Tokom termičke obrade aluminija i aluminijskih legura, često se susreću različiti problemi, kao što su:
-Nepravilno postavljanje dijela: To može dovesti do deformacije dijela, često zbog nedovoljnog odvođenja topline medijem za kaljenje dovoljno brzom brzinom da bi se postigla željena mehanička svojstva.
-Brzo zagrijavanje: Ovo može dovesti do termalne deformacije; pravilno postavljanje dijelova pomaže u osiguravanju ravnomjernog zagrijavanja.
-Pregrijavanje: Ovo može dovesti do djelomičnog topljenja ili eutektičkog topljenja.
-Površinsko kamenanje/oksidacija na visokim temperaturama.
-Prekomjerni ili nedovoljan tretman starenja, što može rezultirati gubitkom mehaničkih svojstava.
-Fluktuacije u parametrima vremena/temperature/kaljenja koje mogu uzrokovati odstupanja u mehaničkim i/ili fizičkim svojstvima između dijelova i serija.
-Osim toga, loša ujednačenost temperature, nedovoljno vrijeme izolacije i neadekvatno hlađenje tokom termičke obrade rastvorom mogu doprinijeti neadekvatnim rezultatima.
Termička obrada je ključni termički proces u aluminijskoj industriji, hajde da se detaljnije pozabavimo srodnim znanjem.
1. Prethodna obrada
Procesi predobrade koji poboljšavaju strukturu i ublažavaju napon prije kaljenja korisni su za smanjenje izobličenja. Predobrada obično uključuje procese poput sferoidizirajućeg žarenja i žarenja za ublažavanje napona, a neki također usvajaju kaljenje i otpuštanje ili normalizacijski tretman.
Žarenje za ublažavanje naprezanjaTokom obrade, zaostala naprezanja mogu se razviti zbog faktora kao što su metode obrade, zahvat alata i brzine rezanja. Neravnomjerna raspodjela ovih naprezanja može dovesti do deformacije tokom kaljenja. Da bi se ublažili ovi efekti, neophodno je žarenje za ublažavanje naprezanja prije kaljenja. Temperatura za žarenje za ublažavanje naprezanja je uglavnom 500-700°C. Prilikom zagrijavanja u zračnom mediju, koristi se temperatura od 500-550°C sa vremenom zadržavanja od 2-3 sata kako bi se spriječila oksidacija i dekarburizacija. Deformacija dijela zbog vlastite težine treba se uzeti u obzir tokom opterećenja, a ostali postupci su slični standardnom žarenju.
Predgrijavanje za poboljšanje struktureOvo uključuje sferoidizirajuće žarenje, kaljenje i otpuštanje, normalizacijski tretman.
-Sferoidizirajuće žarenjeStruktura dobijena nakon sferoidizirajućeg žarenja, koja je bitna za ugljični alatni čelik i legirani alatni čelik tokom termičke obrade, značajno utiče na trend izobličenja tokom kaljenja. Podešavanjem strukture nakon žarenja može se smanjiti redovno izobličenje tokom kaljenja.
-Ostale metode prethodne obradeRazličite metode mogu se koristiti za smanjenje deformacija usljed kaljenja, kao što su kaljenje i otpuštanje, normalizacijski tretman. Odabir odgovarajućih predtretmana poput kaljenja i otpuštanja, normalizacijskog tretmana, na osnovu uzroka deformacije i materijala dijela, može efikasno smanjiti deformacije. Međutim, potreban je oprez zbog zaostalih napona i povećanja tvrdoće nakon otpuštanja, posebno tretman kaljenjem i otpuštanjem može smanjiti širenje tokom kaljenja kod čelika koji sadrže W i Mn, ali ima mali učinak na smanjenje deformacija kod čelika kao što je GCr15.
U praktičnoj proizvodnji, identifikacija uzroka distorzije usljed kaljenja, bilo da je posljedica zaostalih napona ili loše strukture, ključna je za efikasnu obradu. Žarenje za ublažavanje napona treba provoditi za distorziju uzrokovanu zaostalim naponima, dok tretmani poput popuštanja koji mijenjaju strukturu nisu potrebni i obrnuto. Tek tada se može postići cilj smanjenja distorzije usljed kaljenja, sniziti troškovi i osigurati kvalitet.
2. Rad zagrijavanja kaljenjem
Temperatura kaljenjaTemperatura kaljenja značajno utiče na izobličenje. Svrhu smanjenja deformacije možemo postići podešavanjem temperature kaljenja, ili rezervnim dodatkom za obradu koji je isti kao temperatura kaljenja kako bismo postigli svrhu smanjenja deformacije, ili razumno odabrati i rezervisati dodatak za obradu i temperaturu kaljenja nakon ispitivanja termičke obrade, kako bismo smanjili naknadni dodatak za obradu. Uticaj temperature kaljenja na deformaciju kaljenja nije samo povezan sa materijalom koji se koristi u obratku, već i sa veličinom i oblikom obratka. Kada su oblik i veličina obratka veoma različiti, iako je materijal obratka isti, trend deformacije kaljenja je sasvim drugačiji, a operater treba da obrati pažnju na ovu situaciju u stvarnoj proizvodnji.
Vrijeme zadržavanja pri gašenjuOdabir vremena zadržavanja ne samo da osigurava temeljito zagrijavanje i postizanje željene tvrdoće ili mehaničkih svojstava nakon kaljenja, već uzima u obzir i njegov utjecaj na deformaciju. Produžavanje vremena zadržavanja pri kaljenju bitno povećava temperaturu kaljenja, što je posebno izraženo kod čelika s visokim udjelom ugljika i kroma.
Metode učitavanjaAko se radni komad postavi u nerazuman oblik tokom zagrijavanja, to će uzrokovati deformaciju zbog težine radnog komada ili deformaciju zbog međusobnog istiskivanja između radnih komada, ili deformaciju zbog neravnomjernog zagrijavanja i hlađenja zbog prekomjernog slaganja radnih komada.
Metoda zagrijavanjaZa obradke složenog oblika i različite debljine, posebno one s visokim udjelom ugljika i legura, ključan je spor i ujednačen proces zagrijavanja. Korištenje predgrijavanja je često neophodno, ponekad zahtijevajući više ciklusa predgrijavanja. Za veće obradke koji nisu efikasno obrađeni predgrijavanjem, korištenje kutijaste otporne peći s kontroliranim zagrijavanjem može smanjiti deformacije uzrokovane brzim zagrijavanjem.
3. Rad hlađenja
Deformacija kaljenja prvenstveno je rezultat procesa hlađenja. Pravilan odabir medija za kaljenje, vješt rad i svaki korak procesa hlađenja direktno utiču na deformaciju kaljenja.
Odabir medija za gašenjeUz osiguranje željene tvrdoće nakon kaljenja, treba dati prednost blažim medijima za kaljenje kako bi se smanjila deformacija. Preporučuje se korištenje zagrijanih medija za hlađenje (radi lakšeg ravnanja dok je dio još vruć) ili čak hlađenje zrakom. Mediji s brzinama hlađenja između vode i ulja također mogu zamijeniti dvostruke medije voda-ulje.
—Kaljenje hlađenjem zrakomKaljenje hlađenjem zrakom je učinkovito za smanjenje deformacije kaljenja brzoreznog čelika, hromiranog čelika za kalupe i čelika za mikrodeformacije hlađenog zrakom. Za čelik 3Cr2W8V koji ne zahtijeva visoku tvrdoću nakon kaljenja, kaljenje zrakom se također može koristiti za smanjenje deformacije pravilnim podešavanjem temperature kaljenja.
—Hlađenje i kaljenje uljaUlje je medij za kaljenje sa mnogo nižom brzinom hlađenja od vode, ali za radne komade sa visokom prokaljivošću, malom veličinom, složenim oblikom i velikom sklonošću deformaciji, brzina hlađenja ulja je previsoka, dok za radne komade male veličine, ali sa lošom prokaljivošću, brzina hlađenja ulja je nedovoljna. Kako bi se riješile gore navedene kontradikcije i u potpunosti iskoristilo kaljenje ulja za smanjenje deformacije obradaka, ljudi su usvojili metode podešavanja temperature ulja i povećanja temperature kaljenja kako bi proširili upotrebu ulja.
—Promjena temperature ulja za kaljenjeKorištenje iste temperature ulja za kaljenje radi smanjenja deformacije kaljenja i dalje ima sljedeće probleme, tj. kada je temperatura ulja niska, deformacija kaljenja je i dalje velika, a kada je temperatura ulja visoka, teško je osigurati tvrdoću obratka nakon kaljenja. Pod zajedničkim utjecajem oblika i materijala nekih obratka, povećanje temperature ulja za kaljenje također može povećati njegovu deformaciju. Stoga je vrlo važno odrediti temperaturu ulja za kaljenje nakon što je prošao test prema stvarnim uvjetima materijala obratka, veličini poprečnog presjeka i obliku.
Prilikom korištenja vrućeg ulja za gašenje, kako bi se izbjegao požar uzrokovan visokom temperaturom ulja usljed gašenja i hlađenja, potrebna oprema za gašenje požara treba biti postavljena u blizini rezervoara za ulje. Pored toga, indeks kvaliteta ulja za gašenje treba redovno provjeravati, a novo ulje treba pravovremeno nadopunjavati ili zamjenjivati.
— Povećajte temperaturu kaljenjaOva metoda je pogodna za radne komade od ugljičnog čelika malog poprečnog presjeka i nešto veće radne komade od legiranog čelika koji ne mogu ispuniti zahtjeve tvrdoće nakon zagrijavanja i očuvanja topline na normalnim temperaturama kaljenja i kaljenja u ulju. Odgovarajućim povećanjem temperature kaljenja, a zatim kaljenjem u ulju, može se postići učinak kaljenja i smanjenja deformacije. Prilikom korištenja ove metode kaljenja, treba voditi računa o sprječavanju problema poput grubljenja zrna, smanjenja mehaničkih svojstava i vijeka trajanja radnog komada zbog povećane temperature kaljenja.
—Klasifikacija i izotermno kaljenjeKada tvrdoća kaljenja može zadovoljiti zahtjeve dizajna, klasifikacija i izotermno popuštanje medija vruće kupke treba se u potpunosti iskoristiti kako bi se postigao cilj smanjenja deformacije kaljenja. Ova metoda je također učinkovita za nisko prokaljive ugljične konstrukcijske čelike malog presjeka i alatne čelike, posebno za čelik za kalupe koji sadrži hrom i brzorezne čelike s visokom prokaljivošću. Klasifikacija medija vruće kupke i metoda hlađenja izotermnim popuštanjem su osnovne metode kaljenja za ovu vrstu čelika. Slično tome, učinkovita je i za one ugljične čelike i niskolegirane konstrukcijske čelike koji ne zahtijevaju visoku tvrdoću kaljenja.
Prilikom gašenja vrućom kupkom, treba obratiti pažnju na sljedeća pitanja:
Prvo, kada se uljna kupka koristi za gradaciju i izotermno kaljenje, temperatura ulja treba biti strogo kontrolirana kako bi se spriječila pojava požara.
Drugo, prilikom gašenja s vrstama nitratne soli, rezervoar za nitratnu so treba biti opremljen potrebnim instrumentima i uređajima za vodeno hlađenje. Za ostale mjere opreza, pogledajte relevantne informacije i nećemo ih ovdje ponavljati.
Treće, izotermnu temperaturu treba strogo kontrolisati tokom izotermnog kaljenja. Visoka ili niska temperatura ne doprinose smanjenju deformacije kaljenja. Osim toga, tokom izotermnog kaljenja, treba odabrati metodu vješanja obratka kako bi se spriječila deformacija uzrokovana težinom obratka.
Četvrto, kada se koristi izotermno ili stepenasto kaljenje za korekciju oblika obratka dok je vruć, alati i pribor trebaju biti potpuno opremljeni, a djelovanje treba biti brzo tokom rada. Spriječite negativne efekte na kvalitet kaljenja obratka.
HlađenjeVješto rukovanje tokom procesa hlađenja ima značajan utjecaj na deformaciju kaljenja, posebno kada se koriste voda ili ulje za kaljenje.
-Ispravno smiranje ulaza medija za gašenjeTipično, simetrično uravnoteženi ili izduženi radni komadi u obliku šipke trebaju se vertikalno kaliti u medij. Asimetrični dijelovi mogu se kaliti pod uglom. Ispravan smjer ima za cilj osigurati ravnomjerno hlađenje svih dijelova, pri čemu sporija područja hlađenja prvo ulaze u medij, a zatim slijede dijelovi s bržim hlađenjem. Uzimanje u obzir oblika radnog komada i njegovog utjecaja na brzinu hlađenja je od vitalnog značaja u praksi.
-Kretanje obradaka u mediju za kaljenjeDijelovi koji se sporo hlade trebaju biti okrenuti prema mediju za kaljenje. Simetrično oblikovani obratci trebaju slijediti uravnoteženu i ujednačenu putanju u mediju, održavajući malu amplitudu i brzo kretanje. Za tanke i izdužene obratke, stabilnost tokom kaljenja je ključna. Izbjegavajte njihanje i razmislite o korištenju stezaljki umjesto žičanog vezivanja radi bolje kontrole.
-Brzina gašenjaObradke treba brzo kaliti. Posebno kod tankih, šipkastih radnih komada, sporije brzine kaljenja mogu dovesti do povećane deformacije savijanja i razlika u deformaciji između dijelova koji se kale u različito vrijeme.
-Kontrolirano hlađenjeZa radne komade sa značajnim razlikama u veličini poprečnog presjeka, zaštitite dijelove koji se brže hlade materijalima poput azbestnog užeta ili metalnih limova kako biste smanjili brzinu hlađenja i postigli ravnomjerno hlađenje.
-Vrijeme hlađenja u vodiZa radne komade koji se uglavnom deformišu zbog strukturnog naprezanja, skratite vrijeme hlađenja u vodi. Za radne komade koji se prvenstveno deformišu zbog termičkog naprezanja, produžite vrijeme hlađenja u vodi kako biste smanjili deformaciju usljed kaljenja.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminum
Vrijeme objave: 21. februar 2024.
