Термичка обрада челичних одливака заснива се на фазном дијаграму Фе-Фе3Ц за контролу микроструктуре челичних одливака како би се постигле потребне перформансе. Топлотна обрада је један од важних процеса у производњи челичних одливака. Квалитет и ефекат топлотне обраде су директно повезани са коначним перформансама челичних одливака.
Изливена структура челичних одливака зависи од хемијског састава и процеса очвршћавања. Генерално, постоји релативно озбиљна сегрегација дендрита, веома неуједначена структура и крупна зрна. Стога, челични одливци генерално морају бити термички обрађени да би се елиминисао или смањио утицај горе наведених проблема, како би се побољшала механичка својства челичних одливака. Поред тога, због разлике у структури и дебљини зида челичних одливака, различити делови истог одливака имају различите организационе форме и стварају значајан преостали унутрашњи напон. Због тога, челични одливци (посебно одливци од легираног челика) треба генерално да се испоручују у термички обрађеном стању.
1. Карактеристике термичке обраде челичних одливака
1) У ливеној структури челичних одливака често постоје груби дендрити и сегрегација. Током термичке обраде, време загревања треба да буде нешто веће од времена загревања челичних делова ковања истог састава. Истовремено, време задржавања аустенитизације треба на одговарајући начин продужити.
2) Због озбиљне сегрегације структуре одливака неких одливака од легираног челика, како би се елиминисао њен утицај на коначна својства одливака, треба предузети мере за хомогенизацију током термичке обраде.
3) За челичне ливене одливе сложених облика и велике разлике у дебљини зида, током термичке обраде морају се узети у обзир ефекти попречног пресека и фактори напона ливења.
4) Када се топлотна обрада врши на челичним одливцима, она мора бити разумна на основу његових структурних карактеристика и настојати да се избегне деформација одливака.
2. Главни процесни фактори термичке обраде челичних одливака
Термичка обрада челичних одливака састоји се од три фазе: загревање, очување топлоте и хлађење. Одређивање параметара процеса треба да се заснива на циљу обезбеђивања квалитета производа и уштеде трошкова.
1) Грејање
Грејање је процес који троши највише енергије у процесу топлотне обраде. Главни технички параметри процеса грејања су избор одговарајућег начина грејања, брзине грејања и начина пуњења.
(1) Начин грејања. Методе грејања челичних одливака углавном укључују грејање зрачењем, грејање у сланом купатилу и индукционо грејање. Принцип избора методе грејања је брз и уједначен, лак за контролу, висока ефикасност и ниска цена. Приликом загревања, ливница углавном узима у обзир структурну величину, хемијски састав, процес термичке обраде и захтеве квалитета одливака.
(2) Брзина грејања. За опште челичне ливење, брзина грејања не може бити ограничена, а за грејање се користи максимална снага пећи. Употреба топлог пуњења пећи може у великој мери скратити време грејања и производни циклус. У ствари, под условом брзог загревања, не постоји очигледна температурна хистереза између површине ливења и језгра. Споро загревање ће резултирати смањеном ефикасношћу производње, повећаном потрошњом енергије и озбиљном оксидацијом и декарбонизацијом на површини одливака. Међутим, код неких одливака сложених облика и структура, велике дебљине зида и великих термичких напона током процеса грејања, треба контролисати брзину загревања. Генерално, може се користити ниска температура и споро загревање (испод 600 °Ц) или задржавање на ниској или средњој температури, а затим се брзо загревање може користити у областима са високим температурама.
(3) Начин учитавања. Принцип да се челични одливци постављају у пећ је да се у потпуности искористи ефективни простор, обезбеди равномерно загревање и да се одливци деформишу.
2) Изолација
Температуру држања за аустенитизацију челичних одливака треба изабрати у складу са хемијским саставом ливеног челика и потребним својствима. Температура држања је генерално нешто виша (око 20 °Ц) од ковања челичних делова истог састава. За ливење од еутектоидног челика, треба обезбедити да се карбиди могу брзо уградити у аустенит и да аустенит може да задржи фина зрна.
За време очувања топлоте челичних одливака треба узети у обзир два фактора: први фактор је да се температура површине ливења и језгра уједначе, а други фактор је да се обезбеди уједначеност структуре. Дакле, време држања углавном зависи од топлотне проводљивости ливења, дебљине зида пресека и елемената легуре. Уопштено говорећи, одливци од легираног челика захтевају дуже време држања од одливака од угљеничног челика. Дебљина зида одливака је обично главна основа за израчунавање времена држања. За време држања третмана каљењем и третмана старењем, треба узети у обзир факторе као што су сврха топлотне обраде, температура задржавања и брзина дифузије елемената.
3) Хлађење
Челични одливци се могу хладити различитим брзинама након очувања топлоте, како би се завршила металографска трансформација, добила потребна металографска структура и постигли наведени показатељи перформанси. Уопштено говорећи, повећање брзине хлађења може помоћи у добијању добре структуре и рафинирању зрна, чиме се побољшавају механичка својства одливака. Међутим, ако је брзина хлађења пребрза, лако је изазвати већи стрес у ливењу. Ово може изазвати деформацију или пуцање одливака са сложеном структуром.
Медијум за хлађење за топлотну обраду челичних одливака углавном укључује ваздух, уље, воду, слану воду и растопљену со.
3. Метода топлотне обраде челичних одливака
Према различитим методама загревања, времену држања и условима хлађења, методе топлотног третмана челичних одливака углавном укључују жарење, нормализацију, каљење, каљење, третман раствором, отврдњавање преципитацијом, третман за ублажавање напрезања и третман уклањања водоника.
1) Жарење.
Жарење је загревање челика чија структура одступа од равнотежног стања до одређене температуре унапред одређене процесом, а затим га полако охладити након очувања топлоте (обично хлађење у пећи или закопавање у креч) да би се добио процес топлотне обраде близак равнотежно стање структуре. Према саставу челика и сврси и захтевима жарења, жарење се може поделити на потпуно жарење, изотермно жарење, сфероидизирајуће жарење, рекристализационо жарење, жарење за ублажавање напона и тако даље.
(1) Потпуно жарење. Општи процес потпуног жарења је: загревање челичног одлива на 20 °Ц-30 °Ц изнад Ац3, задржавање одређеног временског периода, тако да се структура у челику потпуно трансформише у аустенит, а затим полако хлађење (обично хлађење пећи) на 500 ℃- 600 ℃ и на крају охлађено на ваздуху. Такозвана потпуна значи да се загревањем добија комплетна структура аустенита.
Сврха потпуног жарења углавном укључује: прво је побољшање грубе и неравне структуре узроковане топлом обрадом; други је смањење тврдоће одливака од угљеничног челика и легираног челика изнад средњег угљеника, чиме се побољшава њихов учинак резања (уопштено, када је тврдоћа радног комада између 170 ХБВ-230 ХБВ, лако се сече. Када је тврдоћа је већи или нижи од овог опсега, то ће отежати сечење); трећи је елиминисање унутрашњег напрезања челичног одливака.
Опсег употребе потпуног жарења. Потпуно жарење је углавном погодно за ливење од угљеничног челика и легираног челика хипоеутектоидног састава са садржајем угљеника у распону од 0,25% до 0,77%. Хипереутектоидни челик не треба у потпуности жарити, јер када се хипереутектоидни челик загреје изнад Аццм и полако охлади, секундарни цементит ће преципитирати дуж границе аустенитног зрна у облику мреже, што чини чврстоћу, пластичност и ударну жилавост челика значајном. опадати.
(2) Изотермно жарење. Изотермно жарење се односи на загревање челичних одливака на 20 °Ц - 30 °Ц изнад Ац3 (или Ац1), након одређеног временског периода, брзо хлађење до вршне температуре криве изотермне трансформације потхлађеног аустенита, а затим задржавање током одређеног периода. времена (зона трансформације перлита). Након што се аустенит трансформише у перлит, полако се хлади.
(3) Сфероидизирајуће жарење. Сфероидизирајуће жарење је загревање челичних одливака на температуру нешто већу од Ац1, а затим након дужег времена очувања топлоте, секундарни цементит у челику спонтано се трансформише у грануларни (или сферни) цементит, а затим спором брзином топлотном обрадом. процес да се охлади на собну температуру.
Сврха сфероидизирајућег жарења укључује: смањење тврдоће; уједначавање металографске структуре; побољшање перформанси сечења и припрема за гашење.
Сфероидизирајуће жарење је углавном применљиво на еутектоидне челике и хипереутектоидне челике (садржај угљеника већи од 0,77%) као што су угљенични алатни челик, легирани челик за опруге, челик за котрљајуће лежајеве и легирани алатни челик.
(4) Жарење за ублажавање напона и рекристализационо жарење. Жарење за ублажавање стреса се такође назива жарење на ниским температурама. То је процес у коме се челични одливци загревају до температуре испод Ац1 (400 °Ц - 500 °Ц), затим држе неко време, а затим се полако хладе до собне температуре. Сврха жарења за ублажавање напрезања је елиминисање унутрашњег напрезања одливака. Металографска структура челика се неће променити током процеса жарења за ублажавање напона. Рекристализационо жарење се углавном користи за уклањање изобличене структуре узроковане обрадом хладном деформацијом и елиминисање радног очвршћавања. Температура загревања за рекристализационо жарење је 150 °Ц - 250 °Ц изнад температуре рекристализације. Рекристализационо жарење може поново формирати издужена кристална зрна у једнообразне кристале са једнаким осом након хладне деформације, чиме се елиминише ефекат очвршћавања.
2) Нормализација
Нормализација је термичка обрада у којој се челик загрева на 30 °Ц - 50 °Ц изнад Ац3 (хипоеутектоидни челик) и Ацм (хипереутектоидни челик), а након периода очувања топлоте, хлади се до собне температуре на ваздуху или у принудни ваздух. методом. Нормализација има бржу стопу хлађења од жарења, тако да је нормализована структура финија од жарене структуре, а њена чврстоћа и тврдоћа су такође веће од оне код жарене структуре. Због кратког производног циклуса и високе искоришћености опреме за нормализацију, нормализација се широко користи у различитим челичним одливцима.
Сврха нормализације је подељена у следеће три категорије:
(1) Нормализација као завршни топлотни третман
За металне одливе са ниским захтевима за чврстоћу, нормализација се може користити као завршни топлотни третман. Нормализација може оплеменити зрна, хомогенизовати структуру, смањити садржај ферита у хипоеутектоидном челику, повећати и рафинирати садржај перлита, чиме се побољшава чврстоћа, тврдоћа и жилавост челика.
(2) Нормализација као третман пре загревања
За челичне одливке са већим пресецима, нормализација пре гашења или гашење и каљење (гашење и каљење на високим температурама) може елиминисати Видманстаттен структуру и тракасту структуру и добити фину и уједначену структуру. За мрежасти цементит присутан у угљеничним челицима и легираним алатним челицима са садржајем угљеника већим од 0,77%, нормализација може смањити садржај секундарног цементита и спречити га да формира континуирану мрежу, припремајући организацију за сфероидизирајуће жарење.
(3) Побољшајте перформансе сечења
Нормализација може побољшати перформансе резања нискоугљичног челика. Тврдоћа одливака од нискоугљичног челика је прениска након жарења и лако се залепити за нож током резања, што резултира прекомерном храпавостом површине. Кроз нормализацију топлотне обраде, тврдоћа одливака од нискоугљичног челика може се повећати на 140 ХБВ - 190 ХБВ, што је близу оптималне тврдоће резања, чиме се побољшава учинак сечења.
3) Гашење
Кашење је процес термичке обраде у којем се челични одливци загревају на температуру изнад Ац3 или Ац1, а затим се брзо хладе након одређеног временског периода да би се добила потпуна мартензитна структура. Челични одливци треба да се темперирају на време након најтоплијег да би се елиминисао напон гашења и добила потребна свеобухватна механичка својства.
(1) Температура гашења
Температура загревања каљења хипоеутектоидног челика је 30℃-50℃ изнад Ац3; температура загревања каљења еутектоидног челика и хипереутектоидног челика је 30℃-50℃ изнад Ац1. Хипоеутектоидни угљенични челик се загрева на горе поменутој температури гашења да би се добио фино зрни аустенит, а фина мартензитна структура се може добити након гашења. Еутектоидни челик и хипереутектоидни челик су сфероидизовани и жарени пре гашења и загревања, тако да након загревања на 30℃-50℃ изнад Ац1 и непотпуно аустенитизовани, структура је аустенит и делимично нерастворене ситнозрнате инфилтрационе честице угљеничног тела. Након гашења, аустенит се трансформише у мартензит, а нерастворене честице цементита се задржавају. Због високе тврдоће цементита, не само да не смањује тврдоћу челика, већ и побољшава његову отпорност на хабање. Нормална угашена структура хипереутектоидног челика је фини љускави мартензит, а фини зрнасти цементит и мала количина задржаног аустенита су равномерно распоређени на матрици. Ова структура има високу чврстоћу и отпорност на хабање, али такође има одређени степен жилавости.
(2) Расхладни медијум за гашење процеса топлотне обраде
Сврха гашења је добијање потпуног мартензита. Стога, брзина хлађења ливеног челика током гашења мора бити већа од критичне брзине хлађења ливеног челика, иначе се не може добити мартензитна структура и одговарајућа својства. Међутим, превисока брзина хлађења може лако довести до деформације или пуцања одливака. Да би се истовремено испунили горе наведени захтеви, потребно је изабрати одговарајући расхладни медијум према материјалу одливака или усвојити метод степенастог хлађења. У температурном опсегу од 650℃-400℃, брзина изотермне трансформације суперохлађеног аустенита челика је највећа. Стога, када се ливење угаси, треба обезбедити брзо хлађење у овом температурном опсегу. Испод Мс тачке, брзина хлађења би требало да буде спорија да би се спречила деформација или пуцање. Медијум за гашење обично користи воду, водени раствор или уље. У фази гашења или каљења, уобичајено коришћени медијуми укључују вруће уље, растопљени метал, растопљену со или растопљене алкалије.
Капацитет хлађења воде у зони високе температуре од 650℃-550℃ је јак, а капацитет хлађења воде у зони ниске температуре од 300℃-200℃ је веома јак. Вода је погоднија за гашење и хлађење одливака од угљеничног челика једноставних облика и великих попречних пресека. Када се користи за гашење и хлађење, температура воде углавном није већа од 30°Ц. Због тога је генерално усвојено да се ојача циркулација воде како би се температура воде одржала у разумном опсегу. Поред тога, загревање соли (НаЦл) или алкалије (НаОХ) у води ће у великој мери повећати капацитет хлађења раствора.
Главна предност уља као расхладног медијума је у томе што је брзина хлађења у зони ниске температуре од 300℃-200℃ много нижа од оне воде, што може у великој мери смањити унутрашњи напон каљеног радног предмета и смањити могућност деформације. и пуцање одливака. Истовремено, капацитет хлађења уља у високом температурном опсегу од 650℃-550℃ је релативно низак, што је такође главни недостатак уља као медија за гашење. Температура уља за гашење се генерално контролише на 60℃-80℃. Уље се углавном користи за гашење одливака од легираног челика сложених облика и за гашење одливака од угљеничног челика малих попречних пресека и сложених облика.
Поред тога, растопљена со се такође обично користи као медијум за гашење, који у овом тренутку постаје слано купатило. Слано купатило карактерише висока тачка кључања и њен капацитет хлађења је између воде и уља. Слана купка се често користи за аустемперинг и фазно гашење, као и за обраду одливака сложених облика, малих димензија и строгих захтева за деформацијом.
4) Каљење
Каљење се односи на процес термичке обраде у којем се каљени или нормализовани челични одливци загревају на изабрану температуру нижу од критичне тачке Ац1, а након одређеног временског периода, охлађују се одговарајућом брзином. Термичка обрада каљењем може трансформисати нестабилну структуру добијену након гашења или нормализације у стабилну структуру како би се елиминисао стрес и побољшала пластичност и жилавост челичних одливака. Генерално, процес топлотне обраде гашења и третмана каљења на високим температурама назива се третман каљења и каљења. Каљени челични одливци морају бити каљени на време, а нормализовани челични одливци треба да буду каљени када је потребно. Перформансе челичних одливака после каљења зависе од температуре каљења, времена и броја пута. Повећање температуре отпуштања и продужење времена држања у било ком тренутку не само да може да ублажи напон гашења челичних одливака, већ и да трансформише нестабилни каљени мартензит у каљени мартензит, троостит или сорбит. Чврстоћа и тврдоћа челичних одливака су смањене, а пластичност је значајно побољшана. За неке средње легиране челике са легирајућим елементима који снажно формирају карбиде (као што су хром, молибден, ванадијум и волфрам, итд.), тврдоћа се повећава, а жилавост опада при каљењу на 400℃-500℃. Ова појава се назива секундарно каљење, односно тврдоћа ливеног челика у каљеном стању достиже максимум. У стварној производњи, средњелегирани ливени челик са карактеристикама секундарног каљења треба више пута каљен.
(1) Каљење на ниским температурама
Температурни опсег нискотемпературног каљења је 150℃-250℃. Каљење на ниским температурама може добити каљену мартензитну структуру, која се углавном користи за гашење високоугљичног челика и гашење високо легираног челика. Каљени мартензит се односи на структуру криптокристалног мартензита плус фини грануларни карбиди. Структура хипоеутектоидног челика након каљења на ниским температурама је каљени мартензит; структура хипереутектоидног челика после каљења на ниским температурама је каљени мартензит + карбиди + задржани аустенит. Сврха каљења на ниским температурама је да се на одговарајући начин побољша жилавост каљеног челика уз одржавање високе тврдоће (58ХРЦ-64ХРЦ), високе чврстоће и отпорности на хабање, уз значајно смањење напона гашења и ломљивости челичних одливака.
(2) Каљење на средњим температурама
Температура каљења средње температуре је углавном између 350℃-500℃. Структура након каљења на средњој температури је велика количина финозрнастог цементита диспергованог и распоређеног на феритној матрици, односно каљеној трооститној структури. Ферит у структури каљеног троостита и даље задржава облик мартензита. Унутрашње напрезање челичних одливака након каљења је у основи елиминисано, и они имају вишу границу еластичности и границу течења, већу чврстоћу и тврдоћу и добру пластичност и жилавост.
(3) Високотемпературно каљење
Високотемпературна температура каљења је генерално 500°Ц-650°Ц, а процес топлотне обраде који комбинује гашење и накнадно каљење на високој температури обично се назива третман каљења и каљења. Структура после каљења на високим температурама је каљени сорбит, односно ситнозрни цементит и ферит. Ферит у каљеном сорбиту је полигонални ферит који пролази кроз рекристализацију. Челични одливци након каљења на високим температурама имају добра свеобухватна механичка својства у погледу чврстоће, пластичности и жилавости. Високотемпературно каљење се широко користи у средње угљеничним челицима, ниско легираним челицима и разним важним структурним деловима са сложеним силама.
5) Третман чврстим раствором
Главна сврха третмана раствора је да се карбиди или друге преципитиране фазе растворе у чврстом раствору да би се добила презасићена једнофазна структура. Одливци од аустенитног нерђајућег челика, аустенитног манганског челика и нерђајућег челика који се стврдњава путем падавина треба генерално да се третира чврстим раствором. Избор температуре раствора зависи од хемијског састава и фазног дијаграма ливеног челика. Температура одливака од аустенитног мангана је генерално 1000 ℃ - 1100 ℃; температура аустенитног одливака од нерђајућег челика хром-никл је генерално 1000℃-1250℃.
Што је већи садржај угљеника у ливеном челику и што је више нерастворљивих легирајућих елемената, то би требало да буде већа температура његовог чврстог раствора. Код челичних одливака који садрже бакар, тврдоћа челичних одливака се повећава услед таложења тврдих фаза богатих бакром у ливеном стању током хлађења. Да би се структура омекшала и побољшале перформансе обраде, челични одливци морају бити третирани чврстим раствором. Температура његовог чврстог раствора је 900℃-950℃.
6) Преципитатион Харденинг Треатмент
Третман стврдњавањем падавинама је третман за јачање дисперзије који се спроводи у температурном опсегу каљења, такође познат као вештачко старење. Суштина третмана таложним каљењем је да се на вишим температурама карбиди, нитриди, интерметална једињења и друге нестабилне међуфазе таложе из презасићеног чврстог раствора и распршују у матрици, чиме ливени челик постаје свеобухватан. Побољшане механичке особине и тврдоћа.
Температура третмана старењем директно утиче на коначне перформансе челичних одливака. Ако је температура старења прениска, фаза таложног очвршћавања ће се споро таложити; ако је температура старења превисока, акумулација преципитиране фазе ће изазвати прекомерно старење, а најбољи учинак неће бити постигнут. Према томе, ливница треба да изабере одговарајућу температуру старења у складу са врстом ливеног челика и специфицираним перформансама челичног ливења. Температура старења аустенитног челика отпорног на топлоту је генерално 550℃-850℃; температура старења ливеног челика високе чврстоће која се очвршћава је углавном 500 ℃.
7) Третман за ублажавање стреса
Сврха термичке обраде за ублажавање напрезања је елиминисање напрезања ливења, напона гашења и напрезања насталог машинском обрадом, како би се стабилизовала величина одливака. Термичка обрада за ублажавање напрезања се генерално загрева на 100°Ц-200°Ц испод Ац1, затим се држи неко време и на крају се хлади у пећи. Структура челичног лива није се променила током процеса ослобађања од напона. Одливци од угљеничног челика, одливци од нисколегираног челика и одливци од високолегираног челика могу бити подвргнути третману за смањење напрезања.
4. Утицај топлотне обраде на својства челичних одливака
Поред перформанси челичних одливака у зависности од хемијског састава и процеса ливења, могу се користити и различите методе термичке обраде како би он имао одличне свеобухватне механичке особине. Општа сврха процеса термичке обраде је побољшање квалитета одливака, смањење тежине одливака, продужење века трајања и смањење трошкова. Топлотна обрада је важно средство за побољшање механичких својстава одливака; механичка својства одливака су важан индикатор за процену ефекта топлотне обраде. Поред следећих особина, ливница такође мора да узме у обзир факторе као што су поступци обраде, перформансе сечења и захтеви употребе одливака приликом термичке обраде челичних одливака.
1) Утицај термичке обраде на чврстоћу одливака
Под условом истог састава ливеног челика, чврстоћа челичних одливака након различитих процеса топлотне обраде има тенденцију повећања. Уопштено говорећи, затезна чврстоћа одливака од угљеничног челика и одливака од нисколегираног челика може да достигне 414 Мпа-1724 МПа након топлотне обраде.
2) Утицај топлотне обраде на пластичност челичних одливака
Изливена структура челичних одливака је груба, а пластичност је ниска. Након термичке обраде, његова микроструктура и пластичност ће се у складу с тим побољшати. Посебно ће се значајно побољшати пластичност челичних одливака након третмана каљења и каљења (каљење + каљење на високим температурама).
3) Жилавост челичних одливака
Индекс жилавости челичних одливака се често процењује тестовима на удар. Пошто су чврстоћа и жилавост челичних одливака пар контрадикторних показатеља, ливница мора да изврши свеобухватна разматрања како би одабрала одговарајући процес топлотне обраде како би се постигла свеобухватна механичка својства која захтевају купци.
4) Утицај топлотне обраде на тврдоћу одливака
Када је каљивост ливеног челика иста, тврдоћа ливеног челика након топлотне обраде може грубо да одражава снагу ливеног челика. Због тога се тврдоћа може користити као интуитиван индекс за процену перформанси ливеног челика након топлотне обраде. Уопштено говорећи, тврдоћа одливака од угљеничног челика може да достигне 120 ХБВ - 280 ХБВ након топлотне обраде.
Време поста: Јул-12-2021