При термической обработке алюминия и алюминиевых сплавов часто возникают различные проблемы, такие как:
- Неправильное размещение детали: это может привести к деформации детали, часто из-за недостаточно быстрого отвода тепла закалочной средой для достижения желаемых механических свойств.
- Быстрый нагрев: это может привести к термической деформации; правильное размещение деталей помогает обеспечить равномерный нагрев.
-Перегрев: может привести к частичному плавлению или эвтектическому плавлению.
-Поверхностное шелушение/высокотемпературное окисление.
-Чрезмерное или недостаточное старение, оба этих фактора могут привести к потере механических свойств.
- Колебания параметров времени/температуры/закалки, которые могут привести к отклонениям механических и/или физических свойств между деталями и партиями.
-Кроме того, плохая равномерность температуры, недостаточное время изоляции и недостаточное охлаждение во время термообработки на твердый раствор могут способствовать получению неудовлетворительных результатов.
Термическая обработка является важнейшим термическим процессом в алюминиевой промышленности. Давайте углубимся в более подробную информацию по этой теме.
1.Предварительная обработка
Процессы предварительной обработки, которые улучшают структуру и снимают напряжение перед закалкой, полезны для уменьшения искажений. Предварительная обработка обычно включает такие процессы, как сфероидизирующий отжиг и отжиг для снятия напряжения, а некоторые также применяют закалку и отпуск или нормализацию.
Отжиг для снятия напряжений: Во время обработки остаточные напряжения могут возникать из-за таких факторов, как методы обработки, зацепление инструмента и скорости резания. Неравномерное распределение этих напряжений может привести к деформации во время закалки. Для смягчения этих эффектов необходим отжиг для снятия напряжений перед закалкой. Температура отжига для снятия напряжений обычно составляет 500-700 °C. При нагреве в воздушной среде используется температура 500-550 °C с выдержкой 2-3 часа для предотвращения окисления и обезуглероживания. Во время нагрузки следует учитывать деформацию детали из-за собственного веса, а другие процедуры аналогичны стандартному отжигу.
Предварительная термообработка для улучшения структуры: Сюда входит сфероидизирующий отжиг, закалка и отпуск, нормализационная обработка.
-Сфероидизирующий отжиг: Существенно для углеродистой инструментальной стали и легированной инструментальной стали во время термической обработки, структура, полученная после сфероидизирующего отжига, существенно влияет на тенденцию искажения во время закалки. Регулируя структуру после отжига, можно уменьшить регулярное искажение во время закалки.
-Другие методы предварительной обработки: Для уменьшения деформации при закалке можно использовать различные методы, такие как закалка и отпуск, нормализация. Выбор подходящей предварительной обработки, такой как закалка и отпуск, нормализация, на основе причины деформации и материала детали может эффективно уменьшить деформацию. Однако необходимо проявлять осторожность в отношении остаточных напряжений и повышения твердости после отпуска, особенно закалка и отпуск могут уменьшить расширение во время закалки для сталей, содержащих W и Mn, но мало влияют на уменьшение деформации для сталей, таких как GCr15.
В практическом производстве определение причины закалочной деформации, будь то из-за остаточных напряжений или плохой структуры, имеет важное значение для эффективной обработки. Отжиг для снятия напряжений следует проводить для деформации, вызванной остаточными напряжениями, в то время как такие обработки, как отпуск, которые изменяют структуру, не нужны, и наоборот. Только тогда можно достичь цели снижения закалочной деформации, чтобы снизить затраты и обеспечить качество.
2. Операция закалки и нагрева
Температура закалки: Температура закалки значительно влияет на деформацию. Мы можем достичь цели уменьшения деформации, регулируя температуру закалки, или зарезервированный припуск на обработку такой же, как температура закалки, чтобы достичь цели уменьшения деформации, или разумно выбрать и зарезервировать припуск на обработку и температуру закалки после испытаний на термическую обработку, чтобы уменьшить последующий припуск на обработку. Влияние температуры закалки на деформацию закалки связано не только с материалом, используемым в заготовке, но также с размером и формой заготовки. Когда форма и размер заготовки сильно различаются, хотя материал заготовки один и тот же, тенденция деформации закалки совершенно иная, и оператор должен обратить внимание на эту ситуацию в реальном производстве.
Время выдержки при закалке: Выбор времени выдержки не только обеспечивает тщательный нагрев и достижение желаемой твердости или механических свойств после закалки, но и учитывает его влияние на деформацию. Увеличение времени выдержки при закалке существенно повышает температуру закалки, что особенно заметно для высокоуглеродистой и высокохромистой стали.
Методы загрузки: Если заготовка при нагревании будет размещена в ненадлежащей 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 друг на друга.
Метод нагрева: Для заготовок сложной формы и переменной толщины, особенно с высоким содержанием углерода и легирующих элементов, медленный и равномерный процесс нагрева имеет решающее значение. Часто необходимо использовать предварительный нагрев, иногда требующий нескольких циклов предварительного нагрева. Для более крупных заготовок, которые неэффективно обрабатываются предварительным нагревом, использование муфельной печи сопротивления с контролируемым нагревом может уменьшить деформацию, вызванную быстрым нагревом.
3. Охлаждение
Деформация закалки в первую очередь является результатом процесса охлаждения. Правильный выбор среды закалки, умелая эксплуатация и каждый этап процесса охлаждения напрямую влияют на деформацию закалки.
Выбор закалочной среды: При обеспечении желаемой твердости после закалки следует отдавать предпочтение более мягким закалочным средам, чтобы минимизировать деформацию. Рекомендуется использовать среды с подогретой ванной для охлаждения (чтобы облегчить выпрямление, 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 на воздухе эффективна для снижения деформации закалки быстрорежущей стали, хромистой литейной стали и микродеформационной стали с воздушным охлаждением. Для стали 3Cr2W8V, не требующей высокой твердости после закалки, закалка на воздухе также может использоваться для снижения деформации путем надлежащей регулировки температуры закалки.
—Охлаждение и закалка в масле: масло является закалочной средой с гораздо более низкой скоростью охлаждения, чем вода, но для заготовок с высокой закаливаемостью, малыми размерами, сложной формой и большой тенденцией к деформации скорость охлаждения масла слишком высока, но для заготовок с малыми размерами, но плохой закаливаемостью скорость охлаждения масла недостаточна. Чтобы разрешить 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 закалочного масла: использование той же температуры масла для закалки для уменьшения деформации закалки все еще имеет следующие проблемы, то есть, когда температура масла низкая, деформация закалки все еще велика, а когда температура масла высокая, трудно гарантировать, что заготовка после закалки имеет твердость. Под совокупным влиянием формы и материала некоторых заготовок, повышение температуры закалочного масла может также увеличить ее деформацию. Поэтому очень важно определить температуру масла закалочного масла после прохождения испытания в соответствии с фактическими условиями материала заготовки, размером поперечного сечения и формой.
При использовании горячего масла для закалки, чтобы избежать пожара, вызванного высокой температурой масла, вызванной закалкой и охлаждением, вблизи масляного бака должно быть установлено необходимое противопожарное оборудование. Кроме того, следует регулярно проверять показатели качества закалочного масла, а также своевременно пополнять или заменять новое масло.
—Увеличить температуру закалки: Этот метод подходит для заготовок из углеродистой стали небольшого поперечного сечения и заготовок из легированной стали немного большего размера, которые не могут соответствовать требованиям по твердости после нагрева и сохранения тепла при нормальных температурах закалки и закалки в масле. Соответствующим образом увеличивая температуру закалки и затем закалки в масле, можно достичь эффекта упрочнения и уменьшения деформации. При использовании этого метода закалки следует проявлять осторожность, чтобы предотвратить такие проблемы, как укрупнение зерна, снижение механических свойств и срока службы заготовки из-за повышенной температуры закалки.
—Классификация и закалка: Когда закалочная твердость может соответствовать требованиям конструкции, классификация и аустенизация среды горячей ванны должны быть полностью использованы для достижения цели снижения закалочной деформации. Этот метод также эффективен для низкозакаливаемой, мелкосортной углеродистой конструкционной стали и инструментальной стали, особенно для хромсодержащей штамповой стали и заготовок из быстрорежущей стали с высокой закаливаемостью. Классификация среды горячей ванны и метод охлаждения аустенизацией являются основными методами закалки для этого вида стали. Аналогично, он также эффективен для тех углеродистых сталей и низколегированных конструкционных сталей, которые не требуют высокой закалочной твердости.
При закалке в горячей ванне следует обратить внимание на следующие моменты:
Во-первых, при использовании масляной ванны для градуировки и изотермической закалки необходимо строго контролировать температуру масла, чтобы не допустить возникновения пожара.
Во-вторых, при закалке с использованием сортов нитратной соли, резервуар для нитратной соли должен быть оснащен необходимыми приборами и устройствами для охлаждения водой. Для других мер предосторожности, пожалуйста, обратитесь к соответствующей информации, и не будем повторять их здесь.
В-третьих, изотермическая температура должна строго контролироваться во время изотермической закалки. Высокая или низкая температура не способствует снижению деформации закалки. Кроме того, во время аустенизации следует выбирать способ подвешивания заготовки, чтобы предотвратить деформацию, вызванную весом заготовки.
В-четвертых, при использовании изотермической или ступенчатой закалки для исправления формы заготовки в горячем состоянии инструмент и приспособления должны быть полностью оснащены, а действие должно быть быстрым во время работы. Предотвращать неблагоприятные воздействия на качество закалки заготовки.
Операция охлаждения: Умелое выполнение операций во время процесса охлаждения оказывает существенное влияние на деформацию закалки, особенно при использовании в качестве закалочной среды воды или масла.
- Правильное направление входа закалочной среды: Обычно симметрично сбалансированные или удлиненные стержнеобразные заготовки следует закаливать вертикально в среду. Асимметричные детали можно закаливать под углом. Правильное направление направлено на обеспечение равномерного охлаждения по всем деталям, при этом сначала в среду попадают области с более медленным охлаждением, а затем — области с более быстрым охлаждением. Учет формы заготовки и ее влияния на скорость охлаждения имеет решающее значение на практике.
-Перемещение заготовок в закалочной среде: Медленно охлаждающиеся детали должны быть обращены к закалочной среде. Симметрично сформированные заготовки должны следовать сбалансированной и однородной траектории в среде, сохраняя небольшую амплитуду и быстрое движение. Для тонких и удлиненных заготовок стабильность во время закалки имеет решающее значение. Избегайте раскачивания и рассмотрите возможность использования зажимов вместо проволочной обвязки для лучшего контроля.
-Скорость гашения: Заготовки следует закаливать быстро. В частности, для тонких, стержнеобразных заготовок более медленная закалка может привести к увеличению деформации изгиба и различиям в деформации между секциями, закаленными в разное время.
-Управляемое охлаждение: Для заготовок со значительными различиями в размерах поперечного сечения защитите быстроохлаждающиеся участки такими материалами, как асбестовый канат или металлические листы, чтобы снизить скорость их охлаждения и добиться равномерного охлаждения.
-Время охлаждения в воде: Для заготовок, в основном подвергающихся деформации из-за структурного напряжения, сократите время их охлаждения в воде. Для заготовок, в основном подвергающихся деформации из-за термического напряжения, увеличьте время их охлаждения в воде, чтобы уменьшить деформацию закалки.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminum
Время публикации: 21 февр. 2024 г.
