Kokie yra keturi plieno šilumos procedūros?

Šiluminis apdorojimas yra kritinis plieno gamybos ir perdirbimo procesas, nes jis keičia plieno mikrostruktūrą, kad pasiektų norimų mechaninių savybių, tokių kaip kietumas, tvirtumas, stiprumas ir lankstumas. Tarp įvairių terminio apdorojimo metodų keturi pagrindiniai procesai sudaro plieno kondicionavimo stuburą: atkaitinimas, normalizavimas, gesinimas ir grūdinimas ir paviršiaus sukietėjimas. Kiekvienas iš jų yra skirtingas tikslas ir yra pritaikytas konkrečioms programoms, užtikrinant, kad plienas optimaliai veikia numatytą naudojimą.
1. Atkaitinimas: minkštinimas ir homogenizavimas
Atkaitinimas yra terminio apdorojimo procesas, skirtas sušvelninti plieną, pagerinti jo apdirbimą ir sumažinti vidinius įtempius. Tai apima tris pagrindinius veiksmus: plieno kaitinimas iki tam tikros temperatūros (paprastai virš jo kritinės temperatūros, kur mikrostruktūra virsta austenite), laikant jį tokioje temperatūroje pakankamai laiko, kad būtų užtikrintas vienodas šildymas, ir tada lėtai vėsinant krosnį ar kontroliuojamą aplinką.
Pagrindinis atkaitinimo tikslas yra patikslinti plieno mikrostruktūrą. Pvz., Jei plienas buvo pagrobtas (sustiprintas atliekant šaltą, pavyzdžiui, riedėjimą ar kalimą), atkaitinimas atgauna savo lankstumą, leisdamas grūdams perorientuoti ir išaugti į vienodesnę struktūrą. Tai taip pat pašalina vidinius įtempius, kuriuos sukelia suvirinimas, liejimas ar apdirbimas, o tai gali sukelti deformaciją ar įtrūkimą, jei paliekamas be adresų.
Yra keletas atkaitinimo rūšių, kiekvienas su konkrečiomis programomis:
• Visas atkaitinimas: naudojamas hipoeutektoidiniams plienams (su mažiau nei 0,8% anglies). Jis šildo plieną iki 50–100 laipsnių F (10–38 laipsnių) virš kritinės temperatūros, sulaiko ir lėtai vėsina, kad sudarytų minkštą, kaliojo ferito ir perlito mikrostruktūrą.
• Proceso atkaitinimas: pritaikytas mažai anglies dioksido plienams, siekiant sumažinti sukietėjimą gamybos metu. Jis kaitina plieną iki žemesnės temperatūros (žemiau kritinio taško) ir lėtai vėsta, atkuriant lankstumą nepakeisdamas bendros mikrostruktūros.
• Sferoidizavimas: naudojamas aukšto anglies plienams, siekiant pagerinti apdirbamumą. Jis šildo plieną iki šiek tiek žemiau kritinės temperatūros ir ilgą laiką jį laiko, todėl karbido dalelės susidaro į sferines formas, todėl plienas yra minkštesnis ir lengviau mašinomis.
Atkaitintas plienas yra idealus pritaikymui, reikalaujančiam apdirbimo, pavyzdžiui, automobilių dalių, kurias reikia suformuoti ar gręžti prieš galutinį sukietėjimą.
2. Normalizavimas: tobulinimas ir stabilizavimas
Normalizavimas yra terminio apdorojimo procesas, panašus į atkaitinimą, tačiau greitesnis aušinimo greitis. Tai apima plieno kaitinimą iki šiek tiek aukštesnės temperatūros nei jo kritinė temperatūra (paprastai 100–150 laipsnių F/38–66 laipsnio aukščiau), laikant jį vienodą austenitizaciją, o po to aušinant nejudančiame ore. Šis greitesnis aušinimo greitis (palyginti su atkaitinimu) lemia smulkesnę, vienodesnę mikrostruktūrą.
Pagrindiniai normalizavimo pranašumai yra:
• Grūdų struktūros tobulinimas: ji pašalina šiurkščius grūdus, susidarančius liejimo, kalimo ar riedėjimo metu, todėl susidaro smulkesnis, nuoseklesnis grūdų dydis. Tai pagerina plieno stiprumą ir tvirtumą.
• Sumažinus vidinius stresus: kaip atkaitinimas, jis palengvina stresą, tačiau turi mažesnę riziką per dideliam minkštinimui.
• Standartizuojant savybes: Tai užtikrina vienodas mechanines savybes per plieno partiją, todėl lengviau numatyti veikimą vėlesniuose procesuose.
Normalizavimas dažnai naudojamas vidutinio anglies plienams ir lydinio plienams, kuriems reikalingas stiprumo ir lankstumo pusiausvyra. Paprastai jis taikomas liejiniams, kaltinimams ir suvirintoms dalims, siekiant pagerinti jų struktūrinį stabilumą prieš tolesnį apdorojimą. Pvz., Automobilių alkūniniai velenai ir pramoninės pavaros gali būti normalizuojamos, kad būtų užtikrintas pastovus stiprumas ir sumažinta iškraipymo rizika apdirbant.
Palyginti su atkaitinimu, normalizuotas plienas yra šiek tiek kietesnis ir stipresnis dėl savo smulkesnės mikrostruktūros, todėl jis yra geresnis pasirinkimas dalims, kurioms reikia vidutinio stiprumo, be visiškai sukietėjusio plieno.
3. Gesinimas ir grūdinimas: grūdinimas ir grūdinimas
Gesinimas ir grūdinimas yra dviejų pakopų procesas, skirtas gaminti plieną, turintį didelį stiprumą ir tvirtumą-derinį, kurį sunku pasiekti naudojant kitus gydymo būdus.
• Gesinimas: Pirmasis žingsnis apima plieno kaitinimą iki jo austenitinės temperatūros (virš kritinio taško), laikant jį vienodą austenito mikrostruktūrą, o po to greitai (gesinant), naudojant vandens, aliejaus ar polimerų tirpalus. Šis greitas aušinimas sulaiko anglies atomus austenite, mikrostruktūrą paverčiant kieta, trapi faze, kuri gali pasiekti 60–65 HRC kietumą.
• Grūdinimas: Norėdami sumažinti trapumą, gesintą plieną kaitinamas iki žemesnės temperatūros (paprastai 300–1 300 laipsnių F/149–704 laipsnis) ir laikomas tam tikram laikotarpiui, o po to aušina ore. Dėl grūdinimo mažos karbido dalelės susidarys martensitoje, mažindamos trapumą, išlaikant didžiąją dalį kietumo, pasiekto gesinimo metu. Grūdinimo temperatūra lemia galutines savybes: žemesnė temperatūra (300–500 laipsnių f) išlaiko didelį kietumą ir vidutinio sunkumo kietumą, o aukštesnė temperatūra (800–1 300 laipsnių f) sumažina kietumą, tačiau padidina kietumą.
Rezultatas yra plienas, kuris subalansuoja stiprumą ir tvirtumą, kad būtų galima atsispirti nusidėvėjimui, bet pakankamai kietas, kad atlaikytų smūgį. Dėl to jis idealiai tinka tokioms didelio streso programoms kaip:
• Įrankio plienas: gręžimo gabalėliai, pjovimo įrankiai ir mirtys, siekiant kietumo ir atsparumo skaldymui, pasikliauja gesintu ir grūdintu plienu.
• Struktūrinės dalys: Automobilių ašys, konstrukcijos varžtai ir pramoninių mašinų komponentai naudoja šį apdorojimą, kad atlaikytų sunkias apkrovas ir poveikį.
• Aviacijos ir kosmoso komponentai: Dalys, kurioms reikalingas didelis stiprumo ir svorio santykis, pavyzdžiui, orlaivių nusileidimo įranga, naudos iš proceso.
Pasirinkimas numalšinimo terpėje turi įtakos galutiniam kietumui: vandens gesinimas greičiau atvėsina, sukelia didesnį kietumą, tačiau padidėja įtrūkimo rizika; Aliejaus gesinimas vėsta lėčiau, sumažindamas įtrūkimų riziką, tačiau sukelia šiek tiek mažesnį kietumą. Tuomet grūdinimas sureguliuoja savybes, kad atitiktų programą, užtikrinant, kad plienas yra pakankamai kietas, kad būtų atsparus dėvėjimams, bet ne taip trapi, kad jis lūžta esant stresui.
4. Paviršiaus kietėjimas: paviršiaus sukietėjimas, išsaugantis šerdį
Paviršiaus kietėjimas (dar vadinamas korpuso sukietėjimu) yra termiškas apdorojimas, kuris sukietėja tik plieno paviršių, paliekant šerdį palyginti minkštą ir kietą. Tai idealiai tinka dalims, kurioms reikalingas atsparus susidėvėjimui paviršius, kad būtų atlaikoma trintis ar dilimavimas, o tvirta šerdis atspindi poveikį ir lenkimą.
Yra keletas paviršiaus kietėjimo būdų, dažniausiai yra karburizavimas ir nitrizavimas:
• Karburavimas: Šis procesas įveda anglies į žemo anglies plieno paviršiaus sluoksnį. Plienas kaitinamas iki aukštos temperatūros (1 600–1 800 laipsnių F/871–982 laipsnio) aplinkoje, kurioje gausu anglies (dujos, skysčio ar kietos), leidžiant anglies difuziją į paviršių. Po karburizacijos plienas užgesintas, kad būtų sukietėjus aukšto anglies paviršiaus sluoksnį (dėklą), o mažai anglies dioksido šerdis išlieka minkšta. Atvejo gylis gali svyruoti nuo 0,005 iki 0,25 colio, atsižvelgiant į taikymą. Carburizuotas plienas naudojamas tokioms dalims kaip pavaros, guoliai ir velenai, kur paviršius turi atsispirti nusidėvėjimui, tačiau šerdis turi absorbuoti smūgį.
• Nitridinimas: Šis procesas išskiria azotą į plieno paviršių, o ne anglies. Jis atliekamas žemesnėje temperatūroje (950–1150 laipsnių F/510–621 laipsnis) azoto turtingoje atmosferoje, sudarydama ant paviršiaus kietų nitrido junginių. Skirtingai nuo karburisų, tam nereikia numalšinti, mažinant iškraipymo riziką. Nitrizuotas plienas pasižymi puikiu atsparumu nusidėvėjimui ir atsparumui korozijai, todėl jis tinka tokioms dalims kaip vožtuvo stiebai, hidrauliniai cilindrai ir staklių vadovai.
Kiti paviršiaus sukietėjimo metodai apima liepsnos sukietėjimą (paviršiaus kaitinimą liepsna ir gesinimas) ir indukcijos sukietėjimą (naudojant elektromagnetinę indukciją paviršiui šildyti ir po to gesinti). Tai yra greitesni procesai, naudojami didelėms dalims, kur reikia tik specifinių sričių, tokių kaip didelių pavarų dantys arba geležinkelio bėgių susidėvėjimo paviršiai.
Kaip lyginami keturi gydymo būdai​
Kiekvienas šilumos apdorojimo procesas skirtingais būdais modifikuoja plieno savybes:
• Atkaitinimas maksimaliai padidina lankstumą ir apdirbamumą, tačiau sumažina stiprumą.
• Normalizuojant pusiausvyros stiprumą ir lankstumą su rafinuota mikrostruktūra.
• Gesinimas ir grūdinimas pasiekia didelį jėgą ir tvirtumą.
• Paviršiaus kietėjimas sukuria kietą, susidėvėjimui atsparų paviršių, turinčiu tvirtą šerdį.
Gydymo pasirinkimas priklauso nuo plieno kompozicijos, norimų savybių ir taikymo. Pavyzdžiui, veržliarakčiui reikia užgesinti ir grūdinti plienu, kad būtų galima stipriai ir tvirtumui, o pavarai gali reikėti karburizacijos, kad būtų galima atsispirti dantų dėvėjimui.
Išvada
Keturi pagrindiniai šilumos procedūros, susijusios su plieno atkaitinimo, normalizavimo, gesinimo ir grūdinimo, ir paviršiaus kietėjimu-kiekvienai-gyvybiškai svarbus vaidmuo pritaikant plieno savybes konkrečioms poreikiams. Atkaitinimas sušvelnina ir homogenizuoja, normalizuoja tobulinimą ir stabilizavimąsi, gesinant ir grūdinant balansavimo stiprumą ir tvirtumą, o paviršiaus kietėjimas apsaugo nuo susidėvėjimo, tuo pačiu išsaugant pagrindinį kietumą. Supratę šiuos procesus, gamintojai ir inžinieriai gali pasirinkti tinkamą apdorojimą, kad įsitikintų, jog plienas patikimai veikia programose, pradedant paprastais tvirtinimo detalėmis ir baigiant sudėtingais kosmoso komponentais.