טיפול בחום בסגסוגות. סוגי טיפול בחום

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

טיפול בחום בסגסוגות הוא חלק בלתי נפרד מתהליך הייצור של מתכות ברזליות ולא ברזליות. כתוצאה מהליך זה, מתכות מסוגלות לשנות את המאפיינים שלהן לערכים הנדרשים. במאמר זה נשקול את הסוגים העיקריים של טיפול בחום המשמשים בתעשייה המודרנית.

מהות טיפול בחום

במהלך ייצור מוצרים חצי מוגמרים, חלקי מתכת עוברים טיפול בחום כדי להעניק להם את התכונות הרצויות (חוזק, עמידות בפני קורוזיה ובלאי וכו'). טיפול בחום בסגסוגות הוא קבוצה של תהליכים שנוצרו באופן מלאכותי שבמהלכם מתרחשים שינויים מבניים ופיזיקליים ומכאניים בסגסוגות בהשפעת טמפרטורות גבוהות, אך ההרכב הכימי של החומר נשמר.

מטרת טיפול בחום

מוצרי מתכת הנמצאים בשימוש יומיומי בכל מגזרי הכלכלה הלאומית חייבים לעמוד בדרישות גבוהות לעמידות בפני שחיקה. מתכת, כחומר גלם, צריך להתחזק עם תכונות הביצועים הדרושים, אשר יכול להיותלהיחשף לטמפרטורות גבוהות. טיפול בחום של סגסוגות עם טמפרטורות גבוהות משנה את המבנה הראשוני של חומר, מפיץ מחדש את מרכיביו, הופך את הגודל והצורה של גבישים. כל זה מוביל למזעור הלחץ הפנימי של המתכת ובכך מגדיל את התכונות הפיזיקליות והמכניות שלה.

סוגי טיפול בחום

טיפול בחום בסגסוגות מתכת מסתכם בשלושה תהליכים פשוטים: חימום חומר הגלם (מוצר חצי מוגמר) לטמפרטורה הרצויה, שמירתו בתנאים שצוינו למשך הזמן הנדרש וקירור מהיר. בייצור מודרני משתמשים בכמה סוגים של טיפול בחום, הנבדלים בכמה מאפיינים טכנולוגיים, אך אלגוריתם התהליך באופן כללי נשאר זהה בכל מקום.

לפי שיטת ביצוע טיפול בחום, ישנם הסוגים הבאים:

• תרמית (התקשות, חישול, חישול, יישון, טיפול קריוגני).
• טיפול תרמי-מכני כולל טיפול בטמפרטורה גבוהה בשילוב פעולה מכנית על הסגסוגת.
• Chemico-thermal כרוך בטיפול בחום של מתכת, ולאחר מכן העשרת פני השטח של המוצר ביסודות כימיים (פחמן, חנקן, כרום וכו').

חישול

חישול הוא תהליך ייצור שבו מתכות וסגסוגות מחוממות לטמפרטורה קבועה מראש, ולאחר מכן, יחד עם התנור שבו התרחש ההליך, מתקררים באיטיות רבה באופן טבעי. כתוצאה מהחישול, ניתן לבטל את האי-הומוגניות של ההרכב הכימיחומרים, משחררים מתח פנימי, משיגים מבנה גרגירי ומשפרים אותו ככזה, כמו גם מפחיתים את הקשיות של הסגסוגת כדי להקל על המשך העיבוד שלה. ישנם שני סוגי חישול: חישול מהסוג הראשון והשני.

חישול ממדרגה ראשונה מרמז על טיפול בחום, שכתוצאה ממנו יש שינוי מועט או ללא שינוי במצב הפאזה של הסגסוגת. יש לו גם זנים משלו: הומוגנית - טמפרטורת החישול היא 1100-1200, בתנאים כאלה הסגסוגות נשמרות במשך 8-15 שעות, חישול מחדש (ב-t 100-200) משמש לפלדה מסומרת, כלומר, כבר מעוותת להיות קר.

חישול מהסוג השני מוביל לשינויי פאזה משמעותיים בסגסוגת. יש לו גם כמה סוגים:

• חישול מלא - חימום הסגסוגת 30-50 מעל סימון הטמפרטורה הקריטית האופייני לחומר זה וקירור בקצב המצוין (200 לשעה - פלדות פחמן, 100 לשעה ו-50 לשעה - סגסוגת נמוכה וגבוהה סגסוגת פלדות, בהתאמה).
• לא שלם - חימום לנקודה קריטית וקירור איטי.
• דיפוזיה - טמפרטורת חישול 1100-1200.
• איזותרמי - חימום מתרחש באותו אופן כמו חישול מלא, אולם לאחר מכן, מתבצע קירור מהיר לטמפרטורה מעט מתחת לטמפרטורה הקריטית ומשאירים אותו להתקרר באוויר.
• נורמלי - חישול מלא עם קירור מתכת לאחר מכן באוויר, ולא בתנור.

התקשות

מזור הוא מניפולציהעם סגסוגת, שמטרתה להשיג טרנספורמציה מרטנסיטית של המתכת, המפחיתה את משיכות המוצר ומגבירה את חוזקו. כיבוי, כמו גם חישול, כרוך בחימום המתכת בכבשן מעל הטמפרטורה הקריטית לטמפרטורת ההמרה, ההבדל טמון בקצב הקירור הגבוה יותר המתרחש באמבט הנוזל. בהתאם למתכת ואפילו לצורתה, נעשה שימוש בסוגים שונים של התקשות:

• התקשות באותה סביבה, כלומר באותה אמבטיה עם נוזל (מים לחלקים גדולים, שמן לחלקים קטנים).
• התקשות לסירוגין - הקירור מתבצע בשני שלבים עוקבים: תחילה בנוזל (נוזל קירור חד יותר) לטמפרטורה של כ-300, לאחר מכן באוויר או באמבט שמן אחר.
• צעד - כאשר המוצר מגיע לטמפרטורת ההתקשות, הוא מקורר למשך זמן מה במלחים מותכים, ולאחר מכן קירור באוויר.
• איזותרמי - הטכנולוגיה דומה מאוד להתקשות שלבים, שונה רק בזמן ההחזקה של המוצר בטמפרטורת הטרנספורמציה המרטנסיטית.
• התקשות עצמית שונה מסוגים אחרים בכך שהמתכת המחוממת אינה מקוררת לחלוטין, ומשאירה אזור חם באמצע החלק. כתוצאה ממניפולציה זו, המוצר מקבל תכונות של חוזק מוגבר על פני השטח וצמיגות גבוהה באמצע. שילוב זה חיוני עבור כלי הקשה (פטישים, אזמלים וכו')

Vacation

טימפינג הוא השלב האחרון של טיפול בחום של סגסוגות, אשר קובעהמבנה הסופי של המתכת. המטרה העיקרית של הטמפרור היא להפחית את שבירותו של מוצר מתכת. העיקרון הוא לחמם את החלק לטמפרטורה מתחת לטמפרטורה הקריטית ולקרר אותו. מאחר שמצבי הטיפול בחום וקצב הקירור של מוצרי מתכת למטרות שונות עשויים להיות שונים, ישנם שלושה סוגים של חישול:

• גבוה - טמפרטורת החימום היא בין 350-600 לערך מתחת לערך הקריטי. הליך זה משמש לרוב עבור מבני מתכת.
• בינוני - טיפול בחום ב-t 350-500, נפוץ למוצרי קפיצים וקפיצים.
• נמוך - טמפרטורת החימום של המוצר אינה גבוהה מ-250, מה שמאפשר להשיג חוזק גבוה ועמידות בפני שחיקה של חלקים.

Aging

הזדקנות היא טיפול בחום של סגסוגות, הגורם לתהליכי פירוק של מתכת רוויה-על לאחר כיבוי. התוצאה של ההזדקנות היא עלייה בגבולות הקשיות, התפוקה והחוזק של המוצר המוגמר. לא רק ברזל יצוק נתון להזדקנות, אלא גם מתכות לא ברזליות, כולל סגסוגות אלומיניום הניתנות לעיוות בקלות. אם מוצר מתכת הנתון להתקשות נשמר בטמפרטורה רגילה, מתרחשים בו תהליכים המובילים לעלייה ספונטנית בחוזק ולירידה בגמישות. זה נקרא ההזדקנות הטבעית של המתכת. אם אותה מניפולציה מתבצעת בטמפרטורות גבוהות, היא תיקרא הזדקנות מלאכותית.

טיפול קריוגני

שינויים במבנה של סגסוגות,מה שאומר שניתן להשיג את התכונות שלהם לא רק על ידי טמפרטורות גבוהות, אלא גם על ידי טמפרטורות נמוכות במיוחד. טיפול תרמי בסגסוגות ב-t מתחת לאפס נקרא קריוגני. טכנולוגיה זו נמצאת בשימוש נרחב במגזרים שונים של הכלכלה הלאומית כתוספת לטיפולי חום בטמפרטורה גבוהה, מכיוון שהיא יכולה להוזיל משמעותית את העלות של תהליכי התקשות תרמית.

טיפול קריוגני בסגסוגות מתבצע ב-t -196 במעבד קריוגני מיוחד. טכנולוגיה זו יכולה להגדיל משמעותית את חיי השירות של החלק המעובד ותכונות אנטי קורוזיה, כמו גם למנוע את הצורך בטיפולים חוזרים.

טיפול תרמי-מכני

שיטה חדשה לעיבוד סגסוגות משלבת עיבוד של מתכות בטמפרטורות גבוהות עם עיוות מכני של מוצרים הנמצאים במצב פלסטי. טיפול תרמי-מכני (TMT) לפי שיטת ההשלמה יכול להיות משלושה סוגים:

• TMT בטמפרטורה נמוכה מורכבת משני שלבים: דפורמציה פלסטית ואחריה כיבוי וחידוד החלק. ההבדל העיקרי מסוגים אחרים של TMT הוא טמפרטורת החימום למצב האוסטניטי של הסגסוגת.
• TMT בטמפרטורה גבוהה כולל חימום סגסוגת למצב מרטנסיטי בשילוב עם עיוות פלסטי.
• Preliminary - עיוות מבוצע ב-t 20, ולאחר מכן התקשות והיסוס של המתכת.

טיפול כימי-תרמי

שנה את המבנה והמאפיינים של סגסוגותאפשר גם בעזרת טיפול כימי-תרמי, המשלב השפעות תרמיות וכימיות על מתכות. המטרה הסופית של הליך זה, בנוסף להקניית חוזק, קשיות ועמידות בפני שחיקה מוגברת למוצר, היא גם להקנות לחלק עמידות חומצה ועמידות בפני אש. קבוצה זו כוללת את הסוגים הבאים של טיפול בחום:

• המלטה מתבצעת כדי לתת חוזק נוסף לפני השטח של המוצר. המהות של ההליך היא להרוות את המתכת בפחמן. קרבור יכול להתבצע בשתי דרכים: קרבור מוצק וגז. במקרה הראשון, החומר המעובד, יחד עם הפחם והמפעיל שלו, מונחים בכבשן ומחממים אותו לטמפרטורה מסוימת, ולאחר מכן החזקתו בסביבה זו וקירור. במקרה של הקרבור בגז, המוצר מחומם בתנור עד 900 תחת זרם רציף של גז פחמי.
• Nitriding הוא טיפול כימי-תרמי של מוצרי מתכת על ידי הרוויה של פני השטח שלהם בסביבות חנקן. התוצאה של הליך זה היא עלייה בחוזק המתיחה של החלק ועלייה בעמידותו בפני קורוזיה.
• ציאנידציה היא הרוויה של המתכת בחנקן ובפחמן בו-זמנית. המדיום יכול להיות נוזלי (מלחים המכילים פחמן וחנקן מותך) וגזי.
• ציפוי דיפוזיה היא שיטה מודרנית להקניית עמידות בחום, עמידות לחומצות ועמידות בפני שחיקה למוצרי מתכת. פני השטח של סגסוגות כאלה רווי במתכות שונות (אלומיניום, כרום) ובמטאלואידים (סיליקון, בורון).

תכונותטיפול בחום של ברזל יצוק

סגסוגות ברזל יצוק נתונות לטיפול בחום באמצעות טכנולוגיה שונה במקצת מסגסוגות מתכת לא ברזליות. ברזל יצוק (אפור, חוזק גבוה, סגסוגת) עובר את סוגי הטיפול בחום הבאים: חישול (ב-t 500-650), נורמליזציה, התקשות (רציף, איזותרמית, משטח), טמפרור, ניטרידינג (ברזל יצוק אפור), אלומיניזציה (ברזל יצוק פנילי), ציפוי כרום. כל ההליכים הללו משפרים באופן משמעותי את המאפיינים של מוצרי הברזל הסופי: להגדיל את חיי השירות, לבטל את הסבירות לסדקים במהלך השימוש במוצר, להגביר את החוזק ועמידות החום של ברזל יצוק.

טיפול בחום בסגסוגות לא ברזליות

למתכות וסגסוגות לא ברזליות יש תכונות שונות זו מזו, ולכן הן מעובדות בשיטות שונות. לפיכך, סגסוגות נחושת נתונות לחישול מחדש כדי להשוות את ההרכב הכימי. עבור פליז מסופקת טכנולוגיית חישול בטמפרטורה נמוכה (200-300), שכן סגסוגת זו נוטה לסדקים ספונטניים בסביבה לחה. ברונזה נתון להומוגניזציה וחישול ב-t עד 550. מגנזיום מחולל, מרווה ונתון להזדקנות מלאכותית (הזדקנות טבעית אינה מתרחשת עבור מגנזיום מרווה). אלומיניום, כמו מגנזיום, עובר שלוש שיטות טיפול בחום: חישול, התקשות ויישון, ולאחר מכן סגסוגות אלומיניום מחושלות מגדילות משמעותית את חוזקן. עיבוד של סגסוגות טיטניום כולל: חישול מחדש, התקשות, יישון, ניטרידה וקרבור.

CV

טיפול בחום של מתכות וסגסוגות הוא התהליך הטכנולוגי העיקרי במטלורגיה של ברזל ולא ברזל. לטכנולוגיות מודרניות יש מגוון שיטות טיפול בחום כדי להשיג את התכונות הרצויות של כל סוג של סגסוגות מעובדות. לכל מתכת יש טמפרטורה קריטית משלה, מה שאומר שצריך לבצע טיפול בחום תוך התחשבות במאפיינים המבניים והפיזיקליים-כימיים של החומר. בסופו של דבר, זה לא רק ישיג את התוצאות הרצויות, אלא גם ייעל משמעותית את תהליכי הייצור.