Процесът на темпериране е изключително важен метод в областта на топлинната обработка. Чрез двойната обработка на закаляване и високо-температурно темпериране, той значително подобрява цялостните механични свойства на металните материали, което им позволява да отговарят по-добре на изискванията на различни сложни работни условия. Тази статия ще предостави подробно обяснение на процеса на темпериране, със специален фокус върху това защо е необходимо темпериране при висока-температура след охлаждане.
1. Преглед на процеса на темпериране
Процесът на закаляване, който е комбинация от закаляване и закаляване при висока -температура, има за цел да постигне оптимален баланс между здравина и издръжливост на стоманени компоненти. След закаляване металните материали не само притежават висока якост, но също така показват отлична якост, пластичност и обработваемост. Този процес се използва широко в различни структурни части, които изискват отлична цялостна производителност, като автомобилни валове, зъбни колела, турбинни валове и компресорни дискове в аерокосмически двигатели.
Процесът на темпериране обикновено включва три основни стъпки: нагряване, задържане и охлаждане. Температурата на нагряване обикновено е над критичната температура и времето на задържане може да бъде доста дълго, вариращо от няколко часа до повече от десет часа. В процеса на темпериране закаляването е първата стъпка, при която материалът се нагрява над критичната температура и след това бързо се охлажда, обикновено чрез използване на среди като вода, масло или сол.
Въпреки че закаляването значително увеличава твърдостта и здравината на материала, то значително намалява неговата здравина, увеличавайки крехкостта и го прави по-податлив на напукване при напрежение. Следователно закаляването след -закаляването е от съществено значение за възстановяване на издръжливостта на материала и регулиране на здравината му.
45#Обработка на стомана QT
2. Цел и ефекти от закаляването
Закаляването е процесът на нагряване на метален материал над неговата критична температура (Ac3 или Ac1), последван от бързо охлаждане до под стайна температура. По време на този процес аустенитът в материала се трансформира в мартензит, което води до микроструктура, която показва висока якост и твърдост. Мартензитът е структура на фазова трансформация, която осигурява изключително висока твърдост, значително повишава якостта на материала, но също така увеличава чупливостта на материала.
Основната цел на закаляването е да се използва бързо охлаждане за превръщане на аустенита на материала в мартензит, като по този начин значително се подобрява неговата твърдост и здравина. Въпреки това, докато закаляването значително увеличава твърдостта на материала, то също така намалява неговата здравина, правейки материала по-крехък и податлив на счупване при напрежение. В резултат на това закаляването трябва да бъде последвано от темпериране, за да се възстанови здравината на материала и да се настрои фино-твърдостта и здравината му за по-добро цялостно представяне.
3. Цел и ефекти от закаляването при висока-температура
Високо{0}}температурното темпериране включва нагряване на закалени метални материали до температурен диапазон от 500–650 градуса (обикновено до определена температура под критичната точка), задържане за определен период от време и след това охлаждане с подходяща скорост. Основната цел на високо-температурното темпериране е да омекоти мартензита, образуван след закаляването, превръщайки го в по-меки и по-твърди фази като бейнит или перлит, като по този начин се повишава здравината и пластичността на материала, като същевременно се намалява чупливостта.
Подобряване на издръжливостта:
След охлаждане вътрешната структура на материала се състои главно от мартензит, който предлага висока твърдост, но слаба якост и повишена крехкост. Високо{1}}температурното темпериране може да разложи мартензита, образувайки стабилни темперирани сорбитови структури. В темперирания сорбит карбидите са равномерно разпределени като фини частици във феритната матрица, което значително подобрява издръжливостта на материала. Например, след закаляване, стомана 45 има якост на удар от само 20–30 J/cm², но след високо-температурно темпериране, якостта на удар може да бъде увеличена до 60–80 J/cm², отговаряйки на изискванията за якост на повечето механични части.
Подходящо намаляване на твърдостта:
Закалените материали често показват висока твърдост, което е неблагоприятно за последващи операции на обработка. Закаляването при висока-температура може да намали твърдостта, като същевременно подобри здравината. Например след закаляване твърдостта на стомана 40Cr може да достигне HRC 58–62, но след високо-температурно отвръщане може да бъде намалена до HRC 25–35. Това гарантира, че материалът запазва достатъчна здравина, като същевременно прави твърдостта му по-подходяща за механична обработка, като по този начин подобрява ефективността на машинната обработка и качеството на повърхността.
Премахване на вътрешни напрежения:
По време на закаляването възникват значителни вътрешни напрежения поради различни скорости на охлаждане в различните части на детайла. Ако не бъдат елиминирани, тези вътрешни напрежения могат да доведат до деформация или напукване по време на последваща обработка или употреба. Проучванията показват, че приблизително 30% от закалените детайли стават дефектни поради проблеми с вътрешния стрес. Високо{4}}температурното темпериране засилва атомната активност, като постепенно намалява вътрешното изкривяване на решетката и причинява пренареждане и движение на дислокациите. Това ефективно намалява вътрешните напрежения. Изследванията показват, че темперирането при 550 градуса за 1 час може да елиминира около 80–90% от вътрешните напрежения,-предизвикани от закаляването, значително подобрявайки стабилността на размерите на детайла и намалявайки риска от деформация или напукване.
Стабилизираща микроструктура:
Мартензитната структура, образувана след закаляването, е метастабилна и постепенно ще се трансформира при стайна температура, причинявайки промени в размерите и свойствата на детайла. Например прецизни измервателни инструменти, които не са достатъчно темперирани, могат да изпитат отклонения в размерите с течение на времето поради микроструктурни трансформации, които могат да повлияят на точността на измерване. Високо{2}}температурното темпериране насърчава пълното разлагане на мартензита в стабилна темперирана сорбитна структура, като гарантира, че микроструктурата на материала не претърпява значителни промени по време на последваща употреба. Това гарантира дългосрочна-стабилност както на размерите, така и на свойствата на детайла. Това е особено важно за механични части, работещи в тежки среди, като условия на висока-температура и високо-налягане, гарантирайки тяхната надеждна работа през целия им експлоатационен живот.
4. Комбиниран ефект от закаляване и закаляване при висока-температура
Чрез комбинацията от закаляване и високо{0}}температурно темпериране металните материали могат да постигнат баланс между висока твърдост и здравина, като същевременно подобряват якостта и пластичността и намаляват чупливостта. Това подобряване на цялостните механични свойства позволява на металните материали, обработени чрез темпериране, да отговарят по-добре на изискванията на различни сложни работни условия, особено в ситуации, в които трябва да се вземат предвид както здравината, така и издръжливостта.
Балансиране на твърдост и здравина:
Високата якост и твърдост, постигнати чрез закаляване, съчетани с омекотяващите ефекти на високо-температурно темпериране, постигат баланс между твърдост и здравина. Металните материали, обработени чрез този процес, не само поддържат висока твърдост, но също така притежават определена степен на издръжливост, което им позволява да запазят добра производителност при значителни натоварвания. Този баланс е от решаващо значение за части, които трябва да издържат на голямо напрежение, като същевременно запазват здравината и устойчивостта на износване.
Подобрена здравина и пластичност:
Високо{0}}температурното темпериране подобрява здравината и пластичността на материала, което му позволява да запази целостта си, когато е подложен на удар или деформация. Това е особено важно за механични компоненти, които трябва да издържат на ударни натоварвания, като глави на чукове, багерни кофи и други тежко-части. Тези компоненти трябва да могат да абсорбират енергия и да издържат на счупване при динамични натоварвания, а закаляването при висока-температура гарантира, че отговарят на тези изисквания.
Облекчаване на остатъчните напрежения:
Остатъчните напрежения, генерирани по време на процеса на охлаждане, се облекчават ефективно по време на закаляване при висока-температура, подобрявайки стабилността и издръжливостта на материала. Това е особено важно за големи, прецизни механични компоненти, като автомобилни трансмисии и турбинни валове в самолетни двигатели. Чрез намаляване на остатъчните напрежения, високо-температурното темпериране намалява риска от изкривяване, напукване или преждевременна повреда, гарантирайки дългосрочната-производителност и надеждност на тези компоненти в критични приложения.
5. Приложения на процеса на охлаждане и темпериране
Процесът на закаляване и темпериране се прилага широко в различни индустрии поради способността му значително да подобрява цялостните механични свойства на металните материали. В автомобилната индустрия закаляването и темперирането се използват за производството на ключови компоненти като свързващи пръти, болтове, зъбни колела и валове. В космическата индустрия се използва за производство на критични части като турбинни валове и компресорни дискове. В производството на металорежещи машини закаляването и темперирането се използват за направата на основни части като машинни легла и колони. Освен това този процес се използва широко в производството на матрици, производството на метални изделия и други индустрии.
6. Заключение
Процесът на закаляване и темпериране, двоен метод на термична обработка, включващ както закаляване, така и закаляване при висока -температура, значително подобрява цялостните механични свойства на металните материали. Закаляването образува мартензитна структура с висока-якост и висока-твърдост, докато високо{4}}температурното темпериране омекотява мартензита чрез фазова трансформация, подобрявайки якостта и пластичността на материала, елиминирайки остатъчните напрежения при охлаждане и стабилизирайки микроструктурата. Тази комбинация гарантира, че обработените метални материали поддържат висока твърдост и здравина, като същевременно показват отлична якост и пластичност, което ги прави подходящи за използване в различни сложни работни условия. Следователно процесът на закаляване и темпериране има решаваща и важна роля в областта на термичната обработка.
