Czy proces obróbki cieplnej jest taki sam dla różnych materiałów metalowych?

一, Podstawa różnicowania koncepcji procesów
Główną ideą obróbki cieplnej metali jest wykorzystanie pól temperaturowych do regulowania ruchu atomów i zmiany faz. Jednak różne metale mają dość zróżnicowane sposoby ułożenia atomów i zmiany faz.
Stopy na bazie żelaza-(stal): zgodnie ze diagramem fazowym żelaza-węgla procesy takie jak austenityzacja i transformacja martenzytyczna zwiększają wytrzymałość materiału. Na przykład, aby w pełni austenityzować strukturę stali 45 #, należy ją podgrzać do temperatury 840–860 stopnia, a następnie szybko schłodzić, aby uzyskać martenzyt o twardości HRC50–55.
Stop aluminium: zależy od wzmocnienia roztworów stałych i mechanizmów wzmacniających starzenie. Na przykład podczas pracy ze stopem aluminium 6061 obróbka roztworowa oznacza utrzymywanie go w temperaturze 530–540 stopni przez 4–6 godzin w celu całkowitego rozpuszczenia fazy Mg ₂ Si. Następnie jest schładzany w wodzie w celu wytworzenia przesyconego roztworu stałego, a na koniec poddawany starzeniu w temperaturze 175 stopni w celu wytworzenia faz wzmacniających w nanoskali. Istnieje możliwość podniesienia wytrzymałości na rozciąganie od 180 MPa do 310 MPa.
W przypadku stopów tytanu obróbka cieplna w obszarze fazy beta kontroluje mikrostrukturę. Chłodząc powietrzem stop tytanu TC4 po obróbce roztworem stałym w obszarze fazowym w temperaturze 980–1020 stopni, może uzyskać strukturę warstwową + o wytrzymałości na rozciąganie 1100 MPa. Jeśli obróbkę izotermiczną przeprowadza się w temperaturze 850 stopni, można utworzyć równoosiową fazę alfa, a stopień wydłużenia można zwiększyć do 15%.
2. Różne sposoby wykonywania typowych procesów
Różne rodzaje metali opracowały własne metody procesu obróbki cieplnej, ponieważ mają różne wymagania dotyczące wydajności.
1. Różne sposoby pracy z materiałami stalowymi
Hartowanie i odpuszczanie: Aby uzyskać wysoką twardość (HRC62-65) i odporność na zużycie, wysokowęglową stal narzędziową (np. T10A) należy hartować w temperaturze 1000–1050 stopni i odpuszczać w temperaturze 200 stopni. Aby uzyskać odpuszczoną strukturę martenzytu, stal hartowaną 42CrMo należy hartować w temperaturze 850 stopni i odpuszczać w temperaturze 550 stopni. Struktura ta łączy w sobie wytrzymałość (σ b większą lub równą 1080 MPa) i wytrzymałość (ak większą lub równą 39J).
Unikalny proces: obróbka kriogeniczna (chłodzenie ciekłym azotem -196 stopni) może zamienić resztkowy austenit w martenzyt, dzięki czemu stal łożyskowa 9Cr18Mo staje się twardsza o 1-2HRC; Hartowanie indukcyjne powierzchni grzewczej może spowodować utworzenie utwardzonej warstwy o grubości 5 mm na powierzchni przekładni, zachowując jednocześnie wytrzymałość rdzenia.
2. Procesy przeznaczone wyłącznie dla-metali nieżelaznych
Obróbka T6 (roztwór stały + sztuczne starzenie) to typowy sposób na wzmocnienie stopów aluminium serii 6000. Aby zrównoważyć wytrzymałość i odporność na korozję naprężeniową, stop aluminium 7075 wymaga dwuetapowego starzenia T74 (120 stopni /24h → 160 stopni /8h).
Stop miedzi: Brąz berylowy (QBe2) tworzy fazę, gdy jest starzony w temperaturze 320–340 stopni i ma twardość HRC38–42. Mosiądz (H62) jest odprężany-w temperaturze 300–350 stopni, aby uniknąć utwardzania na zimno.
Stop magnezu: Po obróbce w roztworze w temperaturze 415 stopni stop magnezu AZ91D tworzy fazę - Mg ₁₇ Al ₁₂ w wyniku starzenia w temperaturze 175 stopni. Dzięki temu granica plastyczności jest o 30% większa.
3. Wyjątkowe zapotrzebowanie na metale ogniotrwałe
Stop wolframu: wymaga wyżarzania rekrystalizacyjnego w temperaturze 1400–1600 stopni, aby pozbyć się hartowania na zimno, a wielkość ziarna musi być utrzymywana na poziomie mniejszym lub równym 50 μm, aby utrzymać wytrzymałość w wysokich temperaturach.
Stop molibdenu: Aby naprawić uszkodzenia spowodowane promieniowaniem i przywrócić wydajność materiałów konstrukcyjnych reaktora jądrowego, jest on wyżarzany w wysokiej temperaturze 1800–2000 stopni.
3, Prawa wspólne dla projektowania procesów
Nawet jeśli parametry procesu są bardzo zróżnicowane, projektowanie obróbki cieplnej różnych rodzajów materiałów metalowych opiera się na następujących podstawowych zasadach:
Diagram fazowy jest główną ideą wszystkich projektów procesów. Temperatura krytyczna (Ac ₁, Ac ∝, Ms itp.) służy do wyboru temperatury ogrzewania. Na przykład, aby całkowicie rozpuścić węgliki w stali nierdzewnej 304, należy ją podgrzać do temperatury 1050–1100 stopni.
Kontrola szybkości chłodzenia: Wybierz odpowiednie medium (wodę, olej, polimer itp.), aby kontrolować tempo chłodzenia i spowodować zmianę tkanki w określony sposób. Hartowanie w wodzie może zamienić-stal wysokowęglową w martenzyt, natomiast hartowanie w oleju może zapobiec pękaniu stali-niskostopowej.
Wyżarzanie odprężające (na przykład stal w temperaturze 300–400 stopni i stop aluminium w temperaturze 150–200 stopni) stosuje się w celu pozbycia się naprężeń procesowych i zabezpieczenia przedmiotów przed zginaniem lub pękaniem. Zamiast obróbki cieplnej powszechnie stosuje się starzenie wibracyjne (VSR) w celu zmniejszenia naprężeń w częściach ze stopu aluminium samolotów.
Wspólna modyfikacja powierzchni: zastosowanie chemicznej obróbki cieplnej (nawęglanie, azotowanie) i hartowania powierzchni razem w celu uzyskania różnych poziomów wydajności. Na przykład koła zębate są nawęglane 20CrMnTi (930 stopni × 8h), hartowane i odpuszczane w niskich temperaturach. Dzięki temu mają twardość powierzchniową HRC58-62 i zapewniają wytrzymałość w rdzeniu.
4, Wiodący kierunek doskonalenia procesów
Wraz z rozwojem materiałoznawstwa, techniki obróbki cieplnej wykazały następujące innowacyjne trendy:
Miejscowa obróbka cieplna laserem/wiązką elektronów to precyzyjny sposób kontrolowania temperatury małych obszarów tkanki. Służy do wzmacniania otworów filmu gazowego otaczających łopatki silników lotniczych.
Inteligentny system procesowy: może prognozować, jak zmieni się tkanka i poprawić parametry w oparciu o cyfrową symulację procesu obróbki cieplnej bliźniaczej. Na przykład firma GE korzysta z oprogramowania ProCAST, aby zapobiec odkształceniu tarczy turbiny o więcej niż 0,1 mm podczas hartowania.
Technologia wytwarzania rzeczy w sposób ekologiczny: Nawęglanie niskociśnieniowe (LPC) zastępuje tradycyjne nawęglanie gazowe, aby zmniejszyć emisję CO₂. Technologia wymiany oleju hartującego (taka jak polimer PAG) zmniejsza emisję LZO.