Anlöpningsprocessen är en extremt viktig metod inom värmebehandlingsområdet. Genom den dubbla behandlingen av härdning och härdning vid hög-temperatur förbättrar den avsevärt de omfattande mekaniska egenskaperna hos metallmaterial, vilket gör att de bättre kan möta kraven från olika komplexa arbetsförhållanden. Den här artikeln ger en detaljerad förklaring av härdningsprocessen, med särskilt fokus på varför hög-temperaturtempering är nödvändig efter härdning.
1. Översikt över härdningsprocessen
Anlöpningsprocessen, som är en kombination av härdning och hög-temperaturhärdning, syftar till att uppnå en optimal balans mellan hållfasthet och seghet för stålkomponenter. Efter härdning har metallmaterialen inte bara hög hållfasthet utan uppvisar också utmärkt seghet, plasticitet och bearbetbarhet. Denna process används i stor utsträckning i olika strukturella delar som kräver utmärkt övergripande prestanda, såsom bilaxlar, växlar, turbinaxlar och kompressorskivor i flygmotorer.
Tempereringsprocessen innefattar vanligtvis tre huvudsteg: uppvärmning, hållning och kylning. Uppvärmningstemperaturen ligger i allmänhet över den kritiska temperaturen och hålltiden kan vara ganska lång, från flera timmar till mer än tio timmar. I härdningsprocessen är härdning det första steget, där materialet värms över den kritiska temperaturen och sedan snabbt kyls, vanligtvis med hjälp av medier som vatten, olja eller salt.
Även om härdning avsevärt ökar materialets hårdhet och styrka, minskar det kraftigt dess seghet, ökar sprödheten och gör det mer känsligt för sprickbildning under påkänning. Därför är härdning efter-härdning viktigt för att återställa materialets seghet och justera dess styrka.
45#Stål QT-bearbetning
2. Syfte och effekter av släckning
Släckning är processen att värma ett metallmaterial över dess kritiska temperatur (Ac3 eller Ac₁), följt av snabb kylning till under rumstemperatur. Under denna process omvandlas austeniten i materialet till martensit, vilket resulterar i en mikrostruktur som uppvisar hög hållfasthet och hårdhet. Martensit är en fasomvandlingsstruktur som ger extremt hög hårdhet, vilket avsevärt förbättrar materialets styrka, men det ökar också materialets sprödhet.
Huvudsyftet med härdning är att använda snabb kylning för att omvandla materialets austenit till martensit och därigenom dramatiskt förbättra dess hårdhet och styrka. Men även om härdning avsevärt ökar materialets hårdhet, minskar den också dess seghet, vilket gör materialet mer spröd och benägen att spricka under påkänning. Som ett resultat måste härdning följas av härdning för att återställa materialets seghet och finjustera- dess hårdhet och styrka för bättre övergripande prestanda.
3. Syfte och effekter av hög-temperering
Hög-temperaturhärdning innebär att kylda metallmaterial värms upp till ett temperaturområde på 500–650 grader (vanligtvis till en specifik temperatur under den kritiska punkten), hålls kvar under en viss tid och sedan kyls ned med lämplig hastighet. Det primära syftet med hög-temperaturhärdning är att mjuka upp martensiten som bildas efter härdning, omvandla den till mjukare och segare faser som bainit eller perlit, vilket förbättrar materialets seghet och plasticitet samtidigt som det minskar sprödheten.
Förbättrar segheten:
Efter härdning består materialets inre struktur huvudsakligen av martensit, vilket ger hög hårdhet men dålig seghet och ökad sprödhet. Hög-temperering kan sönderdela martensit och bilda stabila härdade sorbitstrukturer. I härdad sorbit är karbider jämnt fördelade som fina partiklar i ferritmatrisen, vilket avsevärt förbättrar materialets seghet. Till exempel, efter härdning har 45-stål en slagseghet på endast 20–30 J/cm², men efter anlöpning vid hög-temperatur kan slagsegheten ökas till 60–80 J/cm², vilket uppfyller seghetskraven för de flesta mekaniska delar.
Lämpligt reducerad hårdhet:
Härda material uppvisar ofta hög hårdhet, vilket är ogynnsamt för efterföljande bearbetningsoperationer. Hög-temperaturhärdning kan minska hårdheten samtidigt som den förbättrar segheten. Till exempel, efter härdning kan hårdheten för 40Cr-stål nå HRC 58–62, men efter anlöpning vid hög-temperatur kan den reduceras till HRC 25–35. Detta säkerställer att materialet behåller tillräcklig styrka samtidigt som dess hårdhet görs mer lämpad för mekanisk bearbetning, vilket förbättrar bearbetningseffektiviteten och ytkvaliteten.
Eliminera inre spänningar:
Under härdning uppstår betydande inre spänningar på grund av varierande kylningshastigheter över olika delar av arbetsstycket. Om de inte elimineras kan dessa inre spänningar leda till deformation eller sprickbildning under efterföljande bearbetning eller användning. Studier indikerar att cirka 30 % av kylda arbetsstycken blir defekta på grund av inre stressproblem. Temperering vid hög-temperatur förbättrar atomaktiviteten, minskar gradvis intern gallerförvrängning och gör att dislokationer omarrangeras och flyttas. Detta minskar effektivt inre spänningar. Forskning visar att anlöpning vid 550 grader under 1 timme kan eliminera cirka 80–90 % av härdningsinducerade-inre spänningar, vilket avsevärt förbättrar arbetsstyckets dimensionsstabilitet och minskar risken för deformation eller sprickbildning.
Stabiliserande mikrostruktur:
Den martensitiska strukturen som bildas efter härdning är metastabil och kommer gradvis att omvandlas vid rumstemperatur, vilket orsakar förändringar i arbetsstyckets dimensioner och egenskaper. Till exempel kan precisionsmätverktyg som inte är tillräckligt härdade uppleva dimensionella avvikelser över tiden på grund av mikrostrukturella transformationer, vilket kan påverka mätnoggrannheten. Hög-temperaturhärdning främjar fullständig nedbrytning av martensit till en stabil härdad sorbitstruktur, vilket säkerställer att materialets mikrostruktur inte genomgår betydande förändringar under efterföljande användning. Detta garanterar lång-stabilitet i både dimensioner och egenskaper hos arbetsstycket. Detta är särskilt viktigt för mekaniska delar som arbetar i tuffa miljöer, såsom hög-temperatur och högt-tryck, vilket säkerställer deras tillförlitliga prestanda under hela livslängden.
4. Kombinerad effekt av släckning och hög-temperering
Genom kombinationen av härdning och hög-temperaturhärdning kan metallmaterial uppnå en balans mellan hög hårdhet och styrka, samtidigt som de förbättrar segheten och plasticiteten och minskar sprödheten. Denna förbättring av övergripande mekaniska egenskaper gör det möjligt för metallmaterialen som bearbetas genom härdningsbehandlingen att bättre möta kraven från olika komplexa arbetsförhållanden, särskilt i situationer där både hållfasthet och seghet måste beaktas.
Balanserar hårdhet och styrka:
Den höga hållfastheten och hårdheten som uppnås genom härdning, i kombination med de mjukgörande effekterna av hög-temperaturhärdning, uppnår en balans mellan hårdhet och styrka. Metallmaterial som behandlats med denna process bibehåller inte bara hög hårdhet utan har också en viss grad av seghet, vilket gör att de kan bibehålla god prestanda under betydande belastningar. Denna balans är avgörande för delar som behöver utstå hög påfrestning med bibehållen styrka och slitstyrka.
Förbättrad seghet och plasticitet:
Hög-temperaturhärdning förbättrar materialets seghet och plasticitet, vilket gör att det kan behålla sin integritet när det utsätts för stötar eller deformation. Detta är särskilt viktigt för mekaniska komponenter som behöver motstå stötbelastningar, såsom hammarhuvuden, grävskopor och andra tunga-delar. Dessa komponenter måste kunna absorbera energi och motstå brott under dynamiska belastningar, och hög-temperaturhärdning säkerställer att de uppfyller dessa krav.
Avlastning av kvarvarande spänningar:
Kvarvarande spänningar som genereras under härdningsprocessen avlastas effektivt under hög-temperaturhärdning, vilket förbättrar materialets stabilitet och hållbarhet. Detta är särskilt viktigt för stora mekaniska precisionskomponenter, såsom fordonstransmissionsväxlar och turbinaxlar i flygplansmotorer. Genom att minska kvarvarande spänningar minskar hög-temperaturhärdning risken för distorsion, sprickor eller för tidigt fel, vilket säkerställer långtids-prestanda och tillförlitlighet för dessa komponenter i kritiska applikationer.
5. Tillämpningar av härdnings- och härdningsprocessen
Härdnings- och härdningsprocessen tillämpas brett inom olika industrier på grund av dess förmåga att avsevärt förbättra de övergripande mekaniska egenskaperna hos metallmaterial. Inom bilindustrin används härdning och härdning för att tillverka nyckelkomponenter som vevstakar, bultar, kugghjul och axlar. Inom flygindustrin används den för att tillverka kritiska delar som turbinaxlar och kompressorskivor. Vid tillverkning av verktygsmaskiner används härdning och härdning för att tillverka viktiga delar som maskinbäddar och pelare. Dessutom används denna process i stor utsträckning inom formtillverkning, tillverkning av metallprodukter och andra industrier.
6. Slutsats
Härdnings- och härdningsprocessen, en dubbel värmebehandlingsmetod som involverar både härdning och hög-temperaturhärdning, förbättrar avsevärt de övergripande mekaniska egenskaperna hos metallmaterial. Släckning bildar en martensitisk struktur med hög-hållfasthet och hög-hårdhet, medan hög-temperaturhärdning mjukar upp martensiten genom fasomvandling, vilket förbättrar materialets seghet och plasticitet, eliminerar kvarvarande släckningsspänningar och stabiliserar mikrostrukturen. Denna kombination säkerställer att de behandlade metallmaterialen bibehåller hög hårdhet och styrka samtidigt som de uppvisar utmärkt seghet och plasticitet, vilket gör dem lämpliga för användning under olika komplexa driftsförhållanden. Därför har härdnings- och härdningsprocessen en avgörande och betydelsefull roll inom värmebehandlingsområdet.
