El tratamiento térmico se refiere a un proceso de procesamiento térmico de metales en el que el material se encuentra en un estado sólido mediante calentamiento, conservación del calor y enfriamiento para obtener la estructura y las propiedades deseadas.
1. Normalización: calentar acero o piezas de acero a una temperatura adecuada por encima del punto crítico AC3 o ACM durante un cierto período de tiempo y luego enfriar al aire para obtener un proceso de tratamiento térmico de la estructura de perlita.
2. Recocido: la pieza de trabajo de acero hipoeutectoide se calienta a 20-40 grados por encima de AC3, y después de mantenerla durante un período de tiempo, se enfría lentamente con el horno (o se entierra en arena o se enfría en cal) para un proceso de tratamiento térmico de enfriamiento en aire por debajo de 500 grados.
3. Tratamiento térmico de solución sólida: la aleación se calienta a una región monofásica de alta temperatura y se mantiene a una temperatura constante, de modo que el exceso de fase se disuelva completamente en la solución sólida y luego se enfríe rápidamente para obtener una solución sólida sobresaturada.
4. Envejecimiento: después de que la aleación se somete a un tratamiento térmico de solución o deformación plástica en frío, cuando la aleación se coloca a temperatura ambiente o se mantiene ligeramente por encima de la temperatura ambiente, sus propiedades cambian con el tiempo.
5. Tratamiento de solución sólida: disuelva completamente varias fases en la aleación, fortalezca la solución sólida, mejore la tenacidad y la resistencia a la corrosión, elimine la tensión y ablande, para continuar procesando y formando.
6. Tratamiento de envejecimiento: calentamiento y mantenimiento de la temperatura a la temperatura de precipitación de la fase de fortalecimiento, de modo que la fase de fortalecimiento se precipita, se endurece y se mejora la resistencia.
7. Enfriamiento: Un proceso de tratamiento térmico en el que el acero se austeniza y luego se enfría a una velocidad de enfriamiento adecuada, de modo que la pieza de trabajo pueda sufrir transformaciones de martensita y otras microestructuras inestables en todo o en un cierto rango de la sección transversal.
8. Revenido: la pieza de trabajo templada se calienta a una temperatura adecuada por debajo del punto crítico AC1 durante un cierto período de tiempo y luego se enfría mediante un método que cumple con los requisitos para obtener la estructura y las propiedades requeridas.
9. Carbonitruración del acero: la carbonitruración es el proceso de infiltración de carbono y nitrógeno en la superficie del acero al mismo tiempo. Tradicionalmente, la carbonitruración, también conocida como cianuración, se usa ampliamente en la carbonitruración con gas a temperatura media y la carbonitruración con gas a baja temperatura (es decir, nitruración blanda con gas). El objetivo principal de la carbonitruración con gas a temperatura media es mejorar la dureza, la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga del acero. La carbonitruración con gas a baja temperatura es principalmente nitruración, y su objetivo principal es mejorar la resistencia al desgaste y la resistencia al agarrotamiento del acero.
10. Temple y revenido: Generalmente se acostumbra combinar el tratamiento térmico con el temple y el revenido a alta temperatura como temple y revenido. El tratamiento de temple y revenido es ampliamente utilizado en varias partes estructurales importantes, especialmente aquellas bielas, pernos, engranajes y ejes que trabajan bajo cargas alternas. La estructura de sorbita templada se obtiene después del tratamiento de templado y revenido, y sus propiedades mecánicas son mejores que las de la estructura de sorbita normalizada con la misma dureza. Su dureza depende de la temperatura de revenido a alta temperatura y está relacionada con la estabilidad de revenido del acero y el tamaño de la sección de la pieza, generalmente entre HB200-350.
11. Soldadura fuerte: un proceso de tratamiento térmico en el que se calientan, funden y unen dos piezas de trabajo con metal de aporte de soldadura fuerte.
En segundo lugar, las características del proceso.
El tratamiento térmico de metales es uno de los procesos importantes en la fabricación de maquinaria. En comparación con otros procesos de procesamiento, el tratamiento térmico generalmente no cambia la forma y la composición química general de la pieza de trabajo, pero cambia la microestructura dentro de la pieza de trabajo o cambia la composición química de la superficie de la pieza de trabajo. , para dar o mejorar el rendimiento de la pieza de trabajo. Se caracteriza por mejorar la calidad intrínseca de la pieza, que generalmente no es visible a simple vista. Para hacer que la pieza de trabajo de metal tenga las propiedades mecánicas, físicas y químicas requeridas, además de la selección razonable de materiales y varios procesos de formación, el proceso de tratamiento térmico es a menudo esencial. El acero es el material más utilizado en la industria de la maquinaria. La microestructura del acero es compleja y puede controlarse mediante tratamiento térmico. Por lo tanto, el tratamiento térmico del acero es el contenido principal del tratamiento térmico del metal. Además, el aluminio, cobre, magnesio, titanio, etc. y sus aleaciones también pueden cambiar sus propiedades mecánicas, físicas y químicas a través del tratamiento térmico para obtener un rendimiento diferente.
3. Proceso
El proceso de tratamiento térmico generalmente incluye tres procesos de calentamiento, preservación del calor y enfriamiento y, a veces, solo hay dos procesos de calentamiento y enfriamiento. Estos procesos están interconectados e ininterrumpidos.
El calentamiento es uno de los procesos importantes del tratamiento térmico. Hay muchos métodos de calentamiento para el tratamiento térmico de metales. Los primeros utilizaban carbón vegetal y carbón como fuentes de calor, y más recientemente se utilizaron combustibles líquidos y gaseosos. La aplicación de electricidad hace que la calefacción sea fácil de controlar y libre de contaminación ambiental. Estas fuentes de calor se pueden utilizar para calentamiento directo o calentamiento indirecto a través de sales fundidas o metales, así como partículas flotantes.
Cuando el metal se calienta, la pieza de trabajo se expone al aire y, a menudo, se produce oxidación y descarburación (es decir, se reduce el contenido de carbono en la superficie de la pieza de acero), lo que tiene un efecto muy adverso en las propiedades de la superficie de la pieza. piezas después del tratamiento térmico. Por lo tanto, el metal normalmente debe calentarse en atmósfera controlada o atmósfera protectora, en sal fundida y al vacío, y también puede protegerse mediante métodos de recubrimiento o envasado.
La temperatura de calentamiento es uno de los parámetros de proceso importantes del proceso de tratamiento térmico. La selección y el control de la temperatura de calentamiento son los principales aspectos para garantizar la calidad del tratamiento térmico. La temperatura de calentamiento varía según el material metálico a procesar y el propósito del tratamiento térmico, pero generalmente se calienta por encima de la temperatura de transición de fase para obtener una estructura de alta temperatura. Además, la transformación lleva cierto tiempo. Por lo tanto, cuando la superficie de la pieza de metal alcanza la temperatura de calentamiento requerida, debe mantenerse a esta temperatura durante un cierto período de tiempo para que las temperaturas interna y externa sean uniformes y la microestructura cambie por completo. Este período de tiempo se denomina tiempo de espera. Cuando se utiliza calentamiento de alta densidad de energía y tratamiento térmico superficial, la velocidad de calentamiento es extremadamente rápida y generalmente no hay tiempo de espera, mientras que el tiempo de espera del tratamiento térmico químico suele ser más largo.
El enfriamiento también es un paso indispensable en el proceso de tratamiento térmico. El método de enfriamiento varía con los diferentes procesos, principalmente controlando la tasa de enfriamiento. En general, la velocidad de enfriamiento del recocido es la más lenta, la velocidad de enfriamiento de la normalización es más rápida y la velocidad de enfriamiento del enfriamiento rápido es más rápida. Sin embargo, también existen diferentes requisitos debido a los diferentes tipos de acero. Por ejemplo, el acero de temple hueco se puede templar con la misma velocidad de enfriamiento que el normalizado.
Cuatro, clasificación de procesos
El proceso de tratamiento térmico de metales se puede dividir aproximadamente en tres categorías: tratamiento térmico general, tratamiento térmico superficial y tratamiento térmico químico. De acuerdo con el medio de calentamiento diferente, la temperatura de calentamiento y el método de enfriamiento, cada categoría se puede dividir en varios procesos de tratamiento térmico diferentes. Un mismo metal adopta diferentes procesos de tratamiento térmico para obtener diferentes estructuras y así tener diferentes propiedades. El acero es el metal más utilizado en la industria, y la microestructura del acero también es la más compleja, por lo que existen muchos tipos de procesos de tratamiento térmico del acero.
El tratamiento térmico general es un proceso de tratamiento térmico del metal que calienta la pieza de trabajo en su conjunto y luego la enfría a una velocidad adecuada para obtener la estructura metalográfica requerida para cambiar sus propiedades mecánicas generales. El tratamiento térmico general del acero generalmente tiene cuatro procesos básicos: recocido, normalizado, templado y revenido.
Proceso significa:
El recocido consiste en calentar la pieza de trabajo a una temperatura adecuada, adoptar diferentes tiempos de mantenimiento según el material y el tamaño de la pieza de trabajo, y luego enfriarla lentamente, el propósito es hacer que la estructura interna del metal alcance o se acerque al estado de equilibrio, obtener una buena rendimiento y rendimiento del proceso, o para un mayor enfriamiento Preparar para la organización.
La normalización consiste en calentar la pieza de trabajo a una temperatura adecuada y luego enfriarla al aire. El efecto del normalizado es similar al del recocido, pero la estructura obtenida es más fina. A menudo se usa para mejorar el rendimiento de corte de los materiales y, a veces, se usa para algunas piezas con requisitos bajos. como tratamiento térmico final.
El enfriamiento consiste en enfriar rápidamente la pieza de trabajo en un medio de enfriamiento como agua, aceite u otras sales inorgánicas y soluciones acuosas orgánicas después de calentar y mantener caliente la pieza de trabajo. Después del enfriamiento, el acero se vuelve duro, pero al mismo tiempo se vuelve quebradizo. Para eliminar la fragilidad con el tiempo, generalmente es necesario templar con el tiempo.
Para reducir la fragilidad de las piezas de acero, las piezas de acero templado se mantienen a una temperatura adecuada superior a la temperatura ambiente pero inferior a 650 °C durante mucho tiempo y luego se enfrían. Este proceso se llama templado. Recocido, normalizado, templado y revenido son los "cuatro fuegos" en el tratamiento térmico general. Entre ellos, el temple y el revenido están estrechamente relacionados y, a menudo, se usan juntos, y ninguno es indispensable. Los "cuatro fuegos" han desarrollado diferentes procesos de tratamiento térmico con diferentes temperaturas de calentamiento y métodos de enfriamiento. Para obtener cierta resistencia y tenacidad, el proceso de combinación de templado y revenido a alta temperatura se denomina templado y revenido. Después de que algunas aleaciones se apagan para formar una solución sólida supersaturada, se mantienen a temperatura ambiente o a una temperatura apropiada ligeramente más alta durante mucho tiempo para mejorar la dureza, la resistencia o las propiedades eléctricas y magnéticas de la aleación. Tal proceso de tratamiento térmico se denomina tratamiento de envejecimiento.
El método de combinar la deformación por presión y el tratamiento térmico de manera efectiva y cercana para hacer que la pieza de trabajo obtenga buena resistencia y tenacidad se denomina tratamiento térmico de deformación; el tratamiento térmico en una atmósfera de presión negativa o vacío se denomina tratamiento térmico al vacío, que no solo hace que la pieza de trabajo no se oxide ni se descarbure, sino que la superficie de la pieza de trabajo después del tratamiento se mantiene suave y se mejora el rendimiento de la pieza de trabajo.
El tratamiento térmico superficial es un proceso de tratamiento térmico de metales que solo calienta la superficie de la pieza de trabajo para cambiar las propiedades mecánicas de la superficie. Para calentar solo la capa superficial de la pieza de trabajo sin permitir que pase demasiado calor al interior de la pieza de trabajo, la fuente de calor utilizada debe tener una alta densidad de energía, es decir, se le da una mayor cantidad de energía térmica a la pieza de trabajo por unidad de área, de modo que la capa superficial o área local de la pieza de trabajo puede ser a corto plazo o instantánea. alcanzar alta temperatura. Los principales métodos de tratamiento térmico superficial son el enfriamiento por llama y el tratamiento térmico por calentamiento por inducción. Las fuentes de calor comúnmente utilizadas son llamas como oxiacetileno u oxipropano, corriente inducida, láser y haz de electrones.
El tratamiento térmico químico es un proceso de tratamiento térmico de metales que cambia la composición química, la estructura y las propiedades de la superficie de la pieza de trabajo. La diferencia entre el tratamiento térmico químico y el tratamiento térmico superficial es que el primero cambia la composición química de la superficie de la pieza de trabajo. El tratamiento térmico químico consiste en calentar la pieza de trabajo en un medio (gas, líquido, sólido) que contiene carbono, sal u otros elementos de aleación, y mantenerlo durante mucho tiempo, de modo que la capa superficial de la pieza de trabajo se infiltre con elementos como el carbono. , nitrógeno, boro y cromo. Una vez infiltrados los elementos, a veces se llevan a cabo otros procesos de tratamiento térmico, como el templado y el revenido. Los principales métodos de tratamiento térmico químico son la cementación, la nitruración y la metalización.
El tratamiento térmico es uno de los procesos importantes en la fabricación de piezas mecánicas y herramientas. En términos generales, puede garantizar y mejorar varias propiedades de la pieza de trabajo, como la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión, etc. También puede mejorar la estructura y el estado de tensión de la pieza en bruto para facilitar varios procesamientos en frío y en caliente.
Por ejemplo: el hierro fundido blanco puede ser hierro fundido maleable después de un tratamiento de recocido a largo plazo para mejorar la plasticidad; los engranajes adoptan el proceso de tratamiento térmico correcto y la vida útil se puede duplicar o decenas de veces más que la de los engranajes sin tratamiento térmico; La infiltración de algunos elementos de aleación tiene algunas propiedades de acero de aleación costosas, que pueden reemplazar algunos aceros resistentes al calor y aceros inoxidables; casi todas las herramientas y troqueles deben someterse a un tratamiento térmico antes de que puedan usarse.
¿Por qué las tuberías de acero necesitan ser tratadas térmicamente?
La función del tratamiento térmico es mejorar las propiedades mecánicas de las tuberías de acero y las tuberías de acero de precisión, eliminar la tensión residual y mejorar el rendimiento de mecanizado de las tuberías de acero.
De acuerdo con los diferentes propósitos del tratamiento térmico, el proceso de tratamiento térmico se puede dividir en dos categorías: tratamiento térmico preliminar y tratamiento térmico final.
1. Tratamiento térmico preparatorio
El propósito del tratamiento térmico preparatorio es mejorar la procesabilidad, eliminar la tensión interna y preparar una buena estructura metalográfica para el tratamiento térmico final. El proceso de tratamiento térmico incluye recocido, normalización, envejecimiento, temple y revenido, etc.
(1) recocido y normalización
El recocido y la normalización se utilizan para piezas en bruto trabajadas en caliente. El acero al carbono y el acero aleado con un contenido de carbono superior al 0,5% a menudo se recocen para reducir su dureza y facilitar el corte; acero al carbono y acero aleado con un contenido de carbono inferior al 0,5%, para evitar que se pegue al cuchillo cuando su dureza es demasiado baja, y el uso de un tratamiento de normalización. El recocido y la normalización aún pueden refinar los granos y uniformar la estructura para prepararlos para el tratamiento térmico posterior. El recocido y la normalización generalmente se programan después de la fabricación en blanco y antes del mecanizado de desbaste.
(2) Tratamiento de envejecimiento
El tratamiento de envejecimiento se utiliza principalmente para eliminar las tensiones internas generadas en la fabricación y mecanizado de piezas en bruto.
Para evitar una carga de trabajo de transporte excesiva, para piezas de precisión general, se puede disponer un tratamiento de envejecimiento antes del acabado. Sin embargo, para piezas con requisitos de alta precisión (como la caja de la mandrinadora por coordenadas, etc.), se deben prever dos o varios tratamientos de envejecimiento. Las piezas simples generalmente no están sujetas a un tratamiento de envejecimiento.
Además de las fundiciones, para algunas piezas de precisión con poca rigidez (como los tornillos de precisión), con el fin de eliminar la tensión interna generada durante el procesamiento y estabilizar la precisión del mecanizado de las piezas, a menudo se organizan múltiples tratamientos de envejecimiento entre desbaste y semi- refinamiento. Para algunas partes del eje, el tratamiento de envejecimiento también debe organizarse después del proceso de enderezado.
(3) Temple y revenido
El templado y revenido es el tratamiento de templado a alta temperatura después del templado, que puede obtener una estructura de sorbita templada uniforme y meticulosa para prepararse para la reducción de la deformación durante el subsiguiente tratamiento de nitruración y templado superficial. Por lo tanto, el templado y el revenido también se pueden utilizar como tratamiento térmico preliminar.
Debido a las buenas propiedades mecánicas integrales de las piezas después del templado y revenido, algunas piezas que no requieren alta dureza y resistencia al desgaste también se pueden utilizar como proceso de tratamiento térmico final.
2. Tratamiento térmico final
El propósito del tratamiento térmico final es mejorar las propiedades mecánicas como la dureza, la resistencia al desgaste y la resistencia.
1 enfriamiento
El enfriamiento incluye el enfriamiento superficial y el enfriamiento integral. Entre ellos, el enfriamiento superficial se usa ampliamente debido a la menor deformación, oxidación y descarburación, y el enfriamiento superficial también tiene las ventajas de una alta resistencia externa y una buena resistencia al desgaste, mientras mantiene una buena dureza interna y una fuerte resistencia al impacto. Para mejorar las propiedades mecánicas de las piezas endurecidas superficialmente, a menudo se requiere un tratamiento térmico como el templado y el revenido o la normalización como tratamiento térmico preliminar. La ruta general del proceso es: corte, forjado, normalización (recocido), desbaste, templado y revenido, semiacabado, templado superficial, acabado.
(2) Carburación y enfriamiento
La cementación y el enfriamiento son adecuados para acero con bajo contenido de carbono y acero de baja aleación. En primer lugar, aumenta el contenido de carbono de la capa superficial de la pieza. Después del enfriamiento, la capa superficial puede obtener una alta dureza, mientras que el núcleo aún mantiene cierta resistencia y alta dureza y plasticidad. La cementación se divide en cementación general y cementación local. Cuando se carbura localmente, se deben tomar medidas anti-infiltración (recubrimiento de cobre o recubrimiento con material anti-infiltración) para la parte no carburada. Debido a la gran deformación de cementación y enfriamiento rápido, y la profundidad de cementación es generalmente entre 0,5 y 2 mm, el proceso de cementación generalmente se organiza entre semiacabado y acabado.
La ruta del proceso es generalmente: corte - forjado - normalizado - desbaste, semiacabado - cementación y templado - acabado.
Cuando la parte no carburada de la parte carburada local adopta el plan de proceso para eliminar el exceso de capa carburada después de aumentar la tolerancia, el proceso de eliminación del exceso de capa carburada debe organizarse después de la carburación y antes del enfriamiento rápido.
(3) tratamiento de nitruración
La nitruración es un método de infiltrar átomos de nitrógeno en la superficie del metal para obtener una capa de compuestos que contienen nitrógeno. La capa de nitruración puede mejorar la dureza, la resistencia al desgaste, la resistencia a la fatiga y la resistencia a la corrosión de la superficie de la pieza. Debido a que la temperatura de nitruración es baja, la deformación es pequeña y la capa de nitruración es delgada (generalmente no más de 0,6 ~ 0,7 mm), el proceso de nitruración debe organizarse lo más atrás posible. Para reducir la deformación durante la nitruración, generalmente es necesario un revenido a alta temperatura para aliviar la tensión.
Además, según su estructura, el horno de tratamiento térmico continuo de solera de rodillos se puede dividir en tubos de acero de una, dos y tres etapas. Los hornos de solera de rodillos de dos o tres etapas se utilizan principalmente para el tratamiento térmico brillante de tuberías de acero sin costura, y generalmente se denominan hornos de tratamiento térmico brillante de solera de rodillos. Un horno de tratamiento térmico continuo de solera de rodillos.
El método de tratamiento térmico se especifica en el estándar de tubería de acero sin costura; algunos productos. La norma especifica los requisitos de rendimiento que deben cumplir los tubos de acero sin costura. En general, el tratamiento térmico terminado de la tubería de acero sin costura de acero con bajo contenido de carbono es en su mayoría completamente recocido o normalizado; mientras que la tubería de acero sin costura de acero inoxidable austenítico de cromo-níquel adopta el tratamiento de solución de tubería de acero Shandong Sinoma.
Después de que la tubería de acero sin costura se lamina en caliente, las inclusiones no metálicas en el acero (principalmente sulfuros y óxidos y silicatos) se prensan en láminas delgadas y se produce el fenómeno de delaminación (sándwich). La tensión residual causada por un enfriamiento desigual es mucho mayor que la tensión causada por la carga.
