חישול פלדה כסוג של טיפול בחום. טכנולוגיית מתכת

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 13:54

יצירת חומרים חדשים ושליטה בתכונותיהם היא אומנות טכנולוגיית המתכת. אחד הכלים שלה הוא טיפול בחום. תהליכים אלו מאפשרים לשנות את המאפיינים ובהתאם את תחומי השימוש של סגסוגות. חישול פלדה הוא אפשרות בשימוש נרחב לביטול פגמי ייצור במוצרים, הגדלת חוזקם ואמינותם.

משימות עיבוד והזנים שלהן

פעולות חישול מבוצעות במטרה:

• אופטימיזציה של מבנה תוך-גבישי, סדר של אלמנטים מתגזרים;
• מזעור עיוותים ומתח פנימיים עקב תנודות מהירות של טמפרטורת התהליך;
• הגברת הגמישות של חפצים לחיתוך אחר כך.

הפעולה הקלאסית נקראת "חישול מלא", עם זאת, ישנם מספר זנים שלה, בהתאם למאפיינים שצוינו ולמאפייני המשימות: לא שלם, נמוך, דיפוזיה (הומוגניזציה),איזותרמית, התגבשות מחדש, נורמליזציה. כולם דומים בעקרון, עם זאת, אופני הטיפול בחום של פלדות שונים באופן משמעותי.

טיפול בחום מבוסס על תרשים

כל התמורות במטלורגיית ברזל, המבוססות על משחק הטמפרטורות, מתאימות בבירור לתרשים של סגסוגות ברזל-פחמן. זהו כלי עזר חזותי לקביעת המבנה המיקרו של פלדות פחמן או ברזל יצוק, כמו גם נקודות הטרנספורמציה של מבנים ותכונותיהם בהשפעת חימום או קירור.

טכנולוגיית מתכת מסדירה את כל סוגי החישול של פלדות פחמן עם לוח זמנים זה. עבור לא שלם, נמוך, וגם עבור התגבשות מחדש, ערכי הטמפרטורה "ההתחלה" הם קו PSK, כלומר הנקודה הקריטית שלו Ac₁. חישול מלא ונורמליזציה של פלדה מכוונים תרמית לקו דיאגרמת GSE, הנקודות הקריטיות שלו Ac₃ ו-Ac_{m. התרשים גם קובע בבירור את הקשר של שיטת טיפול בחום מסוימת עם סוג החומר מבחינת תכולת הפחמן והאפשרות המקבילה ליישומו עבור סגסוגת מסוימת.}

חישול מלא

חפצים: יציקות ופריטים מסגסוגת היפואווטקטואידית, בעוד שהרכב הפלדה צריך למלא פחמן בכמות של עד 0.8%.

יעד:

• שינוי מרבי במבנה המיקרו המתקבל על ידי יציקה ולחץ חם, הבאת הרכב פריט-פרלייט הבלתי-הומוגני לגרגיר עדין הומוגנית;
• הפחתת קשיות והגברת המשיכות לעיבוד נוסףחיתוך.

טכנולוגיה. טמפרטורת החישול של פלדה גבוהה ב-30-50˚С מהנקודה הקריטית Ac_{3. כאשר המתכת מגיעה למאפיינים התרמיים שצוינו, הם נשמרים ברמה זו למשך זמן מה, מה שמאפשר להשלים את כל השינויים הדרושים. גרגירים פרליטיים ופריטיים גדולים הופכים לחלוטין לאוסטניט. השלב הבא הוא קירור איטי יחד עם תנור, במהלכו שוב מפרידים פריט ופרליט מאוסטניט, בעל גרגיר עדין ומבנה אחיד.}

חישול מלא של פלדה מאפשר לבטל את הפגמים הפנימיים הקשים ביותר, עם זאת, הוא ארוך מאוד ועתיר אנרגיה.

חישול לא שלם

Objects: פלדות hypoeutectoid ללא אי-הומוגניות פנימיות רציניות.

מטרה: טחינה וריכוך גרגרי פרליט, מבלי לשנות את הבסיס הפריטי.

טכנולוגיה. חימום המתכת לטמפרטורות הנופלות במרווח בין הנקודות הקריטיות Ac₁ ו-Ac_{3. חשיפה של ריקים בכבשן עם מאפיינים יציבים תורמת להשלמת התהליכים הדרושים. הקירור נעשה באיטיות, יחד עם התנור. ביציאה מתקבל אותו מבנה פרלייט-פריט עדין. עם אפקט תרמי כזה, פרלייט הופך לדק, בעוד פריט נשאר גבישי ללא שינוי, ויכול להשתנות רק מבחינה מבנית, גם לטחון.}

חישול לא שלם של פלדה מאפשר לך לאזן את המצב הפנימי והמאפיינים של עצמים פשוטים, הוא פחות אינטנסיבי באנרגיה.

חישול נמוך(גיבוש מחדש)

חפצים: כל סוגי פלדת פחמן מגולגלת, פלדת סגסוגת עם תכולת פחמן בטווח של 0.65% (לדוגמה, מיסבים כדוריים), חלקים וחסרים העשויים ממתכות לא ברזליות שאינן מכילות פגמים פנימיים חמורים, אך זקוקים תיקון צריכת אנרגיה נמוכה.

יעד:

• הסרת מתחים פנימיים והתקשות עקב השפעת עיוות קר וחם כאחד;
• לבטל את ההשפעות השליליות של קירור לא אחיד של מבנים מרותכים, להגדיל את הפלסטיות והחוזק של התפרים;
• הפיכת המיקרו-מבנה של מוצרי מתכות לא-ברזליים אחידים;
• ספירואידציה של פרליט למלר - נותן לו צורה גרגירית.

טכנולוגיה.

החלקים מחוממים 50-100˚C מתחת לנקודה הקריטית Ac_{1. בהשפעת השפעות כאלה, שינויים פנימיים קלים מתבטלים. כל התהליך הטכנולוגי אורך כ-1-1.5 שעות. טווחי טמפרטורה משוערים עבור חומרים מסוימים:}

1. פלדת פחמן וסגסוגות נחושת - 600-700˚C.
2. סגסוגות ניקל - 800-1200˚C.
3. סגסוגות אלומיניום - 300-450˚C.

הקירור נעשה באוויר. עבור פלדות מרטנסיות ובאיניטיות, טכנולוגיית המתכת מספקת שם שונה לתהליך זה - מזג גבוה. זוהי דרך פשוטה ובמחיר סביר לשפר את המאפיינים של חלקים ומבנים.

הומוגניזציה (חישול דיפוזיה)

חפצים: מוצרי יציקה גדולים, במיוחד יציקותפלדה מסגסוגת.

מטרה: חלוקה אחידה של אטומים של יסודות סגסוגת על פני סריגי הגביש וכל נפח המטיל כתוצאה מפיזור בטמפרטורה גבוהה; ריכוך מבנה חומר העבודה, הפחתת קשיותו לפני ביצוע פעולות טכנולוגיות עוקבות.

טכנולוגיה. החומר מחומם לטמפרטורות גבוהות של 1000-1200˚С. יש לשמור על מאפיינים תרמיים יציבים לאורך זמן - כ-10-15 שעות, תלוי בגודל ומורכבות המבנה היצוק. עם השלמת כל השלבים של טרנספורמציות בטמפרטורה גבוהה, מתקרר איטי.

תהליך עתיר עבודה אך יעיל ביותר לפילוס מבנה המיקרו של מבנים גדולים.

חישול איזותרמי

אובייקטים: יריעות פלדת פחמן, סגסוגת ומוצרי סגסוגת גבוהה.

מטרה: שיפור המבנה המיקרו, הסרת פגמים פנימיים בפחות זמן.

טכנולוגיה. המתכת מחוממת בתחילה לטמפרטורות חישול מלאות ונשמר הזמן הנדרש להפיכת כל המבנים הקיימים לאוסטניט. לאחר מכן מצננים באיטיות על ידי טבילה במלח חם. בהגיעו לחום של 50-100˚C מתחת לנקודת Ac_{1, הוא מוכנס לתנור על מנת לשמור אותו ברמה זו למשך הזמן הדרוש להמרה מלאה של האוסטניט. לתוך פרלייט וצמנטיט. הקירור הסופי מתבצע באוויר.}

השיטה מאפשרת לך להשיג את המאפיינים הנדרשים של חלקי פלדה מסגסוגת, תוך חיסכון בזמן, בהשוואה למלאחישול.

נורמליזציה

חפצים: יציקות, פרזול וחלקים עשויים מפחמן נמוך, פחמן בינוני וסגסוגת נמוכה.

מטרה: לייעל את המצב הפנימי, לתת את הקשיות והחוזק הרצויים, לשפר את המצב הפנימי לפני השלבים הבאים של טיפול בחום וחיתוך.

טכנולוגיה. הפלדה מחוממת לטמפרטורות שנמצאות מעט מעל קו ה-GSE והנקודות הקריטיות שלה, מוחזקות ומתקררות באוויר. לפיכך, מהירות השלמת התהליכים עולה. עם זאת, באמצעות הליך זה, ניתן להשיג מבנה רגוע רציונלי רק כאשר הרכב הפלדה נקבע על ידי פחמן בכמות של לא יותר מ-0.4%. עם עלייה בכמות הפחמן, מתרחשת עלייה בקשיות. לאותה פלדה לאחר נורמליזציה יש קשיות גדולה יותר יחד עם גרגירים עדינים ברווח שווה. הטכניקה מאפשרת להגדיל באופן משמעותי את ההתנגדות של סגסוגות להרס ואת משיכות החיתוך.

פגמים אפשריים בחישול

במהלך ביצוע פעולות טיפול בחום, יש צורך להקפיד על המצבים המפורטים של חימום וקירור בטמפרטורה. במקרה של הפרה של הדרישות, עלולים להיווצר פגמים שונים.

1. חמצון שכבת פני השטח והיווצרות אבנית. במהלך הפעולה, המתכת החמה מגיבה עם חמצן אטמוספרי, מה שמוביל להיווצרות אבנית על פני חומר העבודה. לניקוי מכני או עםכימיקלים מיוחדים.
2. שריפת פחמן. זה מתרחש גם כתוצאה מהשפעת החמצן על מתכת חמה. ירידה בכמות הפחמן בשכבת פני השטח מביאה לירידה בתכונות המכניות והטכנולוגיות שלו. על מנת למנוע תהליכים אלו, יש לבצע חישול פלדה במקביל להחדרת גזי מגן לתנור, אשר משימתו העיקרית היא למנוע את האינטראקציה של הסגסוגת עם חמצן.
3. חימום יתר. זה תוצאה של חשיפה ממושכת בתנור בטמפרטורה גבוהה. זה גורם לצמיחת גרגרים מוגזמת, רכישת מבנה גס גרגר לא הומוגני, ועלייה בשבירות. לתיקון על ידי שלב חישול מלא נוסף.
4. שרוף. מתרחש כתוצאה מחריגה מהערכים המותרים של חימום וחשיפה, מביא להרס של קשרים בין כמה גרגרים, מקלקל לחלוטין את כל מבנה המתכת ואינו נתון לתיקון.

כדי למנוע תקלות, חשוב לבצע משימות טיפול בחום בצורה מדויקת, להיות בעלי כישורים מקצועיים ולשלוט באופן קפדני בתהליך.

חישול פלדה הוא טכנולוגיה יעילה ביותר להבאת המיקרו-מבנה של חלקים מכל מורכבות והרכב למבנה ומצב פנימי אופטימלי, הנדרש לשלבים הבאים של השפעות תרמיות, חיתוך והפעלת המבנה.