Je proces tepelného zpracování stejný pro různé kovové materiály?

一, Základ pro diferenciaci procesních konceptů
Hlavní myšlenkou tepelného zpracování kovů je použití teplotních polí k regulaci pohybu atomů a změny fází. Různé kovy však mají docela různé způsoby uspořádání svých atomů a změn fází.
Slitiny na bázi železa- (ocel): Podle železo-uhlíkového fázového diagramu procesy jako austenitizace a martenzitická transformace činí materiál pevnější. Například pro úplnou austenitizaci struktury oceli 45 # je třeba ji zahřát na 840–860 stupňů a poté rychle zchladit, aby vznikl martenzit, který má tvrdost HRC50–55.
Hliníková slitina: závisí na mechanismu zpevnění tuhého roztoku a stárnutí. Například při práci s hliníkovou slitinou 6061 ošetření roztokem znamená držení při 530–540 stupních po dobu 4–6 hodin, aby se úplně rozpustila fáze Mg₂ Si. Poté se prudce ochladí ve vodě, aby se vytvořil přesycený pevný roztok, a nakonec se nechá stárnout při 175 stupních, aby se vytvořily fáze zpevnění v nanoměřítku. Pevnost v tahu je možné zvýšit ze 180MPa na 310MPa.
U titanových slitin řídí mikrostrukturu tepelné zpracování v oblasti beta fáze. Vzduchovým chlazením titanové slitiny TC4 po úpravě tuhým roztokem v oblasti fáze při 980–1020 stupních lze získat vrstvenou + strukturu s pevností v tahu 1100 MPa. Pokud se izotermické zpracování provádí při 850 stupních, může se vytvořit rovnoosá alfa fáze a rychlost prodloužení může být zvýšena na 15 %.
2, Různé způsoby provádění typických procesů
Různé typy kovů vyvinuly své vlastní metody tepelného zpracování, protože mají různé požadavky na výkon.
1. Různé způsoby práce s ocelovými materiály
Kalení a popouštění: Pro dosažení vysoké tvrdosti (HRC62-65) a odolnosti proti opotřebení je potřeba nástrojová ocel s vysokým obsahem uhlíku (jako T10A) kalit na 1000–1050 stupňů a popouštět na 200 stupňů. Chcete-li získat popuštěnou martenzitovou strukturu, 42CrMo kalená a temperovaná ocel musí být kalena na 850 stupňů a popouštěna na 550 stupňů. Tato struktura kombinuje pevnost (σ b větší nebo rovno 1080 MPa) a houževnatost (ak větší nebo rovno 39 J).
Unikátní proces: Kryogenní úprava (-196 stupňů chlazení kapalným dusíkem) může přeměnit zbylý austenit na martenzit, díky čemuž je ložisková ocel 9Cr18Mo 1-2HRC tvrdší; kalení povrchu indukčního ohřevu může vytvořit 5 mm silnou kalenou vrstvu na povrchu ozubeného kola při zachování pevnosti jádra.
2. Procesy, které jsou určeny pouze pro neželezné-kovy
Ošetření T6 (pevný roztok + umělé stárnutí) je typický způsob, jak zpevnit hliníkové slitiny řady 6000. Aby se vyrovnala pevnost a odolnost vůči korozi namáháním, potřebuje hliníková slitina 7075 dvoufázové stárnutí T74- (120 stupňů / 24 h → 160 stupňů / 8 h).
Slitina mědi: Berylliový bronz (QBe2) tvoří fázi, když zraje při 320–340 stupních, a má tvrdost HRC38–42. Mosaz (H62) uvolňuje-napětí při 300–350 stupních, aby se zbavila zpevnění za studena.
Hořčíková slitina: Po zpracování v roztoku při 415 stupních tvoří hořčíková slitina AZ91D fázi - Mg₁₇ Al₁₂ stárnutím při 175 stupních. Tím je mez kluzu o 30 % silnější.
3. Jedinečné potřeby pro žáruvzdorné kovy
Wolframová slitina: potřebuje rekrystalizační žíhání při 1400–1600 stupních, aby se zbavila zpevnění za studena, a velikost zrna musí být udržována na méně než nebo rovna 50 μm, aby se udržela pevnost při vysokých teplotách.
Slitina molybdenu: Pro opravu poškození zářením a obnovení výkonu konstrukčních materiálů jaderného reaktoru je žíhána při vysoké teplotě 1800–2000 stupňů.
3, Zákony společné pro navrhování procesů
I když jsou parametry procesu velmi rozdílné, návrh tepelného zpracování pro různé typy kovových materiálů se řídí těmito základními pravidly:
Fázový diagram je hlavní myšlenkou všech návrhů procesů. Kritická teplota (Ac ₁, Ac ∝, Ms atd.) se používá pro volbu teploty ohřevu. Například pro úplné rozpuštění karbidů v nerezové oceli 304 je třeba ji zahřát na 1050–1100 stupňů.
Řízení rychlosti ochlazování: Zvolte správné médium (voda, olej, polymer atd.), abyste řídili tempo ochlazování a přiměli tkáň, aby se určitým způsobem změnila. Kalení vodou může proměnit vysoko-uhlíkovou ocel na martenzit, zatímco kalení olejem může zabránit rozbití-legované oceli.
Žíhání pro odlehčení pnutí (například ocel na 300–400 stupňů a hliníková slitina na 150–200 stupňů) se používá k odstranění napětí při zpracování a k ochraně věcí před ohýbáním nebo praskáním. Namísto tepelného zpracování se ke snížení napětí v dílech z hliníkové slitiny letadel široce používá vibrační stárnutí (VSR).
Společná úprava povrchu: Použití chemického tepelného zpracování (nauhličování, nitridace) a kalení povrchu společně pro dosažení různých úrovní výkonu. Například ozubená kola jsou nauhličována 20CrMnTi (930 stupňů × 8h), kalena a temperována při nízkých teplotách. To jim dává povrchovou tvrdost HRC58-62 a udržuje je v jádru houževnaté.
4, Hlavní směr zlepšování procesů
Jak věda o materiálech pokročila, techniky tepelného zpracování vykazovaly následující inovativní trendy:
Lokální tepelné ošetření laserem/elektronovým paprskem je přesným způsobem kontroly teploty malých oblastí tkáně. Používá se k zesílení otvorů plynového filmu obklopujících lopatky leteckých motorů.
Inteligentní procesní systém: Dokáže předpovídat, jak se tkáň změní, a zlepšit parametry na základě simulace procesu tepelného zpracování digitálního dvojčete. Například GE používá software ProCAST, aby zabránil deformaci disku turbíny o více než 0,1 mm během kalení.
Technologie pro výrobu věcí ekologickým způsobem: Nízkotlaké nauhličování (LPC) nahrazuje tradiční plynové nauhličování, aby se snížily emise CO₂. Technologie výměny zhášecího oleje (jako je polymer PAG) snižuje emise VOC.