Ⅰ. El concepte bàsic del tractament tèrmic.
A. El concepte bàsic del tractament tèrmic.
Els elements i les funcions bàsiques detractament tèrmic:
1. Calefacció
L'objectiu és obtenir una estructura d'austenita uniforme i fina.
2. Manteniment
L'objectiu és assegurar que la peça s'escalfi completament i evitar la descarburació i l'oxidació.
3. Refrigeració
L'objectiu és transformar l'austenita en diferents microestructures.
Microestructures després del tractament tèrmic
Durant el procés de refredament després de l'escalfament i el manteniment, l'austenita es transforma en diferents microestructures segons la velocitat de refredament. Diferents microestructures presenten propietats diferents.
B. El concepte bàsic del tractament tèrmic.
Classificació basada en mètodes d'escalfament i refredament, així com en la microestructura i les propietats de l'acer
1. Tractament tèrmic convencional (tractament tèrmic general): reveniment, recuit, normalització, tremp
2. Tractament tèrmic superficial: tremp superficial, tremp superficial per inducció, tremp superficial per escalfament amb flama, tremp superficial per contacte elèctric.
3. Tractament tèrmic químic: carburació, nitruració, carbonitruració.
4. Altres tractaments tèrmics: tractament tèrmic en atmosfera controlada, tractament tèrmic al buit, tractament tèrmic per deformació.
C. Temperatura crítica dels acers
La temperatura crítica de transformació de l'acer és una base important per determinar els processos d'escalfament, manteniment i refredament durant el tractament tèrmic. Es determina mitjançant el diagrama de fases ferro-carboni.
Conclusió clau:La temperatura crítica real de transformació de l'acer sempre és inferior a la temperatura crítica teòrica de transformació. Això significa que cal un sobreescalfament durant l'escalfament i un subrefredament durant el refredament.
Ⅱ. Recuit i normalització de l'acer
1. Definició de recuit
El recuit consisteix a escalfar l'acer a una temperatura superior o inferior al punt crític Ac₁, mantenint-lo a aquesta temperatura, i després refredar-lo lentament, generalment dins del forn, per aconseguir una estructura propera a l'equilibri.
2. Finalitat del recuit
①Ajustar la duresa per al mecanitzat: aconseguir una duresa mecanitzable en el rang de HB170~230.
② Alleuja l'estrès residual: evita la deformació o l'esquerdament durant els processos posteriors.
③Refinar l'estructura del gra: Millora la microestructura.
④Preparació per al tractament tèrmic final: s'obté perlita granular (esferoiditzada) per al posterior tremp i reveniment.
3. Recuit esferoiditzant
Especificacions del procés: La temperatura d'escalfament és propera al punt Ac₁.
Finalitat: Esferoiditzar la cementita o els carburs de l'acer, donant lloc a perlita granular (esferoiditzada).
Rang aplicable: S'utilitza per a acers amb composicions eutectoides i hipereutectoides.
4. Recuit difós (recuit homogeneïtzant)
Especificacions del procés: La temperatura d'escalfament és lleugerament inferior a la línia de solvus del diagrama de fases.
Objectiu: Eliminar la segregació.
①Per a baixesacer al carboniamb un contingut de carboni inferior al 0,25%, es prefereix la normalització al recuit com a tractament tèrmic preparatori.
②Per a acer de carboni mitjà amb un contingut de carboni entre el 0,25% i el 0,50%, es pot utilitzar el recuit o la normalització com a tractament tèrmic preparatori.
③Per a acer de carboni mitjà a alt amb un contingut de carboni entre el 0,50% i el 0,75%, es recomana un recuit complet.
④Per a altsacer al carboniAmb un contingut de carboni superior al 0,75%, primer s'utilitza la normalització per eliminar la xarxa Fe₃C, seguida d'un recuit esferoiditzat.
Ⅲ. Tremp i reveniment de l'acer
A.Quenching
1. Definició de tremp: El tremp implica escalfar l'acer a una certa temperatura per sobre del punt Ac₃ o Ac₁, mantenir-lo a aquesta temperatura i després refredar-lo a una velocitat superior a la velocitat crítica de refredament per formar martensita.
2. Finalitat del tremp: L'objectiu principal és obtenir martensita (o de vegades bainita inferior) per augmentar la duresa i la resistència al desgast de l'acer. El tremp és un dels processos de tractament tèrmic més importants de l'acer.
3. Determinació de les temperatures de refredament per a diferents tipus d'acer
Acer hipoeutectoide: Ac₃ + 30 °C a 50 °C
Acer eutectoide i hipereutectoide: Ac₁ + 30 °C a 50 °C
Acer d'aliatge: de 50 °C a 100 °C per sobre de la temperatura crítica
4. Característiques de refredament d'un medi de refredament ideal:
Refredament lent abans de la temperatura del "nas": per reduir suficientment l'estrès tèrmic.
Alta capacitat de refrigeració a prop de la temperatura del "nas": per evitar la formació d'estructures no martensítiques.
Refredament lent prop del punt M₅: per minimitzar l'estrès induït per la transformació martensítica.
5. Mètodes de refredament i les seves característiques:
①Temps simple: fàcil d'operar i adequat per a peces petites i de forma simple. La microestructura resultant és la martensita (M).
②Doble tremp: Més complex i difícil de controlar, utilitzat per a peces d'acer amb alt contingut en carboni de formes complexes i acer d'aliatge més grans. La microestructura resultant és la martensita (M).
③Temps trencat: Un procés més complex, utilitzat per a peces d'acer d'aliatge grans i de formes complexes. La microestructura resultant és la martensita (M).
④Temps isotèrmic: s'utilitza per a peces petites i de formes complexes amb requisits elevats. La microestructura resultant és bainita inferior (B).
6. Factors que afecten la trempabilitat
El nivell de trempabilitat depèn de l'estabilitat de l'austenita superrefredada en l'acer. Com més alta sigui l'estabilitat de l'austenita superrefredada, millor serà la trempabilitat, i viceversa.
Factors que influeixen en l'estabilitat de l'austenita superrefredada:
Posició de la corba C: Si la corba C es desplaça cap a la dreta, la velocitat crítica de refredament per al tremp disminueix, millorant la trempabilitat.
Conclusió clau:
Qualsevol factor que desplaci la corba C cap a la dreta augmenta la templabilitat de l'acer.
Factor principal:
Composició química: Excepte el cobalt (Co), tots els elements d'aliatge dissolts en austenita augmenten la trempabilitat.
Com més a prop estigui el contingut de carboni de la composició eutectoide de l'acer al carboni, més es desplaça la corba C cap a la dreta i més alta serà la trempabilitat.
7. Determinació i representació de la templabilitat
① Prova de trempabilitat al final de la temperatura: La trempabilitat es mesura mitjançant el mètode de prova de trempat al final de la temperatura.
②Mètode del diàmetre crític de refredament: el diàmetre crític de refredament (D₀) representa el diàmetre màxim de l'acer que es pot endurir completament en un medi de refredament específic.
B. Reveniment
1. Definició de reveniment
El reveniment és un procés de tractament tèrmic en què l'acer tremp es reescalfa a una temperatura inferior al punt A₁, es manté a aquesta temperatura i després es refreda a temperatura ambient.
2. Propòsit del tremp
Reduir o eliminar la tensió residual: Evita la deformació o l'esquerdament de la peça.
Reduir o eliminar l'austenita residual: Estabilitza les dimensions de la peça.
Eliminar la fragilitat de l'acer temperat: ajusta la microestructura i les propietats per satisfer els requisits de la peça.
Nota important: L'acer s'ha de revenir immediatament després del tremp.
3. Processos de reveniment
1. Baix tremp
Objectiu: Reduir la tensió de refredament, millorar la tenacitat de la peça i aconseguir una alta duresa i resistència al desgast.
Temperatura: 150 °C ~ 250 °C.
Rendiment: Duresa: HRC 58 ~ 64. Alta duresa i resistència al desgast.
Aplicacions: Eines, motlles, coixinets, peces carburitzades i components endurits superficialment.
2. Alt tremp
Objectiu: Aconseguir una alta tenacitat juntament amb una resistència i duresa suficients.
Temperatura: 500 °C ~ 600 °C.
Rendiment: Duresa: HRC 25 ~ 35. Bones propietats mecàniques generals.
Aplicacions: Eixos, engranatges, bieles, etc.
Refinació tèrmica
Definició: El tremp seguit d'un reveniment a alta temperatura s'anomena refinació tèrmica o, simplement, reveniment. L'acer tractat amb aquest procés té un rendiment general excel·lent i s'utilitza àmpliament.
Ⅳ. Tractament tèrmic superficial de l'acer
A. Tremp superficial d'acers
1. Definició d'enduriment superficial
L'enduriment superficial és un procés de tractament tèrmic dissenyat per enfortir la capa superficial d'una peça escalfant-la ràpidament per transformar la capa superficial en austenita i després refredant-la ràpidament. Aquest procés es duu a terme sense alterar la composició química de l'acer ni l'estructura central del material.
2. Materials utilitzats per a l'enduriment superficial i l'estructura posterior a l'enduriment
Materials utilitzats per a l'enduriment superficial
Materials típics: acer de carboni mitjà i acer d'aliatge de carboni mitjà.
Pretractament: Procés típic: Reveniment. Si les propietats del nucli no són crítiques, es pot utilitzar la normalització.
Estructura post-enduriment
Estructura superficial: La capa superficial normalment forma una estructura endurida com la martensita o la bainita, que proporciona una alta duresa i resistència al desgast.
Estructura del nucli: El nucli de l'acer generalment conserva la seva estructura original, com ara l'estat perlític o temperat, depenent del procés de pretractament i de les propietats del material base. Això garanteix que el nucli mantingui una bona tenacitat i resistència.
B. Característiques de l'enduriment superficial per inducció
1. Alta temperatura d'escalfament i augment ràpid de la temperatura: l'enduriment superficial per inducció normalment implica altes temperatures d'escalfament i velocitats d'escalfament ràpides, cosa que permet un escalfament ràpid en poc temps.
2. Estructura de grans fins d'austenita a la capa superficial: Durant l'escalfament ràpid i el procés de tremp posterior, la capa superficial forma grans fins d'austenita. Després del tremp, la superfície consisteix principalment en martensita fina, amb una duresa típicament de 2 a 3 HRC superior a la del tremp convencional.
3. Bona qualitat superficial: a causa del curt temps d'escalfament, la superfície de la peça és menys propensa a l'oxidació i la descarburació, i la deformació induïda per l'apagament es minimitza, garantint una bona qualitat superficial.
4. Alta resistència a la fatiga: la transformació de fase martensítica a la capa superficial genera una tensió de compressió, que augmenta la resistència a la fatiga de la peça.
5. Alta eficiència de producció: l'enduriment superficial per inducció és adequat per a la producció en massa, oferint una alta eficiència operativa.
C. Classificació del tractament tèrmic químic
Cementació, Cementació, Cementació, Cromització, Siliconització, Siliconització, Siliconització, Carbonitruració, Borocarburització
D.Carburació de gas
La carburació amb gas és un procés en què una peça es col·loca en un forn de carburació amb gas segellat i s'escalfa a una temperatura que transforma l'acer en austenita. A continuació, s'aboca un agent de carburació al forn o s'introdueix directament una atmosfera de carburació, cosa que permet que els àtoms de carboni es difonguin a la capa superficial de la peça. Aquest procés augmenta el contingut de carboni (wc%) a la superfície de la peça.
√Agents carburitzants:
• Gasos rics en carboni: com ara el gas de carbó, el gas liquat de petroli (GLP), etc.
• Líquids orgànics: com ara querosè, metanol, benzè, etc.
√Paràmetres del procés de carburació:
• Temperatura de carburació: 920~950°C.
• Temps de carburació: Depèn de la profunditat desitjada de la capa carburada i de la temperatura de carburació.
E. Tractament tèrmic després de la carburació
L'acer ha de sotmetre's a un tractament tèrmic després de la carburació.
Procés de tractament tèrmic després de la carburació:
√Refrigeració + reveniment a baixa temperatura
1. Tremp directe després del prerefredament + reveniment a baixa temperatura: la peça es prerefreda des de la temperatura de carburització fins a una temperatura just per sobre de la temperatura Ar₁ del nucli i després es tremp immediatament, seguit d'un reveniment a baixa temperatura a 160~180°C.
2. Tremp únic després del prerefredament + reveniment a baixa temperatura: després de la carburització, la peça es refreda lentament a temperatura ambient i després es reescalfa per al tremp i el reveniment a baixa temperatura.
3. Doble tremp després del prerefredament + reveniment a baixa temperatura: després de la carburació i el refredament lent, la peça passa per dues etapes d'escalfament i tremp, seguides d'un reveniment a baixa temperatura.
Ⅴ. Tractament tèrmic químic dels acers
1. Definició del tractament tèrmic químic
El tractament tèrmic químic és un procés de tractament tèrmic en què una peça d'acer es col·loca en un medi actiu específic, s'escalfa i es manté a aquesta temperatura, permetent que els àtoms actius del medi es difonguin a la superfície de la peça. Això canvia la composició química i la microestructura de la superfície de la peça, alterant així les seves propietats.
2. Procés bàsic de tractament tèrmic químic
Descomposició: Durant l'escalfament, el medi actiu es descompon i allibera àtoms actius.
Absorció: Els àtoms actius són adsorbits per la superfície de l'acer i es dissolen en la solució sòlida de l'acer.
Difusió: Els àtoms actius absorbits i dissolts a la superfície de l'acer migren cap a l'interior.
Tipus d'enduriment superficial per inducció
a. Escalfament per inducció d'alta freqüència
Freqüència actual: 250~300 kHz.
Profunditat de la capa endurida: 0,5~2,0 mm.
Aplicacions: Engranatges de mòduls mitjans i petits i eixos de mida petita a mitjana.
b. Escalfament per inducció de freqüència mitjana
Freqüència actual: 2500~8000 kHz.
Profunditat de la capa endurida: 2~10 mm.
Aplicacions: Eixos més grans i engranatges de mòduls grans a mitjans.
c. Escalfament per inducció de freqüència elèctrica
Freqüència de corrent: 50 Hz.
Profunditat de la capa endurida: 10~15 mm.
Aplicacions: Peces que requereixen una capa endurida molt profunda.
3. Enduriment superficial per inducció
Principi bàsic de l'enduriment superficial per inducció
Efecte de la pell:
Quan el corrent altern a la bobina d'inducció indueix un corrent a la superfície de la peça, la major part del corrent induït es concentra prop de la superfície, mentre que gairebé no passa corrent per l'interior de la peça. Aquest fenomen es coneix com a efecte pelicular.
Principi d'enduriment superficial per inducció:
Basant-se en l'efecte pelicular, la superfície de la peça s'escalfa ràpidament fins a la temperatura d'austenitització (que puja fins als 800~1000°C en pocs segons), mentre que l'interior de la peça roman gairebé sense escalfar. A continuació, la peça es refreda mitjançant polvorització d'aigua, aconseguint un enduriment superficial.
4. Fragilitat del temperament
Reveniment de la fragilitat en acer trempat
La fragilitat per reveniment es refereix al fenomen en què la tenacitat a l'impacte de l'acer trempat disminueix significativament quan es tempera a certes temperatures.
Primer tipus de fragilitat per reveniment
Rang de temperatura: de 250 °C a 350 °C.
Característiques: Si l'acer tremp es tempera dins d'aquest rang de temperatures, és molt probable que desenvolupi aquest tipus de fragilitat per reveniment, que no es pot eliminar.
Solució: Eviteu revenir l'acer tremp dins d'aquest rang de temperatura.
El primer tipus de fragilitat per reveniment també es coneix com a fragilitat per reveniment a baixa temperatura o fragilitat per reveniment irreversible.
Ⅵ.Reveniment
1. El reveniment és un procés de tractament tèrmic final que segueix al refredament.
Per què els acers trempats necessiten reveniment?
Microestructura després del tremp: Després del tremp, la microestructura de l'acer sol consistir en martensita i austenita residual. Ambdues són fases metaestables i es transformaran sota certes condicions.
Propietats de la martensita: La martensita es caracteritza per una alta duresa però també per una alta fragilitat (especialment en la martensita amb alt contingut de carboni en forma d'agulla), que no compleix els requisits de rendiment per a moltes aplicacions.
Característiques de la transformació martensítica: La transformació a martensita es produeix molt ràpidament. Després del tremp, la peça té tensions internes residuals que poden provocar deformacions o esquerdes.
Conclusió: La peça no es pot utilitzar directament després del tremp! El reveniment és necessari per reduir les tensions internes i millorar la tenacitat de la peça, fent-la adequada per al seu ús.
2. Diferència entre trempabilitat i capacitat d'enduriment:
Temperabilitat:
La trempabilitat es refereix a la capacitat de l'acer per aconseguir una certa profunditat d'enduriment (la profunditat de la capa endurida) després del tremp. Depèn de la composició i l'estructura de l'acer, en particular dels seus elements d'aliatge i del tipus d'acer. La trempabilitat és una mesura de com de bé es pot endurir l'acer al llarg del seu gruix durant el procés de tremp.
Duresa (capacitat d'enduriment):
La duresa, o capacitat d'enduriment, es refereix a la duresa màxima que es pot aconseguir en l'acer després del tremp. Està influenciada en gran mesura pel contingut de carboni de l'acer. Un contingut de carboni més alt generalment condueix a una duresa potencial més alta, però això pot estar limitat pels elements d'aliatge de l'acer i l'eficàcia del procés de tremp.
3. Temperabilitat de l'acer
√Concepte de trempabilitat
La trempabilitat es refereix a la capacitat de l'acer per aconseguir una certa profunditat d'enduriment martensític després del tremp a partir de la temperatura d'austenització. En termes més senzills, és la capacitat de l'acer per formar martensita durant el tremp.
Mesura de la templabilitat
La mida de la trempabilitat s'indica per la profunditat de la capa endurida obtinguda en condicions específiques després del tremp.
Profunditat de la capa endurida: aquesta és la profunditat des de la superfície de la peça fins a la regió on l'estructura és mig martensita.
Medis de refredament comuns:
•Aigua
Característiques: Econòmic amb una forta capacitat de refredament, però té una alta velocitat de refredament prop del punt d'ebullició, cosa que pot provocar un refredament excessiu.
Aplicació: Normalment s'utilitza per a acers al carboni.
Aigua salada: Una solució de sal o àlcali en aigua, que té una capacitat de refrigeració més alta a altes temperatures en comparació amb l'aigua, cosa que la fa adequada per a acers al carboni.
•Oli
Característiques: Proporciona una velocitat de refredament més lenta a baixes temperatures (prop del punt d'ebullició), cosa que redueix eficaçment la tendència a la deformació i l'esquerdament, però té una capacitat de refredament menor a altes temperatures.
Aplicació: Apte per a acers d'aliatge.
Tipus: Inclou oli de refredament, oli per a màquines i combustible dièsel.
Temps d'escalfament
El temps d'escalfament inclou tant la velocitat d'escalfament (el temps que es triga a assolir la temperatura desitjada) com el temps de manteniment (el temps que es manté a la temperatura objectiu).
Principis per determinar el temps d'escalfament: assegureu-vos d'una distribució uniforme de la temperatura a tota la peça, tant a l'interior com a l'exterior.
Assegureu-vos d'una austenitització completa i que l'austenita formada sigui uniforme i fina.
Base per determinar el temps d'escalfament: normalment s'estima mitjançant fórmules empíriques o es determina mitjançant experimentació.
Mitjans de refrigeració
Dos aspectes clau:
a. Velocitat de refredament: una velocitat de refredament més alta afavoreix la formació de martensita.
b. Tensió residual: Una velocitat de refredament més alta augmenta la tensió residual, cosa que pot provocar una major tendència a la deformació i l'esquerdament de la peça.
Ⅶ.Normalització
1. Definició de normalització
La normalització és un procés de tractament tèrmic en què l'acer s'escalfa a una temperatura de 30 °C a 50 °C per sobre de la temperatura Ac3, es manté a aquesta temperatura i després es refreda a l'aire per obtenir una microestructura propera a l'estat d'equilibri. En comparació amb el recuit, la normalització té una velocitat de refredament més ràpida, cosa que resulta en una estructura de perlita (P) més fina i una resistència i duresa més elevades.
2. Objectiu de la normalització
El propòsit de la normalització és similar al del recuit.
3. Aplicacions de la normalització
• Eliminar la cementita secundària en xarxa.
•Serveix com a tractament tèrmic final per a peces amb requisits més baixos.
• Actua com a tractament tèrmic preparatori per a l'acer estructural de baix i mitjà contingut en carboni per millorar la maquinabilitat.
4. Tipus de recuit
Primer tipus de recuit:
Propòsit i funció: L'objectiu no és induir la transformació de fase sinó fer passar l'acer d'un estat desequilibrat a un estat equilibrat.
Tipus:
• Recuit per difusió: té com a objectiu homogeneïtzar la composició eliminant la segregació.
• Recuit de recristal·lització: restaura la ductilitat eliminant els efectes de l'enduriment per deformació.
• Recuit per alleujament d'estrès: Redueix les tensions internes sense alterar la microestructura.
Segon tipus de recuit:
Propòsit i funció: Pretén canviar la microestructura i les propietats, aconseguint una microestructura dominada per la perlita. Aquest tipus també garanteix que la distribució i la morfologia de la perlita, la ferrita i els carburs compleixin uns requisits específics.
Tipus:
• Recuit complet: escalfa l'acer per sobre de la temperatura Ac3 i després el refreda lentament per produir una estructura de perlita uniforme.
• Recuit incomplet: escalfa l'acer entre les temperatures Ac1 i Ac3 per transformar parcialment l'estructura.
• Recuit isotèrmic: escalfa l'acer per sobre d'Ac3, seguit d'un refredament ràpid a una temperatura isotèrmica i un manteniment per aconseguir l'estructura desitjada.
• Recuit esferoiditzat: produeix una estructura de carbur esferoïdal, millorant la maquinabilitat i la tenacitat.
Ⅷ.1. Definició del tractament tèrmic
El tractament tèrmic fa referència a un procés en què el metall s'escalfa, es manté a una temperatura específica i després es refreda mentre està en estat sòlid per alterar la seva estructura interna i microestructura, aconseguint així les propietats desitjades.
2. Característiques del tractament tèrmic
El tractament tèrmic no canvia la forma de la peça; en canvi, altera l'estructura interna i la microestructura de l'acer, cosa que al seu torn canvia les propietats de l'acer.
3. Finalitat del tractament tèrmic
El propòsit del tractament tèrmic és millorar les propietats mecàniques o de processament de l'acer (o de les peces de treball), aprofitar al màxim el potencial de l'acer, millorar la qualitat de la peça i allargar-ne la vida útil.
4. Conclusió clau
La millora de les propietats d'un material mitjançant el tractament tèrmic depèn críticament de si hi ha canvis en la seva microestructura i estructura durant el procés d'escalfament i refredament.
Data de publicació: 19 d'agost de 2024