Sulamite kuumtöötlus. Kuumtöötluse tüübid

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Sulamite kuumtöötlus on musta ja värvilise metalli metallurgia tootmisprotsessi lahutamatu osa. Selle protseduuri tulemusena on metallidel võimalik muuta oma omadusi nõutavate väärtusteni. Selles artiklis käsitleme peamisi kaasaegses tööstuses kasutatavaid kuumtöötluse liike.

Kuumtöötluse olemus

Pooltoodete valmistamisel töödeldakse metallosi soovitud omaduste saamiseks (tugevus, korrosiooni- ja kulumiskindlus jne). Sulamite kuumtöötlus on kunstlikult loodud protsesside kogum, mille käigus tekivad sulamites kõrgete temperatuuride mõjul struktuursed ja füüsikalised ja mehaanilised muutused, kuid säilib aine keemiline koostis.

Kuumtöötluse eesmärk

Metalltooted, mida igapäevaselt kasutatakse kõigis rahvamajanduse sektorites, peavad vastama kõrgetele kulumiskindluse nõuetele. Metalli kui toorainet tuleb tugevdada vajalike tööomadustega, mis võivad ollakokku puutuda kõrgete temperatuuridega. Sulamite kuumtöötlemine kõrgel temperatuuril muudab aine algstruktuuri, jaotab ümber selle koostisosad, muudab kristallide suurust ja kuju. Kõik see viib metalli sisepinge minimeerimiseni ja suurendab seega selle füüsikalisi ja mehaanilisi omadusi.

Kuumtöötluse tüübid

Metallisulamite kuumtöötlemine taandub kolmele lihtsale protsessile: tooraine (pooltoote) kuumutamine soovitud temperatuurini, selle hoidmine kindlaksmääratud tingimustes vajaliku aja jooksul ja kiire jahutamine. Kaasaegses tootmises kasutatakse mitut tüüpi kuumtöötlust, mis erinevad mõningate tehnoloogiliste omaduste poolest, kuid protsessi algoritm jääb üldiselt kõikjal samaks.

Vastav alt kuumtöötlemise meetodile on olemas järgmised tüübid:

• Termiline (karastamine, karastamine, lõõmutamine, vanandamine, krüogeenne töötlemine).
• Termomehaaniline töötlemine hõlmab töötlemist kõrgel temperatuuril koos sulami mehaanilise toimega.
• Keemiline-termiline hõlmab metalli kuumtöötlust, millele järgneb toote pinna rikastamine keemiliste elementidega (süsinik, lämmastik, kroom jne).

Lõõmutamine

Lõõmutamine on tootmisprotsess, mille käigus metallid ja sulamid kuumutatakse etteantud temperatuurini ning seejärel koos ahjuga, milles protseduur toimus, jahutatakse loomulikult väga aeglaselt. Lõõmutamise tulemusena on võimalik kõrvaldada keemilise koostise ebahomogeensusedaineid, leevendada sisemist pinget, saavutada teraline struktuur ja parandada seda sellisena, samuti vähendada sulami kõvadust, et hõlbustada selle edasist töötlemist. Lõõmutamist on kahte tüüpi: esimest ja teist tüüpi lõõmutamine.

Esimese klassi lõõmutamine eeldab kuumtöötlust, mille tulemusena sulami faasiseisund muutub vähe või üldse mitte. Sellel on ka oma sordid: homogeniseeritud - lõõmutamistemperatuur on 1100-1200, sellistes tingimustes hoitakse sulameid 8-15 tundi, neetitud terasel kasutatakse rekristallisatsiooni (temperatuuril 100-200) lõõmutamist, st juba deformeerunud. on külm.

Teist tüüpi lõõmutamine põhjustab sulamis olulisi faasimuutusi. Sellel on ka mitu sorti:

• Täielik lõõmutamine – sulami kuumutamine 30–50 °C üle sellele ainele iseloomuliku kriitilise temperatuurimärgi ja jahutamine määratud kiirusega (200/h – süsinikterased, 100/h ja 50/h – madala legeeritud ja kõrge temperatuur - vastav alt legeeritud teras).
• Puudulik – kuumutamine kriitilise punktini ja aeglane jahutamine.
• Difusioon – lõõmutamistemperatuur 1100–1200.
• Isotermiline - kuumutamine toimub samamoodi nagu täieliku lõõmutamise korral, kuid pärast seda jahutatakse kiiresti kriitilisest temperatuurist veidi madalamale temperatuurile ja lastakse õhu käes jahtuda.
• Normaliseeritud – täielik lõõmutamine koos järgneva metalli jahutamisega õhus, mitte ahjus.

Kaastumine

Karastamine on manipuleeriminesulamiga, mille eesmärk on saavutada metalli martensiitsene muundumine, mis vähendab toote elastsust ja suurendab selle tugevust. Karastus, nagu ka lõõmutamine, hõlmab metalli kuumutamist ahjus üle kriitilise temperatuuri kuni karastustemperatuurini, erinevus seisneb vedelikuvannis toimuvas suuremas jahutuskiiruses. Sõltuv alt metallist ja isegi selle kujust kasutatakse erinevat tüüpi karastusviise:

• Kõvastus samas keskkonnas, st samas vannis vedelikuga (suurte osade jaoks vesi, väikeste osade jaoks õli).
• Vahelduv kõvenemine – jahutamine toimub kahes järjestikuses etapis: esm alt vedelikus (teravam jahutusvedelik) temperatuurini umbes 300 °C, seejärel õhus või mõnes teises õlivannis.
• Astmeline – kui toode saavutab kõvenemistemperatuuri, jahutatakse seda mõnda aega sulasoolades, millele järgneb jahutamine õhu käes.
• Isotermiline – tehnoloogia on väga sarnane astmelise kõvendusega, erineb ainult toote säilivusaja poolest martensiitsel muundumistemperatuuril.
• Isekavenemine erineb teistest tüüpidest selle poolest, et kuumutatud metall ei jahtu täielikult, jättes detaili keskele sooja ala. Selle manipuleerimise tulemusena omandab toode pinna suurenenud tugevuse ja keskel kõrge viskoossuse omadused. See kombinatsioon on hädavajalik löökpillide jaoks (haamrid, peitlid jne)

Puhkus

Karastamine on sulamite kuumtöötlemise viimane etapp, mis määrabmetalli lõplik struktuur. Karastamise põhieesmärk on vähendada metalltoote haprust. Põhimõte seisneb selles, et osa kuumutatakse kriitilisest temperatuurist madalamale temperatuurile ja jahutatakse maha. Kuna erinevatel eesmärkidel kasutatavate metalltoodete kuumtöötlemisrežiimid ja jahutuskiirus võivad erineda, on karastamist kolme tüüpi:

• Kõrge – küttetemperatuur on vahemikus 350–600 kuni kriitilisest madalama väärtuseni. Seda protseduuri kasutatakse kõige sagedamini metallkonstruktsioonide puhul.
• Keskmine – kuumtöötlus t 350–500, tavaline vedrutoodete ja vedrude puhul.
• Madal - toote kuumutustemperatuur ei ole kõrgem kui 250, mis võimaldab saavutada osade kõrget tugevust ja kulumiskindlust.

Vananemine

Vanandamine on sulamite kuumtöötlemine, mis põhjustab üleküllastunud metalli lagunemisprotsesse pärast kustutamist. Vananemise tulemuseks on valmistoote kõvaduse, saagise ja tugevuse piiride suurenemine. Vananemisele ei allu mitte ainult malm, vaid ka värvilised metallid, sealhulgas kergesti deformeeruvad alumiiniumsulamid. Kui karastatud metalltoodet hoitakse norma altemperatuuril, tekivad selles protsessid, mis põhjustavad spontaanset tugevuse suurenemist ja elastsuse vähenemist. Seda nimetatakse metalli loomulikuks vananemiseks. Kui sama manipuleerimist tehakse kõrgel temperatuuril, nimetatakse seda kunstlikuks vanandamiseks.

Krüogeenne ravi

Muudatused sulamite struktuuris,mis tähendab, et nende omadusi on võimalik saavutada mitte ainult kõrge, vaid ka ülimadala temperatuuriga. Sulamite termilist töötlemist temperatuuril t alla nulli nimetatakse krüogeenseks. Seda tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt erinevates rahvamajanduse sektorites kõrgtemperatuurse kuumtöötluse täiendusena, kuna see võib oluliselt vähendada termilise kõvenemise protsesside maksumust.

Sulamite krüogeenne töötlemine toimub temperatuuril t -196 spetsiaalses krüogeenses protsessoris. See tehnoloogia võib oluliselt pikendada töödeldud detaili kasutusiga ja korrosioonivastaseid omadusi ning välistada vajaduse kordustöötluste järele.

Termomehaaniline töötlus

Uus sulamite töötlemise meetod ühendab metallide töötlemise kõrgel temperatuuril plastilises olekus olevate toodete mehaanilise deformatsiooniga. Termomehaaniline töötlemine (TMT) vastav alt lõpetamismeetodile võib olla kolme tüüpi:

• Madala temperatuuriga TMT koosneb kahest etapist: plastiline deformatsioon, millele järgneb detaili karastamine ja karastamine. Peamine erinevus teistest TMT tüüpidest on kuumutustemperatuur sulami austeniitse olekuni.
• Kõrgetemperatuuriline TMT hõlmab sulami kuumutamist martensiitsesse olekusse koos plastilise deformatsiooniga.
• Esialgne - deformatsioon teostatakse temperatuuril t 20, millele järgneb metalli karastamine ja karastamine.

Keemiline-termiline töötlemine

Muutke sulamite struktuuri ja omadusisee on võimalik ka keemilis-termilise töötluse abil, mis ühendab termilise ja keemilise mõju metallidele. Selle protseduuri lõppeesmärk on lisaks toote tugevuse, kõvaduse ja kulumiskindluse suurendamisele anda detailile ka happekindlus ja tulekindlus. Sellesse rühma kuuluvad järgmised kuumtöötluse tüübid:

• Toote pinnale lisatugevuse andmiseks teostatakse tsementeerimine. Protseduuri olemus on metalli küllastamine süsinikuga. Karburiseerimist saab teha kahel viisil: tahke- ja gaasikarburiseerimine. Esimesel juhul asetatakse töödeldud materjal koos kivisöe ja selle aktivaatoriga ahju ja kuumutatakse teatud temperatuurini, millele järgneb selles keskkonnas hoidmine ja jahutamine. Gaasiga karburiseerimise korral kuumutatakse toodet kuni 900 kraadini ahjus pideva süsinikugaasi voolu all.
• Nitrideerimine on metalltoodete keemilis-termiline töötlemine nende pinna küllastamise teel lämmastikukeskkonnas. Selle protseduuri tulemuseks on detaili tõmbetugevuse ja korrosioonikindluse suurenemine.
• Tsüanideerimine on metalli küllastumine lämmastiku ja süsinikuga samaaegselt. Sööde võib olla vedel (sula süsinikku ja lämmastikku sisaldavad soolad) ja gaasiline.
• Difusioonplaatimine on kaasaegne meetod kuumuskindluse, happekindluse ja kulumiskindluse andmiseks metalltoodetele. Selliste sulamite pind on küllastunud erinevate metallide (alumiinium, kroom) ja metalloididega (räni, boor).

Omadusedmalmi kuumtöötlus

Malmisulamid kuumtöödeldakse värviliste metallide sulamitest veidi erineva tehnoloogia abil. Malm (hall, ülitugev, legeeritud) läbib järgmist tüüpi kuumtöötlust: lõõmutamine (temperatuuril t 500-650), normaliseerimine, karastamine (pidev, isotermiline, pindmine), karastamine, nitridimine (hallmalm), alumiiniumimine (perliitmalmid), kroomimine. Kõik need protseduurid parandavad selle tulemusel märkimisväärselt lõplike malmtoodete omadusi: pikendavad kasutusiga, kõrvaldavad pragude tekkimise tõenäosuse toote kasutamisel, suurendavad malmi tugevust ja kuumakindlust.

Värviliste metallide sulamite kuumtöötlus

Värvilistel metallidel ja sulamitel on üksteisest erinevad omadused, seetõttu töödeldakse neid erinevatel meetoditel. Seega viiakse vasesulamid keemilise koostise võrdsustamiseks läbi rekristalliseeriva lõõmutamise. Messingi jaoks on ette nähtud madala temperatuuriga lõõmutamise tehnoloogia (200–300), kuna see sulam on niiskes keskkonnas altid spontaansele pragunemisele. Pronks homogeniseeritakse ja lõõmutatakse temperatuuril t kuni 550 °C. Magneesium lõõmutatakse, kustutatakse ja vanandatakse kunstlikult (looduslikku vananemist karastatud magneesiumi puhul ei toimu). Alumiinium, nagu magneesium, läbib kolm kuumtöötlusmeetodit: lõõmutamine, kõvenemine ja vanandamine, misjärel suurendavad sepistatud alumiiniumsulamid oluliselt nende tugevust. Titaanisulamite töötlemine hõlmab: rekristallisatsiooni lõõmutamist, kõvenemist, vanandamist, nitridimist ja karburiseerimist.

CV

Metallide ja sulamite kuumtöötlus on peamine tehnoloogiline protsess nii mustade kui ka värviliste metallide metallurgias. Kaasaegsetes tehnoloogiates on mitmesuguseid kuumtöötlusmeetodeid, et saavutada igat tüüpi töödeldud sulamite soovitud omadused. Igal metallil on oma kriitiline temperatuur, mis tähendab, et kuumtöötlus tuleks läbi viia, võttes arvesse aine struktuurseid ja füüsikalis-keemilisi omadusi. Lõppkokkuvõttes ei saavuta see mitte ainult soovitud tulemusi, vaid muudab ka tootmisprotsessid märkimisväärselt sujuvamaks.