Med toplotno obdelavo aluminija in aluminijevih zlitin se pogosto pojavljajo različne težave, kot so:
-Nepravilna namestitev dela: To lahko povzroči deformacijo dela, pogosto zaradi nezadostnega odvajanja toplote s strani kaljenega medija z dovolj hitro hitrostjo, da bi dosegli želene mehanske lastnosti.
-Hitro segrevanje: To lahko povzroči toplotno deformacijo; pravilna namestitev delov pomaga zagotoviti enakomerno segrevanje.
-Pregrevanje: To lahko povzroči delno taljenje ali evtektično taljenje.
-Površinsko luščenje/visokotemperaturna oksidacija.
- Prekomerna ali nezadostna obdelava s staranjem, oboje lahko povzroči izgubo mehanskih lastnosti.
-Nihanja parametrov časa/temperature/kaljenja, ki lahko povzročijo odstopanja v mehanskih in/ali fizikalnih lastnostih med deli in serijami.
-Poleg tega lahko slaba enakomernost temperature, premajhen čas izolacije in neustrezno hlajenje med toplotno obdelavo z raztopino prispevajo k neustreznim rezultatom.
Toplotna obdelava je ključni termični postopek v aluminijarski industriji, zato si poglejmo več o tem.
1. Predhodna obdelava
Postopki predobdelave, ki izboljšajo strukturo in sprostijo napetosti pred kaljenjem, so koristni za zmanjšanje deformacij. Predobdelava običajno vključuje postopke, kot sta sferoidizacijsko žarjenje in žarjenje za sproščanje napetosti, nekateri pa uporabljajo tudi kaljenje in popuščanje ali normalizacijo.
Žarjenje za lajšanje stresaMed obdelavo se lahko zaradi dejavnikov, kot so metode obdelave, vpetje orodja in hitrosti rezanja, razvijejo preostale napetosti. Neenakomerna porazdelitev teh napetosti lahko med kaljenjem povzroči deformacijo. Za ublažitev teh učinkov je pred kaljenjem potrebno žarjenje za razbremenitev napetosti. Temperatura za žarjenje za razbremenitev napetosti je običajno 500–700 °C. Pri segrevanju v zračnem mediju se uporablja temperatura 500–550 °C z zadrževalnim časom 2–3 ure, da se prepreči oksidacija in razogljičenje. Med obremenitvijo je treba upoštevati deformacijo dela zaradi lastne teže, drugi postopki pa so podobni standardnemu žarjenju.
Predgrelna obdelava za izboljšanje struktureTo vključuje sferoidizacijsko žarjenje, kaljenje in popuščanje ter normalizacijsko obdelavo.
-Sferoidizirajoče žarjenjeStruktura, pridobljena po sferoidizirajočem žarjenju, je bistvenega pomena za ogljikovo orodno jeklo in legirano orodno jeklo med toplotno obdelavo in pomembno vpliva na trend deformacije med kaljenjem. S prilagajanjem strukture po žarjenju je mogoče zmanjšati običajno deformacijo med kaljenjem.
-Druge metode predobdelaveZa zmanjšanje deformacij zaradi kaljenja se lahko uporabijo različne metode, kot so kaljenje in popuščanje ter normalizacijska obdelava. Izbira ustreznih predobdelav, kot sta kaljenje in popuščanje ter normalizacijska obdelava, glede na vzrok deformacije in material dela, lahko učinkovito zmanjša deformacije. Vendar je potrebna previdnost pri preostalih napetostih in povečanju trdote po popuščanju, zlasti kaljenje in popuščanje lahko zmanjšata raztezanje med kaljenjem pri jeklih, ki vsebujejo W in Mn, vendar imata majhen učinek na zmanjšanje deformacije pri jeklih, kot je GCr15.
V praktični proizvodnji je za učinkovito obdelavo bistvenega pomena ugotoviti vzrok deformacije zaradi kaljenja, ne glede na to, ali je posledica preostalih napetosti ali slabe strukture. Pri deformaciji, ki jo povzročajo preostale napetosti, je treba izvesti žarjenje za zmanjšanje napetosti, medtem ko obdelave, kot je popuščanje, ki spreminjajo strukturo, niso potrebne in obratno. Šele takrat je mogoče doseči cilj zmanjšanja deformacije zaradi kaljenja, znižati stroške in zagotoviti kakovost.
2. Postopek ogrevanja s kaljenjem
Temperatura kaljenjaTemperatura kaljenja pomembno vpliva na deformacijo. Namen zmanjšanja deformacije lahko dosežemo s prilagoditvijo temperature kaljenja ali z izbiro rezervnega dodatka za obdelavo, ki je enak temperaturi kaljenja, da dosežemo namen zmanjšanja deformacije, ali pa s razumno izbiro in rezervnim dodatkom za obdelavo in temperaturo kaljenja po preskusih toplotne obdelave, da zmanjšamo naknadni rezervni dodatek za obdelavo. Vpliv temperature kaljenja na deformacijo kaljenja ni povezan le z materialom, uporabljenim v obdelovancu, temveč tudi z velikostjo in obliko obdelovanca. Ko sta oblika in velikost obdelovanca zelo različni, je trend deformacije kaljenja precej drugačen, čeprav je material obdelovanca enak, in upravljavec mora biti na to pozoren v dejanski proizvodnji.
Čas zadrževanja pri gašenjuIzbira časa zadrževanja ne zagotavlja le temeljitega segrevanja in doseganja želene trdote ali mehanskih lastnosti po kaljenju, temveč upošteva tudi njegov vpliv na deformacijo. Podaljšanje časa zadrževanja pri kaljenju bistveno poveča temperaturo kaljenja, kar je še posebej izrazito pri jeklih z visoko vsebnostjo ogljika in kroma.
Metode nalaganjaČe je obdelovanec med segrevanjem postavljen v nerazumno obliko, bo to povzročilo deformacijo zaradi teže obdelovanca ali deformacijo zaradi medsebojnega iztiskanja med obdelovanci ali deformacijo zaradi neenakomernega segrevanja in hlajenja zaradi prekomernega zlaganja obdelovancev.
Metoda ogrevanjaZa obdelovance kompleksnih oblik in različnih debelin, zlasti tiste z visokim deležem ogljika in legirnih elementov, je počasen in enakomeren postopek segrevanja ključnega pomena. Pogosto je potrebna uporaba predgrevanja, ki včasih zahteva več ciklov predgrevanja. Za večje obdelovance, ki niso učinkovito obdelani s predgrevanjem, lahko uporaba uporovne peči z nadzorovanim segrevanjem zmanjša deformacije, ki jih povzroči hitro segrevanje.
3. Hlajenje
Deformacija pri kaljenju je predvsem posledica procesa hlajenja. Pravilna izbira kalilnega medija, strokovno upravljanje in vsak korak procesa hlajenja neposredno vplivajo na deformacijo pri kaljenju.
Izbira kalilnega medijaOb zagotavljanju želene trdote po kaljenju je treba dati prednost milejšim kalilnim medijem, da se zmanjša deformacija. Priporočljiva je uporaba ogrevanih kopeli za hlajenje (za lažje ravnanje, ko je del še vroč) ali celo hlajenje na zraku. Dvojna medija voda-olje lahko nadomestijo tudi mediji s hitrostjo hlajenja med vodo in oljem.
—Kaljenje z zračnim hlajenjemKaljenje z zračnim hlajenjem je učinkovito za zmanjšanje deformacije zaradi kaljenja hitroreznega jekla, kromovega jekla za kalupe in mikrodeformacijskega jekla z zračnim hlajenjem. Pri jeklu 3Cr2W8V, ki po kaljenju ne potrebuje visoke trdote, se lahko kaljenje z zračnim hlajenjem uporabi tudi za zmanjšanje deformacije z ustrezno nastavitvijo temperature kaljenja.
—Hlajenje in kaljenje oljaOlje je kalilni medij z veliko nižjo hitrostjo hlajenja kot voda, vendar je za obdelovance z visoko kaljivostjo, majhnostjo, kompleksno obliko in veliko nagnjenostjo k deformacijam hitrost hlajenja z oljem previsoka, za obdelovance z majhnostjo, a slabo kaljivostjo, pa hitrost hlajenja z oljem ni zadostna. Da bi rešili zgornja protislovja in v celoti izkoristili kaljenje z oljem za zmanjšanje kaljene deformacije obdelovancev, so ljudje sprejeli metode prilagajanja temperature olja in zvišanja temperature kaljenja, da bi razširili uporabo olja.
—Spreminjanje temperature kalilnega oljaUporaba enake temperature olja za kaljenje za zmanjšanje deformacije kaljenja ima še vedno naslednje težave: pri nizki temperaturi olja je deformacija kaljenja še vedno velika, pri visoki temperaturi olja pa je težko zagotoviti trdoto obdelovanca po kaljenju. Zaradi kombiniranega vpliva oblike in materiala nekaterih obdelovancev lahko zvišanje temperature kalilnega olja poveča tudi njihovo deformacijo. Zato je zelo pomembno, da se temperatura kalilnega olja po preskusu določi glede na dejanske pogoje materiala obdelovanca, velikost prečnega prereza in obliko.
Pri uporabi vročega olja za gašenje je treba za preprečevanje požara zaradi visoke temperature olja med gašenjem in hlajenjem namestiti potrebno opremo za gašenje požarov v bližini rezervoarja za olje. Poleg tega je treba redno preverjati kakovost olja za gašenje in pravočasno dolivati ali zamenjati novo olje.
— Zvišajte temperaturo kaljenjaTa metoda je primerna za obdelovance iz ogljikovega jekla z majhnim prerezom in nekoliko večje obdelovance iz legiranega jekla, ki po segrevanju in ohranjanju toplote pri normalnih temperaturah kaljenja ter kaljenju v olju ne morejo izpolniti zahtev glede trdote. Z ustreznim zvišanjem temperature kaljenja in nato kaljenjem v olju je mogoče doseči učinek utrjevanja in zmanjšanje deformacije. Pri uporabi te metode kaljenja je treba paziti, da se preprečijo težave, kot so grobost zrn, zmanjšanje mehanskih lastnosti in zmanjšanje življenjske dobe obdelovanca zaradi povečane temperature kaljenja.
—Klasifikacija in avtemperiranjeKadar trdota kaljenja ustreza konstrukcijskim zahtevam, je treba v celoti izkoristiti klasifikacijo in avtemperaturo vroče kopeli, da se doseže cilj zmanjšanja deformacije kaljenja. Ta metoda je učinkovita tudi za nizko kaljiva, majhna ogljikova konstrukcijska jekla in orodna jekla, zlasti za obdelovance iz kromovega jekla za kaljenje in hitroreznega jekla z visoko kaljivostjo. Klasifikacija vroče kopeli in metoda hlajenja avtemperature sta osnovni metodi kaljenja za to vrsto jekla. Podobno je učinkovita tudi za ogljikova in nizko legirana konstrukcijska jekla, ki ne zahtevajo visoke trdote kaljenja.
Pri gašenju z vročo kopeljo je treba biti pozoren na naslednje:
Prvič, ko se oljna kopel uporablja za razvrščanje in izotermno kaljenje, je treba temperaturo olja strogo nadzorovati, da se prepreči nastanek požara.
Drugič, pri gašenju z nitratno soljo mora biti rezervoar za nitratno sol opremljen s potrebno opremo in napravami za vodno hlajenje. Za druge previdnostne ukrepe glejte ustrezne informacije in jih tukaj ne bomo ponavljali.
Tretjič, med izotermnim kaljenjem je treba strogo nadzorovati izotermno temperaturo. Visoka ali nizka temperatura ne zmanjšujeta deformacije zaradi kaljenja. Poleg tega je treba med izotermnim kaljenjem izbrati način obešanja obdelovanca, da se prepreči deformacija zaradi teže obdelovanca.
Četrtič, pri uporabi izotermičnega ali stopnjevanega kaljenja za korekcijo oblike obdelovanca, ko je vroč, morajo biti orodja in vpenjala popolnoma opremljena, delovanje pa mora biti med delovanjem hitro. Preprečite negativne učinke na kakovost kaljenja obdelovanca.
HlajenjeSpretno upravljanje med postopkom hlajenja ima pomemben vpliv na deformacijo pri kaljenju, zlasti pri uporabi vode ali olja za kaljenje.
-Pravilna smer vstopa kaljenega medijaObičajno je treba simetrično uravnotežene ali podolgovate paličaste obdelovance navpično kaliti v medij. Asimetrične dele je mogoče kaliti pod kotom. Pravilna smer je namenjena zagotavljanju enakomernega hlajenja vseh delov, pri čemer počasnejša območja hlajenja najprej vstopijo v medij, sledijo pa jim hitrejša območja hlajenja. Upoštevanje oblike obdelovanca in njenega vpliva na hitrost hlajenja je v praksi ključnega pomena.
-Premikanje obdelovancev v kalilnem medijuPočasi ohlajani deli morajo biti obrnjeni proti kalilnemu mediju. Simetrično oblikovani obdelovanci morajo slediti uravnoteženi in enakomerni poti v mediju, pri čemer morajo ohranjati majhno amplitudo in hitro gibanje. Pri tankih in podolgovatih obdelovancih je stabilnost med kaljenjem ključnega pomena. Izogibajte se nihanju in za boljši nadzor razmislite o uporabi sponk namesto žičnih vezi.
-Hitrost kaljenjaObdelovance je treba hitro kaliti. Zlasti pri tankih obdelovancih v obliki palic lahko počasnejše hitrosti kaljenja povzročijo povečano upogibno deformacijo in razlike v deformaciji med odseki, ki se kalijo ob različnih časih.
-Nadzorovano hlajenjePri obdelovancih z znatnimi razlikami v velikosti prečnega prereza zaščitite hitreje hladilne dele z materiali, kot so azbestna vrv ali kovinske plošče, da zmanjšate njihovo hitrost hlajenja in dosežete enakomerno hlajenje.
-Čas hlajenja v vodiPri obdelovancih, ki se deformirajo predvsem zaradi strukturnih napetosti, skrajšajte čas ohlajanja v vodi. Pri obdelovancih, ki se deformirajo predvsem zaradi toplotnih napetosti, podaljšajte čas ohlajanja v vodi, da zmanjšate deformacijo zaradi kaljenja.
Uredil May Jiang iz MAT Aluminum
Čas objave: 21. februar 2024
