Tijekom toplinske obrade aluminija i aluminijskih legura često se susreću različiti problemi, kao što su:
- Nepravilno postavljanje dijela: To može dovesti do deformacije dijela, često zbog nedovoljnog uklanjanja topline od strane medija za kaljenje dovoljno velikom brzinom da se postignu željena mehanička svojstva.
-Brzo zagrijavanje: To može rezultirati toplinskom deformacijom; pravilno postavljanje dijelova pomaže osigurati ravnomjerno zagrijavanje.
-Pregrijavanje: To može dovesti do djelomičnog taljenja ili eutektičkog taljenja.
-Stvaranje kamenca na površini/oksidacija na visokoj temperaturi.
- Prekomjerno ili nedovoljno tretiranje starenjem, a oba mogu 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 neadekvatno hlađenje tijekom toplinske obrade otopine mogu pridonijeti neadekvatnim rezultatima.
Toplinska obrada je ključni toplinski proces u aluminijskoj industriji, zaronimo u više povezanih znanja.
1. Prethodni tretman
Postupci prethodne obrade koji poboljšavaju strukturu i ublažavaju stres prije kaljenja korisni su za smanjenje izobličenja. Prethodni tretman obično uključuje procese poput sferoidizirajućeg žarenja i žarenja za ublažavanje naprezanja, a neki također usvajaju kaljenje i popuštanje ili normalizirajući tretman.
Žarenje za ublažavanje stresa: Tijekom strojne obrade mogu se razviti zaostala naprezanja zbog čimbenika kao što su metode strojne obrade, angažman alata i brzine rezanja. Neravnomjerna raspodjela ovih naprezanja može dovesti do izobličenja tijekom kaljenja. Kako bi se ublažili ovi učinci, potrebno je žarenje za ublažavanje naprezanja prije kaljenja. Temperatura za žarenje za smanjenje naprezanja je općenito 500-700°C. Pri zagrijavanju u zračnom mediju koristi se temperatura od 500-550°C s vremenom zadržavanja od 2-3 sata kako bi se spriječila oksidacija i dekarburizacija. Tijekom opterećenja treba uzeti u obzir deformaciju dijela zbog vlastite težine, a ostali su postupci slični standardnom žarenju.
Predgrijana obrada za poboljšanje strukture: Ovo uključuje sferoidizirajuće žarenje, kaljenje i popuštanje, normalizirajući tretman.
-Sferoidizirajuće žarenje: Neophodno za ugljični alatni čelik i legirani alatni čelik tijekom toplinske obrade, struktura dobivena nakon sferoidizirajućeg žarenja značajno utječe na trend izobličenja tijekom kaljenja. Podešavanjem strukture nakon žarenja, može se smanjiti regularna distorzija tijekom kaljenja.
-Ostale metode prethodne obrade: Različite metode se mogu koristiti za smanjenje izobličenja pri kaljenju, kao što su kaljenje i kaljenje, normalizirajući tretman. Odabir prikladnih predtretmana kao što su kaljenje i popuštanje, normaliziranje tretmana na temelju uzroka izobličenja i materijala dijela može učinkovito smanjiti izobličenje. Međutim, nužan je oprez zbog zaostalih naprezanja i povećanja tvrdoće nakon kaljenja, posebno kaljenje i kaljenje mogu smanjiti ekspanziju tijekom kaljenja za čelike koji sadrže W i Mn, ali imaju mali učinak na smanjenje deformacije za čelike kao što je GCr15.
U praktičnoj proizvodnji, identificiranje uzroka kaljenja izobličenja, bilo da je to zbog zaostalih naprezanja ili loše strukture, ključno je za učinkovito liječenje. Za izobličenje uzrokovano zaostalim naprezanjem potrebno je provesti žarenje za ublažavanje naprezanja, dok tretmani poput kaljenja koji mijenjaju strukturu nisu potrebni, i obrnuto. Tek tada se može postići cilj smanjenja izobličenja pri kaljenju kako bi se smanjili troškovi i osigurala kvaliteta.
2. Operacija zagrijavanja kaljenja
Temperatura gašenja: Temperatura kaljenja značajno utječe na izobličenje. Možemo postići svrhu smanjenja deformacije prilagodbom temperature kaljenja, ili je rezervirani dodatak za strojnu obradu isti kao temperatura za kaljenje kako bi se postigla svrha smanjenja deformacije, ili razumno odabran i rezerviran dodatak za strojnu obradu i temperaturu kaljenja nakon ispitivanja toplinske obrade , kako bi se smanjio dodatni dodatak za strojnu obradu. Učinak temperature kaljenja na deformaciju kaljenja nije samo povezan s materijalom koji se koristi u izratku, već je povezan i s veličinom i oblikom izratka. Kada su oblik i veličina izratka vrlo različiti, iako je materijal izratka isti, trend deformacije kaljenja je sasvim drugačiji, a operater bi trebao obratiti pozornost na ovu situaciju u stvarnoj proizvodnji.
Vrijeme držanja kaljenja: Odabir vremena držanja ne samo da osigurava temeljito zagrijavanje i postizanje željene tvrdoće ili mehaničkih svojstava nakon kaljenja, već također uzima u obzir njegov učinak na deformaciju. Produljenje vremena zadržavanja kaljenja bitno povećava temperaturu kaljenja, posebno izraženo za čelik s visokim sadržajem ugljika i kroma.
Metode učitavanja: Ako je obradak postavljen u nerazumnom obliku tijekom zagrijavanja, to će uzrokovati deformaciju zbog težine obratka ili deformaciju zbog međusobnog istiskivanja između izradaka ili deformaciju zbog neravnomjernog zagrijavanja i hlađenja zbog pretjeranog slaganja obradaka.
Metoda grijanja: Za izratke složenog oblika i različite debljine, posebno one s visoko ugljičnim i legiranim elementima, spor i ravnomjeran proces zagrijavanja je ključan. Korištenje predgrijavanja je često neophodno, ponekad zahtijeva više ciklusa predgrijavanja. Za veće izratke koji se ne obrađuju učinkovito predgrijavanjem, korištenje otporne peći u kutiji s kontroliranim zagrijavanjem može smanjiti izobličenje uzrokovano brzim zagrijavanjem.
3. Rad hlađenja
Deformacija pri kaljenju 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 gašenje: Dok se osigurava željena tvrdoća nakon kaljenja, treba dati prednost blažim medijima za kaljenje kako bi se izobličenje svelo na minimum. Preporučuje se korištenje zagrijanih medija za kupku 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 hlađenjem zrakom: Kaljenje zračnim hlađenjem učinkovito je za smanjenje deformacija kaljenjem brzoreznog čelika, kromiranog kalupnog čelika i mikrodeformiranog čelika 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 ulja: ulje je medij za kaljenje s mnogo nižom brzinom hlađenja od vode, ali za one obradke s visokom prokaljivošću, malom veličinom, složenim oblikom i velikom tendencijom deformacije, brzina hlađenja ulja je previsoka, ali za izratke male veličine, ali loša otvrdljivosti, brzina hlađenja ulja je nedovoljna. Kako bi se riješile gornje proturječnosti i u potpunosti iskoristilo kaljenje u ulju kako bi se smanjila deformacija obradaka uslijed kaljenja, ljudi su usvojili metode podešavanja temperature ulja i povećanja temperature kaljenja kako bi se povećala upotreba ulja.
— Promjena temperature ulja za kaljenje: korištenje iste temperature ulja za kaljenje za smanjenje deformacije kaljenja i dalje ima sljedeće probleme, to jest, kada je temperatura ulja niska, deformacija kaljenja je još uvijek velika, a kada je temperatura ulja visoka, teško je osigurati da obratka nakon kaljenja tvrdoće. Pod kombiniranim učinkom oblika i materijala nekih izradaka, povećanje temperature ulja za kaljenje također može povećati njegovu deformaciju. Stoga je vrlo potrebno odrediti temperaturu ulja za kaljenje nakon prolaska testa prema stvarnim uvjetima materijala izratka, veličini i obliku poprečnog presjeka.
Pri korištenju vrućeg ulja za gašenje, kako bi se izbjegao požar uzrokovan visokom temperaturom ulja uzrokovanog kaljenjem i hlađenjem, potrebno je opremiti potrebnu opremu za gašenje požara u blizini spremnika za ulje. Osim toga, potrebno je redovito testirati indeks kvalitete ulja za gašenje, a novo ulje treba na vrijeme dopuniti ili zamijeniti.
— Povećajte temperaturu kaljenja: Ova metoda je prikladna za izratke malog poprečnog presjeka od ugljičnog čelika i malo veće izratke od legiranog čelika koji ne mogu zadovoljiti zahtjeve tvrdoće nakon zagrijavanja i očuvanja topline pri normalnim temperaturama kaljenja i kaljenju u ulju. Odgovarajućim povećanjem temperature kaljenja, a zatim kaljenjem u ulju, može se postići učinak otvrdnjavanja i smanjenja deformacija. Pri korištenju ove metode za kaljenje treba paziti da se spriječe problemi kao što su grublje zrna, smanjenje mehaničkih svojstava i životnog vijeka obratka zbog povišene temperature kaljenja.
—Klasifikacija i kaljenje: Kada tvrdoća kaljenja može ispuniti zahtjeve dizajna, klasifikacija i austempering medija vruće kupke treba se u potpunosti iskoristiti kako bi se postigla svrha smanjenja deformacije kaljenja. Ova metoda je također učinkovita za niske kaljivosti, ugljični strukturni čelik malih presjeka i alatni čelik, posebno čelik za kalupe koji sadrži krom i obradke od brzoreznog čelika s visokom kaljivošću. Klasifikacija medija vruće kupke i metoda hlađenja austempera su osnovne metode kaljenja za ovu vrstu čelika. Slično, također je učinkovit za one ugljične čelike i niskolegirane konstrukcijske čelike koji ne zahtijevaju visoku tvrdoću kaljenja.
Prilikom kaljenja vrućom kupkom treba obratiti pozornost na sljedeće probleme:
Prvo, kada se uljna kupelj koristi za sortiranje i izotermno kaljenje, temperaturu ulja treba strogo kontrolirati kako bi se spriječila pojava požara.
Drugo, pri gašenju nitratnom soli, spremnik za nitratnu sol treba biti opremljen potrebnim instrumentima i uređajima za hlađenje vodom. Za ostale mjere opreza pogledajte relevantne informacije i ovdje ih nećemo ponavljati.
Treće, izotermna temperatura treba biti strogo kontrolirana tijekom izotermnog kaljenja. Visoka ili niska temperatura ne pogoduje smanjenju deformacije kaljenja. Osim toga, tijekom austempera treba odabrati metodu vješanja izratka kako bi se spriječila deformacija uzrokovana težinom izratka.
Četvrto, kada se koristi izotermno ili stupnjevano kaljenje za ispravljanje oblika obratka dok je vruć, alati i učvršćenja trebaju biti potpuno opremljeni, a djelovanje treba biti brzo tijekom rada. Spriječite štetne učinke na kvalitetu kaljenja izratka.
Rad hlađenja: Vješto rukovanje tijekom procesa hlađenja ima značajan utjecaj na deformaciju kaljenja, posebno kada se koriste mediji za kaljenje vodom ili uljem.
-Ispravan smjer ulaska medija za gašenje: Tipično, simetrično uravnoteženi ili izduženi obradaci nalik na šipke trebaju biti okomito kaljeni u mediju. Asimetrični dijelovi mogu se ugasiti pod kutom. Ispravan smjer ima za cilj osigurati ravnomjerno hlađenje u svim dijelovima, pri čemu područja sporijeg hlađenja prvo ulaze u medij, nakon čega slijede dijelovi za brže hlađenje. Razmatranje oblika izratka i njegov utjecaj na brzinu hlađenja od vitalnog je značaja u praksi.
-Kretanje obratka u mediju za kaljenje: Dijelovi koji se sporo hlade trebaju biti okrenuti prema mediju za gašenje. Simetrično oblikovani obradaci trebaju slijediti uravnoteženu i jednoliku putanju u mediju, održavajući malu amplitudu i brzo kretanje. Za tanke i izdužene izratke, stabilnost tijekom kaljenja je ključna. Izbjegavajte njihanje i razmislite o upotrebi stezaljki umjesto vezivanja žicom za bolju kontrolu.
-Brzina gašenja: Radne komade treba brzo kaliti. Osobito za tanke izratke nalik šipkama, sporije brzine kaljenja mogu dovesti do povećane deformacije savijanja i razlika u deformacijama između dijelova kaljenih u različito vrijeme.
-Kontrolirano hlađenje: Za izratke sa značajnim razlikama u veličini poprečnog presjeka, zaštitite dijelove koji se brže hlade materijalima poput azbestnog užeta ili metalnih listova kako biste smanjili brzinu hlađenja i postigli ravnomjerno hlađenje.
- Vrijeme hlađenja u vodi: Za izratke koji se uglavnom deformiraju zbog strukturnog naprezanja, skratite vrijeme hlađenja u vodi. Za izratke koji su primarno podvrgnuti deformaciji zbog toplinskog naprezanja, produljite njihovo vrijeme hlađenja u vodi kako biste smanjili deformaciju pri kaljenju.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminiuma
Vrijeme objave: 21. veljače 2024
