Kādas ir četras tērauda termiskās apstrādes?

Siltuma apstrāde ir kritisks tērauda ražošanas un apstrādes process, jo tas modificē tērauda mikrostruktūru, lai sasniegtu vēlamās mehāniskās īpašības, piemēram, cietību, izturību, izturību un elastību. Starp dažādām termiskās apstrādes metodēm tērauda kondicionēšanas mugurkauls veido četri pamatprocesi: atkvēlināšana, normalizēšana, rūdīšana un rūdīšana, kā arī virsmas sacietēšana. Katrs kalpo atšķirīgam mērķim un ir pielāgots īpašiem lietojumiem, nodrošinot, ka tērauds ir optimāli paredzēts paredzētajā lietošanā.
1. Atkalošana: mīkstināšana un homogenizēšana
Atskrūšana ir termiskās apstrādes process, kas paredzēts tērauda mīkstināšanai, uzlabošanai un iekšējo spriegumu uzlabošanai. Tas ietver trīs galvenos soļus: tērauda sildīšana līdz noteiktai temperatūrai (parasti virs tā kritiskās temperatūras, kur mikrostruktūra pārveidojas par austenītu), turot to šajā temperatūrā pietiekamu laiku, lai nodrošinātu vienmērīgu sildīšanu, un pēc tam to lēnām atdzesēt - parasti krāsnī vai kontrolētā vidē.
Atkalošanas galvenais mērķis ir precizēt tērauda mikrostruktūru. Piemēram, ja tērauds ir strādājis - rūdīts (stiprināts ar aukstu darbu, piemēram, velmēšanu vai kalšanu), atkvēlināšana atgūst savu elastību, ļaujot graudiem pārorientēties un izaugt par vienmērīgāku struktūru. Tas novērš arī iekšējos spriegumus, ko izraisa metināšana, liešana vai apstrāde, kas var izraisīt deformāciju vai plaisāšanu, ja to atstāj bez adspekcijas.
Ir vairāki atlaidināšanas veidi, katrs ar īpašām lietojumprogrammām:
• Pilnīga atkvēlināšana: izmanto hipoeutektoīdu tēraudiem (ar mazāk nekā 0,8% oglekļa). Tas silda tēraudu līdz 50–100 grādam F (10–38 grādiem) virs kritiskās temperatūras, tur to un lēnām atdziest, veidojot mīkstu, kaļamo mikrostruktūru ferītam un pērlītei.
• Procesa atlaidināšana: pielieto zemu - oglekļa tēraudu, lai samazinātu darba sacietēšanu ražošanas laikā. Tas silda tēraudu līdz zemākai temperatūrai (zem kritiskā punkta) un lēnām atdziest, atjaunojot elastību, nemainot kopējo mikrostruktūru.
• Sferoidizēšana: izmanto augstiem - oglekļa tēraudiem, lai uzlabotu mehāniskumu. Tas silda tēraudu līdz tieši zem kritiskās temperatūras un ilgstoši tur to, izraisot karbīda daļiņu veidošanos sfēriskās formās, kas tēraudam padara mīkstāku un vieglāku mašīnu.
Rūdīts tērauds ir ideāli piemērots lietojumprogrammām, kurām nepieciešama ērta apstrāde, piemēram, automobiļu detaļas, kuras pirms galīgās sacietēšanas ir jāveido vai jāizurbj.
2. Normalizēšana: pilnveidošana un stabilizēšana
Normalizēšana ir termiskās apstrādes process, kas līdzīgs atkvēlināšanai, bet ar ātrāku dzesēšanas ātrumu. Tas ietver tērauda sildīšanu līdz temperatūrai, kas ir nedaudz augstāka par tā kritisko temperatūru (parasti 100–150 grādu f/38–66 grādos), turot to, lai nodrošinātu vienmērīgu austenitizāciju, un pēc tam to atdzesē joprojām gaisā. Šis ātrāks dzesēšanas ātrums (salīdzinājumā ar atkvēlināšanu) rada smalkāku, vienveidīgāku mikrostruktūru.
Normalizācijas galvenie ieguvumi ir:
• Graudu struktūras pilnveidošana: tas novērš rupjus graudus, kas veidojas liešanas, kalšanas vai ritēšanas laikā, kā rezultātā rodas smalkāks, konsekventāks graudu lielums. Tas uzlabo tērauda izturību un izturību.
• Iekšējo stresa samazināšana: piemēram, atkvēlināšana, tas mazina stresu, bet ar mazāku pārmērīgas mīkstināšanas risku.
• Īpašību standartizēšana: tas nodrošina vienādas mehāniskās īpašības tērauda partijā, padarot vieglāku veiktspējas prognozēšanu turpmākajos procesos.
Normalizēšanu bieži izmanto vidējam - oglekļa tēraudiem un sakausējumu tēraudiem, kuriem nepieciešams stiprības un elastības līdzsvars. To parasti piemēro lējumiem, kalumiem un metinātām detaļām, lai uzlabotu to strukturālo stabilitāti pirms turpmākas apstrādes. Piemēram, automobiļu kloķvārpstas un rūpniecības pārnesumi var tikt normalizēti, lai nodrošinātu pastāvīgu izturību un samazinātu kropļojuma risku apstrādes laikā.
Salīdzinot ar rūdīšanu, normalizēts tērauds ir nedaudz grūtāks un stiprāks, pateicoties tā smalkākai mikrostruktūrai, padarot to par labāku izvēli detaļām, kurām nepieciešama mērena izturība, bez pilnībā rūdīta tērauda trausluma.
3. Redošana un rūdīšana: sacietēšana un rūdīšana
Redošana un rūdīšana ir divi - soļa process, kas paredzēts tērauda ražošanai ar augstu izturību un izturību - kombināciju, kuru ir grūti sasniegt ar citām procedūrām.
• Redošana: Pirmais solis ietver tērauda sildīšanu līdz tā austenītiskajai temperatūrai (virs kritiskā punkta), turot to, lai veidotu vienotu austenīta mikrostruktūru, un pēc tam ātri to atdzesē (slāpēt), izmantojot ūdeni, eļļu vai polimēru šķīdumus. Šī straujā dzesēšana slazdo oglekļa atomus austenītā, pārveidojot mikrostruktūru martensite - cietā, trauslā fāzē, kas var sasniegt cietības līmeni 60–65 HRC.
• Rūdīšana: lai samazinātu trauslumu, atdzesēto tēraudu uzkarsē līdz zemākai temperatūrai (parasti 300–1 300 grādu f/149–704 grādos) un tiek turēts uz laiku, kam seko dzesēšana gaisā. Rūdīšana izraisa mazu karbīda daļiņu veidošanos martensītā, samazinot trauslumu, vienlaikus saglabājot lielāko daļu cietības, kas sasniegta slāpēšanas laikā. Rūdīšanas temperatūra nosaka galīgās īpašības: zemāka temperatūra (300–500 grādi F) saglabā augstu cietību ar mērenu izturību, bet augstāka temperatūra (800–1 300 grādi F) samazina cietību, bet palielina izturību.
Rezultāts ir tērauds, kas līdzsvaro izturību un izturību - pietiekami ciets, lai pretotos nodilumam, bet pietiekami izturīgs, lai izturētu triecienu. Tas padara to ideālu augstām - stresa lietojumprogrammām, piemēram:
• Instrumenta tērauds: urbšanas gabali, griešanas instrumenti un mirstības paļaujas uz rūdītu un rūdītu tēraudu cietībai un izturībai pret šķembu.
• Strukturālās detaļas: automobiļu asis, celtniecības skrūves un rūpniecisko mašīnu komponenti izmanto šo apstrādi, lai izturētu smagas slodzes un triecienus.
• Aviācijas un kosmosa komponenti: detaļām, kurām nepieciešama augsta stiprība - uz {- svara koeficientiem, piemēram, gaisa kuģu nosēšanās ierīces, ir izdevīgi no procesa.
Redojošās barotnes izvēle ietekmē galīgo cietību: ūdens rūdīšana ātrāk atdziest, radot lielāku cietību, bet palielinot plaisāšanas risku; Eļļas rūdīšana atdziest lēnāk, samazinot plaisāšanas risku, bet izraisot nedaudz zemāku cietību. Pēc tam rūdīšana noregulē īpašības, lai tās atbilstu lietojumam, nodrošinot, ka tērauds ir pietiekami ciets nodiluma izturībai, bet ne tik trauslam, ka tas lūzumā ir zem stresa.
4. Virsmas sacietēšana: virsmas sacietēšana, serdes saglabāšana
Virsmas sacietēšana (saukta arī par korpusa sacietēšanu) ir siltuma apstrāde, kas sacietē tikai tērauda virsmu, vienlaikus atstājot kodolu samērā mīkstu un izturīgu. Tas ir ideāli piemērots detaļām, kurām nepieciešama nodilums - izturīga virsma, lai izturētu berzi vai nobrāzumu, savukārt grūts kodols izturas un saliekts.
Virsmas sacietēšanas metodes ir vairākas, un visizplatītākie ir karburizēšana un nitring:
• Karburizēšana: Šis process ievada oglekli zemā - oglekļa tērauda virsmas slānī. Tēraudu karsē līdz augstai temperatūrai (1600–1 800 grādu f/871–982 grādos) oglekļa - bagātīgā vidē (gāze, šķidrums vai cieta), ļaujot ogleklim izkliedēties virsmā. Pēc karburizācijas tērauds tiek apdzēsts, lai sacietētu augsto - oglekļa virsmas slāni (korpuss), savukārt zemais - oglekļa kodols paliek mīksts. Gadījuma dziļums var būt no 0,005 līdz 0,25 collām, atkarībā no lietojumprogrammas. Karburizēts tērauds tiek izmantots tādām detaļām kā pārnesumi, gultņi un vārpstas, kur virsmai ir jāizturas pret nodilumu, bet kodolam ir jāuzsūc.
• Nitreding: Šis process diferencē slāpekli tērauda virsmā, nevis oglekli. To veic zemākā temperatūrā (950–1,150 grāds f/510–621 grādos) slāpekļa - bagātīgā atmosfērā, veidojot cietus nitrīda savienojumus uz virsmas. Atšķirībā no karburizācijas, tas neprasa slāpēšanu, samazinot kropļojumu risku. Nitramdetam tēraudam ir lieliska nodiluma izturība un izturība pret koroziju, padarot to piemērotu tādām detaļām kā vārsta kāti, hidrauliskie cilindri un darbgaldu vada.
Citas virsmas sacietēšanas metodes ietver liesmas sacietēšanu (virsmas sildīšanu ar liesmu un slāpēšanu) un indukcijas sacietēšanu (izmantojot elektromagnētisko indukciju, lai sildītu virsmu un pēc tam slāpētu). Tie ir ātrāki procesi, ko izmanto lielām daļām, kur ir nepieciešama tikai konkrētām vietām, piemēram, lielu pārnesumu zobi vai sliedes sliežu sliedes nodiluma virsmas.
Kā salīdzina četras procedūras​
Katrs termiskās apstrādes process maina tērauda īpašības atšķirīgā veidā:
• Atkalošana palielina elastību un mehānisko spēju, bet samazina izturību.
• Normalizēšana līdzsvaro izturību un elastību ar izsmalcinātu mikrostruktūru.
• Redošana un rūdīšana sasniedz augstu spēku un izturību.
• Virsmas sacietēšana rada cietu, valkājiet - izturīgu virsmu ar izturīgu serdi.
Ārstēšanas izvēle ir atkarīga no tērauda sastāva, vēlamajām īpašībām un pielietojuma. Piemēram, uzgriežņu atslēgai ir nepieciešams rūdīts un rūdīts tērauds, lai iegūtu izturību un izturību, savukārt pārnesumam var būt nepieciešama karburizēšana, lai izturētu zobu nodilumu.
Secinājums
Četras primārās tērauda - atkvēlināšanas, normalizēšanas, slāpēšanas un rūdīšanas, kā arī virsmas sacietēšanas - katram ir būtiska loma tērauda īpašību pielāgošanā īpašām vajadzībām. Atkalošana mīkstina un homogenizē, normalizē uzlabo un stabilizē, rūdīšana un rūdīšana līdzsvaro izturību un izturību, un virsmas sacietēšana aizsargā pret nodilumu, vienlaikus saglabājot serdes izturību. Izprotot šos procesus, ražotāji un inženieri var izvēlēties pareizo apstrādi, lai tērauds varētu ticami darboties lietojumos, sākot no vienkāršiem stiprinājumiem un beidzot ar sarežģītiem kosmosa komponentiem.