Che cos'è il trattamento termico?
Il trattamento termico si riferisce a un processo di lavorazione termica dei metalli in cui il materiale viene riscaldato, isolato e raffreddato allo stato solido per ottenere l'organizzazione e le proprietà previste. Il processo di trattamento termico dei metalli può essere approssimativamente suddiviso in tre categorie di trattamento termico integrale, trattamento termico superficiale e trattamento termico chimico. Lo stesso metallo che utilizza diversi processi di trattamento termico, può ottenere strutture diverse e quindi avere proprietà diverse.
Caratteristiche del processo
Il trattamento termico dei metalli è uno dei processi importanti nella produzione meccanica, rispetto ad altri processi di lavorazione, il trattamento termico generalmente non modifica la forma del pezzo e la composizione chimica complessiva, ma modifica la composizione chimica della superficie del pezzo, migliora le prestazioni del pezzo. È caratterizzato dal miglioramento della qualità intrinseca del pezzo, che generalmente non è visibile ad occhio nudo.
Al fine di fare in modo che il pezzo in metallo abbia le proprietà meccaniche, fisiche e chimiche richieste, oltre alla ragionevole selezione di materiali e vari processi di formatura, il processo di trattamento termico è spesso essenziale. L'acciaio è il materiale più utilizzato nell'industria dei macchinari, la microstruttura dell'acciaio è complessa, può essere controllata mediante trattamento termico, quindi il trattamento termico dell'acciaio è il contenuto principale del trattamento termico dei metalli.
Inoltre, alluminio, rame, magnesio, titanio e le loro leghe possono anche modificare le loro proprietà meccaniche, fisiche e chimiche attraverso il trattamento termico per ottenere prestazioni diverse.
Fasi del processo
- Normalizzazione: la normalizzazione è il pezzo riscaldato alla temperatura appropriata dopo il raffreddamento nell'aria, l'effetto normalizzante è simile alla ricottura, ma l'organizzazione ottenuta è più fine, spesso utilizzata per migliorare le prestazioni di taglio del materiale e talvolta utilizzata per alcune parti con bassi requisiti come il trattamento termico finale.
- Tempra: la tempra consiste nel riscaldare e trattenere il pezzo, in acqua, olio o altri sali inorganici, soluzione acquosa organica e altri raffreddamenti rapidi medi. Dopo la tempra, l'acciaio diventa duro, ma allo stesso tempo diventa fragile, al fine di eliminare la fragilità nel tempo, è generalmente necessario temprare in tempo.
- Rinvenimento: Al fine di ridurre la fragilità dell'acciaio, l'acciaio da tempra viene mantenuto caldo per lungo tempo a una temperatura appropriata al di sopra della temperatura ambiente e inferiore a 650 ° C, quindi raffreddato, questo processo è chiamato rinvenimento.
- Rinvenimento: si riferisce al processo di trattamento termico composito di tempra e rinvenimento di parti in acciaio o acciaio. Gli acciai utilizzati per il rinvenimento sono chiamati acciai da bonifica. Generalmente si riferisce all'acciaio strutturale a medio tenore di carbonio e all'acciaio strutturale legato a medio tenore di carbonio.
- Trattamento termico chimico: si riferisce al pezzo in metallo o lega posto a una certa temperatura del mezzo attivo di conservazione del calore, in modo che uno o più elementi nella sua superficie ne modifichino la composizione chimica, l'organizzazione e le prestazioni del processo di trattamento termico.
- I processi comuni di trattamento termico chimico sono: cementazione, nitrurazione, carbonitrurazione, alluminatura, boronizzazione e così via. Lo scopo del trattamento termico chimico è migliorare la durezza, la resistenza all'usura, la resistenza alla corrosione, la resistenza alla fatica e la resistenza all'ossidazione della superficie dell'acciaio.
- Trattamento in soluzione solida: si riferisce al processo di trattamento termico di riscaldamento della lega in un'area monofase ad alta temperatura per mantenere una temperatura costante, in modo che la fase in eccesso sia completamente disciolta nella soluzione solida e quindi raffreddata rapidamente per ottenere la soluzione solida sovrasatura. Lo scopo del trattamento in soluzione è principalmente quello di migliorare la plasticità e la tenacità dell'acciaio e della lega e prepararsi per il trattamento di indurimento per precipitazione.
- indurimento per precipitazione (rafforzamento per precipitazione): si riferisce al metallo nella zona di segregazione atomica del soluto in soluzione solida supersatura e (o) dalla dissoluzione delle particelle disperse nella matrice e portare all'indurimento di un processo di trattamento termico. Come l'acciaio inossidabile per precipitazione austenitica dopo il trattamento in soluzione o dopo la lavorazione a freddo, a 400 ~ 500 °C o 700 ~ 800 °C per il trattamento di indurimento per precipitazione, può ottenere un'elevata resistenza.
- Trattamento di invecchiamento: si riferisce al pezzo in lega dopo il trattamento in soluzione, la deformazione plastica a freddo o la fusione, la forgiatura, posto a una temperatura più elevata o il mantenimento a temperatura ambiente, le sue prestazioni, forma, dimensioni cambiano con il processo di trattamento termico nel tempo.
- Se il pezzo viene riscaldato a una temperatura più elevata e il processo di invecchiamento viene utilizzato per un tempo più lungo, si parla di trattamento di invecchiamento artificiale. Se il pezzo viene posto a temperatura ambiente o in condizioni naturali per lungo tempo, il fenomeno dell'invecchiamento è chiamato trattamento di invecchiamento naturale. Lo scopo del trattamento di invecchiamento è eliminare lo stress interno del pezzo, stabilizzare la struttura e le dimensioni e migliorare le proprietà meccaniche.
- Diametro critico (diametro critico di penetrazione): Il diametro critico si riferisce al diametro massimo dell'acciaio dopo la tempra in un determinato mezzo, quando il cuore ottiene tutta la struttura martensitica o martensitica al 50%, e il diametro critico di alcuni acciai può generalmente essere ottenuto mediante il test di temprabilità in olio o acqua.
- Tempra secondaria: alcune leghe ferro-carbonio (come l'acciaio rapido) devono essere temprate più volte prima di migliorarne ulteriormente la durezza. Questo fenomeno di indurimento, chiamato tempra secondaria, è dovuto alla precipitazione di carburi speciali e/o alla partecipazione alla trasformazione dell'austenite in martensite o bainite.
- Fragilità da rinvenimento: si riferisce al fenomeno di infragilimento dell'acciaio temprato temprato temprato a determinati intervalli di temperatura o raffreddato lentamente dalla temperatura di rinvenimento attraverso l'intervallo di temperatura. La fragilità da rinvenimento può essere suddivisa nel primo tipo di fragilità da rinvenimento e nel secondo tipo di fragilità da rinvenimento. Il primo tipo di fragilità da rinvenimento è anche noto come fragilità da rinvenimento irreversibile, si verifica principalmente quando la temperatura di rinvenimento è 250 ~ 400 °C, dopo che la fragilità da riscaldo scompare, il rinvenimento ripetuto in questo intervallo, non si verifica più fragilità, il secondo tipo di fragilità da rinvenimento è anche noto come fragilità da rinvenimento reversibile, la temperatura è 400 ~ 650 °C, quando la fragilità scompare dopo il riscaldamento, deve essere raffreddata rapidamente e non può rimanere nell'intervallo di 400 ~ 650 °C per un lungo periodo o un raffreddamento lento altrimenti il fenomeno catalitico si verificherà di nuovo. Il verificarsi di fragilità da rinvenimento è correlato agli elementi di lega contenuti nell'acciaio, come manganese, cromo, silicio, nichel produrrà tendenza alla fragilità da rinvenimento e molibdeno, tungsteno indebolirà la tendenza alla fragilità da rinvenimento.
Processo tecnologico
Il processo di trattamento termico comprende generalmente tre processi di riscaldamento, isolamento, raffreddamento, a volte solo riscaldamento e raffreddamento. Questi processi sono interconnessi e ininterrotti.
Il riscaldamento è uno dei lavori importanti del trattamento termico. Esistono molti metodi di riscaldamento per il trattamento termico dei metalli, il primo è l'uso di carbone e carbone come fonti di calore e la recente applicazione di combustibili liquidi e gassosi. L'applicazione dell'elettricità rende il riscaldamento facile da controllare e nessun inquinamento ambientale. Queste fonti di calore possono essere utilizzate per il riscaldamento diretto o indiretto attraverso sali fusi o metalli e persino particelle galleggianti. Quando il metallo viene riscaldato, il pezzo viene esposto all'aria e spesso si verificano ossidazione e decarbonizzazione (ovvero il contenuto di carbonio superficiale delle parti in acciaio è ridotto), il che ha un effetto molto negativo sulle proprietà superficiali delle parti dopo il trattamento termico. Pertanto, il metallo deve solitamente essere riscaldato in atmosfera controllata o protettiva, sale fuso e vuoto e può anche essere protetto con metodi di rivestimento o imballaggio. La temperatura di riscaldamento è uno dei parametri importanti del processo di trattamento termico e la selezione e il controllo della temperatura di riscaldamento sono il problema principale per garantire la qualità del trattamento termico. La temperatura di riscaldamento varia a seconda del materiale metallico da trattare e dello scopo del trattamento termico, ma viene generalmente riscaldata al di sopra della temperatura di cambiamento di fase per ottenere tessuti ad alta temperatura. Inoltre, la trasformazione richiede un certo periodo di tempo, quindi quando la superficie del pezzo in metallo raggiunge la temperatura di riscaldamento richiesta, deve anche essere mantenuta a questa temperatura per un certo tempo, in modo che la temperatura interna ed esterna sia costante, in modo che la microstruttura sia completamente trasformata, questo periodo di tempo è chiamato tempo di mantenimento. Quando si utilizza il riscaldamento ad alta densità di energia e il trattamento termico superficiale, la velocità di riscaldamento è estremamente elevata e generalmente non c'è tempo di tenuta e il tempo di tenuta del trattamento termico chimico è spesso più lungo.
Il raffreddamento è anche una fase indispensabile nel processo di trattamento termico e il metodo di raffreddamento varia a seconda del processo, principalmente per controllare la velocità di raffreddamento. Generalmente, la velocità di raffreddamento della ricottura è la più lenta, la velocità di raffreddamento della normalizzazione è più veloce e la velocità di raffreddamento del fuoco è più veloce. Tuttavia, ci sono requisiti diversi a causa dei diversi tipi di acciaio, ad esempio, l'acciaio duro all'aria può essere temprato con la stessa velocità di raffreddamento della normalizzazione
Classificazione dei processi
Il processo di trattamento termico dei metalli può essere approssimativamente suddiviso in tre categorie di trattamento termico integrale, trattamento termico superficiale e trattamento termico chimico. In base alla temperatura di riscaldamento del mezzo di riscaldamento e ai diversi metodi di raffreddamento, ogni categoria può essere suddivisa in diversi processi di trattamento termico. Lo stesso metallo che utilizza diversi processi di trattamento termico, può ottenere strutture diverse e quindi avere proprietà diverse. L'acciaio è il metallo più utilizzato nell'industria e la microstruttura dell'acciaio è anche la più complessa, quindi ci sono molti tipi di processo di trattamento termico dell'acciaio, il trattamento termico complessivo è il riscaldamento generale del pezzo e quindi il raffreddamento alla velocità appropriata, per ottenere la struttura metallografica richiesta, per modificare le sue proprietà meccaniche complessive del processo di trattamento termico del metallo. Il trattamento termico complessivo dell'acciaio ha quattro processi di base: ricottura, normalizzazione, fuoco e rinvenimento.
Tipi di ricottura
La ricottura è un processo di trattamento termico in cui il pezzo viene riscaldato a una temperatura appropriata, mantenuto per un certo tempo e quindi raffreddato lentamente
Esistono molti tipi di processi di ricottura per l'acciaio, che possono essere suddivisi in due categorie in base alla temperatura di riscaldamento: uno è la ricottura al di sopra della temperatura critica (Ac1 o Ac3), nota anche come ricottura di ricristallizzazione a cambiamento di fase, tra cui ricottura completa, ricottura incompleta, ricottura sferoidale e ricottura per diffusione (ricottura omogeneizzante); L'altro è la ricottura al di sotto della temperatura critica, compresa la ricottura di ricristallizzazione e la ricottura di distensione. Secondo il metodo di raffreddamento, la ricottura può essere suddivisa in ricottura isotermica e ricottura a raffreddamento continuo.
•Ricottura completa e ricottura isotermica
Ricottura completa e ricottura di cristallizzazione di pesatura, generalmente indicata come ricottura, è l'acciaio o l'acciaio riscaldato ad Ac3 sopra 20~30 ° C per un tempo sufficientemente lungo, in modo che l'organizzazione sia completamente austenitizzante dopo un lento raffreddamento, al fine di ottenere un processo di trattamento termico vicino all'equilibrio dell'organizzazione. Questa ricottura viene utilizzata principalmente per la fusione di vari acciai al carbonio e acciai legati con composizione ipoeutettoide, forgiati e profili laminati a caldo e talvolta per strutture di giunti. Di solito viene utilizzato come trattamento termico finale di alcune parti non pesanti o come trattamento pre-termico di alcuni pezzi.
La ricottura sferoidale viene utilizzata principalmente per l'acciaio al carbonio sovra-eutettoide e l'acciaio per utensili legato (come l'acciaio utilizzato nella produzione di utensili da taglio, strumenti di misurazione e stampi). Il suo scopo principale è ridurre la durezza, migliorare la lavorabilità e prepararsi per la successiva tempra.
•Ricottura sferoidale
Durante la tempra, i mezzi di raffreddamento più comunemente usati sono l'acqua salata, l'acqua e l'olio.
Pezzo da tempra in salamoia, facile da ottenere elevata durezza e superficie liscia, non facile da produrre punti morbidi che non sono duri, ma è facile causare gravi deformazioni del pezzo e persino crepe. L'olio come mezzo di tempra è adatto solo per la tempra di alcuni acciai legati o pezzi in acciaio al carbonio di piccole dimensioni con una stabilità relativamente grande dell'austenite superraffreddata.
Scopo del rinvenimento dell'acciaio
- Ridurre la fragilità, eliminare o ridurre le sollecitazioni interne, la tempra dell'acciaio dopo che c'è molta sollecitazione interna e fragilità, come il rinvenimento non tempestivo spesso provoca la deformazione dell'acciaio o addirittura la fessurazione.
- Per ottenere le proprietà meccaniche richieste del pezzo, il pezzo dopo la durezza di tempra è elevato e fragile, al fine di soddisfare i requisiti di diverse prestazioni di vari pezzi, è possibile regolare la durezza attraverso l'appropriato coordinamento di rinvenimento, ridurre la fragilità, ottenere la tenacità richiesta, la plasticità.
- Dimensioni stabili del pezzo
- Per alcuni acciai legati difficili da ammorbidire La ricottura viene spesso utilizzata dopo la tempra (o normalizzazione), in modo che i carburi nell'acciaio siano raccolti correttamente e la durezza sia ridotta per facilitare il taglio.
Prevenzione della deformazione
- Selezione ragionevole dei materiali. Per stampi sofisticati e complessi, è necessario selezionare l'acciaio per stampi microdeformato con un buon materiale (come l'acciaio temprato in aria), l'acciaio per stampi con una grave segregazione del carburo deve essere ragionevolmente forgiato e temprato e il trattamento termico a doppia raffinazione in soluzione solida può essere eseguito per stampi in acciaio grandi e non forgiabile.
- Il design della struttura dello stampo dovrebbe essere ragionevole, lo spessore non dovrebbe essere troppo largo, la forma dovrebbe essere simmetrica, la legge di deformazione dovrebbe essere padroneggiata per lo stampo a deformazione grande, il margine di lavorazione dovrebbe essere riservato e la struttura combinata può essere utilizzata per lo stampo grande, preciso e complesso.
- Le contee di stampi complessi di precisione devono essere preriscaldate per eliminare lo stress residuo generato durante la lavorazione.
- La selezione ragionevole della temperatura di riscaldamento, il controllo della velocità di riscaldamento, il riscaldamento lento, il preriscaldamento e altri metodi di riscaldamento bilanciati possono essere adottati per stampi di precisione e complessi per ridurre la deformazione del trattamento termico dello stampo.
- Con la premessa di garantire la durezza dello stampo, provare a utilizzare il preraffreddamento, la tempra a raffreddamento frazionato o il processo di tempra a caldo
- Per stampi di precisione e complessi, se le condizioni lo consentono, provare a utilizzare la tempra con riscaldamento sottovuoto e il trattamento criogenico dopo la tempra.
- Per alcuni stampi di precisione e complessi, è possibile utilizzare il trattamento di preriscaldamento, il trattamento termico di invecchiamento, il trattamento termico di rinvenimento e il trattamento termico di ammoniacizzazione per controllare la precisione dello stampo.
