Знание - Sanxin

Топлинната обработка е решаваща стъпка за осигуряване на механичните свойства на частите от лята стомана. Чрез формоване, изливане, разклащане и почистване, отливката приема окончателната си форма - но може да не е достатъчно здрава или гъвкава за крайна употреба. Чрез нагряване и охлаждане на метала с различни скорости, леярните могат да променят неговите механични свойства. Но как прилагането на топлина променя здравината или гъвкавостта на метала? ​​​​​​​

Кристализация и метални свойства

Когато разтопеният метал се охлади, той се втвърдява в кристална структура. Под микроскоп тези структури приличат на шарките от скреж, които се образуват върху стъкло през зимата. Всяка структура расте от централна точка, докато срещне друга кристална структура. Тези структури изграждат "зърната" на метала.

Точно както различните зимни условия създават различни видове модели на замръзване, различните температури също променят кристалите, образувани при производството на метали. Зърната, които произвеждат, обикновено са невидими, но стават очевидни, когато металът се гравира с киселина.

Формата и съотношението на зърната в сплавта определят нейните механични свойства. Когато се удари метал, кръглите зърна могат да се плъзгат едно покрай друго, като се вдлъбнат, вместо да останат твърди или да се счупят. Плоските зърна могат да се подреждат като тухли в стена и да се поддържат едно друго; те са по-здрави от кръглите зърна, но все пак позволяват известно движение. Назъбените, преплитащи се зърна може изобщо да не дават нищо. Термичната обработка на металите може да промени тяхната кристализация, като по този начин промени техните зърна и по този начин свойствата на метала.

Закалени метали

Образът на ковач, който изковава светеща метална плоча в своята ковачница, макар и вече да не е обичаен, е незабавно разпознаваем. Но през по-голямата част от човешката история ковачите са обработвали механично металите, за да ги направят по-здрави. Днес стоманата вече не се кова ръчно от ковачи, а често се валцува, за да се закали механично.

Изображение на структурата на зърното обяснява ефекта от работното втвърдяване. Кръглите частици в метала се деформират и новите им форми придават здравина на метала. Например при студено валцуване кръглите зърна се притискат и разтягат, като стават по-скоро като пръти. Тези пръчки се поддържат една друга, като сноп пръчки. Ковачът или металообработващият може да изковава, усуква, нагрява, охлажда и разтяга предмет, за да промени формата на зърната. Ако зърната няма къде да отидат при удар, те образуват неподвижна нееластична матрица, като по този начин увеличават твърдостта на метала.

Тази твърдост обаче може да има цена: силата може да направи материала крехък. Зърната с неправилна форма не се плъзгат лесно едно покрай друго: те са заклинени заедно. Всеки достатъчно голям удар - по-голям от силата на връзките между зърната - ще ги раздели.

Термично обработени метали

Леярните започват да създават желаните механични свойства на стоманата, като избират сплав, за която е известно, че произвежда тези характеристики. Въпреки това, когато отливките се охладиха, кристализацията на този метал беше почти невъзможна за контролиране. Тъй като кристализацията засяга механичните свойства на метала, сплавта може да не работи оптимално, освен ако не бъде допълнително обработена. Леярните могат да постигнат това чрез нагряване и охлаждане на метала по контролиран и регулярен начин.

Топлинната обработка е неразрушителен метод за промяна на свойствата на материалите. Понякога това е вторичен процес за закалени метали - но е предпочитаният метод за леярни, тъй като отливките вече са в правилната форма и не могат да бъдат обработени.

Кристализацията почти винаги започва от външната повърхност и се движи навътре и - особено при големи отливки - има значителна температурна разлика между корпуса и центъра на отливката. Кристалите растат неравномерно, обикновено са по-остри и по-малко пластични близо до повърхността. Те обикновено са по-закръглени и следователно по-меки колкото по-навътре навлизат. Формата на отливката и дефектите или включванията в метала могат да повлияят на скоростта на охлаждане, което води до различни механични свойства в различни области на метала. Тези разлики могат да причинят вътрешно напрежение на метала, водещо до умора или повреда на метала. Топлинната обработка позволява на леярните да се върнат в метала и да пренаредят кристалите, които го съставят.

Накисването е процес на довеждане на отливката над точката на рекристализация. Определеното "температурно време" за накисване при термична обработка позволява на кристалите в метала да се стопят и реорганизират. Прегледът на фазовия цикъл желязо-въглерод може да помогне на леярните да разберат колко дълго да държат отливката при определена температура, за да позволят специфична дифузия на въглерод.

В повечето (но не във всички) части от фазовия цикъл желязо-въглерод накисването на отлети или обработени метали намалява тяхната твърдост и крехкост. Тъй като частиците в метала растат по-правилно, те стават по-кръгли и могат да се пренаредят при удар, като се плъзгат една покрай друга. Освен това, тъй като артикулът винаги достига една и съща температура, кристалите обикновено са по-равномерни от тези в новоотлети парчета.

каляване

Отгряването започва с накисване и продължава с много бавно охлаждане на стоманата в пещта. Леярят изключва пещта и позволява на температурата да спадне леко и контролирано. По време на нагряване и охлаждане целият обект има термична консистенция, което означава, че има много малко вътрешно напрежение: няма да има метални „области“ с различни кристални свойства. Загрятите метали обикновено имат много добра пластичност, с повишена пластичност, якост на опън и удължение. Поради много бавната крива на охлаждане, размерът на зърната на закалените метали обикновено е много голям.

Нормализиране

Нормализирането на метал включва нагряването му до температурата на рекристализация и след това изваждането му от пещта и охлаждането му в атмосферата. Много от свойствата на загрятия метал присъстват и в нормализирания метал, но поради непълната равномерност на охлаждане, зърната често са по-малко правилни. Независимо от това температурната разлика е много по-малка от тази в охладения метал, което означава, че стандартизираните продукти са по-малко крехки.

Скоростта на охлаждане, установена при нормализирането, произвежда по-малки зърна в метала, отколкото отгряването, което означава, че обикновено е по-здраво или по-твърдо от отгрятия метал.

Закаляването

Ами ако се изисква изключително висока твърдост? При производството на инструменти и машинни части омекотяването на метала може да провали целта.

Топлинната обработка може да позволи определена и постоянна твърдост. За да направят стоманата твърда, леярните потапят стоманата, докато аустенитът стане доминиращата молекула и след това я охлаждат в студено масло или нагнетен въздух. Когато аустенитът се подложи на студен удар, той образува леко неправилна кристална структура, наречена мартензит. Поради деформацията на въглерода във всяка мартензитна молекула, този материал е по-твърд.

Тъй като закаляването става отвън навътре, големите обекти са подложени на натиск от бърза кристализация, което може да причини вътрешно напрежение в метала. Ако охлаждането е твърде екстремно, тези сили понякога могат да причинят напукване. Поради тази причина закаляването с вода не е обичайно за големи стоманени предмети, тъй като причинява бързо падане на температурата, което води до образуване на пукнатини. Маслото и въздухът охлаждат малко по-малко агресивно.

Закаляването обаче втвърдява не само стоманата. Закаляването с вода се използва в леярните. Металите, различни от стомана, може да не издържат на същото вътрешно налягане, тъй като техните фази и молекулни структури са различни. Манганът може да бъде закален с вода при много по-висока температура от стоманата, без да се напука. Температурната разлика обаче е толкова голяма, че всяко охлаждане би се справило с голямо количество енергия, което може да се обърка! По-долу е експлозия по време на процеса на охлаждане на отливка от манганова стомана, причинена от остатъчно пясъчно ядро.

смекчаване

Намирането на правилния баланс между твърдост и пластичност може да се постигне и чрез процес, наречен темпериране. Закаляването обикновено се извършва върху закалена стомана, за да стане по-малко крехка, като същевременно запази известна твърдост. При темпериране металът се нагрява повторно, но при температура, по-ниска от тази, използвана при отгряване, нормализиране или закаляване.

Мартензитът не е стабилна молекулярна структура при високи температури-образува се при шок-така че закаляването на стоманата означава да направи мартензита нестабилен и да го накара да започне да се трансформира в цементит и ферит. Температурният диапазон и продължителността в темпериращата пещ ще повлияят на степента на мартензитната трансформация и по този начин на мекотата на метала. Например, металните пружини могат да бъдат закалени при по-висока температура, за да се увеличи еластичността в сравнение с инструментите, които са закалени при по-ниска температура, за да се запази твърдостта.

Закаляването често се използва за облекчаване на вътрешни напрежения в закалени материали. Метал, който е претърпял други термични напрежения, като заваряване или коване, може да бъде темпериран, за да позволи на вътрешните молекули да се отпуснат леко.

Варианти на топлинна обработка

В леярните отливките обикновено се подлагат на равномерна топлинна обработка. Въпреки това, понякога артикулите могат да бъдат подложени на нередовна топлинна обработка. Мечовете от закалена стомана обикновено се подлагат на различни степени на закаляване, за да направят острието твърдо, като същевременно поддържат сърцевината еластична. Пружините понякога се подлагат на различни топлинни обработки, за да отговарят на техните функции.

Жизненостима повече от 18 години опит в термичната обработка на отливки, изковки и други метални детайли.Ако имате някакви въпроси и искания за разработване на продукти или подобряване на вашата верига за доставки, моля не се колебайте да се свържете с нас наinfo@castings-forging.com