los aceros utilizados para el templado se denominan aceros de revenido. Por lo general, se refiere al acero estructural de carbono medio y al acero estructural de aleación de carbono medio.
- Tratamiento térmico químico: se refiere a la pieza de trabajo de metal o aleación colocada a una cierta temperatura de conservación del calor del medio activo, de modo que uno o varios elementos en su superficie cambien su composición química, organización y rendimiento del proceso de tratamiento térmico.
- Los procesos comunes de tratamiento térmico químico son: carburación, nitruración, carbonitruración, aluminización, boronización, etc. El propósito del tratamiento térmico químico es mejorar la dureza, la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión, la resistencia a la fatiga y la resistencia a la oxidación de la superficie del acero.
- Tratamiento de solución sólida: se refiere al proceso de tratamiento térmico de calentar la aleación a un área monofásica de alta temperatura para mantener una temperatura constante, de modo que el exceso de fase se disuelva completamente en la solución sólida y luego se enfríe rápidamente para obtener la solución sólida sobresaturada. El propósito del tratamiento de solución es principalmente mejorar la plasticidad y tenacidad del acero y la aleación, y prepararse para el tratamiento de endurecimiento por precipitación.
- Endurecimiento por precipitación (Precipitation Strengthing): se refiere al metal en la zona de segregación atómica de soluto en solución sólida supersaturada y (o) por la disolución de las partículas dispersas en la matriz y conducen al endurecimiento de un proceso de tratamiento térmico. Como el acero inoxidable austenítico por precipitación después del tratamiento de solución o después del procesamiento en frío, a 400 ~ 500 °C o 700 ~ 800 °C para el tratamiento de endurecimiento por precipitación, puede obtener una alta resistencia.
- Tratamiento de envejecimiento: se refiere a la pieza de trabajo de aleación después del tratamiento de solución, deformación plástica fría o fundición, forja, colocada a una temperatura más alta o mantenimiento a temperatura ambiente, su rendimiento, forma, cambio de tamaño con el proceso de tratamiento térmico con el tiempo.
- Si la pieza de trabajo se calienta a una temperatura más alta y el proceso de envejecimiento se utiliza durante más tiempo, se denomina tratamiento de envejecimiento artificial. Si la pieza de trabajo se coloca a temperatura ambiente o en condiciones naturales durante mucho tiempo, el fenómeno de envejecimiento se denomina tratamiento de envejecimiento natural. El propósito del tratamiento de envejecimiento es eliminar la tensión interna de la pieza de trabajo, estabilizar la estructura y el tamaño, y mejorar las propiedades mecánicas.
- Diámetro crítico (diámetro crítico de penetración): El diámetro crítico se refiere al diámetro máximo del acero después del enfriamiento en un medio determinado, cuando el corazón obtiene una estructura completamente martensítica o 50% martensítica, y el diámetro crítico de algunos aceros generalmente se puede obtener mediante la prueba de templabilidad en aceite o agua.
- Endurecimiento secundario: Algunas aleaciones de hierro y carbono (como el acero de alta velocidad) deben templarse varias veces antes de mejorar aún más su dureza. Este fenómeno de endurecimiento, llamado endurecimiento secundario, se debe a la precipitación de carburos especiales y/o a la participación en la transformación de la austenita en martensita o bainita.
- Fragilidad del revenido: se refiere al fenómeno de fragilización del acero endurecido templado en ciertos intervalos de temperatura o enfriado lentamente desde la temperatura de templado a través del intervalo de temperatura. La fragilidad del temperamento se puede dividir en el primer tipo de fragilidad del temperamento y el segundo tipo de fragilidad del temperamento. El primer tipo de fragilidad de templado también se conoce como fragilidad de templado irreversible, ocurre principalmente cuando la temperatura de templado es de 250 ~ 400 °C, después de que desaparece la fragilidad del recalentamiento, el templado repetido en este intervalo, ya no ocurre fragilidad, el segundo tipo de fragilidad de templado también se conoce como fragilidad de revenido reversible, la temperatura es de 400 ~ 650 °C, cuando la fragilidad desaparece después del recalentamiento, debe enfriarse rápidamente y no puede permanecer en el rango de 400 ~ 650 °C durante mucho tiempo o enfriamiento lento, de lo contrario, el fenómeno catalítico volverá a ocurrir. La aparición de fragilidad del temple está relacionada con los elementos de aleación contenidos en el acero, como el manganeso, el cromo, el silicio, el níquel producirán una tendencia a la fragilidad del temple, y el molibdeno, el tungsteno debilitará la tendencia a la fragilidad del temple.
Proceso tecnológico
El proceso de tratamiento térmico generalmente incluye calentamiento, aislamiento, enfriamiento tres procesos, a veces solo calentamiento y enfriamiento dos procesos. Estos procesos están interconectados y son ininterrumpibles.
El calentamiento es uno de los trabajos importantes del tratamiento térmico. Existen muchos métodos de calentamiento para el tratamiento térmico de metales, el más antiguo es el uso de carbón vegetal y carbón como fuentes de calor, y la reciente aplicación de combustible líquido y gaseoso. La aplicación de electricidad hace que la calefacción sea fácil de controlar y que no contamine el medio ambiente. Estas fuentes de calor se pueden utilizar para el calentamiento directo, o el calentamiento indirecto a través de sales fundidas o metales, e incluso partículas flotantes. Cuando el metal se calienta, la pieza de trabajo se expone al aire y, a menudo, se produce oxidación y descarbonización (es decir, se reduce el contenido de carbono de la superficie de las piezas de acero), lo que tiene un efecto muy adverso en las propiedades de la superficie de las piezas después del tratamiento térmico. Por lo tanto, el metal generalmente debe calentarse en una atmósfera controlada o atmósfera protectora, sal fundida y vacío, y también se puede proteger mediante métodos de recubrimiento o embalaje. La temperatura de calentamiento es uno de los parámetros importantes del proceso de tratamiento térmico, y la selección y el control de la temperatura de calentamiento es el principal problema para garantizar la calidad del tratamiento térmico. La temperatura de calentamiento varía según el material metálico que se está tratando y el propósito del tratamiento térmico, pero generalmente se calienta por encima de la temperatura de cambio de fase para obtener tejido de alta temperatura. Además, la transformación lleva una cierta cantidad de tiempo, por lo que cuando la superficie de la pieza de trabajo metálica alcanza la temperatura de calentamiento requerida, también debe mantenerse a esta temperatura durante un cierto tiempo, para que la temperatura interna y externa sea constante, de modo que la microestructura se transforme por completo, este período de tiempo se denomina tiempo de retención. Cuando se utiliza calefacción de alta densidad de energía y tratamiento térmico superficial, la velocidad de calentamiento es extremadamente rápida y, por lo general, no hay tiempo de retención, y el tiempo de retención del tratamiento térmico químico suele ser más largo.
El enfriamiento también es un paso indispensable en el proceso de tratamiento térmico, y el método de enfriamiento varía según el proceso, principalmente para controlar la velocidad de enfriamiento. Generalmente, la velocidad de enfriamiento del recocido es la más lenta, la velocidad de enfriamiento de la normalización es más rápida y la velocidad de enfriamiento del disparo es más rápida. Sin embargo, existen diferentes requisitos debido a los diferentes tipos de acero, por ejemplo, el acero duro al aire se puede endurecer con la misma velocidad de enfriamiento que la normalización
Clasificación de procesos
El proceso de tratamiento térmico de metales se puede dividir aproximadamente en tres categorías de tratamiento térmico integral, tratamiento térmico superficial y tratamiento térmico químico. De acuerdo con la temperatura de calentamiento del medio de calentamiento y los diferentes métodos de enfriamiento, cada categoría se puede dividir en varios procesos de tratamiento térmico diferentes. El mismo metal, utilizando diferentes procesos de tratamiento térmico, puede obtener diferentes estructuras y, por lo tanto, tener diferentes propiedades. El acero es el metal más utilizado en la industria, y la microestructura del acero también es la más compleja, por lo que hay muchos tipos de procesos de tratamiento térmico de acero, el tratamiento térmico general es el calentamiento general de la pieza de trabajo y luego el enfriamiento a la velocidad adecuada, para obtener la estructura metalográfica requerida, para cambiar sus propiedades mecánicas generales del proceso de tratamiento térmico del metal. El tratamiento térmico general del acero tiene cuatro procesos básicos: recocido, normalización, fuego y revenido.
Tipos de recocido
El recocido es un proceso de tratamiento térmico en el que la pieza de trabajo se calienta a una temperatura adecuada, se mantiene durante un tiempo determinado y luego se enfría lentamente
Hay muchos tipos de procesos de recocido para acero, que se pueden dividir en dos categorías según la temperatura de calentamiento: uno es el recocido por encima de la temperatura crítica (Ac1 o Ac3), también conocido como recocido de recristalización por cambio de fase, que incluye recocido completo, recocido incompleto, recocido esferoidizante y recocido por difusión (recocido homogeneizado); El otro es el recocido por debajo de la temperatura crítica, incluido el recocido de recristalización y el recocido de alivio de tensión. De acuerdo con el método de enfriamiento, el recocido se puede dividir en recocido isotérmico y recocido de enfriamiento continuo.
•Recocido completo y recocido isotérmico
Recocido completo y pesaje Recocido de cristalización, generalmente conocido como recocido, es el acero o el acero calentado a Ac3 por encima de 20 ~ 30 ° C durante un tiempo lo suficientemente largo, de modo que la organización se austeniza completamente después de un enfriamiento lento, para obtener un proceso de tratamiento térmico cercano al equilibrio de la organización. Este recocido se utiliza principalmente para la fundición de diversos aceros al carbono y aceros aleados con composición hipoeutectoide, piezas forjadas y perfiles laminados en caliente, y a veces para estructuras de juntas. Por lo general, se utiliza como tratamiento térmico final de algunas piezas no pesadas, o como tratamiento de precalentamiento de algunas piezas de trabajo.
El recocido esferoidal se utiliza principalmente para acero al carbono sobreeutectoide y acero para herramientas aleado (como el acero utilizado en la fabricación de herramientas de corte, herramientas de medición y moldes). Su objetivo principal es reducir la dureza, mejorar la maquinabilidad y prepararse para el enfriamiento posterior.
•Recocido esferoidizante
Al enfriar, los medios de enfriamiento más utilizados son el agua salada, el agua y el aceite.
Pieza de trabajo de enfriamiento en salmuera, fácil de obtener de alta dureza y superficie lisa, no es fácil producir puntos blandos que no son duros, pero es fácil causar una deformación grave de la pieza de trabajo e incluso grietas. El aceite como medio de enfriamiento solo es adecuado para el enfriamiento de algunos aceros aleados o piezas de acero al carbono de pequeño tamaño con una estabilidad relativamente grande de austenita superenfriada.
Propósito del templado del acero
- Reduzca la fragilidad, elimine o reduzca la tensión interna, el enfriamiento del acero después de que haya mucha tensión interna y fragilidad, como el templado no oportuno, a menudo hace que el acero se deforme o incluso se agriete.
- Para obtener las propiedades mecánicas requeridas de la pieza de trabajo, la dureza de la pieza de trabajo después del enfriamiento es alta y quebradiza, para cumplir con los requisitos de diferentes rendimientos de varias piezas de trabajo, puede ajustar la dureza a través de la coordinación de templado adecuada, reducir la fragilidad, obtener la tenacidad y plasticidad requeridas.
- Tamaño estable de la pieza de trabajo
- Para algunos aceros aleados que son difíciles de ablandar el recocido, a menudo se usa el templado a alta temperatura después del enfriamiento (o normalización), de modo que los carburos en el acero se reúnan correctamente y la dureza se reduzca para facilitar el corte.
Prevención de deformaciones
- Selección razonable de materiales. Para moldes sofisticados y complejos, se debe seleccionar acero para troqueles microdeformados con buen material (como acero templado al aire), el acero para troqueles con una seria segregación de carburo debe ser razonablemente forjado y templado, y se puede llevar a cabo un tratamiento térmico de doble refinamiento en solución sólida para matrices de acero grandes e infalsificables.
- El diseño de la estructura del molde debe ser razonable, el grosor no debe ser demasiado amplio, la forma debe ser simétrica, se debe dominar la ley de deformación para el molde de deformación grande, se debe reservar el margen de procesamiento y la estructura combinada se puede utilizar para el molde grande, preciso y complejo.
- Los condados de moldes complejos de precisión deben tratarse previamente para eliminar la tensión residual generada durante el mecanizado.
- Se puede adoptar una selección razonable de la temperatura de calentamiento, el control de la velocidad de calentamiento, el calentamiento lento, el precalentamiento y otros métodos de calentamiento equilibrados para moldes complejos y de precisión para reducir la deformación del tratamiento térmico del molde.
- Bajo la premisa de garantizar la dureza del molde, intente utilizar el preenfriamiento, el enfriamiento fraccionado o el proceso de enfriamiento en caliente
- Para moldes complejos y de precisión, si las condiciones lo permiten, intente utilizar el enfriamiento por calentamiento al vacío y el tratamiento criogénico después del enfriamiento.
- Para algunos moldes complejos y de precisión, el tratamiento de precalentamiento, el tratamiento térmico de envejecimiento, el tratamiento térmico de templado y amoníaco se pueden utilizar para controlar la precisión del molde.
