Obróbka cieplna ramy głównej urządzeń AHYW
Anhui Yawei stosuje obecnie obróbkę cieplną dla wszystkich ram maszynowych do obróbki blachy, która może przez długi czas eliminować naprężenia materiału przy mini deformacji, głównie za pomocą głównych ramek CNC, pras krawędziowych CNC, automatycznych ograniczników krawędziowych cnc, głównej ramy maszyn do cięcia laserem światłowodowym.
Obróbka cieplna (lub obróbka cieplna ) to grupa procesów przemysłowych i obróbki metali stosowanych do zmiany fizycznych , a czasem chemicznych właściwości materiału. Najczęstszym zastosowaniem jest metalurgia . Obróbki cieplne są również wykorzystywane do wytwarzania wielu innych materiałów, takich jak szkło . Obróbka cieplna polega na stosowaniu ogrzewania lub chłodzenia, zwykle w ekstremalnych temperaturach, w celu osiągnięcia pożądanego rezultatu, takiego jak utwardzenie lub zmiękczenie materiału. Techniki obróbki cieplnej obejmują wyżarzanie , utwardzanie skrzynkowe , wzmacnianie opadów atmosferycznych , odpuszczanie , normalizowanie i gaszenie . Warto zauważyć, że chociaż termin obróbka cieplna odnosi się tylko do procesów, w których ogrzewanie i chłodzenie są wykonywane w celu celowego zmieniania właściwości celowo, ogrzewanie i chłodzenie często występują przypadkowo podczas innych procesów produkcyjnych, takich jak formowanie na gorąco lub zgrzewanie.
Materiały metalowe składają się z mikrostruktury małych kryształów zwanych "ziarnami" lub krystalitów. Charakter ziaren (tj. Rozmiar i skład ziarna) jest jednym z najskuteczniejszych czynników, które mogą decydować o całkowitym mechanicznym zachowaniu metalu. Obróbka cieplna zapewnia skuteczny sposób manipulowania właściwościami metalu poprzez kontrolowanie szybkości dyfuzji i szybkości chłodzenia w mikrostrukturze. Obróbka cieplna jest często stosowana do zmiany właściwości mechanicznych stopu metalicznego, manipulując właściwościami takimi jak twardość, wytrzymałość, wytrzymałość, ciągliwość i elastyczność.
Istnieją dwa mechanizmy, które mogą zmienić właściwości stopu podczas obróbki cieplnej: tworzenie się martenzytu powoduje wewnętrzną deformację kryształów, a mechanizm dyfuzji powoduje zmiany w jednorodności stopu.
Struktura krystaliczna składa się z atomów pogrupowanych w bardzo specyficzny układ, zwany kratownicą. W większości elementów kolejność będzie się zmieniać w zależności od warunków takich jak temperatura i ciśnienie. Takie przegrupowanie, zwane alotropią lub polimorfizmem, może zachodzić kilka razy, w wielu różnych temperaturach dla określonego metalu. W stopach takie przegrupowanie może spowodować, że element, który normalnie nie rozpuści się w metalu podstawowym, nagle stanie się rozpuszczalny, podczas gdy odwrócenie alotropii spowoduje, że elementy będą częściowo lub całkowicie nierozpuszczalne.
W stanie rozpuszczalnym proces dyfuzji powoduje rozprzestrzenianie się atomów rozpuszczonego pierwiastka, próbując utworzyć jednorodną dystrybucję w kryształach metalu nieszlachetnego. Jeśli stop zostanie schłodzony do stanu nierozpuszczalnego, atomy rozpuszczonych składników (substancji rozpuszczonych) mogą migrować z roztworu. Ten rodzaj dyfuzji, zwany opadem, prowadzi do zarodkowania, w którym atomy migracyjne grupują się razem na granicach ziaren. Tworzy to mikrostrukturę na ogół składającą się z dwóch lub więcej odrębnych faz. Stal, która została schłodzona powoli, na przykład tworzy laminowaną strukturę złożoną z naprzemiennych warstw ferrytu i cementytu, stając się miękkim perlitem. Po podgrzaniu stali do fazy austenitycznej, a następnie hartowaniu jej w wodzie, mikrostruktura znajdzie się w fazie martenzytycznej. Wynika to z faktu, że po hartowaniu stal zmieni się z fazy austenitycznej w fazę martenzytu. Należy zauważyć, że niektóre perlit lub ferryt mogą być obecne, jeśli hartowanie nie gwałtownie ochłodzi całą stal.
W przeciwieństwie do stopów na bazie żelaza, większość stopów poddawanych obróbce cieplnej nie ulega przemianie ferrytycznej. W stopach tych zarodkowanie na granicach ziaren często wzmacnia strukturę matrycy krystalicznej. Te metale twardnieją przez strącanie. Zwykle powolny proces, w zależności od temperatury, jest często nazywany "hartowaniem w wieku".
Wiele metali i niemetali wykazuje przemianę martenzytu po szybkim schłodzeniu (za pomocą zewnętrznych mediów takich jak olej, polimer, woda itp.). Gdy metal zostanie schłodzony bardzo szybko, nierozpuszczalne atomy mogą nie być w stanie z czasem wydostać się z roztworu. Nazywa się to "transformacją bez dyfuzji". Gdy matryca krystaliczna przejdzie do układu niskiej temperatury, atomy substancji rozpuszczonej zostają uwięzione w sieci. Uwięzione atomy uniemożliwiają całkowicie przekształcenie się matrycy krystalicznej w jej alotropę o niskiej temperaturze, powodując naprężenia ścinające w sieci. Gdy niektóre stopy są szybko schładzane, takie jak stal, transformacja martenzytem utwardza metal, podczas gdy w innych, takich jak aluminium, stop staje się bardziej miękki.
Wpływ czasu i temperatury
Schemat transformacji czasu i temperatury (TTT) dla stali. Czerwone krzywe oznaczają różne szybkości chłodzenia (prędkość) po schłodzeniu od górnej krytycznej (A3) temperatury. V1 produkuje martenzyt. V2 ma perlit zmieszany z martenzytem, V3 wytwarza bainit, a także perlit i matensyt.
Odpowiednia obróbka cieplna wymaga precyzyjnej kontroli temperatury, czasu utrzymywanego przy określonej temperaturze i szybkości chłodzenia. [12]
Z wyjątkiem odprężania, odpuszczania i starzenia, większość obróbki cieplnej rozpoczyna się od nagrzania stopu poza górną temperaturę transformacji (A 3 ). Temperatura ta jest określana jako "zatrzymanie", ponieważ w temperaturze A 3 metal doświadcza okresu histerezy. W tym momencie cała energia cieplna jest używana do spowodowania zmiany kryształu, więc temperatura przestaje rosnąć przez krótki czas (zatrzymanie), a następnie kontynuuje wspinaczkę po zakończeniu zmiany. [13] W związku z tym stop musi zostać podgrzany powyżej temperatury krytycznej, aby nastąpiło przekształcenie. Stop zwykle będzie utrzymywany w tej temperaturze na tyle długo, aby ciepło całkowicie przeniknęło stop, a tym samym doprowadziło go do kompletnego stałego roztworu.
Ponieważ mniejszy rozmiar ziaren zwykle poprawia właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość, wytrzymałość na ścinanie i wytrzymałość na rozciąganie, metale te często są podgrzewane do temperatury, która znajduje się tuż powyżej górnej temperatury krytycznej, aby zapobiec zbyt dużemu wzrostowi ziaren roztworu . Na przykład, gdy stal jest podgrzewana powyżej górnej temperatury krytycznej, tworzą się małe ziarna austenitu. Zwiększają się wraz ze wzrostem temperatury. Gdy chłodzi się bardzo szybko, podczas przemiany martenzytu, rozmiar ziarna austenitu wpływa bezpośrednio na rozmiar ziarna martenzytycznego. Większe ziarna mają duże granice ziaren, które służą jako słabe punkty w strukturze. Wielkość ziarna jest zwykle kontrolowana w celu zmniejszenia prawdopodobieństwa pęknięcia.
Transformacja dyfuzyjna zależy w dużym stopniu od czasu. Chłodzenie metalu zazwyczaj tłumi opadanie w znacznie niższej temperaturze. Na przykład austenit istnieje zwykle tylko powyżej górnej temperatury krytycznej. Jednakże, jeśli austenit jest wystarczająco szybko chłodzony, transformacja może być tłumiona przez setki stopni poniżej dolnej temperatury krytycznej. Taki austenit jest bardzo niestabilny i, jeśli będzie go wystarczająco długo, wytrąci się w różnych mikrostrukturach ferrytu i cementytu. Szybkość chłodzenia może być wykorzystana do kontrolowania szybkości wzrostu ziarna lub może być nawet wykorzystana do wytworzenia częściowo martenzytycznych mikrostruktur. Jednak transformacja martenzytu jest niezależna od czasu. Jeśli stop zostanie schłodzony do temperatury przemiany martenzytu (M s ), zanim inne mikrostruktury będą mogły się w pełni uformować, transformacja będzie zazwyczaj następować tuż pod prędkością dźwięku.
Gdy austenit jest chłodzony wystarczająco wolno, aby nie nastąpiła przemiana martenzytu, wielkość ziaren austenitu będzie miała wpływ na szybkość zarodkowania, ale to na ogół temperatura i szybkość chłodzenia regulują wielkość ziarna i mikrostrukturę. Gdy austenit jest chłodzony bardzo wolno, utworzy duże kryształy ferrytu wypełnione sferycznymi wtrąceniami cementytu. Ta mikrostruktura jest określana jako "kulista". Jeśli zostanie schłodzony nieco szybciej, powstanie gruby perlit. Jeszcze szybciej i powstanie drobny perlit. Jeśli chłodzi się jeszcze szybciej, powstanie bainit. Podobnie, te mikrostruktury będą również tworzyć się, jeśli zostaną schłodzone do określonej temperatury, a następnie utrzymywane przez pewien czas. [17]
Większość stopów metali nieżelaznych jest również podgrzewana w celu utworzenia roztworu. Najczęściej są one następnie bardzo szybko schładzane, aby wytworzyć transformację martenzytu, przestawiając roztwór w stan przesycony. Stop, który jest w znacznie bardziej miękkim stanie, może być następnie obrabiany na zimno. Ta obróbka na zimno zwiększa wytrzymałość i twardość stopu, a defekty spowodowane przez odkształcenie plastyczne mają tendencję do przyspieszania wytrącania, zwiększając twardość ponad to, co jest normalne dla stopu. Nawet jeśli nie są one przetwarzane na zimno, substancje rozpuszczone w tych stopach zwykle będą się wytrącać, chociaż proces ten może potrwać znacznie dłużej. Czasami metale te są następnie podgrzewane do temperatury niższej niż temperatura krytyczna (A 1 ), co zapobiega rekrystalizacji, aby przyspieszyć strącanie.
Wyżarzanie dla blachy
Wyżarzanie (metalurgia)
Wyżarzanie polega na ogrzewaniu metalu do określonej temperatury, a następnie chłodzeniu z szybkością, która wytworzy udoskonaloną mikrostrukturę, całkowicie lub częściowo oddzielając składniki. Szybkość chłodzenia jest ogólnie powolna. Wyżarzanie jest najczęściej stosowane w celu zmiękczenia metalu do obróbki na zimno, poprawy skrawalności lub w celu poprawy właściwości takich jak przewodnictwo elektryczne.
W stopach żelaznych wyżarzanie zazwyczaj odbywa się przez ogrzewanie metalu poza górną temperaturę krytyczną, a następnie chłodzenie bardzo powoli, co powoduje powstawanie perlitu. Zarówno w przypadku czystych metali, jak i wielu stopów, które nie mogą być poddane obróbce cieplnej, stosuje się wyżarzanie w celu usunięcia twardości spowodowanej przez obróbkę plastyczną na zimno. Metal jest podgrzewany do temperatury, w której może nastąpić rekrystalizacja, tym samym naprawiając wady spowodowane odkształceniem plastycznym. W tych metalach szybkość chłodzenia będzie zazwyczaj niewielka. Większość stopów metali nieżelaznych, które można poddać obróbce cieplnej, również wyżarzono w celu zmniejszenia twardości podczas obróbki na zimno. Mogą one być powoli schładzane, aby umożliwić pełne wytrącanie składników i wytwarzanie wyrafinowanej mikrostruktury.
Stopy metali żelaznych są zwykle albo "wyżarzane", albo "wyżarzane w procesie". Pełne wyżarzanie wymaga bardzo powolnego chłodzenia, aby utworzyć gruboziarnisty perlit. W procesie wyżarzania szybkość chłodzenia może być szybsza; do i normalizowanie. Głównym celem wyżarzania procesowego jest uzyskanie jednolitej mikrostruktury. Stopy nieżelazne są często poddawane różnym technikom wyżarzania, w tym "wyżarzaniu rekrystalizującemu", "wyżarzaniu częściowemu", "wyżarzaniu wyżarzaniu" i "wyżarzaniu ostatecznemu". Nie wszystkie techniki wyżarzania wymagają rekrystalizacji, takiej jak odprężanie.
