Toplotna obdelava zlitin. Vrste toplotne obdelave

Toplotna obdelava zlitin je sestavni del proizvodnega procesa železne in barvne metalurgije. Kot rezultat tega postopka lahko kovine spremenijo svoje lastnosti na zahtevane vrednosti. V tem članku bomo obravnavali glavne vrste toplotne obdelave, ki se uporabljajo v sodobni industriji.

Bistvo toplotne obdelave

V proizvodnem procesu se polizdelki, kovinski deli toplotno obdelajo, da jim zagotovijo potrebne lastnosti (trdnost, odpornost na korozijo in obrabo itd.). Toplotna obdelava zlitin je kombinacija umetno ustvarjenih procesov, v katerih zlitine pod vplivom visokih temperatur podvržene strukturnim in fizikalno-mehanskim spremembam, vendar kemična sestava snovi ostaja.

Namen toplotne obdelave

Kovinski izdelki, ki se vsakodnevno uporabljajo v kateri koli panogi nacionalnega gospodarstva, morajo izpolnjevati visoke zahteve glede odpornosti proti obrabi. Kovina, kot surovine, mora okrepiti potrebne operativne lastnosti, kar je mogoče doseči z izpostavljanjem visokim temperaturam. Toplotna obdelava zlitin visoke temperature spremeni prvotno strukturo snovi, prerazporedi svoje sestavne dele, pretvori velikost in obliko kristalov. Vse to vodi do minimizacije notranjega stresa kovine in s tem povečuje njegove fizikalne in mehanske lastnosti.

Vrste toplotne obdelave

Toplotna obdelava se zmanjša na kovinske zlitine nezahtevna treh postopkov: segrevanje surovin (polizdelek) pred želeno temperaturo, da bo še vedno pod vnaprej določenimi pogoji in časa, potrebnega hitro ohlajanje. V sodobni proizvodnji se uporabljajo več vrst toplotne obdelave, ki se razlikujejo po nekaterih tehnoloških značilnostih, vendar procesni algoritem na splošno ostaja enak povsod.

Ob metodi izpolnitve je toplotna obdelava naslednjih tipov:

• Toplotno (strjevanje, kaljenje, žarjenje, staranje, kriogenska obdelava).
• Termo-mehanski vključuje obdelavo z visokimi temperaturami v kombinaciji z mehanskim delovanjem na zlitini.
• Kemično-termična pomeni toplotno obdelavo kovin s kasnejšo obogatitvijo površine izdelka s kemičnimi elementi (ogljik, dušik, krom itd.).

Žganje

Žarjenje - postopek, v katerem kovine in zlitine segrevajo na vnaprej določeno temperaturo, in nato v peč, pri čemer je postopek zelo počasen kul naravno proizvodnjo. Po žarjenju upravljanje s podatki za odpravo nehomogenosti kemične sestave snovi, odstranjevanje notranjih napetosti, da se doseže zrnato strukturo in izboljšali kot take, ampak tudi zmanjšati trdoto zlitine olajšali njeno nadaljnjo obdelavo. Obstajata dve vrsti žarjenje: žarjenje prva in druga vrsta.

Žarjenje prve vrste pomeni toplotno obdelavo, zaradi česar so spremembe v faznem stanju zlitine zanemarljive ali pa sploh niso prisotne. Prav tako ima svoje sorte: homogenizira - temperatura žarjenje 1100-1200, v takih okoliščinah zlitin starali 8-15 ur, rekristalizacija (če je t 100-200) se uporabljajo za žarjenje jekla zakovičeni, to je, je že deformira prehlad.

Žarjenje druge vrste povzroči znatne spremembe faze v zlitini. Ima tudi več vrst:

• Celotno žarjenje - segrevanje zlitine do nad kritično temperaturo 30-50 označevalcev, značilnih za to snov, in z omenjeno hitrost hlajenja (200 / uro - ogljikovega jekla, 100 / h in 50 / h - nizko legirana in visoko legirana jekla, zaporedju).
• Nepopolno - ogrevanje do kritične točke in počasno hlajenje.
• Difuzija - temperatura žarjenja 1100-1200.
• Izotermalno segrevanje se pojavi na enak način kot pri popolnem žarjenju, po tem pa se hitro hlajenje izvede na temperaturo, ki je nekoliko pod kritično temperaturo, in se ohladi v zraku.
• Normalizirano - popolno žarjenje, ki mu sledi hlajenje kovine v zraku, in ne v peči.

Utrjevanje

Utrjevanje je manipulacija zlitine, katere namen je doseči martenzitno preoblikovanje kovine, kar zmanjša plastičnost izdelka in poveča njegovo moč. Utrjevanje, kot tudi žarjenje, vključuje segrevanje kovin v peči nad kritično temperaturo na temperaturo gašenja, razlika je v višji stopnji hlajenja, ki se pojavi v kopeli s tekočino. Glede na kovino in celo obliko se uporabljajo različne vrste utrjevanja:

• Utrjevanje v enem okolju, to je v eni kopeli s tekočino (voda za velike dele, olje za majhne dele).
• Prekinitvami kaljenje - hlajenje poteka v dveh zaporednih korakih: najprej v tekočini (bolj oster hladilnika) na temperaturo od približno 300, nato na zraku ali v drugi kopeli olja.
• Postopno - ko izdelek doseže temperaturo kaljenja, se ohladi za čas v staljenih soli, nato pa hlajenje v zraku.
• Izotermalna - po tehnologiji je zelo podobna stopničnemu utrjevanju, se razlikuje le v času zadrževanja proizvoda pri temperaturi martenzitne transformacije.
• Taljenje s samopomočom se razlikuje od drugih vrst, saj segrevanje kovine ni popolnoma ohlajeno, tako da se na sredini dela nahaja topli del. Zaradi take manipulacije izdelek pridobi lastnosti povečane trdnosti na površini in visoko viskoznost na sredini. Ta kombinacija je izjemno potrebna za tolkala (kladiva, dleta itd.)

Odmor

Leave je zadnja stopnja toplotne obdelave zlitin, ki določa končno strukturo kovine. Glavni namen kaljenja je zmanjšanje krhkosti kovinskega izdelka. Načelo je segreti del na temperaturo pod kritičnim in hlajenjem. Ker se načini toplotne obdelave in hitrost hlajenja kovinskih izdelkov za različne namene lahko razlikujejo, razlikujemo tri vrste kaljenja:

• Visoka - temperatura ogrevanja je od 350-600 do manj. Ta postopek se najpogosteje uporablja za kovinske konstrukcije.
• Srednje - toplotna obdelava pri t 350-500, pogosta za vzmetne izdelke in vzmeti.
• Nizka - temperatura ogrevanja izdelka, ki ne presega 250, omogoča doseganje visoke trdnosti in odpornosti proti obrabi delov.

Staranje

Staranje je toplotna obdelava zlitin, kar povzroči razgradnjo prenasičene kovine po kaljenju. Rezultat staranja je povečanje mej trdote, tekočine in trdnosti končnega izdelka. Ne le litje je izpostavljeno staranju, temveč tudi barvne kovine, vključno z zlahka deformabilnimi aluminijevimi zlitinami. Če kovinski izdelek, ki ga izpostavimo utrjevanju pri normalni temperaturi, se v njej pojavijo procesi, ki povzročajo spontano povečanje moči in zmanjšanje duktilnosti. To se imenuje naravno staranje kovin. Če se enaka manipulacija izvaja pod visokotemperaturnimi pogoji, se bo imenovala umetno staranje.

Kriogeno zdravljenje

Spremembe v strukturi zlitin in s tem njihove lastnosti lahko dosežemo ne le z visokimi, ampak tudi z izjemno nizkimi temperaturami. Toplotna obdelava zlitin pri t pod ničlo je bila kriogenska. Ta tehnologija se široko uporablja v različnih sektorjih nacionalnega gospodarstva kot dodatek k toplotni obdelavi z visokimi temperaturami, saj omogoča znatno zmanjšanje stroškov procesov termičnega utrjevanja izdelkov.

Kriogenska obdelava zlitin se izvaja pri t-196 v posebnem kriogenem procesorju. Ta tehnologija omogoča znatno povečanje življenjske dobe obdelanega dela in antikorozijskih lastnosti ter odpravi potrebo po ponavljajočih se obdelavah.

Termomehanska obdelava

Nova metoda obdelave zlitin združuje obdelavo kovin pri visokih temperaturah z mehansko deformacijo izdelkov v plastičnem stanju. Termomehanska obdelava (TMS) po metodi zavezovanja je lahko tri vrste:

• Nizkotemperaturna TEM je sestavljena iz dveh stopenj: plastične deformacije, ki ji sledi gašenje in kaljenje dela. Glavna razlika drugih tipov TMO je temperatura ogrevanja do avstenitnega stanja zlitine.
• High-temperature TMO pomeni segrevanje zlitine v martenzitno stanje v kombinaciji s plastično deformacijo.
• Predhodna - deformacija se opravi pri t 20 z naknadnim utrjevanjem in kaljenjem kovine.

Kemijsko-termična obdelava

Sprememba strukture in lastnosti zlitin je mogoča in s pomočjo kemijsko-termične obdelave, ki združuje toplotne in kemične učinke na kovine. Končni cilj tega postopka poleg povečanja trdnosti, žilavosti, odpornosti na obrabo izdelka je dodatek kislinske odpornosti in požarne odpornosti. Ta skupina vključuje naslednje vrste toplotne obdelave:

• Cementacija se izvede, da se površini izdelka doda dodatna trdnost. Bistvo postopka je nasičenje kovine z ogljikom. Cementacija se lahko izvede na dva načina: trdna in plinska uplinjača. V prvem primeru material, ki ga je treba obdelati, skupaj s premogom in njegovim aktivatorjem, postavi v pečico in segrejemo na določeno temperaturo, ki ji sledi držanje v danem mediju in hlajenje. V primeru plinskega uplinjanja produkt segrevamo v peči do 900 v neprekinjenem toku plina, ki vsebuje ogljik.
• Nitriding je kemijsko termična obdelava kovinskih izdelkov, ki nasičijo njihove površine v dušikovih medijih. Rezultat tega postopka je povečanje natezne trdnosti dela in povečanje njegove korozijske obstojnosti.
• Cijanidacija je nasičenje kovine istočasno z dušikom in ogljikom. Medij je lahko tekoči (staljeni ogljik in dušik vsebujoče soli) in plinasto.
• Diffusion metallization je sodobna metoda za izdelavo kovinskih izdelkov odporna na toploto, odporna proti kislinam in odporna proti obrabi. Površina takšnih zlitin je nasičena z različnimi kovinami (aluminij, krom) in metaloidi (silicij, bor).

Posebnosti toplotne obdelave litega železa

Litje litine se toplotno obdelajo z nekoliko drugačno tehnologijo kot zlitine neželeznih kovin. Litoželezni (sivi, visoko trdni, legirani) prehaja naslednje vrste toplotne obdelave: žarjenje (pri t 500-650 normalizacija, strjevanje (neprekinjeno, izotermično, površinsko), kaljenje, nitridiranje (siva litina), aluminiziranje (pearlitic cast), kromiranje. Vsi ti postopki kot posledica bistveno izboljšajo lastnosti končnih izdelkov iz litega železa: povečajo življenjsko dobo, izključujejo možnost razpok pri uporabi izdelka, povečajo trdnost in toplotno odpornost litega železa.

Toplotna obdelava neželeznih zlitin

Barvne kovine in zlitine imajo različne lastnosti, zato jih obdelujejo različne metode. Tako bakrove zlitine izpostavimo rekristalizacijskem žarjenju, da izenačimo kemično sestavo. Za medenino je na voljo nizko temperaturna žarilna tehnologija (200-300), saj je ta zlitina nagnjena k spontanim krekingom v vlažnem okolju. Bron se podvrže homogenizaciji in žarjenju pri t do 550. Magnezij je žarjen, utrjen in podvržen umetnemu staranju (naravno staranje se ne pojavlja pri utrjenem magneziju). Aluminij, kot tudi magnezij, podvržemo tremi metodami toplotne obdelave: žarjenju, utrjevanju in staranju, nato pa deformirati aluminijeve zlitine bistveno poveča njihovo moč. Obdelava titanovih zlitin vključuje: rekristalizacijsko žarjenje, strjevanje, staranje, nitriranje in uplinjanje.

Povzetek

Toplotna obdelava kovin in zlitin je glavni tehnološki proces v železarski in barvni metalurgiji. Sodobne tehnologije imajo veliko načinov toplotne obdelave, ki omogočajo doseganje želenih lastnosti vsake vrste predelanih zlitin. Vsaka kovina ima svojo kritično temperaturo, kar pomeni, da mora toplotna obdelava upoštevati strukturne in fizikalno-kemijske lastnosti snovi. Konec koncev, to ne bo le doseglo želenih rezultatov, temveč tudi močno racionaliziralo proizvodne procese.