Termisk (eller varme) behandling er et sæt operationer af opvarmning, fastholdelse og afkøling af hårdmetallegeringer for at opnå de ønskede egenskaber ved at ændre den indre struktur og struktur. Varmebehandling bruges enten som en mellemoperation for at forbedre bearbejdeligheden ved tryk, skæring eller som den endelige operation af den teknologiske proces, der giver et givet niveau af produktegenskaber.
Den samlede varighed af metalopvarmning under varmebehandling er summen af tiden for dens egen opvarmning til en given temperatur og holdetiden ved denne temperatur. Opvarmningstiden afhænger af typen af ovn, produkternes dimensioner, deres placering i ovnen; holdetiden afhænger af hastigheden af fasetransformationerne.
Opvarmning kan ledsages af vekselvirkningen af metaloverfladen med det gasformige medium og føre til afkulning af overfladelaget og dannelsen af skalaer. Afkarburering fører til, at overfladen af produkterne bliver mindre holdbar og mister hårdhed.
Under opvarmning og afkøling af stål sker der fasetransformationer, som er karakteriseret ved temperaturkritiske punkter. Det er sædvanligt at betegne stålets kritiske punkter med bogstavet A. Kritiske punkter A1 ligger på PSK-linjen (727 ° C) i jern-carbon-diagrammet og svarer til omdannelsen af perlit til austenit. Kritiske punkter A2 er placeret på MO-linjen (768 °C), som karakteriserer den magnetiske transformation af ferrit. A3 svarer til linjerne GS og SE, hvorpå henholdsvis omdannelsen af ferrit og cementit til austenit afsluttes ved opvarmning.
For at udpege kritiske punkter under opvarmning og afkøling indføres yderligere indekser: bogstavet "c" i tilfælde af opvarmning og "r" i tilfælde af køling, for eksempel Ac1, Ac3, Ar1, Ar3.
Blandt hovedtyperne af varmebehandling [1] skal det bemærkes:
Opvarmes og vedligeholdes efter at være udført med en øget afkølingshastighed for at opnå ikke-ligevægtsstrukturer. Den kritiske afkølingshastighed, der kræves til hærdning, afhænger af legeringens kemiske sammensætning. Slukning kan ledsages af en polymorf transformation, i hvilket tilfælde en ny ikke-ligevægtsfase dannes fra den indledende højtemperaturfase (f.eks. omdannelsen af austenit til martensit under stålbratkøling). Der er også quenching uden polymorf transformation, hvorunder en højtemperatur metastabil fase er fikseret (for eksempel når berylliumbronze er quenchet, fikseres en alfafase overmættet med beryllium).
Tidligere blev en anden terminologi brugt til at henvise til denne proces - "koldbehandling", "varmebehandling af stål ved temperaturer under nul", men de afspejlede ikke nøjagtigt essensen af den kryogene behandlingsproces.
Essensen af kryogen behandling er som følger: dele og mekanismer placeres i en kryogen processor, hvor de langsomt afkøles og derefter holdes ved en temperatur på minus 196˚С i en vis tid. Arbejdsemnerne bringes derefter gradvist tilbage til stuetemperatur. Under denne proces sker der strukturelle ændringer i metallet. De øger slidstyrke, cyklisk styrke, korrosions- og erosionsbestandighed markant.
Denne teknologi gør det muligt at øge levetiden for værktøjer, dele og mekanismer med op til 300 % ved at forbedre materialets mekaniske egenskaber som følge af bearbejdning ved ultralave temperaturer.
Den største effekt kan opnås ved behandling af sådanne metalprodukter som speciel skæring, stempling, presning, valsning, slibeværktøj, lejer, kritiske fjedre.
Hovedegenskaberne for metallet, der erhverves under dyb afkøling, bibeholdes gennem hele deres levetid, så genbehandling er ikke nødvendig.
Kryogen teknologi erstatter ikke de eksisterende metoder til termisk hærdning, men giver dig mulighed for at give materialet, behandlet af kolde, nye egenskaber, der sikrer maksimal udnyttelse af ressourcen af materialet specificeret af metallurger.
Brugen af ultralavtemperaturbehandlede værktøjer giver virksomheder mulighed for at reducere omkostningerne betydeligt ved at:
Den teoretiske udvikling og praktiske udvikling af den kryogene behandlingsproces betragtes som en præstation af sovjetisk videnskab. Arbejdet fra sådanne videnskabsmænd som G. V. Kurdyumova, undersøgelserne af A. P. Gulyaev, V. G. Vorobyov og andre er forbundet med koldbehandling for at forbedre kvalitetsegenskaberne for hærdet stål.
Et par år efter offentliggørelsen af undersøgelser af sovjetiske videnskabsmænd dukkede de første lignende værker op i den udenlandske presse, hvis forfattere refererede til sovjetiske værker som den primære kilde. Det var sovjetiske videnskabsmænds arbejde, der gjorde det muligt fuldt ud at evaluere effektiviteten af effekten af koldbehandling på stålets egenskaber og lagde grundlaget for den moderne udvikling og brug af denne forarbejdningsmetode. I 1940'erne og 1950'erne forsøgte sovjetiske industrivirksomheder at indføre kryogen behandling af værktøjer fremstillet af højhastighedsstål i flydende nitrogen, men dette gav ikke kun det forventede resultat, men førte også til et fald i værktøjsstyrken, da der opstod mikrorevner på grund af pludselig og ujævn afkøling. . Metoden til at omdanne restaustenit til martensit måtte opgives, primært på grund af den økonomiske upraktiskhed - de høje omkostninger ved nitrogen som hovedkølemiddel.
I USA, Japan, Tyskland og Sydkorea blev emnet kryogen behandling som en effektiv metode til bearbejdning af struktur- og værktøjsstål udviklet, og årtiers forskning og erfaring har ført til resultater - på nuværende tidspunkt er kryogen behandlingsteknologi med succes bruges i mange brancher.
Metalbearbejdning og maskinteknik:
Transport og specialudstyr:
Forsvarsindustrien:
Minedrift og fremstillingsindustri:
Lydudstyr og musikinstrumenter:
Brugen af kryogen behandling er relevant for næsten enhver industri, hvor der er behov for at øge ressourcen, øge udmattelsesstyrken og slidstyrken og også kræver en forøgelse af produktiviteten.
Afhængigt af opgaven kan i nogle tilfælde selve svejsningen opvarmes plus nærsvejsezonen (den såkaldte lokale varmebehandling ), i andre tilfælde kræves opvarmning af hele produktet (den såkaldte lokal varmebehandling). bulk varmebehandling ). Opvarmning kan leveres af forskellige varmekilder.
Under konstruktion eller reparation af rørledninger er det ikke muligt at udføre volumetrisk varmebehandling af hele produktet, derfor anvendes lokal varmebehandling af svejsede samlinger. Forskellige reguleringsdokumenter indeholder forskellige krav til opvarmningsteknologiske parametre, nemlig temperatur-tidsparametre, varmezonebredde, antal temperaturkontrolpunkter, brugt udstyr osv. For eksempel på territoriet af Den Russiske Føderation og EurAsEC- landene , OST 36-50 - 86, STO 00220368-019-2017, GOST 34347, PNAE G-7-008-089 eller andre regulatoriske dokumenter afhængigt af branchen.
Materialevidenskabsteorien beskriver en lang række forskellige typer varmebehandling af metaller. Ved konstruktion og reparation af rørledninger i petrokemiske anlæg er de mest almindelige typer varmebehandling: forvarmning før svejsning, samtidig opvarmning under svejsning, anløbning for at aflaste svejsespændinger, austenitisering mv. Alle er kendetegnet ved forskellige teknologiske parametre, dvs. opvarmningshastigheden, holdetemperaturen, holdetiden og afkølingshastigheden afhænger af stålkvaliteten og opgaven.
Udstyr til varmebehandling af svejsede sømme ved metoden med dielektrisk opvarmning har fundet bred anvendelse på byggepladser . I dette tilfælde består opvarmningsanordningerne af en kerne lavet af en legering med høj elektrisk resistivitet (nichrom, fechral, etc.) monteret i en ramme af dielektriske isolatorer (normalt er de lavet af aluminiumoxidkeramik). Disse varmeapparater har flere navne: LEG (fleksible elvarmere), KEN (kombinerede elvarmere), varmemåtter, termobånd mv.
Installation af varmesystemet udføres på forskellige måder i overensstemmelse med kravene i reguleringsdokumentet. Udstyret, der bruges til denne proces, skal give nøjagtig kontrol af de specificerede parametre, da for nogle stålkvaliteter det eneste dokument, der bekræfter varmebehandlingen, er diagrammet opnået i processen.
Homogeniseringsudglødning + ældning
For eksempel for nikkelbaserede superlegeringer (såsom " Inconel 718 ") er følgende varmebehandling typisk:
Strukturhomogenisering og inklusionsopløsning ( Eng. Solution Heat Treatment ) ved 768-782 °C med accelereret afkøling. Derefter udføres to-trins aldring ( English Precipitation Heat Treatment ) - 8 timer ved en temperatur på 718 ° C, langsom afkøling i 2 timer til 621-649 ° C og eksponering i 8 timer. Dette efterfølges af accelereret afkøling.
Bratkøling + høj temperering (forbedring)
Mange stål er hærdet ved bratkøling - accelereret afkøling (i luft, i olie eller i vand). Hurtig afkøling fører som regel til dannelsen af en ikke-ligevægts martensitisk struktur. Stål umiddelbart efter hærdning er karakteriseret ved høj hårdhed , restspændinger , lav duktilitet og sejhed . Så stål 40HNMA (SAE 4340) umiddelbart efter hærdning har en hårdhed over 50 HRC, i denne tilstand er materialet uegnet til videre brug på grund af den høje tendens til sprøde brud . Efterfølgende temperering - opvarmning til 450 ° C - 500 ° C og fastholdelse ved denne temperatur fører til et fald i interne spændinger på grund af nedbrydning af hærdende martensit, et fald i graden af tetragonalitet af dets krystalgitter (overgang til hærdet martensit). Samtidig falder stålets hårdhed lidt (op til 45 - 48 HRC). Stål med et kulstofindhold på 0,3 - 0,6 % C udsættes for forbedring.
| Varmebehandling af metaller | ||
|---|---|---|
| Generelle begreber metalvidenskab Krystalcelle fasediagram Tilstandsdiagram af jern-carbon-legeringer | ||
| Kerneprocesser | ||
| Relaterede processer | ||
| Målegenskaber for metaller | ||
| Metallurgi | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Generelle begreber Metaller Legering Metallurgisk omfordeling Jern- og Stålværker Metallurgisk kompleks Metallurg Historie om produktion og brug af jern | |||||||||||||
| Industrier |
| ||||||||||||
| Kerneprocesser _ |
| ||||||||||||
| Hovedenheder _ |
| ||||||||||||
| Vigtigste produkter og materialer |
| ||||||||||||
| Videnskabelige discipliner |
| ||||||||||||
| Andet | |||||||||||||
| Metallurgi efter land Rusland Ukraine Kasakhstan USA Indien Kina Japan Tyskland | |||||||||||||