Ⅰ. Основен концепт на термичка обработка.
A. Основниот концепт на термичка обработка.
Основните елементи и функции натермичка обработка:
1. Греење
Целта е да се добие униформна и фина аустенитска структура.
2. Држење
Целта е да се обезбеди темелно загревање на работниот дел и да се спречи декарбуризација и оксидација.
3. Ладење
Целта е да се трансформира аустенит во различни микроструктури.
Микроструктури по термичка обработка
За време на процесот на ладење по загревањето и задржувањето, аустенитот се трансформира во различни микроструктури во зависност од брзината на ладење. Различните микроструктури покажуваат различни својства.
Б. Основен концепт на термичка обработка.
Класификација врз основа на методите на греење и ладење, како и микроструктурата и својствата на челикот
1. Конвенционална термичка обработка (целосна термичка обработка): калење, жарење, нормализирање, калење
2. Површинска термичка обработка: Површинско калење, Површинско калење со индукциско греење, Површинско калење со греење со пламен, Површинско калење со електричен контакт.
3. Хемиска термичка обработка: карбуризација, нитрирање, карбонитрирање.
4. Други термички третмани: Термичка обработка со контролирана атмосфера, термичка обработка со вакуум, термичка обработка со деформација.
C. Критична температура на челиците
Критичната температура на трансформација на челикот е важна основа за одредување на процесите на загревање, задржување и ладење за време на термичката обработка. Таа се одредува со фазниот дијаграм на железо-јаглерод.
Клучен заклучок:Вистинската критична температура на трансформација на челикот секогаш заостанува зад теоретската критична температура на трансформација. Ова значи дека е потребно прегревање за време на загревањето, а недоволно ладење за време на ладењето.
Ⅱ.Жарење и нормализација на челик
1. Дефиниција на жарење
Жарењето вклучува загревање на челикот на температура над или под критичната точка Ac₁, држејќи го на таа температура, а потоа бавно ладење, обично во печката, за да се постигне структура блиску до рамнотежа.
2. Цел на жарењето
① Прилагодете ја тврдоста за машинска обработка: Постигнете машинска тврдост во опсег од HB170~230.
②Олеснување на преостанатиот стрес: Спречува деформација или пукање за време на последователните процеси.
③Рафинирање на структурата на зрната: Ја подобрува микроструктурата.
④Подготовка за финална термичка обработка: Добивање на грануларен (сфероидизиран) перлит за последователно калење и калење.
3. Сфероидизирачко жарење
Спецификации на процесот: Температурата на загревање е близу до точката Ac₁.
Намена: Да се сфероидизира цементитот или карбидите во челикот, што резултира со грануларен (сфероидизиран) перлит.
Применлив опсег: Се користи за челици со еутектоидни и хипереутектоидни состави.
4. Дифузно жарење (хомогенизирачко жарење)
Спецификации на процесот: Температурата на загревање е малку под линијата на солвус на фазниот дијаграм.
Цел: Да се елиминира сегрегацијата.
①За ниско-јаглероден челиксо содржина на јаглерод помала од 0,25%, нормализацијата е попосакувана пред жарењето како подготвителна термичка обработка.
②За среднојаглероден челик со содржина на јаглерод помеѓу 0,25% и 0,50%, како подготвителна термичка обработка може да се користи или жарење или нормализирање.
③За челик со средна до висока содржина на јаглерод со содржина на јаглерод помеѓу 0,50% и 0,75%, се препорачува целосно жарење.
④За високо-јаглероден челиксо содржина на јаглерод поголема од 0,75%, прво се користи нормализација за елиминирање на мрежниот Fe₃C, по што следува сфероидизирачко жарење.
Ⅲ. Калење и калење на челик
А.Гаснување
1. Дефиниција на калење: Калењето вклучува загревање на челикот до одредена температура над точката Ac₃ или Ac₁, одржување на таа температура, а потоа ладење со брзина поголема од критичната брзина на ладење за да се формира мартензит.
2. Цел на калењето: Примарната цел е да се добие мартензит (или понекогаш понизок баинит) за да се зголеми тврдоста и отпорноста на абење на челикот. Калењето е еден од најважните процеси на термичка обработка на челикот.
3. Одредување на температурите на гаснење за различни видови челик
Хипоевтектоиден челик: Ac₃ + 30°C до 50°C
Евтектоиден и хиперевтектоиден челик: Ac₁ + 30°C до 50°C
Легуриран челик: 50°C до 100°C над критичната температура
4. Карактеристики на ладење на идеален медиум за гаснење:
Бавно ладење пред температурата „на носот“: За доволно намалување на термичкиот стрес.
Висок капацитет на ладење близу до температурата „нос“: За да се избегне формирање на немартензитни структури.
Бавно ладење во близина на точката M₅: За да се минимизира стресот предизвикан од мартензитната трансформација.
5. Методи на гаснење и нивните карактеристики:
① Едноставно калење: Лесно за ракување и погодно за мали, едноставни обработувани парчиња. Резултирачката микроструктура е мартензит (M).
②Двојно калење: Посложено и потешко за контрола, се користи за високојаглероден челик со сложена форма и поголеми легирани челични обработки. Резултирачката микроструктура е мартензит (M).
③Гаснување со кршење: Посложен процес, кој се користи за големи, сложени обработки од легиран челик. Резултирачката микроструктура е мартензит (M).
④Изотермно калење: Се користи за мали, сложени облици на обработка со високи барања. Резултирачката микроструктура е понизок баинит (Б).
6. Фактори што влијаат на стврднувањето
Нивото на стврдливост зависи од стабилноста на преладениот аустенит во челикот. Колку е поголема стабилноста на преладениот аустенит, толку е подобра стврдливоста и обратно.
Фактори што влијаат на стабилноста на суперладениот аустенит:
Позиција на C-кривата: Ако C-кривата се помести надесно, критичната брзина на ладење за гаснење се намалува, подобрувајќи ја стврднувањето.
Клучен заклучок:
Секој фактор што ја поместува C-кривата надесно ја зголемува стврдливоста на челикот.
Главен фактор:
Хемиски состав: Освен кобалтот (Co), сите легирачки елементи растворени во аустенит ја зголемуваат стврдливоста.
Колку е поблиску содржината на јаглерод до составот на еутектоидот во јаглеродниот челик, толку повеќе C-кривата се поместува надесно и толку е поголема стврдливоста.
7. Определување и претставување на стврдливоста
①Тест за стврднување на крајно гаснење: Стврднувањето се мери со методот на тест на крајно гаснење.
②Метод на критичен дијаметар на гаснење: Критичниот дијаметар на гаснење (D₀) го претставува максималниот дијаметар на челикот што може целосно да се стврдне во специфичен медиум за гаснење.
Б. Калење
1. Дефиниција на темперирање
Калењето е процес на термичка обработка каде што калениот челик се загрева повторно до температура под точката A₁, се одржува на таа температура, а потоа се лади на собна температура.
2. Цел на калењето
Намалување или елиминирање на преостанатиот стрес: Спречува деформација или пукање на обработуваниот дел.
Намалување или елиминирање на преостанатиот аустенит: Ги стабилизира димензиите на работниот дел.
Елиминирање на кршливоста на калениот челик: Ја прилагодува микроструктурата и својствата за да ги задоволи барањата на обработуваниот дел.
Важна забелешка: Челикот треба да се кали веднаш по калењето.
3. Процеси на калење
1. Ниско темпераментно
Намена: Да се намали стресот при гаснење, да се подобри цврстината на обработуваниот дел и да се постигне висока тврдост и отпорност на абење.
Температура: 150°C ~ 250°C.
Перформанси: Тврдина: HRC 58 ~ 64. Висока цврстина и отпорност на абење.
Примени: Алатки, калапи, лежишта, карбуризирани делови и површински стврднати компоненти.
2. Високо темпераментно
Цел: Да се постигне висока цврстина заедно со доволна цврстина и тврдост.
Температура: 500°C ~ 600°C.
Перформанси: Тврдина: HRC 25 ~ 35. Добри целокупни механички својства.
Примени: вратила, запчаници, спојни шипки итн.
Термичко рафинирање
Дефиниција: Гасењето проследено со калење на висока температура се нарекува термичко рафинирање или едноставно калење. Челикот третиран со овој процес има одлични вкупни перформанси и е широко користен.
Ⅳ. Површинска термичка обработка на челик
A. Површинско калење на челици
1. Дефиниција на површинско стврднување
Површинското стврднување е процес на термичка обработка дизајниран за зајакнување на површинскиот слој на обработуваниот дел со брзо загревање за да се трансформира површинскиот слој во аустенит, а потоа и брзо ладење. Овој процес се изведува без промена на хемискиот состав на челикот или на основната структура на материјалот.
2. Материјали што се користат за површинско стврднување и пост-стврднување на структурата
Материјали што се користат за површинско стврднување
Типични материјали: Средно јаглероден челик и средно јаглероден легиран челик.
Предтретман: Типичен процес: Калење. Ако својствата на јадрото не се критични, може да се користи нормализација.
Структура по стврднување
Површинска структура: Површинскиот слој обично формира стврдната структура како што е мартензит или баинит, што обезбедува висока цврстина и отпорност на абење.
Структура на јадрото: Јадрото на челикот генерално ја задржува својата оригинална структура, како што е перлит или калена состојба, во зависност од процесот на претходна обработка и својствата на основниот материјал. Ова осигурува дека јадрото одржува добра цврстина и цврстина.
Б. Карактеристики на индукциско површинско стврднување
1. Висока температура на загревање и брзо зголемување на температурата: Индукциското површинско стврднување обично вклучува високи температури на загревање и брзи стапки на загревање, овозможувајќи брзо загревање за кратко време.
2. Структура на фини аустенитни зрна во површинскиот слој: За време на брзото загревање и последователниот процес на гаснење, површинскиот слој формира фини аустенитни зрна. По гаснењето, површината првенствено се состои од фин мартензит, со тврдост типично 2-3 HRC повисока од конвенционалното гаснење.
3. Добар квалитет на површината: Поради краткото време на загревање, површината на работното парче е помалку склона кон оксидација и декарбуризација, а деформацијата предизвикана од гаснење е минимизирана, обезбедувајќи добар квалитет на површината.
4. Висока јачина на замор: Мартензитната фазна трансформација во површинскиот слој генерира компресивен стрес, што ја зголемува јачината на замор на работното парче.
5. Висока ефикасност на производството: Индукциското површинско стврднување е погодно за масовно производство, нудејќи висока оперативна ефикасност.
C. Класификација на хемиска термичка обработка
Карбурирање, карбурирање, карбурирање, хромирање, силиконизирање, силиконизирање, силиконизирање, карбонитрирање, борокарбуризирање
D. Гасно карбурирање
Гасното карбурирање е процес каде што обработениот дел се става во затворена печка за гасно карбурирање и се загрева до температура што го трансформира челикот во аустенит. Потоа, средство за карбурирање се капнува во печката или директно се внесува атмосфера за карбурирање, дозволувајќи им на јаглеродните атоми да дифундираат во површинскиот слој на обработениот дел. Овој процес ја зголемува содржината на јаглерод (wc%) на површината на обработениот дел.
√Агени за карбурирање:
• Гасови богати со јаглерод: Како што се јагленов гас, течен нафтен гас (LPG) итн.
• Органски течности: Како што се керозин, метанол, бензен итн.
√Параметри на процесот на карбурирање:
• Температура на карбурирање: 920~950°C.
•Време на карбурирање: Зависи од саканата длабочина на карбуризираниот слој и температурата на карбурирање.
E. Термичка обработка по карбурирање
Челикот мора да се подложи на термичка обработка по карбурирањето.
Процес на термичка обработка по карбурирање:
√Галење + Калење на ниска температура
1. Директно гаснење по претходно ладење + калење на ниска температура: Обработливиот дел се претходно лади од температурата на карбурирање до малку над температурата Ar₁ на јадрото, а потоа веднаш се гаси, проследено со калење на ниска температура на 160~180°C.
2. Еднократно гаснење по претходно ладење + калење на ниска температура: По карбурирањето, работното парче полека се лади на собна температура, а потоа повторно се загрева за гаснење и калење на ниска температура.
3. Двојно гаснење по претходно ладење + калење на ниска температура: По карбурирањето и бавното ладење, работното парче поминува низ две фази на загревање и калење, проследено со калење на ниска температура.
Ⅴ. Хемиска термичка обработка на челици
1. Дефиниција на хемиска термичка обработка
Хемиската термичка обработка е процес на термичка обработка во кој челичниот обработен дел се става во специфична активна средина, се загрева и се одржува на одредена температура, дозволувајќи им на активните атоми во средината да дифундираат во површината на обработениот дел. Ова го менува хемискиот состав и микроструктурата на површината на обработениот дел, со што се менуваат неговите својства.
2. Основен процес на хемиска термичка обработка
Распаѓање: За време на загревањето, активната средина се распаѓа, ослободувајќи активни атоми.
Апсорпција: Активните атоми се адсорбираат од површината на челикот и се раствораат во цврстиот раствор на челикот.
Дифузија: Активните атоми апсорбирани и растворени на површината на челикот мигрираат во внатрешноста.
Видови на индукциско површинско стврднување
a. Високофреквентно индукциско греење
Струјна фреквенција: 250~300 kHz.
Длабочина на стврднатиот слој: 0,5~2,0 mm.
Примени: Средни и мали модуларни запчаници и мали до средни вратила.
б. Среднофреквентно индукциско греење
Струјна фреквенција: 2500~8000 kHz.
Длабочина на стврднатиот слој: 2~10 mm.
Примени: Поголеми вратила и големи до средни модуларни запчаници.
в. Греење со индукција на енергетска фреквенција
Струјна фреквенција: 50 Hz.
Длабочина на стврднат слој: 10~15 mm.
Примени: Работни парчиња на кои им е потребен многу длабок стврднат слој.
3. Индукциско површинско стврднување
Основен принцип на индукциско површинско стврднување
Ефект на кожата:
Кога наизменичната струја во индукциската намотка индуцира струја на површината на обработуваниот дел, поголемиот дел од индуцираната струја е концентрирана близу до површината, додека речиси никаква струја не поминува низ внатрешноста на обработуваниот дел. Овој феномен е познат како ефект на кожа.
Принцип на индукциско површинско стврднување:
Врз основа на ефектот на кожа, површината на обработуваниот дел брзо се загрева до температурата на аустенитизирање (која се искачува на 800~1000°C за неколку секунди), додека внатрешноста на обработуваниот дел останува речиси незагреана. Потоа обработуваниот дел се лади со прскање со вода, со што се постигнува површинско стврднување.
4. Кршливост на темпераментот
Калење на кршливоста во калениот челик
Кршливоста при калење се однесува на феноменот каде што цврстината на удар на калениот челик значително се намалува кога се калува на одредени температури.
Прв тип на калење на кршливост
Температурен опсег: од 250°C до 350°C.
Карактеристики: Ако калениот челик се кали во овој температурен опсег, многу е веројатно да се развие овој тип на кршливост при калење, која не може да се елиминира.
Решение: Избегнувајте калење на кален челик во овој температурен опсег.
Првиот тип на кршливост при калење е познат и како кршливост при калење на ниски температури или неповратна кршливост при калење.
Ⅵ. Калење
1. Калењето е последен процес на термичка обработка што следи по гаснењето.
Зошто на калените челици им е потребно калење?
Микроструктура по калењето: По калењето, микроструктурата на челикот обично се состои од мартензит и остаток аустенит. И двете се метастабилни фази и ќе се трансформираат под одредени услови.
Својства на мартензитот: Мартензитот се карактеризира со висока тврдост, но исто така и висока кршливост (особено кај иглестиот мартензит со висока содржина на јаглерод), што не ги исполнува барањата за перформанси за многу апликации.
Карактеристики на мартензитната трансформација: Трансформацијата во мартензит се случува многу брзо. По гаснењето, обработуваното парче има преостанати внатрешни напрегања што можат да доведат до деформација или пукање.
Заклучок: Обработеното парче не може да се користи директно по калењето! Калењето е неопходно за да се намалат внатрешните напрегања и да се подобри цврстината на обработуваното парче, што го прави погоден за употреба.
2. Разлика помеѓу стврдливоста и капацитетот на стврднување:
Стврдливост:
Стврднувањето се однесува на способноста на челикот да постигне одредена длабочина на стврднување (длабочината на стврднатиот слој) по калењето. Тоа зависи од составот и структурата на челикот, особено од неговите легирачки елементи и видот на челикот. Стврднувањето е мерка за тоа колку добро челикот може да се стврдне низ целата своја дебелина за време на процесот на калење.
Тврдина (капацитет на стврднување):
Тврдоста, или капацитетот за стврднување, се однесува на максималната тврдост што може да се постигне кај челикот по калењето. Таа е во голема мера под влијание на содржината на јаглерод во челикот. Повисоката содржина на јаглерод генерално води до поголема потенцијална тврдост, но ова може да биде ограничено од легирачките елементи на челикот и ефикасноста на процесот на калење.
3. Стврдливост на челик
√Концепт на стврдливост
Стврднувањето се однесува на способноста на челикот да постигне одредена длабочина на мартензитно стврднување по калењето од температурата на аустенитирање. Поедноставно кажано, тоа е способност на челикот да формира мартензит за време на калењето.
Мерење на стврдливоста
Големината на стврдливоста е означена со длабочината на стврднатиот слој добиен под одредени услови по калењето.
Длабочина на стврднатиот слој: Ова е длабочината од површината на работното парче до регионот каде што структурата е половина мартензитна.
Вообичаени медиуми за гаснење:
• Вода
Карактеристики: Економичен со силен капацитет за ладење, но има висока брзина на ладење близу до точката на вриење, што може да доведе до прекумерно ладење.
Примена: Типично се користи за јаглеродни челици.
Солена вода: Раствор од сол или алкали во вода, кој има поголем капацитет на ладење на високи температури во споредба со водата, што го прави погоден за јаглеродни челици.
• Масло
Карактеристики: Обезбедува побавна стапка на ладење на ниски температури (близу точката на вриење), што ефикасно ја намалува тенденцијата за деформација и пукање, но има помал капацитет за ладење на високи температури.
Примена: Погодно за легирани челици.
Видови: Вклучува масло за гаснење, машинско масло и дизел гориво.
Време на загревање
Времето на загревање се состои и од брзината на загревање (времето потребно за да се достигне саканата температура) и од времето на задржување (времето на одржување на целната температура).
Принципи за одредување на времето на загревање: Обезбедете рамномерна распределба на температурата низ целиот работен дел, и внатре и надвор.
Обезбедете целосна аустенитизација и дека формираниот аустенит е униформен и фини.
Основа за одредување на времето на загревање: Обично се проценува со користење на емпириски формули или се одредува преку експериментирање.
Медиум за гаснење
Два клучни аспекти:
a. Стапка на ладење: Повисоката стапка на ладење го поттикнува формирањето на мартензит.
б. Резидуален стрес: Повисоката брзина на ладење го зголемува резидуалниот стрес, што може да доведе до поголема тенденција за деформација и пукање на обработуваниот дел.
Ⅶ. Нормализирање
1. Дефиниција за нормализација
Нормализацијата е процес на термичка обработка во кој челикот се загрева на температура од 30°C до 50°C над температурата Ac3, се одржува на таа температура, а потоа се лади со воздух за да се добие микроструктура блиска до рамнотежната состојба. Во споредба со жарењето, нормализирањето има побрза брзина на ладење, што резултира со пофина перлитна структура (P) и поголема цврстина и тврдост.
2. Цел на нормализацијата
Целта на нормализирањето е слична на онаа на жарењето.
3. Примени на нормализација
• Елиминирајте го мрежестиот секундарен цементит.
• Служи како последен термички третман за делови со пониски барања.
• Делува како подготвителна термичка обработка за конструкциски челик со ниска и средна содржина на јаглерод за подобрување на обработливоста.
4.Видови на жарење
Прв тип на жарење:
Цел и функција: Целта не е да се предизвика фазна трансформација, туку да се премине челикот од неурамнотежена во балансирана состојба.
Видови:
• Дифузиско жарење: Целта е да се хомогенизира составот со елиминирање на сегрегацијата.
• Рекристализација жарење: Ја враќа еластичноста со елиминирање на ефектите од стврднувањето при работа.
•Жарење за ослободување од стрес: Ги намалува внатрешните стресови без да ја менува микроструктурата.
Втор тип на жарење:
Намена и функција: Целта е да се промени микроструктурата и својствата, постигнувајќи микроструктура доминирана од перлит. Овој тип, исто така, обезбедува дистрибуцијата и морфологијата на перлитот, феритот и карбидите да ги задоволат специфичните барања.
Видови:
• Целосно жарење: Челикот се загрева над температурата Ac3, а потоа полека се лади за да се добие униформна перлитна структура.
• Нецелосно жарење: Го загрева челикот помеѓу температурите Ac1 и Ac3 за делумно да ја трансформира структурата.
• Изотермално жарење: Челикот се загрева на температура над Ac3, проследено со брзо ладење до изотермална температура и задржување за да се постигне саканата структура.
• Сфероидизирачко жарење: Создава сфероидна карбидна структура, подобрувајќи ја обработливоста и цврстината.
Ⅷ.1. Дефиниција на термичка обработка
Термичката обработка се однесува на процес во кој металот се загрева, се одржува на одредена температура, а потоа се лади додека е во цврста состојба за да се промени неговата внатрешна структура и микроструктура, со што се постигнуваат посакуваните својства.
2.Карактеристики на термичка обработка
Топлинската обработка не го менува обликот на обработуваниот дел; наместо тоа, ја менува внатрешната структура и микроструктурата на челикот, што пак ги менува својствата на челикот.
3. Цел на термичката обработка
Целта на термичката обработка е да се подобрат механичките или преработувачките својства на челикот (или работните парчиња), целосно да се искористи потенцијалот на челикот, да се подобри квалитетот на работниот дел и да се продолжи неговиот век на траење.
4. Клучен заклучок
Дали својствата на материјалот можат да се подобрат преку термичка обработка зависи од тоа дали има промени во неговата микроструктура и структура за време на процесот на загревање и ладење.
Време на објавување: 19 август 2024 година