Wärmebehandlung von Legierungen. Arten der Wärmebehandlung

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Die Wärmebehandlung von Legierungen ist ein integraler Bestandteil des Produktionsprozesses der Eisen- und Nichteisenmetallurgie. Durch dieses Verfahren können Metalle ihre Eigenschaften auf die gewünschten Werte verändern. In diesem Artikel werden wir die wichtigsten Arten der Wärmebehandlung betrachten, die in der modernen Industrie verwendet werden.

Wesen der Wärmebehandlung

Bei der Herstellung von Halbzeugen werden Metallteile wärmebehandelt, um ihnen die gewünschten Eigenschaften (Festigkeit, Korrosions- und Verschleißfestigkeit etc.) zu verleihen. Die Wärmebehandlung von Legierungen ist eine Reihe künstlich erzeugter Prozesse, bei denen unter dem Einfluss hoher Temperaturen strukturelle und physikalische und mechanische Veränderungen in Legierungen auftreten, die chemische Zusammensetzung des Stoffes jedoch erh alten bleibt.

Wärmebehandlungszweck

Metallprodukte, die in allen Bereichen der Volkswirtschaft täglich zum Einsatz kommen, müssen hohe Anforderungen an die Verschleißfestigkeit erfüllen. Metall als Rohstoff muss mit den notwendigen Leistungseigenschaften verstärkt werden, was möglich isthohen Temperaturen ausgesetzt werden. Die Wärmebehandlung von Legierungen mit hohen Temperaturen verändert die ursprüngliche Struktur einer Substanz, verteilt ihre Bestandteile neu und verändert die Größe und Form von Kristallen. All dies führt zu einer Minimierung der inneren Spannungen des Metalls und erhöht somit seine physikalischen und mechanischen Eigenschaften.

Arten der Wärmebehandlung

Die Wärmebehandlung von Metalllegierungen besteht aus drei einfachen Prozessen: Erhitzen des Rohmaterials (Halbzeug) auf die gewünschte Temperatur, H alten unter den angegebenen Bedingungen für die erforderliche Zeit und schnelles Abkühlen. In der modernen Produktion werden mehrere Arten der Wärmebehandlung verwendet, die sich in einigen technologischen Merkmalen unterscheiden, aber der Prozessalgorithmus bleibt im Allgemeinen überall gleich.

Je nach Art der Wärmebehandlung gibt es folgende Typen:

• Thermal (Härten, Anlassen, Glühen, Altern, kryogene Behandlung).
• Die thermomechanische Behandlung beinh altet eine Hochtemperaturbehandlung in Kombination mit einer mechanischen Einwirkung auf die Legierung.
• Chemisch-thermisch beinh altet die Wärmebehandlung von Metall, gefolgt von der Anreicherung der Oberfläche des Produkts mit chemischen Elementen (Kohlenstoff, Stickstoff, Chrom usw.).

Glühen

Glühen ist ein Herstellungsverfahren, bei dem Metalle und Legierungen auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt werden und dann zusammen mit dem Ofen, in dem der Vorgang stattfand, sehr langsam auf natürliche Weise abkühlen. Durch das Tempern können die Inhomogenitäten der chemischen Zusammensetzung beseitigt werdenSubstanzen, bauen innere Spannungen ab, erreichen ein Korngefüge und verbessern es als solches, sowie reduzieren die Härte der Legierung, um die Weiterverarbeitung zu erleichtern. Es gibt zwei Arten des Glühens: Glühen der ersten und zweiten Art.

Erstklassiges Glühen impliziert eine Wärmebehandlung, wodurch der Phasenzustand der Legierung kaum oder gar nicht verändert wird. Es hat auch seine eigenen Sorten: homogenisiert - die Glühtemperatur beträgt 1100-1200, unter solchen Bedingungen werden die Legierungen 8-15 Stunden aufbewahrt, Rekristallisationsglühen (bei t 100-200) wird für genieteten Stahl verwendet, dh bereits verformt k alt sein.

Glühen zweiter Art führt zu deutlichen Phasenänderungen in der Legierung. Es hat auch mehrere Sorten:

• Vollglühen - Erhitzen der Legierung 30-50 über die für diesen Stoff charakteristische kritische Temperaturmarke und Abkühlen mit der angegebenen Geschwindigkeit (200 / Stunde - Kohlenstoffstähle, 100 / Stunde und 50 / Stunde - niedriglegiert und hoch -legierte Stähle).
• Unvollständig - Aufheizen bis zu einem kritischen Punkt und langsames Abkühlen.
• Diffusion - Glühtemperatur 1100-1200.
• Isotherm - Aufheizen erfolgt wie beim Vollglühen, jedoch wird danach schnell auf eine Temperatur etwas unterhalb der kritischen Temperatur abgekühlt und an der Luft abkühlen gelassen.
• Normalisiert - vollständiges Glühen mit anschließender Abkühlung des Metalls an der Luft und nicht im Ofen.

Härten

Tempern ist Manipulationmit einer Legierung, deren Zweck darin besteht, eine martensitische Umwandlung des Metalls zu erreichen, die die Duktilität des Produkts verringert und seine Festigkeit erhöht. Beim Abschrecken wird wie beim Glühen das Metall in einem Ofen über die kritische Temperatur auf die Abschrecktemperatur erhitzt, der Unterschied liegt in der höheren Abkühlgeschwindigkeit, die im Flüssigkeitsbad auftritt. Je nach Metall und sogar seiner Form kommen verschiedene Härtearten zum Einsatz:

• Härtung in gleicher Umgebung, also im gleichen Bad mit Flüssigkeit (Wasser für große Teile, Öl für kleine Teile).
• Intermittierendes Härten - das Abkühlen erfolgt in zwei aufeinanderfolgenden Stufen: zuerst in einer Flüssigkeit (einem schärferen Kühlmittel) auf eine Temperatur von etwa 300, dann an der Luft oder in einem anderen Ölbad.
• Stepped - wenn das Produkt die Härtetemperatur erreicht, wird es für einige Zeit in geschmolzenen Salzen gekühlt, gefolgt von einer Abkühlung an der Luft.
• Isotherm - Technologie ist dem Stufenhärten sehr ähnlich, unterscheidet sich nur in der H altezeit des Produktes bei der martensitischen Umwandlungstemperatur.
• Das selbstanlassende Härten unterscheidet sich von anderen Arten dadurch, dass das erhitzte Metall nicht vollständig abgekühlt wird, wodurch ein warmer Bereich in der Mitte des Teils verbleibt. Als Ergebnis dieser Manipulation erhält das Produkt die Eigenschaften einer erhöhten Festigkeit an der Oberfläche und einer hohen Viskosität in der Mitte. Diese Kombination ist für Percussion-Instrumente (Hämmer, Meißel etc.) unabdingbar.

Urlaub

Tempern ist die letzte Stufe der Wärmebehandlung von Legierungen, die bestimmtdie endgültige Struktur des Metalls. Der Hauptzweck des Anlassens besteht darin, die Sprödigkeit eines Metallprodukts zu verringern. Das Prinzip besteht darin, das Teil auf eine Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur zu erwärmen und abzukühlen. Da die Wärmebehandlungsmodi und die Abkühlgeschwindigkeit von Metallprodukten für verschiedene Zwecke unterschiedlich sein können, gibt es drei Arten des Anlassens:

• Hoch - Die Heiztemperatur liegt zwischen 350 und 600 auf einen Wert unterhalb des kritischen Werts. Dieses Verfahren wird am häufigsten für Metallstrukturen verwendet.
• Mittel - Wärmebehandlung bei t 350-500, üblich für Federprodukte und Federn.
• Niedrig - die Erwärmungstemperatur des Produkts ist nicht höher als 250, wodurch eine hohe Festigkeit und Verschleißfestigkeit der Teile erreicht werden kann.

Alterung

Alterung ist die Wärmebehandlung von Legierungen, die die Zersetzungsprozesse eines übersättigten Metalls nach dem Abschrecken verursacht. Das Ergebnis der Alterung ist eine Erhöhung der Grenzen von Härte, Streckgrenze und Festigkeit des Endprodukts. Nicht nur Gusseisen unterliegt der Alterung, sondern auch Buntmetalle, darunter leicht verformbare Aluminiumlegierungen. Wenn ein dem Härten unterzogenes Metallprodukt bei normaler Temperatur geh alten wird, laufen darin Prozesse ab, die zu einer spontanen Erhöhung der Festigkeit und einer Abnahme der Duktilität führen. Dies wird als natürliche Alterung des Metalls bezeichnet. Wird die gleiche Manipulation bei erhöhten Temperaturen durchgeführt, spricht man von künstlicher Alterung.

Kryogene Behandlung

Änderungen in der Struktur von Legierungen,was bedeutet, dass ihre Eigenschaften nicht nur durch hohe, sondern auch durch extrem niedrige Temperaturen erreicht werden können. Die thermische Behandlung von Legierungen bei t unter Null wird als kryogen bezeichnet. Diese Technologie ist in verschiedenen Bereichen der Volkswirtschaft als Ergänzung zu Hochtemperatur-Wärmebehandlungen weit verbreitet, da sie die Kosten von thermischen Härteprozessen erheblich reduzieren kann.

Die kryogene Behandlung von Legierungen wird bei t -196 in einem speziellen kryogenen Prozessor durchgeführt. Diese Technologie kann die Lebensdauer des bearbeiteten Teils und die Korrosionsschutzeigenschaften erheblich erhöhen und die Notwendigkeit einer Nachbehandlung beseitigen.

Thermomechanische Behandlung

Ein neues Verfahren zur Verarbeitung von Legierungen kombiniert die Verarbeitung von Metallen bei hohen Temperaturen mit der mechanischen Verformung von Produkten, die sich in einem plastischen Zustand befinden. Die thermomechanische Behandlung (TMT) nach der Methode der Fertigstellung kann von drei Arten sein:

• Tieftemperatur-TMT besteht aus zwei Stufen: plastische Verformung, gefolgt von Abschrecken und Anlassen des Teils. Der Hauptunterschied zu anderen TMT-Typen ist die Erwärmungstemperatur auf den austenitischen Zustand der Legierung.
• Hochtemperatur-TMT beinh altet das Erhitzen einer Legierung in einen martensitischen Zustand in Kombination mit plastischer Verformung.
• Vorbereitung - Verformung wird bei t 20 durchgeführt, gefolgt von Härten und Anlassen des Metalls.

Chemisch-thermische Behandlung

Ändern Sie die Struktur und Eigenschaften von LegierungenMöglich ist dies auch mit Hilfe einer chemisch-thermischen Behandlung, die thermische und chemische Einwirkungen auf Metalle kombiniert. Das letztendliche Ziel dieses Verfahrens besteht darin, dem Produkt nicht nur eine erhöhte Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit zu verleihen, sondern auch dem Teil Säurebeständigkeit und Feuerbeständigkeit zu verleihen. Diese Gruppe umfasst die folgenden Arten der Wärmebehandlung:

• Die Zementierung wird durchgeführt, um der Oberfläche des Produkts zusätzliche Festigkeit zu verleihen. Die Essenz des Verfahrens besteht darin, das Metall mit Kohlenstoff zu sättigen. Das Aufkohlen kann auf zwei Arten erfolgen: Fest- und Gasaufkohlung. Im ersten Fall wird das verarbeitete Material zusammen mit Kohle und seinem Aktivator in einen Ofen gegeben und auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, gefolgt von einem H alten in dieser Umgebung und einem Abkühlen. Beim Gasaufkohlen wird das Produkt in einem Ofen unter einem kontinuierlichen Strom von kohlenstoffh altigem Gas auf bis zu 900°C erhitzt.
• Nitrieren ist eine chemisch-thermische Behandlung von Metallprodukten durch Sättigung ihrer Oberfläche in Stickstoffumgebungen. Das Ergebnis dieses Verfahrens ist eine Erhöhung der Zugfestigkeit des Teils und eine Erhöhung seiner Korrosionsbeständigkeit.
• Cyanidierung ist die gleichzeitige Sättigung des Metalls mit Stickstoff und Kohlenstoff. Das Medium kann flüssig (geschmolzene kohlenstoff- und stickstoffh altige Salze) und gasförmig sein.
• Diffusionsbeschichtung ist eine moderne Methode, um Metallprodukten Hitzebeständigkeit, Säurebeständigkeit und Verschleißfestigkeit zu verleihen. Die Oberfläche solcher Legierungen ist mit verschiedenen Metallen (Aluminium, Chrom) und Halbmetallen (Silizium, Bor) gesättigt.

FunktionenWärmebehandlung von Gusseisen

Gusseisenlegierungen werden einer Wärmebehandlung mit einer etwas anderen Technologie unterzogen als Nichteisenmetalllegierungen. Gusseisen (grau, hochfest, legiert) wird folgenden Wärmebehandlungen unterzogen: Glühen (bei t 500-650), Normalglühen, Härten (kontinuierlich, isotherm, flächig), Anlassen, Nitrieren (Grauguss), Aluminieren (perlitische Gusseisen), Verchromung. Alle diese Verfahren verbessern im Ergebnis die Eigenschaften der fertigen Gusseisenprodukte erheblich: erhöhen die Lebensdauer, beseitigen die Wahrscheinlichkeit von Rissen während des Gebrauchs des Produkts, erhöhen die Festigkeit und Hitzebeständigkeit von Gusseisen.

Wärmebehandlung von NE-Legierungen

Nichteisenmetalle und Legierungen haben unterschiedliche Eigenschaften und werden daher mit unterschiedlichen Verfahren verarbeitet. So werden Kupferlegierungen einem Rekristallisationsglühen unterzogen, um die chemische Zusammensetzung anzugleichen. Für Messing ist eine Niedrigtemperatur-Glühtechnologie (200-300) vorgesehen, da diese Legierung in feuchter Umgebung zu spontaner Rissbildung neigt. Bronze wird einer Homogenisierung und Glühung bei t bis zu 550 unterzogen. Magnesium wird geglüht, abgeschreckt und einer künstlichen Alterung unterzogen (natürliche Alterung findet bei abgeschrecktem Magnesium nicht statt). Aluminium wird wie Magnesium drei Wärmebehandlungsmethoden unterzogen: Glühen, Härten und Altern, wonach Aluminium-Knetlegierungen ihre Festigkeit erheblich steigern. Die Verarbeitung von Titanlegierungen umfasst: Rekristallisationsglühen, Härten, Auslagern, Nitrieren und Aufkohlen.

Lebenslauf

Die Wärmebehandlung von Metallen und Legierungen ist der wichtigste technologische Prozess sowohl in der Eisen- als auch in der Nichteisenmetallurgie. Moderne Technologien verfügen über eine Vielzahl von Wärmebehandlungsmethoden, um die gewünschten Eigenschaften jeder Art von verarbeiteten Legierungen zu erreichen. Jedes Metall hat seine eigene kritische Temperatur, was bedeutet, dass die Wärmebehandlung unter Berücksichtigung der strukturellen und physikalisch-chemischen Eigenschaften des Stoffes durchgeführt werden sollte. Letztendlich werden dadurch nicht nur die gewünschten Ergebnisse erzielt, sondern auch Produktionsprozesse deutlich rationalisiert.