При термообработке алюминия и алюминиевых сплавов обычно возникают различные проблемы, такие как:
-Неправильное размещение детали: это может привести к деформации детали, часто из-за недостаточного отвода тепла закалочной средой с достаточно высокой скоростью для достижения желаемых механических свойств.
-Быстрый нагрев: это может привести к термической деформации; Правильное размещение деталей помогает обеспечить равномерный нагрев.
-Перегрев: это может привести к частичному плавлению или плавлению эвтектики.
-Поверхностное образование накипи/высокотемпературное окисление.
-Чрезмерное или недостаточное старение, оба из которых могут привести к потере механических свойств.
- Колебания времени/температуры/параметров закалки, которые могут вызвать отклонения в механических и/или физических свойствах деталей и партий.
-Кроме того, плохая однородность температуры, недостаточное время изоляции и недостаточное охлаждение во время термообработки раствора могут привести к неудовлетворительным результатам.
Термическая обработка — важнейший термический процесс в алюминиевой промышленности. Давайте углубимся в более глубокие знания.
1.Предварительная обработка
Процессы предварительной обработки, улучшающие структуру и снимающие напряжения перед закалкой, полезны для уменьшения деформации. Предварительная обработка обычно включает в себя такие процессы, как сфероидизирующий отжиг и отжиг для снятия напряжений, а некоторые также применяют закалку и отпуск или нормализующую обработку.
Отжиг для снятия напряжения: Во время обработки могут возникать остаточные напряжения из-за таких факторов, как методы обработки, зацепление инструмента и скорости резания. Неравномерное распределение этих напряжений может привести к деформации при закалке. Чтобы смягчить эти эффекты, необходим отжиг для снятия напряжений перед закалкой. Температура отжига для снятия напряжений обычно составляет 500-700°C. При нагреве в воздушной среде применяют температуру 500-550°С с выдержкой 2-3 часа для предотвращения окисления и обезуглероживания. Во время нагрузки следует учитывать деформацию детали из-за собственного веса, а остальные процедуры аналогичны стандартному отжигу.
Предварительная термическая обработка для улучшения структуры: Сюда входит сфероидизирующий отжиг, закалка и отпуск, нормализующая обработка.
-Сфероидизирующий отжиг: необходимая для углеродистой инструментальной стали и легированной инструментальной стали во время термической обработки, структура, полученная после сфероидизирующего отжига, существенно влияет на тенденцию деформации во время закалки. Регулируя структуру после отжига, можно уменьшить регулярные искажения во время закалки.
-Другие методы предварительной обработки: Для уменьшения искажений при закалке можно использовать различные методы, такие как закалка и отпуск, нормализующая обработка. Выбор подходящей предварительной обработки, такой как закалка и отпуск, нормализующая обработка в зависимости от причины деформации и материала детали, может эффективно уменьшить деформацию. Однако необходима осторожность в отношении остаточных напряжений и увеличения твердости после отпуска, особенно обработка закалкой и отпуском может уменьшить расширение во время закалки сталей, содержащих W и Mn, но мало влияет на снижение деформации для таких сталей, как GCr15.
В практическом производстве выявление причины закалочной деформации, будь то из-за остаточных напряжений или плохой структуры, имеет важное значение для эффективного лечения. Отжиг для снятия напряжений следует проводить при деформации, вызванной остаточными напряжениями, тогда как такие обработки, как отпуск, изменяющие структуру, не нужны, и наоборот. Только тогда можно будет достичь цели уменьшения деформаций при гашении, снижения затрат и обеспечения качества.
2. Операция закалочного нагрева.
Температура закалки: Температура закалки существенно влияет на искажения. Мы можем достичь цели уменьшения деформации путем регулировки температуры закалки, или зарезервированный припуск на обработку такой же, как температура закалки для достижения цели уменьшения деформации, или разумно выбранный и зарезервированный припуск на обработку и температура закалки после испытаний на термообработку. , чтобы уменьшить последующий припуск на обработку. Влияние температуры закалки на закалочную деформацию связано не только с материалом, из которого изготовлена заготовка, но также с размером и формой заготовки. Когда форма и размер заготовки сильно различаются, хотя материал заготовки один и тот же, тенденция закалочной деформации совершенно другая, и оператор должен обратить внимание на эту ситуацию в реальном производстве.
Время выдержки закалки: Выбор времени выдержки не только обеспечивает тщательный нагрев и достижение желаемой твердости или механических свойств после закалки, но также учитывает его влияние на деформацию. Увеличение времени закалочной выдержки существенно повышает температуру закалки, особенно заметно для высокоуглеродистых и высокохромистых сталей.
Методы загрузки: Если во время нагрева заготовку разместить в неподходящей форме, это приведет к деформации из-за веса заготовки или деформации из-за взаимного выдавливания между заготовками, или деформации из-за неравномерного нагрева и охлаждения из-за чрезмерного укладывания заготовок.
Метод нагрева: Для заготовок сложной формы и различной толщины, особенно с высоким содержанием углерода и легирующих элементов, решающее значение имеет медленный и равномерный процесс нагрева. Часто необходимо использовать предварительный нагрев, иногда требующий нескольких циклов предварительного нагрева. Для более крупных заготовок, которые не подвергаются эффективной обработке путем предварительного нагрева, использование коробчатой печи сопротивления с контролируемым нагревом может уменьшить искажения, вызванные быстрым нагревом.
3. Операция охлаждения
Закалочная деформация возникает в первую очередь в результате процесса охлаждения. Правильный выбор закалочной среды, умелая эксплуатация и каждый этап процесса охлаждения напрямую влияют на закалочную деформацию.
Выбор закалочной среды: Чтобы обеспечить желаемую твердость после закалки, следует отдавать предпочтение более мягким закалочным средам, чтобы минимизировать деформацию. Для охлаждения рекомендуется использовать нагретую ванну (чтобы облегчить правку, пока деталь еще горячая) или даже воздушное охлаждение. Среды со скоростью охлаждения между водой и маслом также могут заменить двойные среды вода-масло.
— Закалка с воздушным охлаждением: Закалка с воздушным охлаждением эффективна для уменьшения закалочной деформации быстрорежущей стали, хромистой литейной стали и микродеформированной стали с воздушным охлаждением. Для стали 3Cr2W8V, которая не требует высокой твердости после закалки, можно также использовать закалку на воздухе для уменьшения деформации путем правильной регулировки температуры закалки.
—Охлаждение и закалка масла: масло является закалочной средой со значительно меньшей скоростью охлаждения, чем вода, но для заготовок с высокой прокаливаемостью, малыми размерами, сложной формой и большой склонностью к деформации скорость охлаждения масла слишком высока, а для заготовок небольшого размера, но плохой закаливаемость, скорость охлаждения масла недостаточна. Чтобы решить вышеуказанные противоречия и в полной мере использовать закалку маслом для уменьшения закалочной деформации заготовок, люди приняли методы регулирования температуры масла и повышения температуры закалки для расширения использования масла.
—Изменение температуры закалки масла: использование той же температуры масла для закалки для уменьшения закалочной деформации по-прежнему имеет следующие проблемы: когда температура масла низкая, закалочная деформация все еще велика, а когда температура масла высокая, трудно гарантировать, что твердость заготовки после закалки. Под совокупным влиянием формы и материала некоторых заготовок повышение температуры закалочного масла может также увеличить их деформацию. Поэтому очень важно определить температуру закалочного масла после прохождения испытания в соответствии с фактическими условиями материала заготовки, размером и формой поперечного сечения.
При использовании горячего масла для тушения во избежание возгорания, вызванного высокой температурой масла, вызванной закалкой и охлаждением, рядом с масляным баком должно быть установлено необходимое противопожарное оборудование. Кроме того, показатели качества закалочного масла следует регулярно проверять, а новое масло следует своевременно пополнять или заменять.
—Увеличить температуру закалки.: Этот метод подходит для заготовок из углеродистой стали небольшого поперечного сечения и заготовок из легированной стали немного большего сечения, которые не могут соответствовать требованиям твердости после нагрева и сохранения тепла при обычных температурах закалки и закалки в масле. Соответствующим увеличением температуры закалки, а затем закалкой в масле можно добиться эффекта упрочнения и уменьшения деформации. При использовании этого метода закалки следует соблюдать осторожность, чтобы не допустить таких проблем, как укрупнение зерна, снижение механических свойств и срока службы заготовки из-за повышения температуры закалки.
—Классификация и закалка: Когда закалочная твердость может соответствовать проектным требованиям, следует полностью использовать классификацию и закалку среды горячей ванны для достижения цели уменьшения закалочной деформации. Этот метод эффективен также для низкопрокаливающихся, мелкосортных углеродистых конструкционных и инструментальных сталей, особенно хромсодержащих штамповых сталей и заготовок из быстрорежущей стали с высокой прокаливаемостью. Классификация среды горячей ванны и метод охлаждающего отпуска являются основными методами закалки этой стали. Аналогично он эффективен и для тех углеродистых сталей и низколегированных конструкционных сталей, которые не требуют высокой закалочной твердости.
При закалке горячей ванной следует обратить внимание на следующие вопросы:
Во-первых, когда для сортировки и изотермической закалки используется масляная ванна, необходимо строго контролировать температуру масла, чтобы предотвратить возникновение пожара.
Во-вторых, при закалке нитратными солями емкость для нитратной соли должна быть оборудована необходимыми приборами и устройствами водяного охлаждения. Для получения информации о других мерах предосторожности обратитесь к соответствующей информации, мы не будем повторять их здесь.
В-третьих, при изотермической закалке необходимо строго контролировать изотермическую температуру. Высокая или низкая температура не способствует уменьшению закалочной деформации. Кроме того, при закалке следует выбирать способ подвешивания заготовки, чтобы предотвратить деформацию, вызванную весом заготовки.
В-четвертых, при использовании изотермической или ступенчатой закалки для коррекции формы горячей заготовки оснастка и приспособления должны быть полностью укомплектованы, а действие в процессе работы должно быть быстрым. Предотвратить негативное влияние на качество закалки заготовки.
Операция охлаждения: Умелая работа в процессе охлаждения оказывает существенное влияние на закалочную деформацию, особенно при использовании водных или масляных закалочных сред.
-Правильное направление входа закалочной среды: Обычно симметрично сбалансированные или удлиненные стержнеобразные заготовки следует закаливать в среду вертикально. Асимметричные детали можно закаливать под углом. Правильное направление направлено на обеспечение равномерного охлаждения всех частей, при этом сначала в среду попадают более медленные охлаждающие области, а затем более быстрые секции охлаждения. На практике очень важно учитывать форму заготовки и ее влияние на скорость охлаждения.
-Движение заготовок в закалочной среде: Медленно охлаждающиеся детали должны быть обращены к закалочной среде. Заготовки симметричной формы должны следовать по сбалансированному и равномерному пути в среде, сохраняя небольшую амплитуду и быстрое движение. Для тонких и удлиненных заготовок решающее значение имеет стабильность при закалке. Избегайте раскачивания и рассмотрите возможность использования зажимов вместо проволочных привязок для лучшего контроля.
-Скорость закалки: Заготовки должны быть быстро закалены. В частности, для тонких стержнеобразных заготовок более низкие скорости закалки могут привести к повышенной деформации изгиба и различиям в деформации между секциями, закаленными в разное время.
-Контролируемое охлаждение: Для заготовок со значительными различиями в размерах поперечного сечения защитите быстро остывающие участки такими материалами, как асбестовый канат или металлические листы, чтобы снизить скорость их охлаждения и добиться равномерного охлаждения.
-Время охлаждения в воде: Для заготовок, которые в основном деформируются из-за структурных напряжений, сократите время их охлаждения в воде. Для заготовок, которые в первую очередь подвергаются деформации из-за термического напряжения, увеличьте время их охлаждения в воде, чтобы уменьшить закалочную деформацию.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminium
Время публикации: 21 февраля 2024 г.
