Tijekom toplinske obrade aluminija i aluminijevih legura često se susreću različiti problemi, kao što su:
-Nepravilno postavljanje dijela: To može dovesti do deformacije dijela, često zbog nedovoljnog odvođenja topline medijem za kaljenje dovoljno brzom brzinom za postizanje željenih mehaničkih svojstava.
-Brzo zagrijavanje: To može rezultirati toplinskom deformacijom; pravilno postavljanje dijelova pomaže u osiguravanju ravnomjernog zagrijavanja.
-Pregrijavanje: To može dovesti do djelomičnog taljenja ili eutektičkog taljenja.
-Površinsko kamenanje/oksidacija na visokim temperaturama.
-Prekomjerna ili nedovoljna obrada starenja, što može rezultirati gubitkom mehaničkih svojstava.
-Fluktuacije u parametrima vremena/temperature/kaljenja koje mogu uzrokovati odstupanja u mehaničkim i/ili fizičkim svojstvima između dijelova i serija.
-Osim toga, loša ujednačenost temperature, nedovoljno vrijeme izolacije i nedovoljno hlađenje tijekom toplinske obrade otopinom mogu doprinijeti neadekvatnim rezultatima.
Toplinska obrada je ključni toplinski proces u aluminijskoj industriji, pa ćemo se sada detaljnije upoznati s tim područjem.
1. Prethodna obrada
Postupci predobrade koji poboljšavaju strukturu i ublažavaju naprezanje prije kaljenja korisni su za smanjenje izobličenja. Predobrada obično uključuje postupke poput sferoidizirajućeg žarenja i žarenja za ublažavanje naprezanja, a neki također usvajaju kaljenje i popuštanje ili normalizirajuću obradu.
Žarenje za ublažavanje stresaTijekom obrade, zaostala naprezanja mogu se razviti zbog čimbenika poput metoda obrade, zahvata alata i brzina rezanja. Neravnomjerna raspodjela tih naprezanja može dovesti do izobličenja tijekom kaljenja. Kako bi se ublažili ti učinci, potrebno je žarenje za smanjenje naprezanja prije kaljenja. Temperatura za žarenje za smanjenje naprezanja općenito je 500-700 °C. Prilikom zagrijavanja u zračnom mediju koristi se temperatura od 500-550 °C s vremenom zadržavanja od 2-3 sata kako bi se spriječila oksidacija i dekarburizacija. Izobličenje dijela zbog vlastite težine treba uzeti u obzir tijekom opterećenja, a ostali postupci slični su standardnom žarenju.
Predgrijavanje za poboljšanje struktureTo uključuje sferoidizirajuće žarenje, kaljenje i popuštanje, normalizacijski tretman.
-Sferoidizirajuće žarenjeStruktura dobivena nakon sferoidizirajućeg žarenja, bitna za ugljični alatni čelik i legirani alatni čelik tijekom toplinske obrade, značajno utječe na trend izobličenja tijekom kaljenja. Prilagođavanjem strukture nakon žarenja može se smanjiti redovito izobličenje tijekom kaljenja.
-Ostale metode prethodne obradeZa smanjenje izobličenja uslijed kaljenja mogu se koristiti različite metode, poput kaljenja i popuštanja te normalizirajuće obrade. Odabirom prikladnih predobrada poput kaljenja i popuštanja te normalizirajuće obrade, na temelju uzroka izobličenja i materijala dijela, moguće je učinkovito smanjiti izobličenje. Međutim, potreban je oprez zbog zaostalih naprezanja i povećanja tvrdoće nakon popuštanja, posebno kaljenje i popuštanje mogu smanjiti širenje tijekom kaljenja za čelike koji sadrže W i Mn, ali imaju mali učinak na smanjenje deformacije za čelike poput GCr15.
U praktičnoj proizvodnji, utvrđivanje uzroka izobličenja uzrokovanog kaljenjem, bilo da je riječ o zaostalim naprezanjima ili lošoj strukturi, ključno je za učinkovit tretman. Žarenje za ublažavanje naprezanja treba provoditi za izobličenja uzrokovana zaostalim naprezanjima, dok tretmani poput popuštanja koji mijenjaju strukturu nisu potrebni i obrnuto. Tek tada se može postići cilj smanjenja izobličenja uzrokovanog kaljenjem kako bi se smanjili troškovi i osigurala kvaliteta.
2. Postupak zagrijavanja kaljenjem
Temperatura kaljenjaTemperatura kaljenja značajno utječe na izobličenje. Svrhu smanjenja deformacije možemo postići podešavanjem temperature kaljenja ili rezerviranim dodatkom za obradu koji je isti kao temperatura kaljenja kako bi se postigla svrha smanjenja deformacije ili razumno odabrati i rezervirati dodatak za obradu i temperaturu kaljenja nakon ispitivanja toplinske obrade, kako bi se smanjio naknadni dodatak za obradu. Utjecaj temperature kaljenja na deformaciju kaljenja nije povezan samo s materijalom koji se koristi u obratku, već i s veličinom i oblikom obratka. Kada su oblik i veličina obratka vrlo različiti, iako je materijal obratka isti, trend deformacije kaljenja je prilično različit, a operater bi trebao obratiti pozornost na ovu situaciju u stvarnoj proizvodnji.
Vrijeme zadržavanja pri gašenjuOdabir vremena zadržavanja ne samo da osigurava temeljito zagrijavanje i postizanje željene tvrdoće ili mehaničkih svojstava nakon kaljenja, već uzima u obzir i njegov utjecaj na deformaciju. Produljenje vremena zadržavanja pri kaljenju bitno povećava temperaturu kaljenja, što je posebno izraženo kod čelika s visokim udjelom ugljika i kroma.
Metode učitavanjaAko se obradak tijekom zagrijavanja postavi u nerazuman oblik, to će uzrokovati deformaciju zbog težine obradka ili deformaciju zbog međusobnog istiskivanja između obradaka ili deformaciju zbog neravnomjernog zagrijavanja i hlađenja zbog prekomjernog slaganja obradaka.
Metoda zagrijavanjaZa obradke složenog oblika i različite debljine, posebno one s visokim udjelom ugljika i legura, ključan je spor i ujednačen proces zagrijavanja. Često je potrebno korištenje predgrijavanja, ponekad zahtijevajući više ciklusa predgrijavanja. Za veće obradke koji nisu učinkovito obrađeni predgrijavanjem, korištenje kutijaste otporne peći s kontroliranim zagrijavanjem može smanjiti izobličenje uzrokovano brzim zagrijavanjem.
3. Rad hlađenja
Deformacija kaljenja prvenstveno je rezultat procesa hlađenja. Pravilan odabir medija za kaljenje, vješt rad i svaki korak procesa hlađenja izravno utječu na deformaciju kaljenja.
Odabir medija za gašenjeUz osiguravanje željene tvrdoće nakon kaljenja, treba dati prednost blažim medijima za kaljenje kako bi se smanjila deformacija. Preporučuje se korištenje zagrijanih medija za hlađenje (kako bi se olakšalo ravnanje dok je dio još vruć) ili čak hlađenje zrakom. Mediji s brzinama hlađenja između vode i ulja također mogu zamijeniti dvostruke medije voda-ulje.
—Kaljenje zračnim hlađenjemKaljenje zrakom učinkovito je za smanjenje deformacije kaljenja brzoreznog čelika, kromiranog čelika za kalupe i čelika za mikrodeformacije hlađenog zrakom. Za čelik 3Cr2W8V koji ne zahtijeva visoku tvrdoću nakon kaljenja, kaljenje zrakom također se može koristiti za smanjenje deformacije pravilnim podešavanjem temperature kaljenja.
—Hlađenje i kaljenje uljaUlje je medij za kaljenje s puno nižom brzinom hlađenja od vode, ali za obradke s visokom prokaljivošću, malom veličinom, složenim oblikom i velikom sklonošću deformaciji, brzina hlađenja ulja je previsoka, dok za obradke male veličine, ali sa slabom prokaljivošću, brzina hlađenja ulja nije dovoljna. Kako bi se riješile gore navedene kontradikcije i u potpunosti iskoristilo kaljenje ulja za smanjenje deformacije obradaka, ljudi su usvojili metode podešavanja temperature ulja i povećanja temperature kaljenja kako bi proširili korištenje ulja.
—Promjena temperature ulja za kaljenjeKorištenje iste temperature ulja za kaljenje radi smanjenja deformacije kaljenja i dalje ima sljedeće probleme, tj. kada je temperatura ulja niska, deformacija kaljenja je i dalje velika, a kada je temperatura ulja visoka, teško je osigurati tvrdoću obratka nakon kaljenja. Pod kombiniranim utjecajem oblika i materijala nekih obratka, povećanje temperature ulja za kaljenje također može povećati njegovu deformaciju. Stoga je vrlo važno odrediti temperaturu ulja za kaljenje nakon što je prošao ispitivanje prema stvarnim uvjetima materijala obratka, veličini poprečnog presjeka i obliku.
Prilikom korištenja vrućeg ulja za gašenje, kako bi se izbjegao požar uzrokovan visokom temperaturom ulja uzrokovanom gašenjem i hlađenjem, potrebna oprema za gašenje požara treba biti postavljena u blizini spremnika ulja. Osim toga, indeks kvalitete ulja za gašenje treba redovito provjeravati, a novo ulje treba pravovremeno nadopunjavati ili zamjenjivati.
— Povećajte temperaturu kaljenjaOva metoda je prikladna za obratke od ugljičnog čelika malog presjeka i nešto veće obratke od legiranog čelika koji ne mogu zadovoljiti zahtjeve tvrdoće nakon zagrijavanja i očuvanja topline na normalnim temperaturama kaljenja i kaljenja u ulju. Odgovarajućim povećanjem temperature kaljenja, a zatim kaljenjem u ulju, može se postići učinak kaljenja i smanjenja deformacije. Prilikom korištenja ove metode kaljenja treba paziti da se spriječe problemi poput grubljenja zrna, smanjenja mehaničkih svojstava i vijeka trajanja obratka zbog povećane temperature kaljenja.
—Klasifikacija i izotermno kaljenjeKada tvrdoća kaljenja može zadovoljiti konstrukcijske zahtjeve, klasifikacija i izotermno popuštanje medija vruće kupke treba se u potpunosti iskoristiti kako bi se postigla svrha smanjenja deformacije kaljenja. Ova metoda je također učinkovita za ugljične konstrukcijske čelike niske prokaljivosti, malog presjeka i alatne čelike, posebno čelike za kalupe koji sadrže krom i brzorezne čelike s visokom prokaljivošću. Klasifikacija medija vruće kupke i metoda hlađenja izotermnim popuštanjem osnovne su metode kaljenja za ovu vrstu čelika. Slično tome, učinkovita je i za one ugljične čelike i niskolegirane konstrukcijske čelike koji ne zahtijevaju visoku tvrdoću kaljenja.
Prilikom gašenja vrućom kupkom treba obratiti pozornost na sljedeća pitanja:
Prvo, kada se uljna kupka koristi za gradaciju i izotermno kaljenje, temperatura ulja treba strogo kontrolirati kako bi se spriječila pojava požara.
Drugo, prilikom gašenja s vrstama nitratne soli, spremnik nitratne soli treba biti opremljen potrebnim instrumentima i uređajima za hlađenje vodom. Za ostale mjere opreza, pogledajte relevantne informacije i ovdje ih nećemo ponavljati.
Treće, izotermnu temperaturu treba strogo kontrolirati tijekom izotermnog kaljenja. Visoka ili niska temperatura ne pogoduje smanjenju deformacije kaljenja. Osim toga, tijekom izotermnog kaljenja treba odabrati način vješanja obratka kako bi se spriječila deformacija uzrokovana težinom obratka.
Četvrto, kada se koristi izotermno ili postupno kaljenje za ispravljanje oblika obratka dok je vruć, alati i pribor trebaju biti potpuno opremljeni, a djelovanje treba biti brzo tijekom rada. Spriječite negativne učinke na kvalitetu kaljenja obratka.
HlađenjeVješto rukovanje tijekom procesa hlađenja ima značajan utjecaj na deformaciju kaljenja, posebno kada se koriste voda ili ulje za kaljenje.
-Ispravno smiranje ulaza medija za gašenjeTipično, simetrično uravnotežene ili izdužene šipkaste obratke treba vertikalno kaliti u medij. Asimetrični dijelovi mogu se kaliti pod kutom. Ispravan smjer ima za cilj osigurati ravnomjerno hlađenje svih dijelova, pri čemu sporija područja hlađenja prvo ulaze u medij, a zatim slijede dijelovi s bržim hlađenjem. Uzimanje u obzir oblika obratka i njegov utjecaj na brzinu hlađenja ključno je u praksi.
-Kretanje obradaka u mediju za kaljenjeDijelovi koji se sporo hlade trebaju biti okrenuti prema mediju za kaljenje. Simetrično oblikovani obratci trebaju slijediti uravnoteženu i ujednačenu putanju u mediju, održavajući malu amplitudu i brzo kretanje. Za tanke i izdužene obratke, stabilnost tijekom kaljenja je ključna. Izbjegavajte njihanje i razmislite o korištenju stezaljki umjesto žičanog vezivanja za bolju kontrolu.
-Brzina gašenjaObradke treba brzo kaliti. Posebno kod tankih, šipkastih obradaka, sporije brzine kaljenja mogu dovesti do povećane deformacije savijanja i razlika u deformaciji između dijelova kaljenih u različito vrijeme.
-Kontrolirano hlađenjeZa obradke sa značajnim razlikama u veličini presjeka, zaštitite dijelove koji se brže hlade materijalima poput azbestnog užeta ili metalnih limova kako biste smanjili brzinu hlađenja i postigli ravnomjerno hlađenje.
-Vrijeme hlađenja u vodiZa obradke koji se uglavnom deformiraju zbog strukturnog naprezanja, skratite vrijeme hlađenja u vodi. Za obradke koji se prvenstveno deformiraju zbog toplinskog naprezanja, produžite vrijeme hlađenja u vodi kako biste smanjili deformaciju kaljenja.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminuma
Vrijeme objave: 21. veljače 2024.
