Ⅰ. O concepto básico do tratamento térmico.
A. O concepto básico do tratamento térmico.
Os elementos e funcións básicas detratamento térmico:
1. Calefacción
O obxectivo é obter unha estrutura austenítica uniforme e fina.
2. Mantemento
O obxectivo é garantir que a peza de traballo se quente completamente e evitar a descarburación e a oxidación.
3. Refrixeración
O obxectivo é transformar a austenita en diferentes microestruturas.
Microestruturas despois do tratamento térmico
Durante o proceso de arrefriamento despois do quecemento e mantemento, a austenita transfórmase en diferentes microestruturas dependendo da velocidade de arrefriamento. As diferentes microestruturas presentan propiedades diferentes.
B. O concepto básico do tratamento térmico.
Clasificación baseada nos métodos de quecemento e arrefriamento, así como na microestrutura e as propiedades do aceiro
1. Tratamento térmico convencional (tratamento térmico xeral): revenido, recocido, normalización, temple
2. Tratamento térmico superficial: temple superficial, temple superficial por quentamento por indución, temple superficial por quentamento por chama, temple superficial por quentamento por contacto eléctrico.
3. Tratamento térmico químico: cementación, nitruración, carbonitruración.
4. Outros tratamentos térmicos: tratamento térmico en atmosfera controlada, tratamento térmico ao baleiro, tratamento térmico por deformación.
C. Temperatura crítica dos aceiros
A temperatura crítica de transformación do aceiro é unha base importante para determinar os procesos de quecemento, mantemento e arrefriamento durante o tratamento térmico. Determínase mediante o diagrama de fases ferro-carbono.
Conclusión clave:A temperatura crítica real de transformación do aceiro sempre está por debaixo da temperatura crítica teórica de transformación. Isto significa que se require un sobrequecemento durante o quecemento e un subrefrecemento durante o arrefriamento.
Ⅱ. Recocido e normalización do aceiro
1. Definición de recocido
O recocido implica quentar o aceiro a unha temperatura por riba ou por debaixo do punto crítico Ac₁, manténdoo a esa temperatura e, a continuación, arrefrialo lentamente, xeralmente dentro do forno, para conseguir unha estrutura próxima ao equilibrio.
2. Finalidade do recocido
①Axustar a dureza para o mecanizado: Conseguir unha dureza mecanizable no rango de HB170~230.
②Alivia a tensión residual: evita a deformación ou a formación de gretas durante os procesos posteriores.
③Refinar a estrutura do gran: Mellora a microestrutura.
④Preparación para o tratamento térmico final: Obtén perlita granular (esferoidizada) para o seu posterior temple e revenido.
3. Recocido esferoidizado
Especificacións do proceso: A temperatura de quecemento está preto do punto Ac₁.
Finalidade: esferoidizar a cementita ou os carburos do aceiro, o que resulta en perlita granular (esferoidizada).
Rango aplicable: Úsase para aceiros con composicións eutectoides e hipereutectoides.
4. Recocido por difusión (recocido homoxeneizador)
Especificacións do proceso: A temperatura de quecemento está lixeiramente por debaixo da liña de solvus no diagrama de fases.
Obxectivo: Eliminar a segregación.
①Para baixasaceiro ao carbonocun contido de carbono inferior ao 0,25 %, prefírese a normalización ao recocido como tratamento térmico preparatorio.
②Para aceiro de carbono medio cun contido de carbono entre o 0,25 % e o 0,50 %, pódese empregar o recocido ou a normalización como tratamento térmico preparatorio.
③Para aceiro de carbono medio a alto cun contido de carbono entre o 0,50 % e o 0,75 %, recoméndase o recocido completo.
④Para alta-aceiro ao carbonocun contido de carbono superior ao 0,75 %, primeiro úsase a normalización para eliminar a rede de Fe₃C, seguida do recocido esferoidizado.
Ⅲ. Tempeamento e revenido do aceiro
A.Quenching
1. Definición de temple: O temple implica quentar o aceiro a unha determinada temperatura por riba do punto Ac₃ ou Ac₁, mantelo a esa temperatura e despois arrefrialo a unha velocidade maior que a velocidade crítica de arrefriamento para formar martensita.
2. Finalidade do temple: O obxectivo principal é obter martensita (ou ás veces bainita inferior) para aumentar a dureza e a resistencia ao desgaste do aceiro. O temple é un dos procesos de tratamento térmico máis importantes para o aceiro.
3. Determinación das temperaturas de temple para diferentes tipos de aceiro
Aceiro hipoeutectoide: Ac₃ + 30 °C a 50 °C
Aceiro eutectoide e hipereutectoide: Ac₁ + 30 °C a 50 °C
Aceiro de aliaxe: de 50 °C a 100 °C por riba da temperatura crítica
4. Características de arrefriamento dun medio de temple ideal:
Arrefriamento lento antes da temperatura do "nariz": para reducir suficientemente a tensión térmica.
Alta capacidade de arrefriamento preto da temperatura "nariz": para evitar a formación de estruturas non martensíticas.
Arrefriamento lento preto do punto M₅: para minimizar a tensión inducida pola transformación martensítica.
5. Métodos de temple e as súas características:
①Tempeso sinxelo: Fácil de operar e axeitado para pezas pequenas e de forma simple. A microestrutura resultante é a martensita (M).
②Dobre temple: Máis complexo e difícil de controlar, úsase para pezas de aceiro con alto contido en carbono de formas complexas e aceiro de aliaxe máis grande. A microestrutura resultante é a martensita (M).
③Tempeso por rotura: un proceso máis complexo que se emprega para pezas de aceiro de aliaxe grandes e de formas complexas. A microestrutura resultante é a martensita (M).
④Tempeo isotérmico: úsase para pezas pequenas e de formas complexas con altos requisitos. A microestrutura resultante é bainita inferior (B).
6. Factores que afectan á templabilidade
O nivel de templabilidade depende da estabilidade da austenita superenfriada no aceiro. Canto maior sexa a estabilidade da austenita superenfriada, mellor será a templabilidade e viceversa.
Factores que inflúen na estabilidade da austenita superenfriada:
Posición da curva C: Se a curva C se despraza cara á dereita, a velocidade crítica de arrefriamento para o temple diminúe, o que mellora a templabilidade.
Conclusión clave:
Calquera factor que desprace a curva C cara á dereita aumenta a templabilidade do aceiro.
Factor principal:
Composición química: Agás o cobalto (Co), todos os elementos de aliaxe disoltos na austenita aumentan a templabilidade.
Canto máis se aproxime o contido de carbono á composición eutectoide no aceiro ao carbono, máis se despraza a curva C cara á dereita e maior é a templabilidade.
7. Determinación e representación da templabilidade
①Proba de templabilidade ao final do temple: A templabilidade mídese mediante o método de proba de temple.
②Método do diámetro crítico de temple: o diámetro crítico de temple (D₀) representa o diámetro máximo do aceiro que pode ser completamente endurecido nun medio de temple específico.
B. Revenido
1. Definición de revenido
O revenido é un proceso de tratamento térmico no que o aceiro temperado se requenta a unha temperatura por debaixo do punto A₁, se mantén a esa temperatura e logo se arrefría á temperatura ambiente.
2. Finalidade do tempero
Reducir ou eliminar a tensión residual: evita a deformación ou o agrietamento da peza.
Reducir ou eliminar a austenita residual: estabiliza as dimensións da peza de traballo.
Eliminar a fraxilidade do aceiro temperado: Axusta a microestrutura e as propiedades para cumprir cos requisitos da peza.
Nota importante: O aceiro debe ser temperado inmediatamente despois do temple.
3. Procesos de revenido
1. Baixo tempero
Obxectivo: Reducir a tensión de temple, mellorar a tenacidade da peza e conseguir unha alta dureza e resistencia ao desgaste.
Temperatura: 150 °C ~ 250 °C.
Rendemento: Dureza: HRC 58 ~ 64. Alta dureza e resistencia ao desgaste.
Aplicacións: Ferramentas, moldes, rolamentos, pezas cementadas e compoñentes endurecidos superficialmente.
2. Alto tempero
Obxectivo: Conseguir unha alta tenacidade xunto cunha resistencia e dureza suficientes.
Temperatura: 500 °C ~ 600 °C.
Rendemento: Dureza: HRC 25 ~ 35. Boas propiedades mecánicas xerais.
Aplicacións: Eixos, engrenaxes, bielas, etc.
Refinación térmica
Definición: O temple seguido dun revenido a alta temperatura chámase refinado térmico ou simplemente revenido. O aceiro tratado con este proceso ten un excelente rendemento xeral e úsase amplamente.
Ⅳ. Tratamento térmico superficial do aceiro
A. Tempeamento superficial de aceiros
1. Definición de endurecemento superficial
O endurecemento superficial é un proceso de tratamento térmico deseñado para fortalecer a capa superficial dunha peza de traballo quentándoa rapidamente para transformala en austenita e despois arrefriándoa rapidamente. Este proceso lévase a cabo sen alterar a composición química do aceiro nin a estrutura central do material.
2. Materiais empregados para o endurecemento superficial e a estrutura posterior ao endurecemento
Materiais empregados para o endurecemento superficial
Materiais típicos: aceiro de carbono medio e aceiro de aliaxe de carbono medio.
Pretratamento: Proceso típico: revenido. Se as propiedades do núcleo non son críticas, pódese empregar a normalización.
Estrutura posendurecemento
Estrutura superficial: A capa superficial normalmente forma unha estrutura endurecida como a martensita ou a bainita, que proporciona alta dureza e resistencia ao desgaste.
Estrutura do núcleo: O núcleo do aceiro xeralmente conserva a súa estrutura orixinal, como o estado perlítico ou temperado, dependendo do proceso de pretratamento e das propiedades do material base. Isto garante que o núcleo manteña unha boa tenacidade e resistencia.
B. Características do endurecemento superficial por indución
1. Alta temperatura de quecemento e rápido aumento da temperatura: o endurecemento superficial por indución normalmente implica altas temperaturas de quecemento e rápidas velocidades de quecemento, o que permite un quecemento rápido nun curto período de tempo.
2. Estrutura de grans finos de austenita na capa superficial: Durante o quecemento rápido e o posterior proceso de temple, a capa superficial forma grans finos de austenita. Despois do temple, a superficie consiste principalmente en martensita fina, cunha dureza normalmente de 2 a 3 HRC superior á do temple convencional.
3. Boa calidade da superficie: debido ao curto tempo de quecemento, a superficie da peza é menos propensa á oxidación e á descarburación, e a deformación inducida polo arrefriamento minimízase, o que garante unha boa calidade da superficie.
4. Alta resistencia á fatiga: a transformación da fase martensítica na capa superficial xera tensión de compresión, o que aumenta a resistencia á fatiga da peza.
5. Alta eficiencia de produción: o endurecemento superficial por indución é axeitado para a produción en masa, ofrecendo unha alta eficiencia operativa.
C. Clasificación do tratamento térmico químico
Cementación, Cementación, Cementación, Cromización, Siliconización, Siliconización, Siliconización, Carbonitruración, Borocarburación
D.Carburación de gas
A cementación a gas é un proceso no que unha peza de traballo se coloca nun forno de cementación a gas selado e se quenta a unha temperatura que transforma o aceiro en austenita. Despois, gotéase un axente de cementación no forno ou introdúcese directamente unha atmosfera de cementación, o que permite que os átomos de carbono se difundan na capa superficial da peza de traballo. Este proceso aumenta o contido de carbono (wc%) na superficie da peza de traballo.
√Axentes cementantes:
• Gases ricos en carbono: como o gas de carbón, o gas licuado de petróleo (GLP), etc.
• Líquidos orgánicos: como queroseno, metanol, benceno, etc.
√Parámetros do proceso de cementación:
• Temperatura de cementación: 920~950 °C.
•Tempo de cementación: depende da profundidade desexada da capa cementada e da temperatura de cementación.
E. Tratamento térmico despois da cementación
O aceiro debe someterse a un tratamento térmico despois da cementación.
Proceso de tratamento térmico despois da carburación:
√Tempeo + revenido a baixa temperatura
1. Tempeamento directo despois do prearrefriamento + revenido a baixa temperatura: a peza de traballo arrefríase previamente desde a temperatura de cementación ata xusto por riba da temperatura de Ar₁ do núcleo e logo tómase inmediatamente, seguido dun revenido a baixa temperatura a 160~180 °C.
2. Tempeamento único despois do prearrefriamento + revenido a baixa temperatura: despois da cementación, a peza arrefríase lentamente á temperatura ambiente e logo quéntase de novo para o temple e o revenido a baixa temperatura.
3. Dobre temple despois do prearrefriamento + revenido a baixa temperatura: despois da cementación e o arrefriamento lento, a peza sofre dúas etapas de quecemento e temple, seguidas dun revenido a baixa temperatura.
Ⅴ. Tratamento térmico químico de aceiros
1. Definición de tratamento térmico químico
O tratamento térmico químico é un proceso de tratamento térmico no que unha peza de aceiro se coloca nun medio activo específico, se quenta e se mantén a esa temperatura, o que permite que os átomos activos do medio se difundan na superficie da peza. Isto cambia a composición química e a microestrutura da superficie da peza, alterando así as súas propiedades.
2. Proceso básico de tratamento térmico químico
Descomposición: Durante o quentamento, o medio activo descomponse, liberando átomos activos.
Absorción: Os átomos activos son adsorbidos pola superficie do aceiro e disólvense na solución sólida do aceiro.
Difusión: Os átomos activos absorbidos e disoltos na superficie do aceiro migran cara ao interior.
Tipos de endurecemento superficial por indución
a. Quecemento por indución de alta frecuencia
Frecuencia actual: 250~300 kHz.
Profundidade da capa endurecida: 0,5~2,0 mm.
Aplicacións: Engrenaxes de módulos medianos e pequenos e eixes de tamaño pequeno a mediano.
b. Quecemento por indución de frecuencia media
Frecuencia actual: 2500~8000 kHz.
Profundidade da capa endurecida: 2~10 mm.
Aplicacións: Eixes máis grandes e engrenaxes de módulo grande a mediano.
c. Quecemento por indución de frecuencia industrial
Frecuencia actual: 50 Hz.
Profundidade da capa endurecida: 10~15 mm.
Aplicacións: Pezas que requiren unha capa endurecida moi profunda.
3. Endurecemento superficial por indución
Principio básico do endurecemento superficial por indución
Efecto da pel:
Cando a corrente alterna na bobina de indución induce unha corrente na superficie da peza de traballo, a maior parte da corrente inducida concéntrase preto da superficie, mentres que case ningunha corrente pasa polo interior da peza de traballo. Este fenómeno coñécese como efecto pelicular.
Principio do endurecemento superficial por indución:
Baseándose no efecto pelicular, a superficie da peza quéntase rapidamente ata a temperatura de austenización (que ascende a 800~1000 °C en poucos segundos), mentres que o interior da peza permanece case sen quentar. Despois, a peza arrefríase mediante pulverización de auga, conseguindo o endurecemento superficial.
4. Fraxilidade do temperamento
Revenido da fraxilidade en aceiro temperado
A fraxilidade por revenido refírese ao fenómeno polo que a tenacidade ao impacto do aceiro temperado diminúe significativamente cando se remueve a certas temperaturas.
Primeiro tipo de fragilidade por revenido
Rango de temperatura: de 250 °C a 350 °C.
Características: Se o aceiro temperado se reveniu dentro deste rango de temperatura, é moi probable que desenvolva este tipo de fraxilidade por revenido, que non se pode eliminar.
Solución: Evite o revenido do aceiro temperado dentro deste rango de temperatura.
O primeiro tipo de fragilidade por revenido tamén se coñece como fragilidade por revenido a baixa temperatura ou fragilidade por revenido irreversible.
Ⅵ.Revenido
1. O revenido é un proceso de tratamento térmico final que segue ao temple.
Por que os aceiros temperados necesitan revenido?
Microestrutura despois do temple: despois do temple, a microestrutura do aceiro consiste normalmente en martensita e austenita residual. Ambas son fases metaestables e transformaranse baixo certas condicións.
Propiedades da martensita: A martensita caracterízase por unha alta dureza pero tamén por unha alta fraxilidade (especialmente na martensita acicular con alto contido en carbono), o que non cumpre os requisitos de rendemento para moitas aplicacións.
Características da transformación martensítica: A transformación a martensita ocorre moi rapidamente. Despois do temple, a peza ten tensións internas residuais que poden provocar deformacións ou rachaduras.
Conclusión: A peza non se pode usar directamente despois do tempero! O revenido é necesario para reducir as tensións internas e mellorar a tenacidade da peza, facéndoa axeitada para o seu uso.
2. Diferenza entre templabilidade e capacidade de endurecemento:
Temperabilidade:
A templabilidade refírese á capacidade do aceiro para alcanzar unha determinada profundidade de endurecemento (a profundidade da capa endurecida) despois do temple. Depende da composición e estrutura do aceiro, en particular dos seus elementos de aliaxe e do tipo de aceiro. A templabilidade é unha medida de como de ben pode endurecerse o aceiro en toda a súa espesura durante o proceso de temple.
Dureza (capacidade de endurecemento):
A dureza, ou capacidade de endurecemento, refírese á dureza máxima que se pode alcanzar no aceiro despois do temple. Está influenciada en gran medida polo contido de carbono do aceiro. Un maior contido de carbono xeralmente leva a unha maior dureza potencial, pero esta pode estar limitada polos elementos de aliaxe do aceiro e pola eficacia do proceso de temple.
3. Templabilidade do aceiro
√Concepto de templabilidade
A templabilidade refírese á capacidade do aceiro para alcanzar unha certa profundidade de endurecemento martensítico despois do temple á temperatura de austenización. En termos máis sinxelos, é a capacidade do aceiro para formar martensita durante o temple.
Medición da templabilidade
A magnitude da templabilidade indícase pola profundidade da capa endurecida obtida en condicións especificadas despois do temple.
Profundidade da capa endurecida: trátase da profundidade desde a superficie da peza ata a rexión onde a estrutura é metade martensitica.
Medios de extinción comúns:
•Auga
Características: Económico con forte capacidade de arrefriamento, pero ten unha alta velocidade de arrefriamento preto do punto de ebulición, o que pode levar a un arrefriamento excesivo.
Aplicación: Úsase normalmente para aceiros ao carbono.
Auga salgada: Unha solución de sal ou álcali en auga, que ten unha maior capacidade de arrefriamento a altas temperaturas en comparación coa auga, o que a fai axeitada para aceiros ao carbono.
• Aceite
Características: Proporciona unha velocidade de arrefriamento máis lenta a baixas temperaturas (preto do punto de ebulición), o que reduce eficazmente a tendencia á deformación e ao rachado, pero ten unha menor capacidade de arrefriamento a altas temperaturas.
Aplicación: Apto para aceiros de aliaxe.
Tipos: Inclúe aceite de refrixeración, aceite para máquinas e combustible diésel.
Tempo de quecemento
O tempo de quecemento inclúe tanto a velocidade de quecemento (tempo que se tarda en alcanzar a temperatura desexada) como o tempo de mantemento (tempo que se mantén na temperatura obxectivo).
Principios para determinar o tempo de quecemento: garantir unha distribución uniforme da temperatura por toda a peza, tanto no interior como no exterior.
Asegurarse dunha austenización completa e de que a austenita formada sexa uniforme e fina.
Base para determinar o tempo de quecemento: normalmente estímase mediante fórmulas empíricas ou determínase mediante experimentación.
Medios de extinción
Dous aspectos clave:
a. Velocidade de arrefriamento: Unha velocidade de arrefriamento máis alta promove a formación de martensita.
b. Tensión residual: Unha maior velocidade de arrefriamento aumenta a tensión residual, o que pode levar a unha maior tendencia á deformación e á formación de gretas na peza.
Ⅶ.Normalización
1. Definición de normalización
A normalización é un proceso de tratamento térmico no que o aceiro se quenta a unha temperatura de 30 °C a 50 °C por riba da temperatura Ac3, se mantén a esa temperatura e logo se arrefría ao aire para obter unha microestrutura próxima ao estado de equilibrio. En comparación co recocido, a normalización ten unha velocidade de arrefriamento máis rápida, o que resulta nunha estrutura de perlita (P) máis fina e unha maior resistencia e dureza.
2. Obxectivo da normalización
O propósito da normalización é semellante ao do recocido.
3. Aplicacións da normalización
• Eliminar a cementita secundaria en rede.
•Servir como tratamento térmico final para pezas con menores requisitos.
• Actuar como tratamento térmico preparatorio para aceiro estrutural de baixo e medio contido en carbono para mellorar a maquinabilidade.
4. Tipos de recocido
Primeiro tipo de recocido:
Finalidade e función: O obxectivo non é inducir a transformación de fase, senón facer que o aceiro pase dun estado desequilibrado a un estado equilibrado.
Tipos:
•Recocido por difusión: ten como obxectivo homoxeneizar a composición eliminando a segregación.
• Recocido de recristalización: restaura a ductilidade eliminando os efectos do endurecemento por deformación.
• Recocido por alivio de tensións: reduce as tensións internas sen alterar a microestrutura.
Segundo tipo de recocido:
Finalidade e función: Ten como obxectivo cambiar a microestrutura e as propiedades, conseguindo unha microestrutura dominada pola perlita. Este tipo tamén garante que a distribución e a morfoloxía da perlita, a ferrita e os carburos cumpran uns requisitos específicos.
Tipos:
• Recocido completo: quenta o aceiro por riba da temperatura Ac3 e despois arrefríao lentamente para producir unha estrutura perlítica uniforme.
• Recocido incompleto: quenta o aceiro entre as temperaturas Ac1 e Ac3 para transformar parcialmente a estrutura.
• Recocido isotérmico: quenta o aceiro por riba de Ac3, seguido dun arrefriamento rápido a unha temperatura isotérmica e mantemento para conseguir a estrutura desexada.
• Recocido esferoidal: produce unha estrutura de carburo esferoidal, mellorando a maquinabilidade e a tenacidade.
Ⅷ.1. Definición de tratamento térmico
O tratamento térmico refírese a un proceso no que o metal se quenta, se mantén a unha temperatura específica e logo se arrefría mentres está en estado sólido para alterar a súa estrutura interna e microestrutura, conseguindo así as propiedades desexadas.
2. Características do tratamento térmico
O tratamento térmico non altera a forma da peza de traballo; en cambio, altera a estrutura interna e a microestrutura do aceiro, o que á súa vez modifica as propiedades do aceiro.
3. Finalidade do tratamento térmico
O obxectivo do tratamento térmico é mellorar as propiedades mecánicas ou de procesamento do aceiro (ou das pezas), aproveitar ao máximo o potencial do aceiro, mellorar a calidade da peza e prolongar a súa vida útil.
4. Conclusión clave
A mellora das propiedades dun material mediante o tratamento térmico depende fundamentalmente de se se producen cambios na súa microestrutura e estrutura durante o proceso de quecemento e arrefriamento.
Data de publicación: 19 de agosto de 2024