Чи однаковий процес термічної обробки для різних металевих матеріалів?

一 Основа для диференціації концепцій процесу
Основна ідея термічної обробки металу полягає у використанні температурних полів для регулювання руху атомів і зміни фаз. Однак різні метали мають досить різноманітні способи розташування своїх атомів і зміни фаз.
Сплави на основі-заліза (сталь): відповідно до фазової діаграми заліза-вуглецю, такі процеси, як аустенітізація та мартенситне перетворення, роблять матеріал міцнішим. Наприклад, щоб повністю аустенізувати структуру сталі 45 #, її потрібно нагріти до 840–860 градусів, а потім швидко охолодити, щоб отримати мартенсит, який має твердість HRC50–55.
Алюмінієвий сплав: залежить від механізмів зміцнення твердого розчину та старіння. Наприклад, при роботі з алюмінієвим сплавом 6061 обробка розчином означає витримку його при 530–540 градусах протягом 4–6 годин для повного розчинення фази Mg₂Si. Потім його загартовують у воді, щоб отримати перенасичений твердий розчин, і, нарешті, його витримують при 175 градусах, щоб отримати нанорозмірні фази зміцнення. Міцність на розрив можна збільшити від 180 МПа до 310 МПа.
Для титанових сплавів термообробка в області бета-фази контролює мікроструктуру. Шляхом повітряного охолодження титанового сплаву TC4 після обробки твердого розчину в фазовій області при 980–1020 градусів можна отримати шарувату + структуру з міцністю на розрив 1100 МПа. Якщо ізотермічну обробку проводити при 850 градусах, можна утворити рівновісну альфа-фазу, а швидкість подовження можна збільшити до 15%.
2. Різні способи виконання типових процесів
Різні типи металу розробили власні методи термічної обробки, оскільки вони мають різні вимоги до продуктивності.
1. Різні способи роботи зі сталевими матеріалами
Загартування та відпуск: щоб отримати високу твердість (HRC62-65) і зносостійкість, високовуглецеву інструментальну сталь (наприклад, T10A) необхідно загартувати при 1000–1050 градусів і відпускати при 200 градусів. Щоб отримати загартовану мартенситну структуру, загартовану та відпущену сталь 42CrMo потрібно загартувати при 850 градусах і відпускати при 550 градусах. Ця структура поєднує в собі міцність (σ b більше або дорівнює 1080 МПа) і міцність (ak більше або дорівнює 39 Дж).
Унікальний процес: кріогенна обробка (охолодження рідким азотом -196 градусів) може перетворити залишки аустеніту на мартенсит, що робить підшипникову сталь 9Cr18Mo твердішою на 1-2HRC; Загартування поверхні з індукційним нагріванням може створити загартований шар товщиною 5 мм на поверхні шестерні, зберігаючи серцевину міцною.
2. Процеси лише для -кольорових металів
Обробка T6 (твердий розчин + штучне старіння) є типовим способом зробити алюмінієві сплави серії 6000 міцнішими. Щоб збалансувати міцність і стійкість до корозії під напругою, алюмінієвий сплав 7075 потребує дво-етапного старіння T74 (120 градусів /24 год → 160 градусів /8 год).
Мідний сплав: Берилієва бронза (QBe2) утворює фазу під час старіння при 320–340 градусах і має твердість HRC38–42. Латунь (H62) -звільняється від напруги при 300–350 градусах, щоб позбутися холодної обробки.
Магнієвий сплав: після обробки в розчині за температури 415 градусів магнієвий сплав AZ91D утворює фазу - Mg₁₇ Al₁₂ шляхом старіння за температури 175 градусів. Це робить межу текучості на 30% вищою.
3. Унікальні потреби в тугоплавких металах
Вольфрамовий сплав: потребує рекристалізаційного відпалу при 1400–1600 градусів, щоб позбутися холодного зміцнення, а розмір зерна повинен бути менше або рівним 50 мкм, щоб зберегти міцність при високих температурах.
Молібденовий сплав: щоб усунути радіаційні пошкодження та відновити ефективність конструкційних матеріалів ядерного реактора, його відпалюють при високій температурі 1800–2000 градусів.
3, Закони, які є загальними для проектування процесу
Навіть якщо параметри процесу дуже різноманітні, план термічної обробки для різних типів металевих матеріалів дотримується таких основних правил:
Фазова діаграма є основною ідеєю всіх процесів. Критична температура (Ac ₁, Ac ∝, Ms тощо) використовується для вибору температури нагріву. Наприклад, щоб повністю розчинити карбіди в нержавіючій сталі 304, її потрібно нагріти до 1050–1100 градусів.
Контроль швидкості охолодження: виберіть правильне середовище (вода, масло, полімер тощо), щоб контролювати швидкість охолодження та змусити тканину змінюватися певним чином. Загартування у воді може перетворити високо{2}}вуглецеву сталь на мартенсит, тоді як загартування в маслі може захистити низько{3}}леговану сталь від руйнування.
Відпал для зняття напруги (наприклад, сталі при 300–400 градусах і алюмінієвого сплаву при 150–200 градусах) використовується, щоб позбутися від напруги під час обробки та запобігти вигину або тріщинам. Замість термообробки вібраційне старіння (VSR) широко використовується для зменшення напруги в частинах авіаційного алюмінієвого сплаву.
Спільна модифікація поверхні: використання хімічної термічної обробки (науглерожування, азотування) і загартування поверхні разом для отримання різних рівнів продуктивності. Наприклад, зубчасті колеса науглерожуються 20CrMnTi (930 градусів × 8 годин), гартуються та відпускаються при низьких температурах. Це надає їм твердість поверхні HRC58-62 і зберігає міцність у серцевині.
4, Провідний напрямок вдосконалення процесу
У міру розвитку матеріалознавства методи термічної обробки продемонстрували наступні інноваційні тенденції:
Локальна термічна обробка лазером/електронним променем є точним способом контролю температури невеликих ділянок тканини. Він використовується для посилення отворів газової плівки, що оточують лопаті двигуна літака.
Система інтелектуального процесу: вона може прогнозувати, як зміниться тканина, і покращувати параметри на основі моделювання цифрового подвійного процесу термічної обробки. Наприклад, GE використовує програмне забезпечення ProCAST, щоб уникнути деформації диска турбіни більше ніж на 0,1 мм під час загартування.
Технологія екологічного виробництва: науглерожування під низьким тиском (LPC) замінює традиційне науглерожування газом, щоб зменшити викиди CO₂. Технологія заміни гасіння масла (наприклад, PAG полімер) скорочує викиди ЛОС.