Tērauda un čuguna liešanu termiskā apstrāde: pilnīgs tehniskais pamācību rokasgrāmata par procesiem, parametriem un kvalitātes kontroli

Meta apraksts: Pilnīgs inženierijas pamācību izdevums par metāla lietus termiskās apstrādes procesiem. Iepazīstieties ar atkausēšanu, normalizāciju, ātro dzesēšanu un atkausēšanu, šķīduma atkausēšanu, spriegumu novēršanu un austemperēšanu — ar temperatūras diapazoniem, uzturēšanas laikiem, dzesēšanas ātrumiem un mikrostruktūras attīstību oglekļa tēraudam, nerūsējošajam tēraudam, elastīgajam čugunam un citiem materiāliem.

Termiskā apstrāde ir neredzamais atšķirības faktors metāla liešanā. Divi lieti vienā un tajā pašā metāla kausējumā, ar identisku ķīmisko sastāvu un identisku formas izskatu pēc liešanas, var būt pilnīgi atšķirīgi mehāniskie īpašības — viens kļūst trausls un uzliesmošanas pakļauts, cits — izturīgs un izturīgs pret rievošanos — tikai balstoties uz notiekošo termiskās apstrādes krāsnī.

Inženieriem, kas norāda lietus komponentus, termiskās apstrādes izpratne nav neobligāta. Zīmējumā norādītā termiskās apstrādes specifikācija tieši nosaka detaļas izturību, stiepjamību, trieciena izturību, apstrādājamību un izmēru stabilitāti. Nepietiekami precizēta vai nepareizi veikta termiskā apstrāde ir viena no visbiežāk sastopamajām iemeslu lietņu ekspluatācijas laikā bojājumiem — un viena no visvieglāk novēršamajām.

Šis pamācība aptver galvenos termiskās apstrādes procesus, ko piemēro tērauda un dzelzs lietņiem, ar praktiskiem parametriem, metalurģiskiem skaidrojumiem un kvalitātes kontroles prasībām.

1. daļa: Kāpēc lietus izstrādājumiem nepieciešama termiskā apstrāde

Atšķirībā no kaltu izstrādājumiem (lakstiem, stieņiem, kaltajiem izstrādājumiem), kuriem termomehāniskā apstrāde tiek veikta formēšanas laikā, liešana notiek statiskā formā. Neapstrādātās liešanas mikrostruktūra pilnībā ir atkarīga no atdzišanas ātruma no ieliešanas temperatūras — un šis ātrums ievērojami atšķiras starp viena un tā paša liešanas izstrādājuma biezajām un plānajām daļām.

Ko sasniedz termiskā apstrāde

Profesionāla liešanas rūpnīca ar integrētu siltuma apstrādes spēju Dandong City Pengxin Machinery Co., Ltd. , kas darbojas iekšējā normālā, dzesēšanas un temperēšanas krāsnīs ar kalibrētu temperatūras kontroli un kartes reģistrāciju, nodrošina, ka katrs liešanas materiāls aizbrauc no liešanas rūpnīcas norādītajā siltuma apstrādes stāvoklī ar pilnu izsekojamību.

2. daļa: tērauda liešanas procesu termiskās apstrādes procesi

2.1 Stresu mazināšana

Nolūks : Samazināt atlikušos spriegumus no sacietēšanas un dzesēšanas, neievērojami nemainot mikrostruktūru vai mehāniskās īpašības.

Kā tas darbojas : Lietņu uzsilda līdz temperatūrai zem pārveidošanas diapazona (parasti 550–650 °C oglekļa tēraudiem un zemās sakausējuma tēraudiem), tur, lai ļautu elastīgajiem spriegumiem termiski atslābt, un lēni dzesē. Fāzu pārveidošana nenotiek — process ir tikai termiski-mehānisks.

Kad norādīt spriegumu atbrīvošanu :

• Lielas liešanas ar būtisku šķērsgriezuma biezuma izmaiņu
• Liešanas, kurām tiks veikta ievērojama apstrāde (spriegumu atbrīvošana pirms apstrādes novērš deformāciju metāla noņemšanas laikā)
• Liešanas, kurām ekspluatācijas laikā ir nepieciešama izmēru stabilitāte
• Liešanas, kurām tiks veikta metināšana (spriegumu atbrīvošana pēc metināšanas vai metināšanas remonta)

Kvalitātes kontrole : Pārbaudīt krāsns temperatūras vienmērību (±15 °C darba zonā). Atdzesēšanas ātrums ir tikpat svarīgs kā uzsildīšanas cikls — pārāk strauja atdzesēšana atkal rada termiskos spriegumus, tādējādi nepanākot vēlamo rezultātu.

2.2 Pilnīgā atkausēšana

Nolūks : Ražot mīku, apstrādājamu mikrostruktūru ar maksimālu izstiepamību. Pilnīgā atkausēšana pilnībā pārvērš lejuma struktūru rupjā perlitā un ferītā (hipoeutektoidajām tērauda sortēm).

Kā tas darbojas : Lielumu uzsilda virs augšējās kritiskās temperatūras (Ac₃) — parasti 850–950 °C oglekļa tēraudiem — un tur, lai pilnībā austenitizētu struktūru, pēc tam ļoti lēni atdziestina (krāsns atdzišana), lai iegūtu līdzsvara ferīta–perlita struktūru.

Rezultējošā mikrostruktūra : Rupja ferrīta + perlīta (hipoeutektoidie tēraudi); rupja perlīta + cementīta (hipereutektoidie tēraudi).

Iegūtā cietība : Ogļa tērauds WCB parasti 130–170 HB pēc pilnas atkausēšanas.

Kad norādīt pilnu atkausēšanu :

• Lietnes, kurām nepieciešama plaša apstrāde — mīkstā, vienmērīgā struktūra minimizē rīku nodilumu
• Lietnes, kurām pēc liešanas jāveic aukstā deformācija vai formēšana (lietnēm reti, bet piemērojams lietuma un kausējuma komponentiem)
• Maksimālā izstiepamības prasība turpmākai apstrādei

Praktiska piezīme : Pilnā atkausēšana ir visilgākais un enerģijas patēriņš intensīvākais termiskās apstrādes veids. Vairumam rūpnieciski ražotu liešanu parastā atkausēšana (skatīt 2.3) nodrošina pietiekamu apstrādājamību ar īsāku cikla ilgumu un zemākām izmaksām. Pilno atkausēšanu izmanto tikai tajos gadījumos, kad ir būtiska maksimālā mīkstuma iegūšana.

2.3 Parastā atkausēšana

Nolūks : Uzlabot rupjo kā-liešanu-graudu struktūru, vienmērīgot mikrostruktūru un radīt vidēju izturību ar labu triecienizturību. Parastā atkausēšana ir visbiežāk lietotais termiskās apstrādes veids oglekļa un zemā leģējuma tērauda liešanām.

Kā tas darbojas : Liešanu uzsilda virs augšējās kritiskās temperatūras (Ac₃), tur, lai pilnībā veidotos austēnīts, pēc tam atdzesē nekustīgā gaisā. Ātrākā atdzišanas ātrums (salīdzinot ar atkausēšanu) rada smalkāku ferīta-perlīta mikrostruktūru ar mazāku grauda lielumu.

Rezultējošā mikrostruktūra smalks ferīts + smalks perlīts. Graudu lielums parasti ASTM 5–8 (salīdzinot ar ASTM 1–3 kā lieotas stāvoklī).

WCB rezultējošās īpašības (tipiskas) :

Hadfielda manganā tērauda piezīme austēnītiska manganā tērauda (11–14 % Mn) risinājuma atkausēšana tiek veikta, to uzkarsējot līdz 1050–1100 °C un pēc tam ātri dzesējot ar ūdeni — nevis normālojot. Gaisa dzesēšana izraisa karbīdu kristalizāciju graudu robežās, kas samazina tērauda izturību pret triecienu. Ūdens dzesēšana saglabā oglekli cietajā šķīdumā, radot pilnīgi austēnītisku, izturīgu un deformācijas cietināmu mikrostruktūru, kas padara Hadfielda tēraudu unikālu.

Kad jānorāda normālošana :

• Universālie konstrukcijas tērauda liešanas izstrādājumi
• Liešanas izstrādājumi, kam nepieciešama labāka izturība pret triecienu salīdzinājumā ar neatkausēto stāvokli
• Kā priekšapstrāde pirms ātrās dzesēšanas un atkausēšanas (graudu smalkošana pirms cietināšanas)
• Spiediena izturīgi liešanas izstrādājumi (normālošanas stāvoklis ir standarta daudzām spiediena trauku specifikācijām)

2.4 Ātrā dzesēšana un atkausēšana (Q&T)

Nolūks augstas izturības un cietības sasniegšana ar kontrolētu izturību pret triecienu, veidojot un pēc tam atkausējot martensītu. Q&T nodrošina augstākos izturības rādītājus, ko var sasniegt tērauda liešanas izstrādājumos.

Kā tas darbojas : Lietošana tiek austenitēta, tad ātri atdzesēta (izdzesēta) ūdenī, eļļā vai polimērā, veidojot martensītu cieto, bet trauslu metastabilu fāzi. Pēc tam to atkārtoti sildina (tempera) līdz temperatūrai zem Ac1 un tādējādi samazina sprūgstību, saglabājot lielāko daļu izturības pieauguma.

1. posms: austenitēšana un izdzēššana

Aukstuma dzēšanas intensitāte atdzišanas ātrumam jāpārsniedz tālākais kritiskais atdzišanas ātrums, lai izvairītos no perlitu vai bainītu veidošanās. Ūdens dzēšana ir visintensīvākā un nodrošina augstāko cietību, tačau arī lielāko deformāciju un plaisu risku. Eļļas un polimēru dzēšanas šķidrumi nodrošina lēnāku, vienmērīgāku atdzišanu — tos vada izvēlēties sarežģītām ģeometrijām un sakausējuma tēraudiem.

2. solis: Uzsilšana

Uzmanību temperēšanas trausluma dēļ : Noteikti sakausētu tēraudu (īpaši tos, kas satur Mn, Cr, Ni) var ietekmēt temperēšanas trauslums, ja tos lēnām atdzesē temperatūru diapazonā no 375 līdz 575 °C vai ja tos ilgstoši tur šajā diapazonā. Parādības mehānisms ir piemaisījumu elementu (P, Sb, Sn, As) uzkrāšanās iepriekšējo austēnīta graudu robežās. Novēršana: temperēt virs 575 °C un pēc temperēšanas temperatūras ātri atdzesēt vai izmantot tēraudu ar zemu nevēlamu elementu saturu.

Dandongas pilsētā SIA Pengxin Machinery Co., Ltd. , termiskās apstrādes darbnīca ekspluatē kalibrētas krāsnis ar daudzzonu temperatūras regulēšanu un nepārtrauktu diagrammu reģistrēšanu, nodrošinot, ka katrs Q&T cikls tiek veikts saskaņā ar norādītajiem parametriem pilnīgai izsekojamībai — no krāsns ielādes diagrammām līdz galīgajiem cietības testa rezultātiem.

2.5 Šķīduma atkausēšana (nerūsējošā tērauda liešanas)

Nolūks : Izšķīdināt hromu karbīdus, kas izdalījušies kristalizācijas vai atdzišanas laikā, atjaunojot vienmērīgu austēnīta mikrostruktūru un pilnu korozijas izturību. Tas ir būtiskais termiskais apstrādes process austēnīta nerūsējošā tērauda liešanai.

Kā tas darbojas : Lietne tiek uzkarsēta līdz temperatūrai, kurā hromu karbīdi izšķīst (parasti 1040–1120 °C), turēta šajā temperatūrā, lai vienmērīgi izplatītu austēnītu, pēc tam ātri atdzesēta (ūdens dzesēšana), lai saglabātu oglekli un hromu cietajā šķīdumā. Lēna atdzišana temperatūru diapazonā 425–870 °C izraisa hromu karbīdu izdalīšanos graudu robežās (sensibilizācija), samazinot hroma saturu blakusesošajā matricā un likvidējot korozijas izturību.

Būtisks prasījums : Laiks no krāsns iznākšanas līdz iegremdēšanai dzesēšanas tvertnē jāsamazina līdz minimumam — ideālā gadījumā mazāk nekā 60 sekundes plānām daļām un ne vairāk kā 2–3 minūtes jebkurai daļai. Jebkāds novēlotais dzesēšanas sākums ļauj liekta virsmas temperatūrai nokrist sensitizācijas temperatūru diapazonā pirms dzesēšanas.

Divfāžu nerūsējošā tērauda apsvērumi : Papildus karbīdu izšķīdināšanai risinājuma atkausēšana nodrošina pareizo ferīta-austēnīta fāžu līdzsvaru (parasti 40–60 % ferīta). Dzesēšanas ātrumam no risinājuma temperatūras jābūt pietiekami augstam, lai novērstu sigmas fāzes un citu intermetālisko savienojumu veidošanos — šie savienojumi padara sakausējumu trauslu un samazina korozijas izturību. Divfāžu sakausējumu risinājuma atkausēšanas temperatūrai un dzesēšanas ātrumam jābūt stingri kontrolētam.

Verifikācija : Pēc risinājuma atkausēšanas jāpārbauda:

• Cietība (jābūt ≤200 HB pilnīgi atkausētām austenītiskām šķirnēm)
• Korozijas izturība (ASTM A262 prakse A vai E sensibilizācijai; ASTM G48 divkāršajām šķirnēm dobumveida korozijas izturībai)
• Mikrostruktūra (graudu robežās nedrīkst būt nepārtrauktu karbīdu tīklu)

3. daļa: Dzelzs lietojumu termiskās apstrādes procesi

Dzelzs lietņi reaģē uz termisko apstrādi citādi nekā tēraudi, jo tiem ir grafīts — kas nepārvēršas — un augstāks oglekļa un silīcija saturs, kas pārvieto pārveidošanās temperatūras un kinētiku.

3.1 Sprieguma novēršana (pelēkais un lokanais dzelzs)

Piezīme : Sārta dzelzs slodzes samazināšana virs 600 °C var izraisīt grafita šķiedru augšanu un pastāvīgu izmēru maiņu. Grīzu dzelzi glabā temperatūrā zem 600 °C, ja vien nav noteikts apzināts grīšanas cikls (ar paredzamu izmēru maiņu).

3.2 Daktīlo dzelzs izkausēšana (feritējošs izkausējums)

Nolūks : Ražot pilnīgu feritisko matricām maksimālās elastības un trieciena izturības (kā nepieciešams QT400-18 / 60-40-18 grādam).

Process : Apkures temperatūras 900950 °C, turēt līdz austenitizācijai (ogleklis no matricas izšķīdina austenītu), tad lēnām atdzesēt caur euktodrumu (700760 °C), lai ogleklis varētu izšķīst no austenīta uz esošajiem grafīta noduliem Rezultāts ir ferīta matrica ar grafīta noduliem maksimālā elastība, minimālā izturība.

Rezultāts : QT400-18 īpašības: izturība ≥400 MPa, plūstamība ≥250 MPa, izstiepšanās ≥18 %, cietība 130–180 HB, Charpy ≥14 J (istabas temperatūrā).

3.3 Dzelzs ar grafīta lodeņiem normālizācija

Nolūks : Iegūt galvenokārt perlitisko matricu augstākai izturībai un nodilumizturībai (klases QT600-3, QT700-2).

Process : Austēnitizēt 870–930 °C temperatūrā, pēc tam gaisa dzesēšana. Ātrākā dzesēšanas ātruma dēļ (salīdzinot ar atkausēšanu) tiek kavēta oglekļa difūzija uz grafīta lodeņiem, tādējādi piespiežot oglekli izdalīties kā perlītu eutektoidās pārveidošanas laikā.

3.4 Austemperēšana (austemperēts elastīgais čuguns — ADI)

Nolūks izveidot ausferrītisku mikrostruktūru (adziņveida ferrītu un oglekļa stabilizētu austenītu), kas apvieno ārkārtīgi augstu izturību ar noderīgu elastību — augstākā veiktspējas klase elastīgajam čugunam.

Kā tas darbojas lietne tiek austenīzēta (850–930 °C), pēc tam dzesēta kausētā sāls vannā, kuras temperatūra ir 230–450 °C (augstāka par martensīta veidošanās sākuma temperatūru). To tur šajā temperatūrā (austemperē) līdz pilnīgai ausferrīta transformācijai, pēc tam atdzesē līdz istabas temperatūrai. Rezultātā iegūst matricu no smalkas adziņveida ferrīta matricā no oglekļa bagātinātas stabila austenīta — bez martensīta, bez perlīta.

Austemperēšana ļauj ADI aizvietot kaltus un termiski apstrādātus tēraudu daudzās lietojumprogrammās — zemākās izmaksās un papildus priekšrocībām, piemēram, gatavā formas liešanā, mazākās apstrādes nepieciešamībā un augstākās vibrāciju slāpēšanas spējā. Tas ir straujāk augošais duktilās čuguna tirgus segments.

4. daļa: Siltumapstrādes kvalitātes kontrole

4.1 Krāsns prasības

4.2 Verifikācijas testēšana pēc termoapstrādes

4.3 Bieži sastopamie siltumapstrādes defekti

5. daļa: zīmju un pirkšanas rīkojumu siltuma apstrādes noteikšana

Pilns termiskās apstrādes specifikācijas apraksts nav interpretējams. Uz liešanas rasējuma vai pievienotajā siltuma apstrādes procedūras specifikācijā jānorāda šādi elementi:

Specifikācijas veidlapa

HEAT TREATMENT REQUIREMENT:

Process: Normalize + Temper
Material: ASTM A216 Grade WCB
Normalizing temperature: 900 ± 15 °C
Holding time at temperature: 1 hour per 25 mm of maximum section thickness, minimum 2 hours
Cooling: Still air cool to ambient temperature
Tempering temperature: 620 ± 15 °C
Holding time at temperature: 1 hour per 25 mm, minimum 2 hours
Cooling after tempering: Still air cool

Required properties after heat treatment:
- Hardness: 140–170 HB
- Tensile strength: 485–620 MPa
- Yield strength: 250 MPa minimum
- Elongation: 22% minimum

Documentation:
- Furnace chart recorder trace for each cycle, identified with casting heat number
- Hardness test results for each casting or representative sample
- Tensile test results from test bar cast from same heat and heat-treated with castings

Secinājums

Termiska apstrāde ir vieta, kur metālurģija sastopamas ar ražošanu. Tas ir viens procesa posms, kas var reizināt liešanas vērtību vai iznīcināt to. Atšķirība starp liešanu, kas atbilst specifikācijām, un to, kas neveic darbību, bieži ir 20 °C krāsas temperatūrā, 30 minūšu turēšanas laikā vai 10 sekundēm starp krāsas izplūdi un izdzēššanas ieplūdi.

Galvenie principi, lai veiksmīgi apstrādātu liešanas materiālus ar siltu ūdeni:

1. Norādīt pilnībā — temperatūru, laiku, atdzišanas metodi un nepieciešamās īpašības. "Termiski apstrādāt līdz 150 HB" nav specifikācija.
2. Pārbaudīt stingri — krāsns diagrammas, cietības pārbaudes un mehāniskās izmēģinājumi ir obligāti.
3. Sakārtot apstrādes procesu ar materiālu — termiskās apstrādes cikls, kas izstrādāts oglekļa tēraudam, nedarbosies ne stainless tēraudam, ne lokamajam čugunam.
4. Ņemt vērā visu ražošanas secību — iepriekš novērst sasprindzinājumu pirms apstrādes, veikt termisko apstrādi pēc rupjās apstrādes, ja precizitātes prasības ir stingras, un vienmēr pārbaudīt īpašības galīgajā detaļā vai reprezentatīvā testa stienī.
5. Sadarbībā ar lietni, kas paša īpašumā ir termiskās apstrādes process — ārēji pasūtītā termiskā apstrāde rada trūkumus izsekojamībā, atbildībā un procesa kontrolē, kurus grūti novērst.

Pie Dandong City Pengxin Machinery Co., Ltd. , termiskā apstrāde ir neatņemama daļa no mūsu liešanas līdz pabeigtai detaļai procesa. Ar kalibrētām krāsnīm, nepārtrauktu diagrammu reģistrēšanu, iekšējo mehānisko testēšanu un dokumentētu kvalitātes sistēmu, kas sertificēta saskaņā ar ISO 9001 standartu, mēs piegādājam liešanas izstrādājumus tieši tajā termiskās apstrādes stāvoklī, kuru jūs norādāt — pilnīgi dokumentējot visu procesu.

Vai vajadzīgi tērauda vai dzelzs liešanas izstrādājumi ar sertificētu termisko apstrādi? Dandong City Pengxin Machinery Co., Ltd. nodrošina integrētu liešanu, termisko apstrādi, CNC apstrādi un kvalitātes nodrošināšanu no savas 80 000 m² lielās ražotnes Liaoning provincē, Ķīnā. Sazinieties ar mums, norādot jūsu materiāla specifikāciju un termiskās apstrādes prasības, lai saņemtu tehnisku piedāvājumu.