Vai termiskās apstrādes process dažādiem metāla materiāliem ir vienāds?

一, Procesu jēdzienu diferencēšanas pamats
Metāla termiskās apstrādes galvenā ideja ir izmantot temperatūras laukus, lai regulētu atomu kustību un fāžu maiņu. Tomēr dažādiem metāliem ir diezgan dažādi veidi, kā sakārtot to atomus un mainīt fāzes.
Dzelzs{0}}sakausējumi (tērauds): saskaņā ar dzelzs-oglekļa fāzes diagrammu tādi procesi kā austenitizācija un martensīta transformācija padara materiālu stiprāku. Piemēram, lai pilnībā austenitizētu 45 # tērauda struktūru, tas ir jāsasilda līdz 840–860 grādiem un pēc tam ātri jāatdzesē, lai izveidotu martensītu, kura cietība ir HRC50–55.
Alumīnija sakausējums: atkarīgs no cietā šķīduma stiprināšanas un novecošanas stiprināšanas mehānismiem. Piemēram, strādājot ar 6061 alumīnija sakausējumu, šķīduma apstrāde nozīmē to turēt 530–540 grādu temperatūrā 4–6 stundas, lai pilnībā izšķīdinātu Mg ₂ Si fāzi. Pēc tam to atdzesē ūdenī, lai iegūtu pārsātinātu cietu šķīdumu, un visbeidzot tas tiek izturēts 175 grādu temperatūrā, lai izveidotu nanomēroga stiprināšanas fāzes. Ir iespējams paaugstināt stiepes izturību no 180 MPa līdz 310 MPa.
Titāna sakausējumiem termiskā apstrāde beta fāzes zonā kontrolē mikrostruktūru. Ar gaisu atdzesējot TC4 titāna sakausējumu pēc apstrādes ar cietu šķīdumu fāzes apgabalā 980–1020 grādu temperatūrā, tas var iegūt slāņainu + struktūru ar stiepes izturību 1100 MPa. Ja izotermisko apstrādi veic 850 grādu leņķī, var izveidoties vienāds alfa fāze, un pagarinājuma ātrumu var palielināt līdz 15%.
2, dažādi tipisku procesu veikšanas veidi
Dažādi metālu veidi ir izstrādājuši savas termiskās apstrādes procesa metodes, jo tiem ir atšķirīgas veiktspējas vajadzības.
1. Dažādi veidi, kā strādāt ar tērauda materiāliem
Rūdīšana un rūdīšana: lai iegūtu augstu cietību (HRC62-65) un nodilumizturību, instrumentu tērauds ar augstu oglekļa saturu (piemēram, T10A) ir jārūd 1000–1050 grādos un rūdīts 200 grādos. Lai iegūtu rūdītu martensīta struktūru, 42CrMo rūdīts un rūdīts tērauds ir jārūda 850 grādos un rūdīts 550 grādos. Šī struktūra apvieno izturību (σ b, kas lielāka vai vienāda ar 1080 MPa) un stingrību (ak Lielāka vai vienāda ar 39 J).
Unikāls process: Kriogēnā apstrāde (-196 grādu šķidrā slāpekļa dzesēšana) var pārvērst atlikušo austenītu par martensītu, padarot 9Cr18Mo gultņu tēraudu par 1-2HRC grūtāku; Indukcijas apsildes virsmas rūdīšana var izveidot 5 mm biezu sacietējušu slāni uz zobrata virsmas, vienlaikus saglabājot kodolu stingru.
2. Procesi, kas paredzēti tikai krāsainajiem metāliem
T6 apstrāde (cietais šķīdums + mākslīgā novecošana) ir tipisks veids, kā padarīt 6000 sērijas alumīnija sakausējumus stiprākus. Lai līdzsvarotu izturību un izturību pret koroziju, alumīnija sakausējumam 7075 ir nepieciešama divpakāpju T74 novecošana (120 grādi /24 h → 160 grādi /8 h).
Vara sakausējums: berilija bronza (QBe2) veido fāzi, kad to iztur 320–340 grādu temperatūrā, un tās cietība ir HRC38–42. Misiņš (H62) tiek atbrīvots no spriedzes-300–350 grādos, lai atbrīvotos no aukstuma sacietēšanas.
Magnija sakausējums: pēc apstrādes šķīdumā 415 grādu temperatūrā magnija sakausējums AZ91D veido - Mg₁₇ Al₁₂ fāzi, novecojot 175 grādu temperatūrā. Tas padara tecēšanas robežu par 30% spēcīgāku.
3. Unikālas vajadzības pēc ugunsizturīgiem metāliem
Volframa sakausējums: nepieciešama pārkristalizācijas atkausēšana 1400–1600 grādos, lai atbrīvotos no aukstuma sacietēšanas, un graudu izmēram jābūt mazākam par vai vienādam ar 50 μm, lai saglabātu izturību augstās temperatūrās.
Molibdēna sakausējums: Lai novērstu radiācijas bojājumus un atjaunotu kodolreaktora strukturālo materiālu veiktspēju, tas tiek atkausēts augstā temperatūrā 1800–2000 grādu.
3. Likumi, kas ir kopīgi projektēšanas procesam
Pat ja procesa parametri ir ļoti dažādi, dažādu veidu metālu materiālu termiskās apstrādes dizains atbilst šādiem pamatnoteikumiem:
Fāzes diagramma ir visu procesu projektu galvenā ideja. Apkures temperatūras izvēlei tiek izmantota kritiskā temperatūra (Ac ₁, Ac ∝, Ms utt.). Piemēram, lai pilnībā izšķīdinātu karbīdus 304 nerūsējošajā tēraudā, tas ir jāuzsilda līdz 1050–1100 grādiem.
Dzesēšanas ātruma kontrole: izvēlieties pareizo barotni (ūdeni, eļļu, polimēru utt.), lai kontrolētu dzesēšanas ātrumu un panāktu audu izmaiņas noteiktā veidā. Rūdīšana ar ūdeni var pārvērst augstas-oglekļa tēraudu par martensītu, savukārt eļļas rūdīšana var novērst zema-leģētā tērauda saplūšanu.
Sprieguma atlaidināšana (piemēram, tērauds 300–400 grādos un alumīnija sakausējums 150–200 grādos) tiek izmantots, lai atbrīvotos no apstrādes spriedzes un neļautu lietām locīties vai plaisāt. Termiskās apstrādes vietā plaši izmanto vibrācijas novecošanu (VSR), lai samazinātu spiedienu gaisa kuģu alumīnija sakausējuma daļās.
Kopīga virsmas modifikācija: izmantojot ķīmisko termisko apstrādi (karburēšanu, nitrēšanu) un virsmas rūdīšanu kopā, lai iegūtu dažādus veiktspējas līmeņus. Piemēram, zobrati tiek karburēti ar 20CrMnTi (930 grādi × 8h), rūdīti un rūdīti zemā temperatūrā. Tas nodrošina tiem HRC58-62 virsmas cietību un saglabā tos izturīgus.
4, procesa uzlabošanas vadošais virziens
Materiālzinātnei attīstoties, termiskās apstrādes metodes ir uzrādījušas šādas novatoriskas tendences:
Lāzera/elektronu staru lokālā termiskā apstrāde ir precīzs veids, kā kontrolēt nelielu audu laukumu temperatūru. To izmanto, lai gāzes plēves caurumus ap gaisa kuģa dzinēja lāpstiņām padarītu stiprākus.
Viedā procesa sistēma: tā var prognozēt, kā audi mainīsies, un uzlabot parametrus, pamatojoties uz digitālo dvīņu termiskās apstrādes procesa simulāciju. Piemēram, GE izmanto ProCAST programmatūru, lai neļautu turbīnas diskam deformēties vairāk par 0,1 mm dzēšanas laikā.
Tehnoloģija lietu radīšanai videi draudzīgā veidā: zema spiediena karburēšana (LPC) aizstāj tradicionālo gāzes karburēšanu, lai samazinātu CO₂ emisijas. Rūdīšanas eļļas aizstāšanas tehnoloģija (piemēram, PAG polimērs) samazina GOS emisijas.