Pri toplotni obdelavi aluminija in aluminijevih zlitin se pogosto pojavljajo različna vprašanja, kot so:
- Nepravilna namestitev dela: To lahko privede do deformacije dela, pogosto zaradi nezadostnega odvzema toplote s strani gasilnega medija dovolj hitro, da se dosežejo želene mehanske lastnosti.
-Hitro segrevanje: To lahko povzroči toplotno deformacijo; pravilna namestitev delov pomaga zagotoviti enakomerno ogrevanje.
-Pregrevanje: To lahko povzroči delno taljenje ali evtektično taljenje.
- Površinsko luščenje/visokotemperaturna oksidacija.
- Prekomerna ali nezadostna obdelava s staranjem, kar 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, nezadosten čas izolacije in neustrezno hlajenje med toplotno obdelavo raztopine prispevajo k neustreznim rezultatom.
Toplotna obdelava je ključen termični proces v industriji aluminija, poglobimo se v bolj povezana znanja.
1. Predhodna obdelava
Postopki predhodne obdelave, ki izboljšajo strukturo in razbremenijo napetost pred kaljenjem, so koristni za zmanjšanje popačenja. Predobdelava običajno vključuje postopke, kot sta sferoidizirajoče žarjenje in žarjenje za razbremenitev napetosti, nekateri pa uporabljajo tudi kaljenje in popuščanje ali normalizacijo.
Žarjenje za lajšanje napetosti: Med obdelavo se lahko razvijejo preostale napetosti zaradi dejavnikov, kot so metode obdelave, vklop orodja in hitrosti rezanja. Neenakomerna porazdelitev teh napetosti lahko povzroči popačenje med kaljenjem. Za ublažitev teh učinkov je potrebno žarjenje za razbremenitev napetosti pred kaljenjem. Temperatura za žarjenje za razbremenitev napetosti je običajno 500-700 °C. Pri segrevanju v zračnem mediju se za preprečevanje oksidacije in razogljičenja uporablja temperatura 500-550°C z zadrževalnim časom 2-3 ure. Med obremenitvijo je treba upoštevati deformacijo dela zaradi lastne teže, drugi postopki pa so podobni standardnemu žarjenju.
Predtoplotna obdelava za izboljšanje strukture: To vključuje sferoidizirajoče žarjenje, kaljenje in normalizacijo.
-Sferoidizirajoče žarjenje: bistvenega pomena za ogljikovo orodno jeklo in legirano orodno jeklo med toplotno obdelavo, struktura, pridobljena po sferoidizirajočem žarjenju, pomembno vpliva na trend popačenja med kaljenjem. S prilagajanjem strukture po žarjenju lahko zmanjšamo običajno popačenje med kaljenjem.
-Druge metode predhodne obdelave: Za zmanjšanje popačenja pri kaljenju se lahko uporabijo različne metode, kot sta kaljenje in normalizacija obdelave. Izbira ustrezne predobdelave, kot sta kaljenje in popuščanje, normalizacija obdelave na podlagi vzroka popačenja in materiala dela lahko učinkovito zmanjša popačenje. Vendar pa je potrebna previdnost pri preostalih napetostih in povečanju trdote po popuščanju, zlasti kaljenje in popuščanje lahko zmanjšata raztezanje med kaljenjem za jekla, ki vsebujejo W in Mn, vendar ima majhen učinek na zmanjšanje deformacije za jekla, kot je GCr15.
V praktični proizvodnji je za učinkovito zdravljenje bistvenega pomena prepoznavanje vzroka popačenja zaradi kaljenja, ne glede na to, ali je posledica preostalih napetosti ali slabe strukture. Za popačenje, ki ga povzročijo preostale napetosti, je treba izvesti žarjenje za razbremenitev, medtem ko obdelave, kot je kaljenje, ki spremenijo strukturo, niso potrebne, in obratno. Le tako je mogoče doseči cilj zmanjšanja popačenja pri kaljenju, da se znižajo stroški in zagotovi kakovost.
2.Ogrevanje s kaljenjem
Temperatura gašenja: Temperatura kaljenja bistveno vpliva na popačenje. Namen zmanjšanja deformacije lahko dosežemo s prilagoditvijo temperature kaljenja ali pa je rezervirani dodatek za obdelavo enak temperaturi kaljenja za dosego namena zmanjšanja deformacije ali razumno izbran in rezerviran dodatek za obdelavo in temperaturo kaljenja po preskusih toplotne obdelave , tako da se zmanjša dodatek za naknadno obdelavo. Vpliv temperature kaljenja na deformacijo pri kaljenju ni povezan le z materialom, uporabljenim v obdelovancu, temveč tudi z velikostjo in obliko obdelovanca. Če sta oblika in velikost obdelovanca zelo različni, čeprav je material obdelovanca enak, je trend deformacije pri kaljenju precej drugačen, zato mora biti operater pozoren na to situacijo v dejanski proizvodnji.
Čas zadrževanja kaljenja: Izbira časa zadrževanja ne zagotavlja le temeljitega segrevanja in doseganja želene trdote ali mehanskih lastnosti po kaljenju, temveč upošteva tudi njegov učinek na deformacijo. Podaljšanje časa zadrževanja pri kaljenju bistveno poveča temperaturo kaljenja, še posebej izrazito pri jeklu z visoko vsebnostjo ogljika in kroma.
Metode nalaganja: Če je obdelovanec med segrevanjem postavljen v nerazumno obliko, bo to povzročilo deformacijo zaradi teže obdelovanca ali deformacijo zaradi medsebojnega iztiskanja obdelovancev ali deformacijo zaradi neenakomernega segrevanja in ohlajanja zaradi pretiranega zlaganja obdelovancev.
Metoda ogrevanja: Za obdelovance kompleksnih oblik in različnih debelin, zlasti tiste z visokoogljičnimi in legiranimi elementi, je počasen in enakomeren proces segrevanja ključnega pomena. Pogosto je potrebna uporaba predgretja, ki včasih zahteva več ciklov predgretja. Pri večjih obdelovancih, ki niso učinkovito obdelani s predgretjem, lahko uporaba škatlaste uporovne peči z nadzorovanim segrevanjem zmanjša popačenje, ki ga povzroči hitro segrevanje.
3. Hlajenje
Deformacija pri kaljenju je predvsem posledica procesa ohlajanja. Pravilna izbira kalilnega medija, spretno delovanje in vsaka stopnja procesa hlajenja neposredno vplivajo na deformacijo kalitve.
Izbira medija za kaljenje: Medtem ko zagotavljamo želeno trdoto po kaljenju, je treba dati prednost blažjim medijem za kaljenje, da zmanjšamo popačenje. Priporočljiva je uporaba ogrevanih kopeli za hlajenje (za lažje ravnanje, ko je del še vroč) ali celo zračno hlajenje. Mediji s hitrostjo hlajenja med vodo in oljem lahko nadomestijo tudi dvojne medije voda-olje.
— Kaljenje z zračnim hlajenjem: Kaljenje z zračnim hlajenjem je učinkovito za zmanjšanje deformacije pri kaljenju hitroreznega jekla, kromovega kalupnega jekla in mikrodeformacijskega jekla z zračnim hlajenjem. Za jeklo 3Cr2W8V, ki po kaljenju ne potrebuje visoke trdote, se lahko za zmanjšanje deformacije uporabi tudi kaljenje z zrakom s pravilno prilagoditvijo temperature kaljenja.
— Hlajenje in kaljenje olja: olje je medij za kaljenje z veliko nižjo hitrostjo hlajenja kot voda, vendar je za tiste obdelovance z visoko kaljivostjo, majhno velikostjo, zapleteno obliko in veliko nagnjenostjo k deformaciji hitrost hlajenja olja previsoka, vendar za obdelovance z majhno velikostjo, vendar slaba kaljivost, hitrost ohlajanja olja ni zadostna. Da bi rešili zgornja protislovja in v celoti izkoristili kaljenje v olju za zmanjšanje deformacije obdelovancev zaradi kaljenja, so ljudje sprejeli metode prilagajanja temperature olja in zvišanja temperature kaljenja, da bi povečali uporabo olja.
— Spreminjanje temperature olja za kaljenje: uporaba iste temperature olja za kaljenje za zmanjšanje deformacije pri kaljenju ima še vedno naslednje težave, to je, ko je temperatura olja nizka, je deformacija pri kaljenju še vedno velika, in ko je temperatura olja visoka, je težko zagotoviti, da obdelovanec po kaljeni trdoti. Pod skupnim učinkom oblike in materiala nekaterih obdelovancev lahko zvišanje temperature olja za kaljenje poveča tudi njegovo deformacijo. Zato je zelo potrebno določiti temperaturo olja za kaljenje po opravljenem preskusu glede na dejanske pogoje materiala obdelovanca, velikost prečnega prereza in obliko.
Pri uporabi vročega olja za kaljenje, da bi se izognili požaru zaradi visoke temperature olja, ki ga povzroči kaljenje in hlajenje, je treba v bližini rezervoarja za olje opremiti potrebno opremo za gašenje požara. Poleg tega je treba redno testirati indeks kakovosti olja za kaljenje in pravočasno dopolniti ali zamenjati novo olje.
— Zvišajte temperaturo gašenja: Ta metoda je primerna za obdelovance iz ogljikovega jekla z majhnim presekom in nekoliko večje obdelovance iz legiranega jekla, ki ne morejo izpolniti zahtev glede trdote po segrevanju in ohranjanju toplote pri normalnih temperaturah kaljenja in kaljenju v olju. Z ustreznim zvišanjem temperature kaljenja in nato kaljenjem v olju lahko dosežemo učinek utrjevanja in zmanjšanja deformacij. Pri uporabi te metode za kaljenje je treba paziti, da preprečimo težave, kot so grobljenje zrn, zmanjšanje mehanskih lastnosti in življenjske dobe obdelovanca zaradi povišane temperature kaljenja.
—Razvrstitev in kaljenje: Ko lahko trdota pri kaljenju izpolnjuje konstrukcijske zahteve, je treba v celoti izkoristiti klasifikacijo in austempering medija vroče kopeli, da se doseže namen zmanjšanja deformacije pri kaljenju. Ta metoda je učinkovita tudi za nizkokaljivo ogljikovo konstrukcijsko jeklo in orodno jeklo z majhnimi prerezi, zlasti jeklo za brizganje, ki vsebuje krom, in obdelovance iz hitroreznega jekla z visoko kaljivostjo. Klasifikacija medija vroče kopeli in metoda hlajenja pri kaljenju sta osnovni metodi kaljenja za to vrsto jekla. Podobno je učinkovit tudi za tista ogljikova jekla in nizkolegirana konstrukcijska jekla, ki ne zahtevajo visoke trdote za gašenje.
Pri kaljenju z vročo kopeljo je treba biti pozoren na naslednje:
Prvič, ko se oljna kopel uporablja za sortiranje in izotermično kaljenje, je treba temperaturo olja strogo nadzorovati, da se prepreči pojav požara.
Drugič, pri gašenju z nitratno soljo mora biti rezervoar za nitratno sol opremljen s potrebnimi instrumenti in napravami za vodno hlajenje. Za druge previdnostne ukrepe si oglejte ustrezne informacije in jih tukaj ne bomo ponavljali.
Tretjič, med izotermnim kaljenjem je treba strogo nadzorovati izotermno temperaturo. Visoka ali nizka temperatura ne prispeva k zmanjšanju deformacije pri kaljenju. Poleg tega je treba med kaljenjem izbrati način obešanja obdelovanca, da se prepreči deformacija, ki jo povzroči teža obdelovanca.
Četrtič, pri uporabi izotermnega ali stopenjskega kaljenja za popravljanje oblike obdelovanca, medtem ko je vroč, morajo biti orodja in vpenjala popolnoma opremljeni, delovanje pa mora biti hitro med delovanjem. Preprečite škodljive učinke na kakovost kaljenja obdelovanca.
Hlajenje: Spretno delovanje med postopkom hlajenja pomembno vpliva na deformacijo pri kaljenju, zlasti kadar se uporabljajo mediji za kaljenje v vodi ali olju.
-Pravilna smer vnosa gasilnega medija: Običajno je treba simetrično uravnotežene ali podolgovate paličaste obdelovance kaliti navpično v medij. Asimetrične dele je mogoče pogasiti pod kotom. Namen pravilne smeri je zagotoviti enakomerno hlajenje po vseh delih, pri čemer počasnejša hladilna območja najprej vstopajo v medij, čemur sledijo hitrejši hladilni deli. Upoštevanje oblike obdelovanca in njenega vpliva na hitrost ohlajanja je v praksi bistvenega pomena.
- Gibanje obdelovancev v mediju za kaljenje: Deli, ki se počasi hladijo, morajo biti obrnjeni proti mediju za gašenje. Simetrično oblikovani obdelovanci morajo slediti uravnoteženi in enotni poti v mediju, ohranjati majhno amplitudo in hitro gibanje. Pri tankih in podolgovatih obdelovancih je stabilnost med kaljenjem ključna. Izogibajte se nihanju in razmislite o uporabi sponk namesto žične vezave za boljši nadzor.
-Hitrost gašenja: Obdelovance je treba hitro kaliti. Zlasti pri tankih, paličastih obdelovancih lahko počasnejše hitrosti kaljenja povzročijo povečano upogibno deformacijo in razlike v deformaciji med odseki, kaljenimi ob različnih časih.
-Nadzorovano hlajenje: Pri obdelovancih s precejšnjimi razlikami v velikosti preseka zaščitite hitreje ohlajene odseke z materiali, kot so azbestne vrvi ali kovinske plošče, da zmanjšate njihovo hitrost ohlajanja in dosežete enakomerno ohlajanje.
- Čas hlajenja v vodi: Za obdelovance, ki se v glavnem deformirajo zaradi strukturnih obremenitev, skrajšajte njihov čas ohlajanja v vodi. Pri obdelovancih, ki so deformirani predvsem zaradi toplotne obremenitve, podaljšajte čas ohlajanja v vodi, da zmanjšate deformacijo zaradi kaljenja.
Uredil May Jiang iz MAT Aluminium
Čas objave: 21. februarja 2024
