Počas tepelného spracovania hliníka a hliníkových zliatin sa bežne vyskytujú rôzne problémy, ako napríklad:
-Nesprávne umiestnenie súčiastky: To môže viesť k deformácii súčiastky, často v dôsledku nedostatočného odvodu tepla kaliacim médiom dostatočne rýchlo na dosiahnutie požadovaných mechanických vlastností.
-Rýchle zahrievanie: Môže to viesť k tepelnej deformácii; správne umiestnenie súčiastok pomáha zabezpečiť rovnomerné zahrievanie.
-Prehriatie: Môže to viesť k čiastočnému roztaveniu alebo eutektickému roztaveniu.
- Povrchové odlupovanie/oxidácia pri vysokej teplote.
- Nadmerná alebo nedostatočná úprava proti starnutiu, čo môže viesť k strate mechanických vlastností.
-Kolísanie parametrov času/teploty/kalenia, ktoré môže spôsobiť odchýlky v mechanických a/alebo fyzikálnych vlastnostiach medzi dielmi a šaržami.
-Okrem toho, nedostatočná rovnomernosť teploty, nedostatočný čas izolácie a nedostatočné chladenie počas tepelného spracovania v roztoku môžu prispieť k nedostatočným výsledkom.
Tepelné spracovanie je kľúčovým tepelným procesom v hliníkárskom priemysle, poďme sa ponoriť do súvisiacich poznatkov.
1. Predbežná úprava
Procesy predbežnej úpravy, ktoré zlepšujú štruktúru a uvoľňujú napätie pred kalením, sú prospešné pre zníženie deformácie. Predbežná úprava zvyčajne zahŕňa procesy ako sferoidizačné žíhanie a žíhanie na uvoľnenie napätia a niektoré využívajú aj kalenie a popúšťanie alebo normalizačné spracovanie.
Žíhanie na odbúranie stresuPočas obrábania sa môžu v dôsledku faktorov, ako sú metódy obrábania, záber nástroja a rezné rýchlosti, vyvinúť zvyškové napätia. Nerovnomerné rozloženie týchto napätí môže viesť k deformácii počas kalenia. Na zmiernenie týchto účinkov je pred kalením potrebné žíhanie na uvoľnenie napätia. Teplota pre žíhanie na uvoľnenie napätia je zvyčajne 500 – 700 °C. Pri ohrevu vo vzduchovom médiu sa používa teplota 500 – 550 °C s dobou výdrže 2 – 3 hodiny, aby sa zabránilo oxidácii a oduhličeniu. Počas zaťažovania by sa mala zohľadniť deformácia súčiastky v dôsledku vlastnej tiaže a ostatné postupy sú podobné štandardnému žíhaniu.
Predhrievanie pre zlepšenie štruktúryZahŕňa to sferoidizačné žíhanie, kalenie a popúšťanie, normalizačné spracovanie.
-Sferoidizačné žíhanieŠtruktúra získaná po sféroidizačnom žíhaní, ktorá je počas tepelného spracovania nevyhnutná pre uhlíkovú nástrojovú oceľ a legovanú nástrojovú oceľ, významne ovplyvňuje trend deformácie počas kalenia. Úpravou štruktúry po žíhaní je možné znížiť pravidelnú deformáciu počas kalenia.
-Ďalšie metódy predbežnej úpravyNa zníženie deformácie spôsobenej kalením možno použiť rôzne metódy, ako napríklad kalenie a popúšťanie, normalizačné spracovanie. Výber vhodných predbežných úprav, ako je kalenie a popúšťanie, normalizačné spracovanie na základe príčiny deformácie a materiálu dielu, môže účinne znížiť deformáciu. Je však potrebné dbať na opatrnosť, pretože zvyškové napätia a tvrdosť sa zvyšujú po popúšťaní, najmä kalenie a popúšťanie môže znížiť rozťažnosť počas kalenia u ocelí obsahujúcich W a Mn, ale má malý vplyv na zníženie deformácie u ocelí ako GCr15.
V praktickej výrobe je pre účinné spracovanie nevyhnutné identifikovať príčinu deformácie kalením, či už je spôsobená zvyškovým napätím alebo zlou štruktúrou. Žíhanie na odstránenie napätia by sa malo vykonávať pri deformácii spôsobenej zvyškovým napätím, zatiaľ čo spracovanie, ako je popúšťanie, ktoré mení štruktúru, nie je potrebné a naopak. Iba potom je možné dosiahnuť cieľ zníženia deformácie kalením, čím sa znížia náklady a zabezpečí kvalita.
2. Prevádzka ohrevu kalením
Teplota kaleniaTeplota kalenia významne ovplyvňuje deformáciu. Účel zníženia deformácie môžeme dosiahnuť úpravou teploty kalenia alebo nastavením rezervy na obrábanie rovnej teplote kalenia, aby sa dosiahol cieľ zníženia deformácie, alebo primeraným výberom a rezervou rezervy na obrábanie a teploty kalenia po skúškach tepelného spracovania, aby sa znížila následná rezerva na obrábanie. Vplyv teploty kalenia na deformáciu pri kalení nesúvisí len s materiálom použitým v obrobku, ale aj s veľkosťou a tvarom obrobku. Keď sa tvar a veľkosť obrobku veľmi líšia, aj keď je materiál obrobku rovnaký, trend deformácie pri kalení je dosť odlišný a obsluha by mala venovať pozornosť tejto situácii v skutočnej výrobe.
Doba výdrže pri kaleníVýber doby výdrže nielenže zabezpečuje dôkladné zahriatie a dosiahnutie požadovanej tvrdosti alebo mechanických vlastností po kalení, ale zohľadňuje aj jej vplyv na deformáciu. Predĺženie doby výdrže pri kalení podstatne zvyšuje teplotu kalenia, najmä pri oceliach s vysokým obsahom uhlíka a vysokého obsahu chrómu.
Metódy načítavaniaAk je obrobok počas ohrevu umiestnený v neprimeranom tvare, spôsobí to deformáciu v dôsledku hmotnosti obrobku alebo deformáciu v dôsledku vzájomného pretláčania medzi obrobkami alebo deformáciu v dôsledku nerovnomerného ohrevu a chladenia v dôsledku nadmerného stohovania obrobkov.
Metóda ohrevuPre obrobky zložitých tvarov a s rôznou hrúbkou, najmä tie s vysokým obsahom uhlíka a legujúcich prvkov, je pomalý a rovnomerný proces ohrevu nevyhnutný. Často je potrebné použiť predhrievanie, ktoré si niekedy vyžaduje viacero cyklov predhrievania. Pre väčšie obrobky, ktoré nie sú efektívne ošetrené predhrievaním, môže použitie odporovej pece s riadeným ohrevom znížiť deformáciu spôsobenú rýchlym ohrevom.
3. Chladiaca prevádzka
Deformácia pri kalení je primárne výsledkom procesu chladenia. Správny výber kaliacej kvapaliny, odborná obsluha a každý krok procesu chladenia priamo ovplyvňujú deformáciu pri kalení.
Výber kaliacej kvapalinyPri zabezpečovaní požadovanej tvrdosti po kalení by sa mali uprednostňovať miernejšie kaliace médiá, aby sa minimalizovala deformácia. Odporúča sa použitie vyhrievaných kaliacích médií na chladenie (na uľahčenie rovnania, kým je diel ešte horúci) alebo dokonca chladenie vzduchom. Médiá s rýchlosťou chladenia medzi vodou a olejom môžu tiež nahradiť duálne médiá voda-olej.
—Kaliace chladenie vzduchomKalenie vzduchom je účinné na zníženie deformácie pri kalení rýchloreznej ocele, chrómovej ocele na formy a ocele s mikrodeformáciou chladenej vzduchom. V prípade ocele 3Cr2W8V, ktorá po kalení nevyžaduje vysokú tvrdosť, sa môže kalenie vzduchom použiť aj na zníženie deformácie správnym nastavením teploty kalenia.
—Chladenie a kalenie olejaOlej je kaliace médium s oveľa nižšou rýchlosťou chladenia ako voda, ale pre obrobky s vysokou kaliteľnosťou, malými rozmermi, zložitým tvarom a veľkým sklonom k deformácii je rýchlosť chladenia oleja príliš vysoká, zatiaľ čo pre obrobky s malými rozmermi, ale slabou kaliteľnosťou, je rýchlosť chladenia oleja nedostatočná. Aby sa vyriešili vyššie uvedené rozpory a plne sa využilo kalenie v oleji na zníženie kalenia a deformácie obrobkov, ľudia prijali metódy úpravy teploty oleja a zvýšenia teploty kalenia, aby sa rozšírilo využitie oleja.
—Zmena teploty kaliacej olejePoužitie rovnakej teploty oleja na kalenie na zníženie deformácie kalením má stále nasledujúce problémy, a to, že pri nízkej teplote oleja je deformácia kalením stále veľká a pri vysokej teplote oleja je ťažké zabezpečiť, aby obrobok po kalení zostal tvrdý. V dôsledku kombinovaného vplyvu tvaru a materiálu niektorých obrobkov môže zvýšenie teploty kaliacej kvapaliny tiež zvýšiť ich deformáciu. Preto je veľmi dôležité určiť teplotu kaliacej kvapaliny po absolvovaní skúšky podľa skutočných podmienok materiálu obrobku, veľkosti prierezu a tvaru.
Pri použití horúceho oleja na kalenie, aby sa predišlo požiaru spôsobenému vysokou teplotou oleja počas kalenia a chladenia, malo by byť v blízkosti olejovej nádrže umiestnené potrebné protipožiarne vybavenie. Okrem toho by sa mal pravidelne kontrolovať index kvality kaliacej kvapaliny a nový olej by sa mal včas dopĺňať alebo vymieňať.
—Zvýšte teplotu kaleniaTáto metóda je vhodná pre obrobky z uhlíkovej ocele s malým prierezom a pre mierne väčšie obrobky z legovanej ocele, ktoré po zahriatí a tepelnej konzervácii pri bežných teplotách kalenia a kalení v oleji nespĺňajú požiadavky na tvrdosť. Vhodným zvýšením teploty kalenia a následným kalením v oleji je možné dosiahnuť účinok kalenia a zníženia deformácie. Pri použití tejto metódy kalenia je potrebné dbať na to, aby sa predišlo problémom, ako je zhrubnutie zŕn, zníženie mechanických vlastností a životnosti obrobku v dôsledku zvýšenej teploty kalenia.
—Klasifikácia a austemperovanieAk tvrdosť pri kalení spĺňa konštrukčné požiadavky, na dosiahnutie cieľa zníženia deformácie pri kalení by sa mala plne využiť klasifikácia a izotermické kalenie v horúcom kúpeli. Táto metóda je účinná aj pre nízkokaliteľnú uhlíkovú konštrukčnú oceľ a nástrojovú oceľ s malým prierezom, najmä pre chrómovú zápustkovú oceľ a rýchlorezné ocele s vysokou kaliteľnosťou. Klasifikácia horúceho kúpeľa a metóda chladenia izotermickým kalením sú základnými metódami kalenia pre tento druh ocele. Podobne je účinná aj pre uhlíkové ocele a nízkolegované konštrukčné ocele, ktoré nevyžadujú vysokú tvrdosť pri kalení.
Pri kalení horúcim kúpeľom by sa mala venovať pozornosť nasledujúcim problémom:
Po prvé, keď sa olejový kúpeľ používa na kalinie a izotermické kalenie, teplota oleja by mala byť prísne kontrolovaná, aby sa zabránilo vzniku požiaru.
Po druhé, pri kalení s použitím dusičnanových solí by mala byť nádrž s dusičnanovými soľami vybavená potrebnými nástrojmi a zariadeniami na vodné chladenie. Ďalšie bezpečnostné opatrenia nájdete v príslušných informáciách a nebudeme ich tu opakovať.
Po tretie, izotermická teplota by mala byť počas izotermického kalenia prísne kontrolovaná. Vysoká alebo nízka teplota neprispieva k zníženiu deformácie pri kalení. Okrem toho by sa počas izotermického kalenia mala zvoliť metóda zavesenia obrobku, aby sa zabránilo deformácii spôsobenej hmotnosťou obrobku.
Po štvrté, pri použití izotermického alebo stupňovitého kalenia na korekciu tvaru obrobku, kým je horúci, by mali byť nástroje a upínacie prípravky plne vybavené a akcia by mala byť počas prevádzky rýchla. Zabráni sa tak nepriaznivým vplyvom na kvalitu kalenia obrobku.
Chladiaca prevádzkaZručná obsluha počas procesu chladenia má významný vplyv na deformáciu pri kalení, najmä pri použití vody alebo oleja ako kaliacej kvapaliny.
-Správny smer vstupu kaliacej kvapalinySymetricky vyvážené alebo predĺžené tyčovité obrobky by sa zvyčajne mali vertikálne kaliť do média. Asymetrické časti je možné kaliť pod uhlom. Správny smer má za cieľ zabezpečiť rovnomerné chladenie všetkých častí, pričom pomalšie chladiace oblasti vstupujú do média ako prvé a potom rýchlejšie chladiace časti. V praxi je nevyhnutné zohľadniť tvar obrobku a jeho vplyv na rýchlosť chladenia.
-Pohyb obrobkov v kaliacom médiuPomaly chladnúce diely by mali byť otočené smerom k kaliacemu médiu. Symetricky tvarované obrobky by mali v médiu sledovať vyváženú a rovnomernú dráhu, pričom by mali udržiavať malú amplitúdu a rýchly pohyb. Pri tenkých a predĺžených obrobkoch je stabilita počas kalenia kľúčová. Vyhnite sa kývaniu a pre lepšiu kontrolu zvážte použitie svoriek namiesto drôteného viazania.
-Rýchlosť kaleniaObrobky by sa mali kaliť rýchlo. Najmä pri tenkých obrobkoch v tvare tyče môžu pomalšie rýchlosti kalenia viesť k zvýšenej ohybovej deformácii a rozdielom v deformácii medzi časťami kalené v rôznych časoch.
-Kontrolované chladeniePri obrobkoch s výraznými rozdielmi vo veľkosti prierezu chráňte rýchlejšie chladnúce časti materiálmi, ako sú azbestové lano alebo plechy, aby sa znížila rýchlosť ich chladenia a dosiahlo sa rovnomerné chladenie.
-Doba chladenia vo vodeV prípade obrobkov, ktoré sa deformujú prevažne v dôsledku štrukturálneho namáhania, skráťte čas chladenia vo vode. V prípade obrobkov, ktoré sa deformujú prevažne v dôsledku tepelného namáhania, predĺžte čas chladenia vo vode, aby sa znížila deformácia z kalenia.
Upravené May Jiang z MAT Aluminum
Čas uverejnenia: 21. februára 2024
