Lämpökäsittely (tai lämpökäsittely) on joukko toimenpiteitä kovametalliseosten lämmittämiseksi, pitämiseksi ja jäähdyttämiseksi haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi muuttamalla sisäistä rakennetta ja rakennetta. Lämpökäsittelyä käytetään joko välitoimenpiteenä työstettävyyden parantamiseksi paineen, leikkaamisen avulla tai teknisen prosessin loppuoperaationa, jolloin saadaan tietyn tason tuotteen ominaisuuksia.
Metallin kuumennuksen kokonaiskesto lämpökäsittelyn aikana on sen oman kuumennuksen tiettyyn lämpötilaan ja tässä lämpötilassa pitoajan summa. Kuumennusaika riippuu uunin tyypistä, tuotteiden mitoista, niiden sijoittamisesta uuniin; pitoaika riippuu vaihemuunnosten nopeudesta.
Kuumenemiseen voi liittyä metallipinnan vuorovaikutusta kaasumaisen väliaineen kanssa ja se voi johtaa pintakerroksen hiilen poistumiseen ja hilseilyn muodostumiseen . Hiilenpoisto johtaa siihen, että tuotteiden pinta muuttuu vähemmän kestäväksi ja menettää kovuuden.
Teräksen kuumentamisen ja jäähdytyksen aikana tapahtuu faasimuutoksia, joille on ominaista lämpötilakriittiset pisteet. Teräksen kriittiset pisteet on tapana merkitä kirjaimella A. Kriittiset pisteet A1 sijaitsevat rauta-hiilikaavion PSK-viivalla (727 °C) ja vastaavat perliitin muuttumista austeniitiksi. Kriittiset pisteet A2 sijaitsevat MO-linjalla (768 °C), joka luonnehtii ferriitin magneettista muutosta. A3 vastaa linjoja GS ja SE, joilla vastaavasti ferriitin ja sementiitin muuttuminen austeniitiksi saatetaan loppuun kuumentamalla.
Kriittisten pisteiden osoittamiseksi lämmityksen ja jäähdytyksen aikana otetaan käyttöön lisäindeksejä: kirjain "c" lämmityksen tapauksessa ja "r" jäähdytyksen tapauksessa, esimerkiksi Ac1, Ac3, Ar1, Ar3.
Lämpökäsittelyn päätyypeistä [1] on huomattava:
Lämmitetään ja ylläpidetään sen jälkeen, kun se on suoritettu suuremmalla jäähdytysnopeudella epätasapainoisten rakenteiden saamiseksi. Kovettumisen edellyttämä kriittinen jäähdytysnopeus riippuu lejeeringin kemiallisesta koostumuksesta. Sammuttamiseen voi liittyä polymorfinen muutos, jolloin alkuvaiheen korkean lämpötilan faasista muodostuu uusi epätasapainoinen faasi (esimerkiksi austeniitin muuttuminen martensiitiksi teräksen sammutuksen aikana). On myös sammutusta ilman polymorfista transformaatiota, jonka aikana korkean lämpötilan metastabiili faasi kiinnittyy (esim. kun berylliumpronssia sammutetaan, berylliumilla ylikyllästynyt alfafaasi kiinnittyy).
Aikaisemmin tähän prosessiin viitattiin eri terminologialla - "kylmäkäsittely", "teräksen lämpökäsittely alle nollan lämpötiloissa", mutta ne eivät heijastaneet tarkasti kryogeenisen käsittelyprosessin ydintä.
Kryogeenisen käsittelyn ydin on seuraava: osat ja mekanismit sijoitetaan kryogeeniseen prosessoriin, jossa ne jäähdytetään hitaasti ja pidetään sitten miinus 196˚С lämpötilassa tietyn ajan. Työkappaleet palautetaan sitten vähitellen huoneenlämpöön. Tämän prosessin aikana metallissa tapahtuu rakenteellisia muutoksia. Ne lisäävät merkittävästi kulutuskestävyyttä, syklistä lujuutta, korroosion- ja eroosionkestävyyttä.
Tämä tekniikka mahdollistaa työkalujen, osien ja mekanismien käyttöiän pidentämisen jopa 300 % parantamalla materiaalin mekaanisia ominaisuuksia erittäin alhaisissa lämpötiloissa tapahtuvan käsittelyn seurauksena.
Suurin vaikutus voidaan saavuttaa käsiteltäessä sellaisia metallituotteita, kuten erikoisleikkaus, meisto, puristus, valssaus, hiontatyökalut, laakerit, kriittiset jouset.
Syväjäähdytyksen aikana hankitun metallin pääominaisuudet säilyvät koko käyttöiän ajan, joten uudelleenkäsittelyä ei tarvita.
Kryogeeninen tekniikka ei korvaa olemassa olevia lämpökarkaisumenetelmiä, mutta antaa sinun antaa kylmällä prosessoidulle materiaalille uusia ominaisuuksia, jotka varmistavat metallurgien määrittelemän materiaalin resurssien maksimaalisen käytön.
Erittäin matalassa lämpötilassa käsiteltyjen työkalujen käyttö antaa yrityksille mahdollisuuden vähentää kustannuksia merkittävästi:
Kryogeenisen käsittelyprosessin teoreettista ja käytännön kehittämistä pidetään Neuvostoliiton tieteen saavutuksena. Tällaisten tutkijoiden, kuten G. V. Kurdyumovan, työt, A. P. Gulyaevin, V. G. Vorobjovin ja muiden tutkimukset liittyvät kylmäkäsittelyyn karkaistun teräksen laatuominaisuuksien parantamiseksi.
Muutama vuosi Neuvostoliiton tutkijoiden tutkimusten julkaisemisen jälkeen ulkomaisessa lehdistössä ilmestyivät ensimmäiset vastaavat teokset, joiden kirjoittajat viittasivat Neuvostoliiton teoksiin ensisijaisena lähteenä. Neuvostoliiton tutkijoiden työ teki mahdolliseksi arvioida täysin kylmäkäsittelyn vaikutuksen tehokkuutta teräksen ominaisuuksiin ja loi perustan tämän käsittelymenetelmän nykyaikaiselle kehitykselle ja käytölle. Neuvostoliiton teollisuusyritykset yrittivät 1940- ja 1950-luvuilla ottaa käyttöön nopean teräksen työkalujen kryogeenistä käsittelyä nestemäisessä typessä, mutta tämä ei vain antanut odotettua tulosta, vaan johti myös työkalun lujuuden heikkenemiseen, koska mikrohalkeamia ilmaantui. äkillisen ja epätasaisen jäähtymisen takia. Menetelmä jäännösausteniitin muuntamiseksi martensiitiksi jouduttiin luopumaan lähinnä taloudellisen epäkäytännöllisyyden vuoksi - pääkylmäaineena käytettävän typen korkeiden kustannusten vuoksi.
Yhdysvalloissa, Japanissa, Saksassa ja Etelä-Koreassa kehitettiin kryogeenisen käsittelyn teemaa tehokkaana menetelmänä rakenne- ja työkaluterästen työstössä, ja vuosikymmenten tutkimus ja kokemus ovat johtaneet tuloksiin - tällä hetkellä kryogeeninen käsittelytekniikka on menestyksekkäästi käytetään monilla teollisuudenaloilla.
Metallintyöstö ja koneenrakennus:
Kuljetus ja erikoisvarusteet:
Puolustusteollisuus:
Kaivos- ja valmistusteollisuus:
Äänilaitteet ja musiikki-instrumentit:
Kryogeenisen käsittelyn käyttö on relevanttia lähes kaikilla toimialoilla, joilla on tarvetta lisätä resursseja, lisätä väsymislujuutta ja kulutuskestävyyttä sekä lisätä tuottavuutta.
Tehtävästä riippuen joissakin tapauksissa itse hitsaus voidaan lämmittää plus hitsilämpövyöhyke (ns. paikallinen lämpökäsittely ), toisissa tapauksissa vaaditaan koko tuotteen lämmitys (ns. bulkkilämpökäsittely ). Lämmitys voidaan järjestää erilaisilla lämmönlähteillä.
Putkilinjojen rakentamisen tai korjauksen aikana ei ole mahdollista suorittaa koko tuotteen tilavuuslämpökäsittelyä, joten hitsausliitosten paikallista lämpökäsittelyä käytetään. Erilaiset sääntelyasiakirjat sisältävät erilaisia vaatimuksia lämmitysteknisille parametreille, nimittäin lämpötila-aikaparametreille, lämmitysvyöhykkeen leveydelle, lämpötilan säätöpisteiden lukumäärälle, käytetyille laitteille jne. Esimerkiksi Venäjän federaation ja EurAsEC- maiden alueella OST 36-50 - 86, STO 00220368-019-2017, GOST 34347, PNAE G-7-008-089 tai muut säädösasiakirjat toimialasta riippuen.
Materiaalitieteen teoria kuvaa lukuisia erilaisia metallien lämpökäsittelytyyppejä. Petrokemian tehtaiden putkistojen rakentamisessa ja korjauksessa yleisimmät lämpökäsittelytyypit ovat: esilämmitys ennen hitsausta, samanaikainen lämmitys hitsauksen aikana, karkaisu hitsausjännityksen lievittämiseksi, austenisointi jne. Kaikille niille on ominaista erilaiset teknologiset parametrit, eli kuumennusnopeus, pitolämpötila, pitoaika ja jäähdytysnopeus riippuvat teräslaadusta ja tehtävästä.
Laitteet hitsisaumojen lämpökäsittelyyn dielektrisellä lämmitysmenetelmällä ovat löytäneet laajan käytön rakennustyömailla . Tässä tapauksessa lämmityslaitteet koostuvat ytimestä, joka on valmistettu seoksesta, jolla on korkea sähkövastus (nikromi, fechral jne.), joka on asennettu dielektristen eristeiden kehykseen (yleensä ne on valmistettu alumiinioksidikeramiikasta). Näillä lämmityslaitteilla on useita nimiä: LEG (joustavat sähkölämmittimet), KEN (yhdistetyt sähkölämmittimet), lämmitysmatot, lämpöhihnat jne.
Lämmitysjärjestelmän asennus suoritetaan eri tavoin säädösasiakirjan vaatimusten mukaisesti. Tässä prosessissa käytettävien laitteiden on pystyttävä ohjaamaan tarkasti määriteltyjä parametreja, koska joidenkin teräslaatujen osalta ainoa lämpökäsittelyn vahvistava asiakirja on prosessissa saatu kaavio.
Homogenisointihehkutus + vanhentaminen
Esimerkiksi nikkelipohjaisille superseoksille (kuten " Inconel 718 ") seuraava lämpökäsittely on tyypillistä:
Rakenteen homogenointi ja inkluusioliukeneminen ( Eng. Solution Heat Treatment ) 768-782 °C:ssa nopeutetulla jäähdytyksellä. Sitten suoritetaan kaksivaiheinen vanhentaminen ( englanniksi Precipitation Heat Treatment ) - 8 tuntia 718 °C:n lämpötilassa, hidas jäähdytys 2 tuntia 621-649 °C:seen ja altistus 8 tuntia. Tätä seuraa nopeutettu jäähdytys.
Karkaisu + korkea karkaisu (parannus)
Monet teräkset karkaistaan karkaisemalla - nopeutetulla jäähdytyksellä (ilmassa, öljyssä tai vedessä). Nopea jäähtyminen johtaa yleensä epätasapainoisen martensiittisen rakenteen muodostumiseen. Teräkselle heti kovettumisen jälkeen on ominaista korkea kovuus , jäännösjännitykset , alhainen sitkeys ja sitkeys . Joten teräksen 40HNMA (SAE 4340) kovuus välittömästi kovettumisen jälkeen on yli 50 HRC, tässä tilassa materiaali ei sovellu jatkokäyttöön, koska sillä on suuri taipumus murtua . Myöhempi karkaisu - kuumennus 450 ° C - 500 ° C:seen ja tässä lämpötilassa pitäminen johtaa sisäisten jännitysten vähenemiseen kovettuvan martensiitin hajoamisen vuoksi, sen kidehilan tetragonaalisuuden vähenemiseen (siirtyminen karkaistuun martensiittiin). Samalla teräksen kovuus laskee hieman (45 - 48 HRC asti). Teräksiä, joiden hiilipitoisuus on 0,3 - 0,6 % C, parannetaan.
| Metallien lämpökäsittely | ||
|---|---|---|
| Yleiset käsitteet metallitiede Kristallisolu vaihekaavio Rauta-hiiliseosten tilakaavio | ||
| Ydinprosessit | ||
| Liittyvät prosessit | ||
| Metallien tavoiteominaisuudet | ||
| Metallurgia | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Yleiset käsitteet Metallit Metalliseos Metallurginen uudelleenjako Rauta- ja terästehtaat Metallurginen kompleksi Metallurgi Raudan tuotannon ja käytön historia | |||||||||||||
| Toimialat |
| ||||||||||||
| Ydinprosessit _ |
| ||||||||||||
| Pääyksiköt _ |
| ||||||||||||
| Päätuotteet ja materiaalit |
| ||||||||||||
| Tieteelliset tieteenalat |
| ||||||||||||
| muu | |||||||||||||
| Metallurgia maittain Venäjä Ukraina Kazakstan USA Intia Kiina Japani Saksa | |||||||||||||