Staalgloeien als een soort warmtebehandeling. Meta altechnologie

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-02 14:00

Het creëren van nieuwe materialen en het beheersen van hun eigenschappen is de kunst van meta altechnologie. Een van de tools is warmtebehandeling. Deze processen maken het mogelijk om de eigenschappen en daarmee de toepassingsgebieden van legeringen te veranderen. Uitgloeien van staal is een veelgebruikte optie voor het elimineren van fabricagefouten in producten, waardoor hun sterkte en betrouwbaarheid worden vergroot.

Procestaken en zijn varianten

Gloeibewerkingen worden uitgevoerd met als doel:

• optimalisatie van intrakristallijne structuur, bestellen van legeringselementen;
• minimaliseren van interne vervorming en stress als gevolg van snelle temperatuurschommelingen in het proces;
• vergroten van de buigzaamheid van objecten voor later snijden.

De klassieke bewerking wordt "volledig uitgloeien" genoemd, maar er zijn een aantal varianten, afhankelijk van de gespecificeerde eigenschappen en de kenmerken van de taken: onvolledig, laag, diffusie (homogenisatie),isotherm, herkristallisatie, normalisatie. Ze zijn in principe allemaal vergelijkbaar, maar de manieren van warmtebehandeling van staal verschillen aanzienlijk.

Warmtebehandeling op basis van grafiek

Alle transformaties in ferrometallurgie, die gebaseerd zijn op het spel van temperaturen, komen duidelijk overeen met het diagram van ijzer-koolstoflegeringen. Het is een visueel hulpmiddel voor het bepalen van de microstructuur van koolstofstaal of gietijzer, evenals de transformatiepunten van structuren en hun kenmerken onder invloed van verwarming of koeling.

Meta altechnologie regelt alle soorten gloeien van koolstofstaal met dit schema. Voor onvolledige, lage en ook voor herkristallisatie zijn de "start" temperatuurwaarden de PSK-lijn, namelijk het kritieke punt Ac₁. Volledig gloeien en normaliseren van staal zijn thermisch georiënteerd op de GSE-diagramlijn, de kritische punten Ac₃ en Ac_{m. Het diagram legt ook duidelijk het verband vast van een bepaalde warmtebehandelingsmethode met het type materiaal in termen van koolstofgeh alte en de bijbehorende mogelijkheid van implementatie voor een bepaalde legering.}

Volledig gloeien

Objecten: gietstukken en smeedstukken van een hypo-eutectische legering, terwijl de staalsamenstelling koolstof tot 0,8% moet vullen.

Doel:

• maximale verandering in de microstructuur verkregen door gieten en hete druk, waardoor de inhomogene grofkorrelige ferriet-perlietsamenstelling in een homogene fijnkorrelige wordt gebracht;
• vermindering van de hardheid en verhoging van de ductiliteit voor verdere verwerkingsnijden.

Technologie. De gloeitemperatuur van staal is 30-50˚С hoger dan het kritische punt Ac_{3. Wanneer het metaal de gespecificeerde thermische eigenschappen bereikt, worden ze enige tijd op dit niveau gehouden, waardoor alle noodzakelijke transformaties kunnen worden voltooid. Grote perlitische en ferritische korrels veranderen volledig in austeniet. De volgende fase is langzaam afkoelen samen met een oven, waarbij ferriet en perliet weer worden gescheiden van austeniet, dat een fijne korrel en een uniforme structuur heeft.}

Volledig uitgloeien van staal maakt het mogelijk om de moeilijkste interne defecten te elimineren, maar het is erg lang en energie-intensief.

Onvolledig gloeien

Objecten: hypoeutectische staalsoorten zonder ernstige interne inhomogeniteiten.

Doel: Perlietkorrels malen en zachter maken, zonder de ferritische basis te veranderen.

Technologie. Verwarmen van het metaal tot temperaturen die vallen binnen het interval tussen de kritische punten Ac₁ en Ac_{3. Blootstelling van blanks in de oven met stabiele eigenschappen draagt bij aan de voltooiing van de noodzakelijke processen. Het afkoelen gebeurt langzaam, samen met de oven. Aan de uitgang wordt dezelfde fijnkorrelige perliet-ferrietstructuur verkregen. Met zo'n thermisch effect verandert perliet in fijnkorrelig, terwijl ferriet onveranderd kristallijn blijft en alleen structureel kan veranderen, ook malend.}

Onvolledig uitgloeien van staal stelt u in staat om de interne toestand en eigenschappen van eenvoudige objecten in evenwicht te brengen, het is minder energie-intensief.

Lage gloeiing(herkristallisatie)

Objecten: alle soorten gewalst koolstofstaal, gelegeerd staal met een koolstofgeh alte van minder dan 0,65% (bijvoorbeeld kogellagers), onderdelen en blanks gemaakt van non-ferrometalen die geen ernstige interne defecten bevatten, maar energiezuinige correctie.

Doel:

• verwijdering van interne spanningen en verharding door de invloed van zowel koude als warme vervorming;
• elimineer de negatieve effecten van ongelijkmatige koeling van gelaste constructies, verhoog de plasticiteit en sterkte van de naden;
• het uniform maken van de microstructuur van non-ferrometallurgieproducten;
• sferoïdisatie van lamellaire perliet - waardoor het een korrelige vorm krijgt.

Technologie.

Onderdelen worden verwarmd tot 50-100˚C onder het kritische punt Ac_{1. Onder invloed van dergelijke invloeden worden kleine interne veranderingen geëlimineerd. Het hele technologische proces duurt ongeveer 1-1,5 uur. Geschatte temperatuurbereiken voor sommige materialen:}

1. Koolstofstaal en koperlegeringen - 600-700˚C.
2. Nikkellegeringen - 800-1200˚C.
3. Aluminium legeringen - 300-450˚C.

Koelen gebeurt in de lucht. Voor martensitische en bainitische staalsoorten geeft meta altechnologie een andere naam aan dit proces: hoge ontlaten. Het is een eenvoudige en betaalbare manier om de eigenschappen van onderdelen en constructies te verbeteren.

Homogenisatie (diffusie-uitgloeiing)

Objecten: grote gietproducten, vooral gietstukkengelegeerd staal.

Doel: uniforme verdeling van atomen van legeringselementen over de kristalroosters en het gehele volume van de ingot als gevolg van diffusie bij hoge temperatuur; verzachting van de structuur van het werkstuk, vermindering van de hardheid alvorens volgende technologische bewerkingen uit te voeren.

Technologie. Het materiaal wordt verwarmd tot hoge temperaturen van 1000-1200˚С. Stabiele thermische eigenschappen moeten gedurende een lange tijd worden gehandhaafd - ongeveer 10-15 uur, afhankelijk van de grootte en complexiteit van de gegoten structuur. Na voltooiing van alle stadia van transformaties bij hoge temperatuur, volgt langzame afkoeling.

Een arbeidsintensief maar zeer effectief proces voor het egaliseren van de microstructuur van grote constructies.

Isothermische gloeiing

Objecten: koolstofstaalplaten, gelegeerde en hooggelegeerde producten.

Doel: Verbetering van de microstructuur, verwijderen van interne defecten in minder tijd.

Technologie. Het metaal wordt aanvankelijk verwarmd tot volledige gloeitemperaturen en de tijd die nodig is voor de transformatie van alle bestaande structuren in austeniet blijft behouden. Koel vervolgens langzaam af door onderdompeling in heet zout. Bij het bereiken van de hitte van 50-100˚C onder het Ac_{1-punt, wordt het in een oven geplaatst om het op dit niveau te houden gedurende de tijd die nodig is voor de volledige transformatie van austeniet in perliet en cementiet. De uiteindelijke koeling vindt plaats in lucht.}

Met deze methode kunt u de vereiste eigenschappen van blanks van gelegeerd staal bereiken, terwijl u tijd bespaart in vergelijking met de volledigegloeien.

Normalisering

Objecten: gietstukken, smeedstukken en onderdelen gemaakt van koolstofarm, medium koolstof en laaggelegeerd staal.

Doel: om de interne staat te stroomlijnen, de gewenste hardheid en sterkte te geven, de interne staat te verbeteren vóór de volgende stadia van warmtebehandeling en snijden.

Technologie. Het staal wordt verwarmd tot temperaturen die iets boven de GSE-lijn en zijn kritische punten liggen, vastgehouden en gekoeld in lucht. Zo neemt de snelheid van voltooiing van processen toe. Met deze procedure is het echter alleen mogelijk om een rationele rustige structuur te bereiken wanneer de samenstelling van het staal wordt bepaald door koolstof in een hoeveelheid van niet meer dan 0,4%. Bij een toename van de hoeveelheid koolstof vindt een toename van de hardheid plaats. Hetzelfde staal na normalisatie heeft een grotere hardheid samen met gelijkmatig verdeelde fijne korrels. De techniek maakt het mogelijk om de weerstand van legeringen tegen vernietiging en de vervormbaarheid van snijden aanzienlijk te verhogen.

Mogelijke gloeifouten

Tijdens het uitvoeren van warmtebehandelingsbewerkingen is het noodzakelijk om zich te houden aan de gespecificeerde modi voor temperatuurverwarming en -koeling. Bij overtreding van de eisen kunnen verschillende defecten optreden.

1. Oxidatie van de oppervlaktelaag en de vorming van schaal. Tijdens de bewerking reageert het hete metaal met zuurstof uit de lucht, wat leidt tot de vorming van kalkaanslag op het oppervlak van het werkstuk. Mechanisch te reinigen of metspeciale chemicaliën.
2. Koolstofverbranding. Het komt ook voor als gevolg van de invloed van zuurstof op ruwijzer. Een afname van de hoeveelheid koolstof in de oppervlaktelaag leidt tot een afname van de mechanische en technologische eigenschappen. Om deze processen te voorkomen, moet het gloeien van staal worden uitgevoerd parallel met de introductie van beschermende gassen in de oven, waarvan de belangrijkste taak is om de interactie van de legering met zuurstof te voorkomen.
3. Oververhitting. Het is een gevolg van langdurige blootstelling in een oven bij hoge temperatuur. Het resulteert in overmatige korrelgroei, het verkrijgen van een inhomogene grofkorrelige structuur en een toename van brosheid. Te corrigeren door nog een volledige gloeistap.
4. Verbrand. Komt voor als gevolg van het overschrijden van de toegestane waarden van verwarming en blootstelling, leidt tot de vernietiging van bindingen tussen sommige korrels, bederft de gehele structuur van het metaal volledig en is niet onderhevig aan correctie.

Om storingen te voorkomen, is het belangrijk om warmtebehandelingstaken nauwkeurig uit te voeren, professionele vaardigheden te hebben en het proces strikt te beheersen.

Staalgloeien is een zeer efficiënte technologie om de microstructuur van onderdelen van elke complexiteit en samenstelling naar de optimale interne structuur en conditie te brengen, die nodig is voor de volgende stadia van thermische invloeden, het snijden en het in gebruik nemen van de structuur.