O que é tratamento térmico?
O tratamento térmico refere-se a um processo de processamento térmico de metal no qual o material é aquecido, isolado e resfriado em estado sólido para obter a organização e as propriedades esperadas. O processo de tratamento térmico de metal pode ser dividido em tratamento térmico integral, tratamento térmico de superfície e tratamento térmico químico três categorias. O mesmo metal usando diferentes processos de tratamento térmico, pode obter diferentes estruturas e, portanto, ter propriedades diferentes.
Recursos do processo
O tratamento térmico de metal é um dos processos importantes na fabricação mecânica, em comparação com outros processos de processamento, o tratamento térmico geralmente não altera a forma da peça de trabalho e a composição química geral, mas altera a composição química da superfície da peça, melhora o desempenho da peça de trabalho. Caracteriza-se por melhorar a qualidade intrínseca da peça de trabalho, que geralmente não é visível a olho nu.
Para fazer com que a peça de metal tenha as propriedades mecânicas, físicas e químicas necessárias, além da seleção razoável de materiais e vários processos de conformação, o processo de tratamento térmico é muitas vezes essencial. O aço é o material mais utilizado na indústria de máquinas, a microestrutura do aço é complexa, pode ser controlada por tratamento térmico, portanto, o tratamento térmico do aço é o principal conteúdo do tratamento térmico do metal.
Além disso, alumínio, cobre, magnésio, titânio e suas ligas também podem alterar suas propriedades mecânicas, físicas e químicas por meio de tratamento térmico para obter diferentes desempenhos.
Etapas do processo
- Normalização: A normalização é a peça de trabalho aquecida à temperatura apropriada após o resfriamento ao ar, o efeito de normalização é semelhante ao recozimento, mas a organização obtida é mais fina, muitas vezes usada para melhorar o desempenho de corte do material e, às vezes, usada para algumas peças com baixos requisitos como o tratamento térmico final.
- Têmpera: a têmpera é aquecer e segurar a peça de trabalho, em água, óleo ou outros sais inorgânicos, solução de água orgânica e outro meio de têmpera de resfriamento rápido. Após a têmpera, o aço fica duro, mas ao mesmo tempo torna-se quebradiço, a fim de eliminar a fragilidade com o tempo, geralmente é necessário temperar a tempo.
- Revenimento: Para reduzir a fragilidade do aço, o aço temperável é mantido aquecido por um longo tempo a uma temperatura adequada acima da temperatura ambiente e abaixo de 650 ° C, e depois resfriado, esse processo é chamado de revenimento.
- Têmpera: refere-se ao processo de tratamento térmico composto de têmpera e revenimento de aço ou peças de aço. Os aços usados para têmpera são chamados de aços de têmpera. Geralmente se refere ao aço estrutural de médio carbono e ao aço estrutural de liga de médio carbono.
- Tratamento térmico químico: refere-se à peça de metal ou liga colocada em uma determinada temperatura de preservação do calor do meio ativo, de modo que um ou vários elementos em sua superfície alterem sua composição química, organização e desempenho do processo de tratamento térmico.
- Os processos comuns de tratamento térmico químico são: cementação, nitretação, carbonitretação, aluminiização, boronização e assim por diante. O objetivo do tratamento térmico químico é melhorar a dureza, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, resistência à fadiga e resistência à oxidação da superfície do aço.
- Tratamento de solução sólida: refere-se ao processo de tratamento térmico de aquecimento da liga a uma área monofásica de alta temperatura para manter uma temperatura constante, de modo que o excesso de fase seja totalmente dissolvido na solução sólida e depois resfriado rapidamente para obter a solução sólida supersaturada. O objetivo do tratamento da solução é principalmente melhorar a plasticidade e a tenacidade do aço e da liga e preparar o tratamento de endurecimento por precipitação.
- endurecimento por precipitação (fortalecimento por precipitação): refere-se ao metal na zona de segregação atômica de soluto de solução sólida supersaturada e (ou) pela dissolução das partículas dispersas na matriz e levar ao endurecimento de um processo de tratamento térmico. Como aço inoxidável de precipitação austenítica após tratamento de solução ou após processamento a frio, a 400 ~ 500 °C ou 700 ~ 800 °C para tratamento de endurecimento por precipitação, pode obter uma alta resistência.
- Tratamento de envelhecimento: refere-se à peça de liga após o tratamento da solução, deformação plástica a frio ou fundição, forjamento, colocado a uma temperatura mais alta ou manutenção à temperatura ambiente, seu desempenho, forma, mudança de tamanho com o tempo do processo de tratamento térmico.
- Se a peça for aquecida a uma temperatura mais alta e o processo de envelhecimento for usado por mais tempo, é chamado de tratamento de envelhecimento artificial. Se a peça for colocada em temperatura ambiente ou em condições naturais por um longo tempo, o fenômeno de envelhecimento é chamado de tratamento de envelhecimento natural. O objetivo do tratamento de envelhecimento é eliminar a tensão interna da peça de trabalho, estabilizar a estrutura e o tamanho e melhorar as propriedades mecânicas.
- Diâmetro crítico (diâmetro crítico de penetração): O diâmetro crítico refere-se ao diâmetro máximo do aço após a têmpera em um determinado meio, quando o coração fica com toda a estrutura martensítica ou 50% martensítica, e o diâmetro crítico de alguns aços geralmente pode ser obtido pelo teste de temperabilidade em óleo ou água.
- Endurecimento secundário: Algumas ligas de ferro-carbono (como aço rápido) devem ser revenidas várias vezes antes de melhorar ainda mais sua dureza. Esse fenômeno de endurecimento, chamado de endurecimento secundário, é devido à precipitação de carbonetos especiais e/ou devido à participação na transformação da austenita em martensita ou bainita.
- Fragilidade de têmpera: refere-se ao fenômeno de fragilização do aço endurecido temperado em certos intervalos de temperatura ou resfriado lentamente da temperatura de têmpera até o intervalo de temperatura. A fragilidade de têmpera pode ser dividida no primeiro tipo de fragilidade de têmpera e no segundo tipo de fragilidade de têmpera. O primeiro tipo de fragilidade de têmpera também é conhecido como fragilidade de têmpera irreversível, ocorre principalmente quando a temperatura de revenimento é de 250 ~ 400 °C, após o desaparecimento da fragilidade de reaquecimento, revenimento repetido neste intervalo, não ocorre mais fragilidade, o segundo tipo de fragilidade de têmpera também é conhecido como fragilidade de têmpera reversível, a temperatura é de 400 ~ 650 °C, quando a fragilidade desaparece após o reaquecimento, deve ser resfriado rapidamente e não pode ficar na faixa de 400 ~ 650 °C por um longo tempo ou resfriamento lento, caso contrário, o fenômeno catalítico ocorrerá novamente. A ocorrência de fragilidade por têmpera está relacionada aos elementos de liga contidos no aço, como manganês, cromo, silício, níquel produzirá tendência à fragilidade por têmpera e molibdênio, tungstênio enfraquecerá a tendência à fragilidade por têmpera.
Processo tecnológico
O processo de tratamento térmico geralmente inclui aquecimento, isolamento, resfriamento de três processos, às vezes apenas aquecimento e resfriamento de dois processos. Esses processos são interconectados e ininterruptos.
O aquecimento é um dos trabalhos importantes do tratamento térmico. Existem muitos métodos de aquecimento para tratamento térmico de metais, o mais antigo é o uso de carvão e carvão como fontes de calor e a recente aplicação de combustível líquido e gasoso. A aplicação de eletricidade facilita o controle do aquecimento e não polui o ambiente. Essas fontes de calor podem ser usadas para aquecimento direto ou indireto por meio de sais ou metais fundidos e até partículas flutuantes. Quando o metal é aquecido, a peça de trabalho é exposta ao ar, e geralmente ocorre oxidação e descarbonização (ou seja, o teor de carbono da superfície das peças de aço é reduzido), o que tem um efeito muito adverso nas propriedades da superfície das peças após o tratamento térmico. Portanto, o metal geralmente deve ser aquecido em atmosfera controlada ou atmosfera protetora, sal fundido e vácuo, e também pode ser protegido por métodos de revestimento ou embalagem. A temperatura de aquecimento é um dos parâmetros importantes do processo de tratamento térmico, e a seleção e controle da temperatura de aquecimento é o principal problema para garantir a qualidade do tratamento térmico. A temperatura de aquecimento varia de acordo com o material metálico a ser tratado e a finalidade do tratamento térmico, mas geralmente é aquecido acima da temperatura de mudança de fase para obter tecido de alta temperatura. Além disso, a transformação leva um certo tempo, portanto, quando a superfície da peça de metal atinge a temperatura de aquecimento necessária, ela também deve ser mantida nessa temperatura por um certo tempo, para que a temperatura interna e externa seja consistente, para que a microestrutura seja completamente transformada, esse período de tempo é chamado de tempo de espera. Quando o aquecimento de alta densidade de energia e o tratamento térmico de superfície são usados, a velocidade de aquecimento é extremamente rápida e geralmente não há tempo de espera, e o tempo de espera do tratamento térmico químico costuma ser maior.
O resfriamento também é uma etapa indispensável no processo de tratamento térmico, e o método de resfriamento varia de acordo com o processo, principalmente para controlar a velocidade de resfriamento. Geralmente, a taxa de resfriamento do recozimento é a mais lenta, a taxa de resfriamento de normalização é mais rápida e a taxa de resfriamento do fogo é mais rápida. No entanto, existem diferentes requisitos devido a diferentes tipos de aço, por exemplo, o aço duro ao ar pode ser endurecido com a mesma taxa de resfriamento da normalização
Classificação do processo
O processo de tratamento térmico de metal pode ser dividido em três categorias de tratamento térmico integral, tratamento térmico de superfície e tratamento térmico químico. De acordo com a temperatura de aquecimento do meio de aquecimento e os diferentes métodos de resfriamento, cada categoria pode ser dividida em vários processos de tratamento térmico diferentes. O mesmo metal usando diferentes processos de tratamento térmico, pode obter diferentes estruturas e, portanto, ter propriedades diferentes. O aço é o metal mais utilizado na indústria, e a microestrutura do aço também é a mais complexa, portanto, existem muitos tipos de processo de tratamento térmico de aço, o tratamento térmico geral é o aquecimento geral da peça de trabalho e, em seguida, o resfriamento na velocidade apropriada, para obter a estrutura metalográfica necessária, para alterar suas propriedades mecânicas gerais do processo de tratamento térmico de metal. O tratamento térmico geral do aço tem quatro processos básicos: recozimento, normalização, fogo e têmpera.
Tipos de recozimento
O recozimento é um processo de tratamento térmico no qual a peça é aquecida a uma temperatura apropriada, mantida por um certo tempo e depois resfriada lentamente
Existem muitos tipos de processos de recozimento para aço, que podem ser divididos em duas categorias de acordo com a temperatura de aquecimento: um é o recozimento acima da temperatura crítica (Ac1 ou Ac3), também conhecido como recozimento de recristalização por mudança de fase, incluindo recozimento completo, recozimento incompleto, recozimento de esferoidização e recozimento por difusão (recozimento de homogeneização); O outro é o recozimento abaixo da temperatura crítica, incluindo recozimento de recristalização e recozimento de alívio de tensão. De acordo com o método de resfriamento, o recozimento pode ser dividido em recozimento isotérmico e recozimento de resfriamento contínuo.
•Recozimento completo e recozimento isotérmico
Recozimento completo e pesagem de recozimento por cristalização, geralmente referido como recozimento, é o aço ou aço aquecido a Ac3 acima de 20 ~ 30 ° C por um tempo longo o suficiente, de modo que a organização seja completamente austenitizante após resfriamento lento, a fim de obter um processo de tratamento térmico próximo ao equilíbrio da organização. Este recozimento é usado principalmente para a fundição de vários aços carbono e ligas de aço com composição hipoeutetóide, forjados e perfis laminados a quente e, às vezes, para estruturas de juntas. Geralmente é usado como tratamento térmico final de algumas peças não pesadas ou como tratamento pré-térmico de algumas peças.
O recozimento esferoidizante é usado principalmente para aço carbono super-eutetóide e aço para ferramentas de liga (como o aço usado na fabricação de ferramentas de corte, ferramentas de medição e moldes). Seu principal objetivo é reduzir a dureza, melhorar a usinabilidade e preparar para têmpera posterior.
•Recozimento de esferoidização
Ao extinguir, os meios de resfriamento mais comumente usados são água salgada, água e óleo.
Peça de têmpera em salmoura, fácil de obter alta dureza e superfície lisa, não é fácil produzir pontos macios que não são duros, mas é fácil causar sérias deformações da peça de trabalho e até rachaduras. O óleo como meio de têmpera só é adequado para têmpera de algumas ligas de aço ou peças de aço carbono de pequeno porte com estabilidade relativamente grande de austenita super-resfriada.
Finalidade da têmpera de aço
- reduzir a fragilidade, eliminar ou reduzir o estresse interno, têmpera de aço depois que há muito estresse interno e fragilidade, como têmpera não oportuna, muitas vezes fazem deformação do aço ou até rachaduras.
- Para obter as propriedades mecânicas necessárias da peça de trabalho, a peça de trabalho após a dureza de têmpera é alta e quebradiça, a fim de atender aos requisitos de desempenho diferente de várias peças de trabalho, você pode ajustar a dureza através da coordenação de têmpera apropriada, reduzir a fragilidade, obter a tenacidade necessária, plasticidade.
- tamanho estável da peça
- Para algumas ligas de aço que são difíceis de amolecer o recozimento, o revenimento de alta temperatura é frequentemente usado após a têmpera (ou normalização), de modo que os carbonetos no aço sejam devidamente reunidos e a dureza seja reduzida para facilitar o corte.
Prevenção de deformação
- Seleção razoável de materiais. Para moldes sofisticados e complexos, deve-se selecionar aço de matriz microdeformado com bom material (como aço temperado a ar), aço de matriz com segregação de carboneto grave deve ser razoavelmente forjado e revenido tratamento térmico e tratamento térmico de refinamento duplo de solução sólida pode ser realizado para aço de matriz grande e não forjável.
- O projeto da estrutura do molde deve ser razoável, a espessura não deve ser muito larga, a forma deve ser simétrica, a lei de deformação deve ser dominada para o molde de grande deformação, a permissão de processamento deve ser reservada e a estrutura combinada pode ser usada para o molde grande, preciso e complexo.
- Os condados de moldes complexos de precisão devem ser tratados com pré-calor para eliminar a tensão residual gerada durante a usinagem.
- A seleção razoável da temperatura de aquecimento, o controle da velocidade de aquecimento, o aquecimento lento, o pré-aquecimento e outros métodos de aquecimento equilibrados podem ser adotados para moldes de precisão e complexos para reduzir a deformação do tratamento térmico do molde.
- Sob a premissa de garantir a dureza do molde, tente usar pré-resfriamento, resfriamento fracionado ou processo de têmpera a quente
- Para moldes complexos e de precisão, se as condições permitirem, tente usar têmpera por aquecimento a vácuo e tratamento criogênico após a têmpera.
- Para alguns moldes complexos e de precisão, o tratamento térmico pré-térmico, o tratamento térmico de envelhecimento, o revenimento e o tratamento térmico de amonização podem ser usados para controlar a precisão do molde.
