Unter Wärmebehandlung versteht man einen thermischen Prozess für Metalle, bei dem das Material durch Erhitzen im festen Zustand erhitzt, gehalten und abgekühlt wird, um die gewünschte Struktur und Eigenschaften zu erreichen.
I. Wärmebehandlung
1. Normalisieren: Der Stahl oder die Stahlstücke werden auf den kritischen Punkt von AC3 oder ACM erhitzt und über der entsprechenden Temperatur für eine bestimmte Zeit gehalten, nachdem sie an der Luft abgekühlt sind, um durch die Wärmebehandlung den perlitischen Typ zu erhalten.
2. Glühen: Das eutektische Stahlwerkstück wird auf AC3 über 20–40 Grad erhitzt und nach einer gewissen Haltezeit langsam im Ofen (oder durch Abkühlung in Sand oder Kalk) auf unter 500 Grad abgekühlt. Anschließend wird es im Luftwärmebehandlungsprozess abgekühlt.
3. Wärmebehandlung mit fester Lösung: Die Legierung wird auf eine hohe Temperatur erhitzt, um einen einphasigen Bereich mit konstanter Temperatur aufrechtzuerhalten, sodass die überschüssige Phase vollständig in fester Lösung aufgelöst wird, und dann schnell abgekühlt, um einen Wärmebehandlungsprozess mit übersättigter fester Lösung zu erhalten.
4. Alterung: Nach der Wärmebehandlung mit fester Lösung oder der plastischen Kaltverformung der Legierung kommt es mit der Zeit zu einer Veränderung ihrer Eigenschaften, wenn sie bei Raumtemperatur gelagert oder bei einer etwas höheren Temperatur als Raumtemperatur aufbewahrt wird.
5. Mischkristallbehandlung: Dadurch wird die Legierung in verschiedenen Phasen vollständig aufgelöst, die Mischkristalle werden gestärkt und die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit verbessert, Spannungen und Erweichungen werden beseitigt, um mit der Formverarbeitung fortzufahren.
6. Alterungsbehandlung: Erhitzen und Halten bei der Temperatur der Ausfällung der Verstärkungsphase, sodass die Ausfällung der Verstärkungsphase ausfällt, ausgehärtet wird und die Festigkeit verbessert wird.
7. Abschrecken: Nach dem Abkühlen wird der Stahl mit einer geeigneten Abkühlgeschwindigkeit austenitisiert, sodass das Werkstück im gesamten Querschnitt oder in einem bestimmten Bereich instabile Strukturen wie die Martensitumwandlung während der Wärmebehandlung aufweist.
8. Anlassen: Das abgeschreckte Werkstück wird für eine bestimmte Zeit auf den kritischen Punkt AC1 unterhalb der entsprechenden Temperatur erhitzt und dann gemäß den Anforderungen der Methode abgekühlt, um die gewünschte Organisation und Eigenschaften des Wärmebehandlungsprozesses zu erhalten.
9. Carbonitrieren von Stahl: Carbonitrieren ist ein Verfahren, bei dem Kohlenstoff und Stickstoff gleichzeitig in die Oberflächenschicht von Stahl eingebracht werden. Herkömmliches Carbonitrieren wird auch als Cyanid-Carbonitrieren bezeichnet, Mitteltemperatur-Gas-Carbonitrieren und Niedertemperatur-Gas-Carbonitrieren (d. h. Gasnitrocarburieren) sind weit verbreitet. Hauptzweck des Mitteltemperatur-Gas-Carbonitrierens ist die Verbesserung von Härte, Verschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit von Stahl. Niedertemperatur-Gas-Carbonitrieren basiert auf Nitrieren und dient hauptsächlich der Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Bissfestigkeit von Stahl.
10. Anlassen (Abschrecken und Anlassen): Üblicherweise wird das Abschrecken und Anlassen bei hohen Temperaturen mit einer Wärmebehandlung kombiniert, die als Anlassen bezeichnet wird. Das Anlassen wird häufig bei einer Vielzahl wichtiger Bauteile angewendet, insbesondere bei Pleuelstangen, Bolzen, Zahnrädern und Wellen, die wechselnden Belastungen ausgesetzt sind. Nach dem Anlassen entsteht eine angelassene Sohnit-Struktur, deren mechanische Eigenschaften besser sind als die der normalisierten Sohnit-Struktur mit gleicher Härte. Die Härte hängt von der Anlasstemperatur, der Anlassstabilität des Stahls und der Größe des Werkstückquerschnitts ab und liegt im Allgemeinen zwischen HB200 und HB350.
11. Löten: Mit Lötmaterial werden zwei Arten von Werkstücken durch Erhitzen und Schmelzen in einem Wärmebehandlungsprozess miteinander verbunden.
II.TDie Merkmale des Prozesses
Die Wärmebehandlung von Metallen ist ein wichtiger Prozess in der mechanischen Fertigung. Im Vergleich zu anderen Bearbeitungsverfahren verändert die Wärmebehandlung im Allgemeinen nicht die Form des Werkstücks und seine chemische Zusammensetzung, sondern die innere Mikrostruktur des Werkstücks oder die chemische Zusammensetzung seiner Oberfläche, um dessen Eigenschaften zu verbessern. Sie führt zu einer Verbesserung der inneren Qualität des Werkstücks, die mit bloßem Auge meist nicht erkennbar ist. Um Metallwerkstücke mit den gewünschten mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften herzustellen, ist neben der Auswahl geeigneter Werkstoffe und der Auswahl verschiedener Formgebungsverfahren oft auch die Wärmebehandlung unerlässlich. Stahl ist der am häufigsten verwendete Werkstoff in der Maschinenbauindustrie. Die komplexe Mikrostruktur von Stahl lässt sich durch Wärmebehandlung steuern, daher ist die Wärmebehandlung von Stahl der wichtigste Bestandteil der Metallwärmebehandlung. Auch Aluminium, Kupfer, Magnesium, Titan und andere Legierungen können durch Wärmebehandlung ihre mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften verändern und so unterschiedliche Leistungsmerkmale erzielen.
III.Ter verarbeitet
Der Wärmebehandlungsprozess umfasst im Allgemeinen drei Prozesse: Erhitzen, Halten und Abkühlen, manchmal nur zwei Prozesse: Erhitzen und Abkühlen. Diese Prozesse sind miteinander verbunden und können nicht unterbrochen werden.
Erhitzen ist einer der wichtigsten Prozesse der Wärmebehandlung. Die Wärmebehandlung von Metallen umfasst viele Heizmethoden. Die früheste Methode ist die Verwendung von Holzkohle und Kohle als Wärmequelle, die jüngste Anwendung findet in flüssigen und gasförmigen Brennstoffen. Durch den Einsatz von Elektrizität ist die Heizung leicht steuerbar und verursacht keine Umweltverschmutzung. Diese Wärmequellen können direkt erhitzt werden, aber auch durch geschmolzenes Salz oder Metall, wodurch schwebende Partikel indirekt erhitzt werden.
Beim Erhitzen von Metallen wird das Werkstück der Luft ausgesetzt. Häufig kommt es zu Oxidation und Entkohlung (d. h. der Kohlenstoffgehalt der Oberfläche der Stahlteile wird reduziert), was sich sehr negativ auf die Oberflächeneigenschaften der wärmebehandelten Teile auswirkt. Daher sollte das Metall üblicherweise in einer kontrollierten Atmosphäre oder Schutzatmosphäre, mit geschmolzenem Salz und im Vakuum erhitzt werden. Es stehen jedoch auch Beschichtungen oder Verpackungsmethoden zum Schutzerhitzen zur Verfügung.
Die Heiztemperatur ist einer der wichtigsten Prozessparameter bei der Wärmebehandlung. Ihre Auswahl und Kontrolle sind der Hauptfaktor für die Qualität der Wärmebehandlung. Die Heiztemperatur variiert je nach behandeltem Metallmaterial und Wärmebehandlungszweck. Im Allgemeinen wird über die Phasenübergangstemperatur erhitzt, um eine hohe Temperatur zu erreichen. Die Umwandlung benötigt außerdem eine gewisse Zeit. Wenn die Oberfläche des Metallwerkstücks die erforderliche Heiztemperatur erreicht, muss sie diese Temperatur eine Zeit lang halten, damit die Innen- und Außentemperaturen konstant bleiben und die Mikrostrukturumwandlung abgeschlossen ist. Diese Haltezeit wird als Wärmespeicherzeit bezeichnet. Bei der Oberflächenwärmebehandlung mit hoher Energiedichte ist die Heizrate extrem hoch und es gibt im Allgemeinen keine Wärmespeicherzeit, während die Wärmespeicherzeit bei chemischer Wärmebehandlung häufig länger ist.
Das Abkühlen ist ebenfalls ein unverzichtbarer Schritt im Wärmebehandlungsprozess. Die Kühlmethoden hängen von unterschiedlichen Prozessen ab, hauptsächlich von der Steuerung der Abkühlgeschwindigkeit. Die Abkühlgeschwindigkeit beim Glühen ist im Allgemeinen am langsamsten, beim Normalisieren schneller und beim Abschrecken schneller. Aufgrund der unterschiedlichen Stahlsorten und der unterschiedlichen Anforderungen kann beispielsweise luftgehärteter Stahl mit der gleichen Abkühlgeschwindigkeit abgeschreckt werden wie beim Normalisieren.
IV.PProzessklassifizierung
Die Wärmebehandlung von Metallen lässt sich grob in drei Kategorien unterteilen: Gesamtwärmebehandlung, Oberflächenwärmebehandlung und chemische Wärmebehandlung. Je nach Heizmedium, Heiztemperatur und Kühlmethode ergeben sich für jede Kategorie verschiedene Wärmebehandlungsverfahren. Dasselbe Metall kann durch unterschiedliche Wärmebehandlungsverfahren unterschiedliche Strukturen und damit unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Eisen und Stahl sind die am häufigsten verwendeten Metalle in der Industrie, und ihre Mikrostruktur ist auch die komplexeste. Daher gibt es eine Vielzahl von Wärmebehandlungsverfahren für Stahl.
Bei der Gesamtwärmebehandlung wird das Werkstück insgesamt erhitzt und anschließend mit einer angemessenen Geschwindigkeit abgekühlt, um die erforderliche metallurgische Struktur zu erhalten und so im Wärmebehandlungsprozess des Metalls seine mechanischen Gesamteigenschaften zu verändern. Die Gesamtwärmebehandlung von Stahl umfasst im Wesentlichen vier grundlegende Prozesse: Glühen, Normalisieren, Abschrecken und Anlassen.
Prozess bedeutet:
Beim Glühen wird das Werkstück auf die entsprechende Temperatur erhitzt, wobei je nach Material und Größe des Werkstücks unterschiedliche Haltezeiten verwendet werden. Anschließend wird es langsam abgekühlt. Der Zweck besteht darin, die innere Struktur des Metalls zu einem Gleichgewichtszustand oder annähernd diesem anzunähern, um eine gute Prozessleistung und -leistung zu erzielen, oder es zum weiteren Abschrecken für die Strukturvorbereitung zu bringen.
Beim Normalisieren wird das Werkstück nach dem Abkühlen an der Luft auf die entsprechende Temperatur erhitzt. Die Wirkung des Normalisierens ist ähnlich wie beim Glühen, nur dass eine feinere Struktur erreicht wird. Es wird oft verwendet, um die Schneidleistung des Materials zu verbessern, wird manchmal aber auch für einige der weniger anspruchsvollen Teile als abschließende Wärmebehandlung verwendet.
Beim Abschrecken wird das Werkstück erhitzt und isoliert und in Wasser, Öl oder anderen anorganischen Salzen, organischen wässrigen Lösungen und anderen Abschreckmedien schnell abgekühlt. Nach dem Abschrecken werden die Stahlteile hart, aber gleichzeitig spröde. Um die Sprödigkeit rechtzeitig zu beseitigen, ist in der Regel ein rechtzeitiges Anlassen erforderlich.
Um die Sprödigkeit von Stahlteilen zu verringern, werden diese bei einer geeigneten Temperatur (über Raumtemperatur und unter 650 °C) über einen längeren Zeitraum abgeschreckt und anschließend abgekühlt. Dieser Vorgang wird als Anlassen bezeichnet. Glühen, Normalisieren, Abschrecken und Anlassen bilden die vier Feuerstufen der Wärmebehandlung. Abschrecken und Anlassen sind eng miteinander verbunden und werden oft kombiniert, wobei eine davon unverzichtbar ist. Die vier Feuerstufen unterscheiden sich in Heiztemperatur und Abkühlart und führen zu unterschiedlichen Wärmebehandlungsverfahren. Um eine bestimmte Festigkeit und Zähigkeit zu erreichen, wird das Abschrecken und Anlassen bei hohen Temperaturen mit dem sogenannten Anlassen kombiniert. Nachdem bestimmte Legierungen abgeschreckt wurden, bis sich eine übersättigte feste Lösung gebildet hat, werden sie für längere Zeit bei Raumtemperatur oder einer etwas höheren geeigneten Temperatur gehalten, um Härte, Festigkeit und Magnetismus der Legierung zu verbessern. Dieser Wärmebehandlungsprozess wird als Alterung bezeichnet.
Durch die Druckverarbeitung werden Verformung und Wärmebehandlung effektiv und eng kombiniert durchgeführt, sodass das Werkstück mit der als Verformungswärmebehandlung bekannten Methode eine sehr gute Festigkeit und Zähigkeit erhält. Die als Vakuumwärmebehandlung bekannte Wärmebehandlung in einer Unterdruckatmosphäre oder im Vakuum kann nicht nur dafür sorgen, dass das Werkstück nicht oxidiert und nicht entkohlt, die Oberfläche des Werkstücks nach der Behandlung erhalten bleibt und die Leistung des Werkstücks verbessert wird, sondern auch durch das osmotische Mittel eine chemische Wärmebehandlung durchführen.
Bei der Oberflächenwärmebehandlung wird lediglich die Oberflächenschicht des Werkstücks erhitzt, um die mechanischen Eigenschaften der Oberflächenschicht im Rahmen der Metallwärmebehandlung zu verändern. Um nur die Oberflächenschicht des Werkstücks zu erwärmen, ohne übermäßige Wärmeübertragung in das Werkstück zu erzeugen, muss die verwendete Wärmequelle eine hohe Energiedichte aufweisen, d. h. pro Flächeneinheit des Werkstücks eine größere Wärmeenergie abgeben, damit die Oberflächenschicht des Werkstücks oder lokal innerhalb kurzer Zeit oder augenblicklich hohe Temperaturen erreichen kann. Die wichtigsten Methoden der Oberflächenwärmebehandlung sind Flammenlöschen und Induktionserwärmung. Als Wärmequellen werden üblicherweise Acetylen- oder Propan-Sauerstoff-Flammen, Induktionsstrom, Laser und Elektronenstrahlen verwendet.
Chemische Wärmebehandlung ist ein Wärmebehandlungsprozess von Metallen, bei dem die chemische Zusammensetzung, Anordnung und Eigenschaften der Oberflächenschicht eines Werkstücks verändert werden. Der Unterschied zwischen chemischer Wärmebehandlung und Oberflächenwärmebehandlung besteht darin, dass bei ersterer die chemische Zusammensetzung der Oberflächenschicht des Werkstücks verändert wird. Bei der chemischen Wärmebehandlung wird das Werkstück einem Medium (gasförmig, flüssig, fest) ausgesetzt, das Kohlenstoff, Salze oder andere Legierungselemente enthält. Dabei wird es über einen längeren Zeitraum erhitzt und isoliert, sodass Kohlenstoff, Stickstoff, Bor, Chrom und andere Elemente in die Oberflächenschicht des Werkstücks eindringen. Nach der Infiltration der Elemente folgen manchmal weitere Wärmebehandlungsprozesse wie Abschrecken und Anlassen. Die wichtigsten Methoden der chemischen Wärmebehandlung sind Aufkohlen, Nitrieren und Metallpenetration.
Die Wärmebehandlung ist ein wichtiger Prozess bei der Herstellung mechanischer Teile und Formen. Im Allgemeinen kann sie verschiedene Eigenschaften des Werkstücks, wie Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, sicherstellen und verbessern. Sie kann auch die Organisation des Rohlings und den Spannungszustand verbessern, um verschiedene Kalt- und Warmverarbeitungen zu ermöglichen.
Beispielsweise kann aus weißem Gusseisen durch eine lange Glühbehandlung Temperguss mit verbesserter Plastizität hergestellt werden. Die Lebensdauer von Zahnrädern kann mit der richtigen Wärmebehandlung um ein Vielfaches oder Dutzende Male höher sein als die von nicht wärmebehandelten Zahnrädern. Darüber hinaus weist kostengünstiger Kohlenstoffstahl durch die Einbringung bestimmter Legierungselemente die Leistung mancher teurer legierter Stähle auf und kann so manche hitzebeständige Stähle und rostfreien Stahl ersetzen. Gussformen und Matrizen müssen fast alle einer Wärmebehandlung unterzogen werden und können erst nach der Wärmebehandlung verwendet werden.
Ergänzende Mittel
I. Arten des Glühens
Glühen ist ein Wärmebehandlungsprozess, bei dem das Werkstück auf eine geeignete Temperatur erhitzt, für einen bestimmten Zeitraum gehalten und dann langsam abgekühlt wird.
Es gibt viele Arten von Stahlglühverfahren, die je nach Heiztemperatur in zwei Kategorien unterteilt werden können: Eine ist das Glühen bei der kritischen Temperatur (Ac1 oder Ac3) über dem Glühen, auch bekannt als Phasenwechsel-Rekristallisationsglühen, einschließlich vollständigem Glühen, unvollständigem Glühen, Kugelglühen und Diffusionsglühen (Homogenisierungsglühen) usw.; die andere ist das Glühen unter der kritischen Temperatur des Glühens, einschließlich Rekristallisationsglühen und Entspannungsglühen usw. Je nach Abkühlungsmethode kann das Glühen in isothermes Glühen und kontinuierliches Kühlungsglühen unterteilt werden.
1, vollständiges Glühen und isothermes Glühen
Beim vollständigen Glühen, auch Rekristallisationsglühen genannt, wird Stahl oder Stahlblech auf eine Temperatur von über 20 bis 30 °C erhitzt und anschließend so lange isoliert, bis die Form nach dem langsamen Abkühlen vollständig austenitisiert ist, um eine nahezu ausgeglichene Wärmebehandlung zu erreichen. Dieses Glühen wird hauptsächlich für die untereutektische Zusammensetzung verschiedener Gussteile, Schmiedeteile und warmgewalzter Profile aus Kohlenstoff- und legiertem Stahl und manchmal auch für Schweißkonstruktionen verwendet. Es wird häufig als abschließende Wärmebehandlung für leichte Werkstücke oder als Vorwärmebehandlung für bestimmte Werkstücke verwendet.
2, Kugelglühen
Das Kugelglühen wird hauptsächlich bei übereutektischem Kohlenstoffstahl und legiertem Werkzeugstahl (z. B. bei der Herstellung von Schneidwerkzeugen, Lehren, Formen und Matrizen) eingesetzt. Sein Hauptzweck besteht darin, die Härte zu reduzieren, die Bearbeitbarkeit zu verbessern und das Werkstück auf das spätere Abschrecken vorzubereiten.
3, Spannungsarmglühen
Spannungsarmglühen, auch Niedertemperaturglühen (oder Hochtemperaturtempern) genannt, wird hauptsächlich zum Entfernen von Eigenspannungen in Gussteilen, Schmiedeteilen, Schweißteilen, warmgewalzten Teilen, kaltgezogenen Teilen und anderen Teilen verwendet. Werden diese Spannungen nicht beseitigt, kommt es nach einer gewissen Zeit oder beim anschließenden Schneidprozess zu Verformungen oder Rissen im Stahl.
4. Unvollständiges Glühen bedeutet, den Stahl zwischen Wärmeerhaltung und langsamer Abkühlung auf Ac1 ~ Ac3 (untereutektischer Stahl) oder Ac1 ~ ACcm (übereutektischer Stahl) zu erhitzen, um eine nahezu ausgewogene Organisation des Wärmebehandlungsprozesses zu erreichen.
II.Beim Abschrecken werden als Kühlmedium am häufigsten Salzlauge, Wasser und Öl verwendet.
Durch das Abschrecken des Werkstücks in Salzwasser lassen sich leicht hohe Härten und glatte Oberflächen erzielen. Es entstehen beim Abschrecken keine harten, weichen Stellen, es kann jedoch leicht zu starken Verformungen und sogar Rissen am Werkstück kommen. Die Verwendung von Öl als Abschreckmedium ist nur zum Abschrecken einiger legierter Stähle oder kleiner Werkstücke aus Kohlenstoffstahl geeignet, da die Stabilität des unterkühlten Austenits relativ groß ist.
III.der Zweck des Stahltemperns
1. Reduzieren Sie die Sprödigkeit, beseitigen oder reduzieren Sie innere Spannungen. Beim Abschrecken von Stahl treten große innere Spannungen und Sprödigkeit auf. Wenn der Stahl beispielsweise nicht rechtzeitig angelassen wird, verformt er sich häufig oder es kommt sogar zu Rissen.
2. Um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften des Werkstücks zu erhalten, weist das Werkstück nach dem Abschrecken eine hohe Härte und Sprödigkeit auf. Um den Anforderungen an die unterschiedlichen Eigenschaften verschiedener Werkstücke gerecht zu werden, kann die Härte durch entsprechendes Anlassen angepasst werden, um die Sprödigkeit auf die erforderliche Zähigkeit und Plastizität zu reduzieren.
3. Stabilisieren Sie die Größe des Werkstücks
4. Bestimmte legierte Stähle lassen sich durch Glühen nur schwer erweichen. Daher wird nach dem Abschrecken (oder Normalisieren) häufig ein Hochtemperaturtempern durchgeführt, um die entsprechende Karbidaggregation im Stahl zu bewirken und so die Härte zu verringern und so das Schneiden und Verarbeiten zu erleichtern.
Ergänzende Konzepte
1. Glühen: Bezieht sich auf das Erhitzen von Metallmaterialien auf die entsprechende Temperatur, das Halten dieser Temperatur für einen bestimmten Zeitraum und das anschließende langsame Abkühlen im Wärmebehandlungsprozess. Gängige Glühverfahren sind: Rekristallisationsglühen, Spannungsarmglühen, Kugelglühen, Vollglühen usw. Der Zweck des Glühens besteht hauptsächlich darin, die Härte von Metallmaterialien zu verringern, die Plastizität zu verbessern, das Schneiden oder die Druckbearbeitung zu erleichtern, Eigenspannungen abzubauen, die Struktur und Zusammensetzung der Homogenisierung zu verbessern oder die Struktur für die spätere Wärmebehandlung vorzubereiten.
2. Normalisieren: Bezieht sich auf das Erhitzen von Stahl oder Stahl auf oder über den kritischen Temperaturpunkt (Stahl) und das Halten bei 30 bis 50 °C. Anschließend wird der Stahl im Wärmebehandlungsprozess an der Luft abgekühlt. Der Zweck des Normalisierens besteht hauptsächlich darin, die mechanischen Eigenschaften von kohlenstoffarmem Stahl zu verbessern, die Schneid- und Bearbeitbarkeit zu verbessern, die Kornverfeinerung zu verbessern und Strukturfehler zu beseitigen. Anschließend wird die Struktur durch die Wärmebehandlung vorbereitet.
3. Abschrecken: Bezeichnet das Erhitzen von Stahl auf Ac3 oder Ac1 (Stahl unterhalb des kritischen Temperaturpunkts) über eine bestimmte Temperatur, das Halten für eine bestimmte Zeit und anschließendes Abkühlen mit der entsprechenden Geschwindigkeit, um durch die Wärmebehandlung eine Martensit- (oder Bainit-)Struktur zu erhalten. Gängige Abschreckverfahren sind Ein-Stoff-Abschrecken, Zwei-Stoff-Abschrecken, Martensit-Abschrecken, isothermisches Bainit-Abschrecken, Oberflächenabschrecken und lokales Abschrecken. Der Zweck des Abschreckens: Stahlteile erhalten die gewünschte Martensitstruktur, verbessern Härte, Festigkeit und Abriebfestigkeit des Werkstücks und bereiten die nachfolgende Wärmebehandlung optimal auf die Struktur vor.
4. Anlassen: Bezieht sich auf das Härten des Stahls, das anschließende Erhitzen auf eine Temperatur unter Ac1, die Haltezeit und das anschließende Abkühlen auf Raumtemperatur im Wärmebehandlungsprozess. Gängige Anlassverfahren sind: Niedertemperaturanlassen, Mitteltemperaturanlassen, Hochtemperaturanlassen und Mehrfachanlassen.
Zweck des Anlassens: Hauptsächlich die Beseitigung der durch das Abschrecken im Stahl erzeugten Spannungen, damit der Stahl eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit sowie die erforderliche Plastizität und Zähigkeit aufweist.
5. Anlassen: Bezieht sich auf den Stahl oder Stahl zum Abschrecken und Hochtemperaturanlassen im Verbundwärmebehandlungsprozess. Wird bei der Anlassbehandlung von Stahl verwendet, der als angelassener Stahl bezeichnet wird. Es bezieht sich im Allgemeinen auf Baustahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und Baustahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt.
6. Aufkohlen: Aufkohlen ist der Prozess, bei dem Kohlenstoffatome in die Oberflächenschicht von Stahl eindringen. Dadurch erhält das Werkstück aus kohlenstoffarmem Stahl eine Oberflächenschicht aus kohlenstoffreichem Stahl. Nach dem Abschrecken und Anlassen bei niedrigen Temperaturen erhält die Oberflächenschicht des Werkstücks eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit, während der mittlere Teil des Werkstücks die Zähigkeit und Plastizität von kohlenstoffarmem Stahl behält.
Vakuummethode
Da das Erhitzen und Abkühlen von Metallwerkstücken mehrere Arbeitsschritte erfordert, sind diese im Vakuum-Wärmebehandlungsofen für den Bediener unzugänglich. Daher ist ein hoher Automatisierungsgrad des Vakuum-Wärmebehandlungsofens erforderlich. Gleichzeitig müssen einige Arbeitsschritte, wie das Erhitzen und Halten am Ende des Abschreckvorgangs, sechs bis sieben Schritte umfassen und innerhalb von 15 Sekunden abgeschlossen sein. Solche vielen Arbeitsschritte können den Bediener schnell verunsichern und Fehlbedienungen verursachen. Daher ist nur ein hoher Automatisierungsgrad eine präzise und zeitgerechte Koordination gemäß dem Programm möglich.
Die Vakuumwärmebehandlung von Metallteilen erfolgt in geschlossenen Vakuumöfen, deren strikte Vakuumabdichtung bekannt ist. Daher ist es für die Qualität der Vakuumwärmebehandlung der Teile von entscheidender Bedeutung, die ursprüngliche Luftleckrate des Ofens zu erreichen und einzuhalten und das Arbeitsvakuum des Vakuumofens sicherzustellen. Ein Schlüsselaspekt bei Vakuumwärmebehandlungsöfen ist daher eine zuverlässige Vakuumabdichtungsstruktur. Um die Vakuumleistung des Vakuumofens sicherzustellen, muss die Konstruktion des Vakuumwärmebehandlungsofens einem Grundprinzip folgen: Der Ofenkörper muss gasdicht verschweißt sein, möglichst wenige oder keine Öffnungen im Ofenkörper aufweisen und es werden möglichst wenige oder keine dynamischen Dichtungsstrukturen verwendet, um die Möglichkeit von Vakuumlecks zu minimieren. Im Vakuumofenkörper installierte Komponenten und Zubehör wie wassergekühlte Elektroden und Thermoelement-Exportvorrichtungen müssen ebenfalls so konstruiert sein, dass die Struktur abgedichtet ist.
Die meisten Heiz- und Isoliermaterialien können nur unter Vakuum verwendet werden. Die Heiz- und Wärmedämmauskleidung von Vakuum-Wärmebehandlungsöfen wird im Vakuum und bei hohen Temperaturen betrieben, daher weisen diese Materialien hohe Anforderungen an Temperaturbeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit auf. Die Anforderungen an die Oxidationsbeständigkeit sind nicht hoch. Daher werden in Vakuum-Wärmebehandlungsöfen häufig Tantal, Wolfram, Molybdän und Graphit als Heiz- und Wärmedämmmaterialien verwendet. Diese Materialien oxidieren in der Atmosphäre sehr leicht und sind daher für herkömmliche Wärmebehandlungsöfen nicht geeignet.
Wassergekühlte Anlage: Der Ofenmantel, der Ofendeckel, die elektrischen Heizelemente, die wassergekühlten Elektroden, die Vakuum-Wärmedämmtür und weitere Komponenten des Vakuum-Wärmebehandlungsofens befinden sich im Vakuum und werden thermisch bearbeitet. Bei diesen extrem ungünstigen Bedingungen muss sichergestellt werden, dass die Struktur der einzelnen Komponenten nicht verformt oder beschädigt wird und die Vakuumdichtung nicht überhitzt oder durchbrennt. Daher sollte jede Komponente entsprechend den jeweiligen Umständen mit einer Wasserkühlung ausgestattet werden, um einen normalen Betrieb und eine ausreichende Lebensdauer des Vakuum-Wärmebehandlungsofens zu gewährleisten.
Bei Verwendung eines Niederspannungs-Hochstrom-Vakuumbehälters tritt bei einem Vakuumgrad im Bereich von einigen 100–1 Torr und einer höheren Spannung im Vakuumbehälter des stromführenden Leiters eine Glimmentladung auf. In einem Vakuumofen können starke Lichtbogenentladungen das elektrische Heizelement und die Isolierschicht verbrennen und schwere Unfälle und Verluste verursachen. Deshalb liegt die Betriebsspannung des elektrischen Heizelements in einem Vakuumofen im Allgemeinen nicht über 80 bis 100 Volt. Gleichzeitig müssen bei der Konstruktion des elektrischen Heizelements wirksame Maßnahmen ergriffen werden, z. B. sollte versucht werden, die Spitzen der Teile zu vermeiden, und der Elektrodenabstand darf nicht zu klein sein, um die Entstehung von Glimmentladungen oder Lichtbogenentladungen zu verhindern.
Temperieren
Entsprechend den unterschiedlichen Leistungsanforderungen des Werkstücks und seinen unterschiedlichen Anlasstemperaturen kann zwischen folgenden Anlassarten unterschieden werden:
(a) Niedrigtemperaturtempern (150-250 Grad)
Durch das Anlassen bei niedrigen Temperaturen wird der angelassene Martensit geformt. Ziel ist es, die hohe Härte und Verschleißfestigkeit des gehärteten Stahls zu erhalten und gleichzeitig die innere Spannung und Sprödigkeit beim Abschrecken zu reduzieren, um Absplitterungen oder vorzeitige Beschädigungen während des Gebrauchs zu vermeiden. Es wird hauptsächlich für verschiedene kohlenstoffreiche Schneidwerkzeuge, Messgeräte, kaltgezogene Matrizen, Wälzlager und aufgekohlte Teile usw. verwendet. Nach dem Anlassen beträgt die Härte in der Regel HRC 58–64.
(ii) Anlassen bei mittlerer Temperatur (250-500 Grad)
Mitteltemperatur-Anlassorganisation für gehärtete Quarzkörper. Ziel ist es, eine hohe Streckgrenze, Elastizitätsgrenze und hohe Zähigkeit zu erreichen. Daher wird es hauptsächlich für verschiedene Federn und die Warmformverarbeitung verwendet. Die Anlasshärte liegt im Allgemeinen bei HRC 35–50.
(C) Hochtemperaturtemperierung (500-650 Grad)
Hochtemperaturtempern ist die Methode zum Tempern von Sohnit. Die übliche Kombination aus Abschrecken und Hochtemperaturtempern, auch Temperieren genannt, dient der Erzielung von Festigkeit, Härte, Plastizität und Zähigkeit sowie der Verbesserung der mechanischen Gesamteigenschaften. Daher wird es häufig in Automobilen, Traktoren, Werkzeugmaschinen und anderen wichtigen Bauteilen wie Pleuelstangen, Bolzen, Zahnrädern und Wellen eingesetzt. Die Härte nach dem Tempern liegt in der Regel bei HB 200–330.
Verformungsschutz
Die Ursachen für die Verformung komplexer Präzisionsformen sind oft komplex. Wir müssen jedoch nur die Verformungsgesetze kennen, ihre Ursachen analysieren und verschiedene Methoden anwenden, um die Verformung zu verhindern und zu reduzieren. Generell können wir die Verformung komplexer Präzisionsformen durch Wärmebehandlung mit den folgenden Methoden verhindern.
(1) Angemessene Materialauswahl. Für komplexe Präzisionsformen sollte ein gut verformbarer Formstahl (z. B. luftgehärteter Stahl) verwendet werden. Die Karbidabscheidung bei schwerem Formstahl sollte einer angemessenen Schmiede- und Anlasswärmebehandlung unterzogen werden. Größerer, nicht schmiedebarer Formstahl kann einer Mischkristall-Doppelverfeinerung unterzogen werden.
(2) Die Formstruktur muss vernünftig gestaltet sein, die Dicke darf nicht zu unterschiedlich sein und die Form muss symmetrisch sein. Bei der Verformung größerer Formen muss das Verformungsgesetz beachtet werden. Es muss eine Bearbeitungstoleranz eingehalten werden. Bei großen, präzisen und komplexen Formen können Kombinationen von Strukturen verwendet werden.
(3) Präzisions- und komplexe Formen sollten vorab einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um die beim Bearbeitungsprozess entstehenden Restspannungen zu beseitigen.
(4) Wählen Sie eine sinnvolle Heiztemperatur und kontrollieren Sie die Heizgeschwindigkeit. Bei komplexen Präzisionsformen können Sie langsames Erhitzen, Vorwärmen und andere ausgewogene Heizmethoden anwenden, um die Verformung der Form durch die Wärmebehandlung zu verringern.
(5) Um die Härte der Form sicherzustellen, sollten Sie versuchen, eine Vorkühlung, ein abgestuftes Abschrecken mit Kühlung oder ein Abschreckverfahren bei niedriger Temperatur anzuwenden.
(6) Versuchen Sie bei Präzisions- und komplexen Formen, sofern die Bedingungen es erlauben, eine Vakuumerhitzungsabschreckung und eine Tiefkühlungsbehandlung nach dem Abschrecken durchzuführen.
(7) Bei einigen Präzisions- und komplexen Formen können Vorwärmebehandlungen, Alterungswärmebehandlungen, Anlassen und Nitrieren verwendet werden, um die Genauigkeit der Form zu kontrollieren.
(8) Bei der Reparatur von Löchern, Porosität, Verschleiß und anderen Defekten im Formsand müssen Kaltschweißgeräte und andere thermische Reparaturgeräte verwendet werden, um Verformungen während des Reparaturvorgangs zu vermeiden.
Darüber hinaus sind eine korrekte Durchführung der Wärmebehandlung (wie etwa das Verschließen von Löchern, das Verbinden von Löchern, mechanische Fixierung, geeignete Heizmethoden, die richtige Wahl der Kühlrichtung der Form und der Bewegungsrichtung des Kühlmediums usw.) und ein angemessener Temperierwärmebehandlungsprozess ebenfalls wirksame Maßnahmen zur Reduzierung der Verformung von Präzisions- und komplexen Formen.
Die Oberflächenvergütung erfolgt üblicherweise durch Induktionserwärmung oder Flammenerwärmung. Die wichtigsten technischen Parameter sind Oberflächenhärte, lokale Härte und effektive Härteschichttiefe. Zur Härteprüfung kann ein Vickers-Härteprüfgerät, ein Rockwell- oder ein Oberflächen-Rockwell-Härteprüfgerät verwendet werden. Die Wahl der Prüfkraft (Skala) richtet sich nach der Tiefe der effektiv gehärteten Schicht und der Oberflächenhärte des Werkstücks. Drei Arten von Härteprüfgeräten kommen hier zum Einsatz.
Erstens ist der Vickers-Härteprüfer ein wichtiges Mittel zur Prüfung der Oberflächenhärte wärmebehandelter Werkstücke. Er kann eine Prüfkraft von 0,5 bis 100 kg einstellen und prüft Oberflächenhärteschichten von nur 0,05 mm Dicke. Seine Genauigkeit ist äußerst hoch und er kann selbst kleine Unterschiede in der Oberflächenhärte wärmebehandelter Werkstücke erkennen. Darüber hinaus muss der Vickers-Härteprüfer auch die Tiefe der effektiv gehärteten Schicht erfassen. Daher ist für die Oberflächenwärmebehandlung oder die Verwendung von oberflächengehärteten Werkstücken in großen Stückzahlen ein Vickers-Härteprüfer erforderlich.
Zweitens eignet sich der Oberflächenhärteprüfer nach Rockwell auch sehr gut zum Prüfen der Härte von oberflächengehärteten Werkstücken. Der Oberflächenhärteprüfer nach Rockwell bietet drei Skalen zur Auswahl. Er kann die effektive Einhärtetiefe von mehr als 0,1 mm an verschiedenen oberflächengehärteten Werkstücken prüfen. Obwohl die Präzision des Oberflächenhärteprüfers nach Rockwell nicht so hoch ist wie die des Vickers-Härteprüfers, kann er als Mittel zur Qualitätssicherung und qualifizierten Inspektion in Wärmebehandlungsanlagen die Anforderungen erfüllen. Darüber hinaus ist er einfach zu bedienen, leicht zu verwenden, günstig und ermöglicht schnelle Messungen. Härtewerte und andere Eigenschaften lassen sich direkt ablesen. Mit dem Oberflächenhärteprüfer nach Rockwell können Chargen von oberflächengehärteten Werkstücken schnell und zerstörungsfrei Stück für Stück geprüft werden. Dies ist wichtig für Metallverarbeitungs- und Maschinenbaubetriebe.
Drittens: Wenn die durch Wärmebehandlung gehärtete Oberflächenschicht dicker ist, kann auch ein Rockwell-Härteprüfer verwendet werden. Wenn die Dicke der wärmebehandelten gehärteten Schicht 0,4 bis 0,8 mm beträgt, kann die HRA-Skala verwendet werden, wenn die Dicke der gehärteten Schicht 0,8 mm übersteigt, kann die HRC-Skala verwendet werden.
Die drei Härtewerte Vickers, Rockwell und Oberflächen-Rockwell lassen sich problemlos ineinander umrechnen und in Normen, Zeichnungen oder vom Benutzer benötigte Härtewerte umwandeln. Die entsprechenden Umrechnungstabellen finden sich in der internationalen Norm ISO, der amerikanischen Norm ASTM und der chinesischen Norm GB/T.
Lokale Verhärtung
Bei Teilen mit höheren lokalen Härteanforderungen stehen Induktionserwärmung und andere Methoden zur lokalen Abschreckwärmebehandlung zur Verfügung. Die Stelle der lokalen Abschreckwärmebehandlung und der lokale Härtewert müssen in der Zeichnung üblicherweise gekennzeichnet werden. Die Härteprüfung der Teile sollte im dafür vorgesehenen Bereich durchgeführt werden. Als Härteprüfgeräte eignen sich Rockwell-Härteprüfer zur Prüfung der HRC-Härte, z. B. bei oberflächlicher Wärmebehandlung der Härtungsschicht. Oberflächen-Rockwell-Härteprüfer zur Prüfung der HRN-Härte eignen sich ebenfalls.
Chemische Wärmebehandlung
Bei der chemischen Wärmebehandlung wird die Oberfläche des Werkstücks mit einem oder mehreren chemischen Elementen oder Atomen durchdrungen, um die chemische Zusammensetzung, Anordnung und Eigenschaften der Werkstückoberfläche zu verändern. Nach dem Abschrecken und Anlassen bei niedrigen Temperaturen weist die Oberfläche des Werkstücks eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Kontaktermüdungsfestigkeit auf, während der Kern des Werkstücks eine hohe Zähigkeit aufweist.
Demnach ist die Erfassung und Aufzeichnung der Temperatur im Wärmebehandlungsprozess sehr wichtig, da eine schlechte Temperaturkontrolle erhebliche Auswirkungen auf das Produkt hat. Daher ist die Temperaturerfassung und der Temperaturverlauf im gesamten Prozess von großer Bedeutung. Die Aufzeichnung der Temperaturänderungen während der Wärmebehandlung erleichtert die zukünftige Datenanalyse und zeigt auch, wann die Temperatur nicht den Anforderungen entspricht. Dies wird zukünftig eine große Rolle bei der Verbesserung der Wärmebehandlung spielen.
Betriebsverfahren
1. Reinigen Sie den Einsatzort, prüfen Sie, ob die Stromversorgung, die Messgeräte und die verschiedenen Schalter normal sind und ob die Wasserquelle reibungslos läuft.
2. Die Bediener sollten eine gute Arbeitsschutzausrüstung tragen, da es sonst gefährlich wird.
3. Öffnen Sie den Universal-Umschalter für die Steuerleistung. Passen Sie den Temperaturanstieg und -abfall entsprechend den technischen Anforderungen des Geräts an, um die Lebensdauer des Geräts zu verlängern und die Geräte intakt zu halten.
4. Achten Sie auf die Temperaturregelung des Wärmebehandlungsofens und die Geschwindigkeit des Maschenbandes, um die für verschiedene Materialien erforderlichen Temperaturstandards einzuhalten und die Härte des Werkstücks sowie die Geradheit und Oxidationsschicht der Oberfläche sicherzustellen und wirklich gute Arbeit in Bezug auf die Sicherheit zu leisten.
5. Achten Sie auf die Temperatur des Anlassofens und die Geschwindigkeit des Maschenbandes. Öffnen Sie die Abluft, damit das Werkstück nach dem Anlassen die Qualitätsanforderungen erfüllt.
6. Bei der Arbeit sollte der Pfosten eingehalten werden.
7. Konfigurieren Sie die erforderlichen Feuerlöschgeräte und machen Sie sich mit deren Verwendung und Wartungsmethoden vertraut.
8. Wenn wir die Maschine anhalten, sollten wir überprüfen, ob alle Steuerschalter ausgeschaltet sind, und dann den Universal-Umschalter schließen.
Überhitzung
An der rauen Öffnung der Rollenlagerteile lässt sich nach dem Abschrecken eine Überhitzung der Mikrostruktur erkennen. Um den genauen Grad der Überhitzung zu bestimmen, muss jedoch die Mikrostruktur beobachtet werden. Wenn beim Abschrecken von GCr15-Stahl grobe Nadelmartensitstruktur auftritt, handelt es sich um eine Überhitzung beim Abschrecken. Gründe für die Bildung von Überhitzung durch das Abschrecken können eine zu hohe Heiztemperatur oder zu lange Heiz- und Haltezeiten sein. Möglicherweise liegt es auch an der ursprünglichen Struktur des Bandkarbids, dass sich im kohlenstoffarmen Bereich zwischen den beiden Bändern lokal dicke Martensitnadeln bilden, was zu lokaler Überhitzung führt. Der Restaustenit in der überhitzten Struktur nimmt zu und die Dimensionsstabilität nimmt ab. Durch die Überhitzung beim Abschrecken werden die Stahlkristalle grob, was zu einer Verringerung der Zähigkeit der Teile und der Schlagzähigkeit führt und auch die Lebensdauer des Lagers verkürzt. Starke Überhitzung kann sogar zu Abschreckrissen führen.
Unterhitzung
Eine niedrige Abschrecktemperatur oder eine unzureichende Kühlung führt zu einer über die Standard-Torrhenit-Organisation hinausgehenden Mikrostruktur, die als Unterhitzungsorganisation bezeichnet wird. Dadurch sinkt die Härte, die Verschleißfestigkeit wird stark reduziert und die Lebensdauer der Rollenlagerteile beeinträchtigt.
Abschrecken von Rissen
Beim Abschrecken und Abkühlen bilden sich in Wälzlagerteilen aufgrund innerer Spannungen Risse, sogenannte Abschreckrisse. Ursachen für solche Risse können sein: Zu hohe Heiztemperaturen beim Abschrecken oder zu schnelles Abkühlen, thermische Spannungen und Veränderungen der Metallmasse und des Metallvolumens bei der Spannungsorganisation, die die Bruchfestigkeit des Stahls übersteigt; beim Abschrecken entstehende Spannungskonzentrationen an den ursprünglichen Bearbeitungsoberflächen (wie Oberflächenrissen oder Kratzern) oder an inneren Defekten des Stahls (wie Schlacke, schwerwiegende nichtmetallische Einschlüsse, weiße Flecken, Schrumpfrückstände usw.); starke Oberflächenentkohlung und Karbidabsonderung; nach dem Anlassen abgeschreckte Teile wurden unzureichend oder zu früh angelassen; die durch den vorherigen Prozess verursachte Kaltstanzspannung ist zu groß, Schmiedefalten, tiefe Drehschnitte, scharfe Kanten in den Ölnuten usw. Kurz gesagt, die Ursache für Abschreckrisse können einer oder mehrere der oben genannten Faktoren sein. Das Vorhandensein von inneren Spannungen ist der Hauptgrund für die Entstehung von Abschreckrissen. Abschreckrisse sind tief und schmal, weisen einen geraden Bruch auf und weisen keine oxidierte Farbe auf der Bruchfläche auf. Häufig handelt es sich um einen längs verlaufenden, flachen Riss oder einen ringförmigen Riss am Lagerbund; die Form der Lagerstahlkugel ist S-förmig, T-förmig oder ringförmig. Charakteristisch für Abschreckrisse ist, dass auf beiden Seiten des Risses keine Entkohlung auftritt und sie sich deutlich von Schmiederissen und Materialrissen unterscheiden.
Verformung durch Wärmebehandlung
Bei der Wärmebehandlung von NACHI-Lagerteilen treten thermische und organisatorische Spannungen auf. Diese inneren Spannungen können sich gegenseitig überlagern oder teilweise ausgleichen. Sie sind komplex und variabel, da sie sich mit der Heiztemperatur, der Heizrate, dem Abkühlmodus, der Abkühlrate sowie der Form und Größe der Teile ändern können. Daher sind Verformungen durch die Wärmebehandlung unvermeidlich. Durch das Erkennen und Beherrschen dieser Regel kann die Verformung von Lagerteilen (z. B. die Ovalität des Kragens, die Größenanpassung usw.) in einem kontrollierbaren Bereich gehalten werden, was die Produktion fördert. Natürlich führen mechanische Stöße während der Wärmebehandlung auch zu Verformungen der Teile. Diese Verformungen können jedoch genutzt werden, um den Betrieb zu verbessern, zu reduzieren und zu vermeiden.
Oberflächenentkohlung
Bei der Wärmebehandlung von Wälzlagerteilen in einem oxidierenden Medium oxidiert die Oberfläche, wodurch der Kohlenstoffanteil an der Oberfläche reduziert wird und die Oberfläche entkohlt. Übersteigt die Tiefe der Oberflächenentkohlungsschicht die bei der Endbearbeitung erhaltene Restmenge, führt dies zur Ausschussware. Die Bestimmung der Tiefe der Oberflächenentkohlungsschicht erfolgt mittels metallografischer Untersuchung mit verfügbaren metallografischen Methoden und Mikrohärteverfahren. Die Mikrohärteverteilungskurve der Oberflächenschicht basiert auf der Messmethode und kann als Beurteilungskriterium verwendet werden.
Schwachstelle
Aufgrund unzureichender Erwärmung, schlechter Kühlung und Abschreckung aufgrund unzureichender Oberflächenhärte der Wälzlagerteile kommt es zu einem Phänomen, das als Abschreckweichpunkt bezeichnet wird. Dies kann zu einer starken Abnahme der Oberflächenverschleißfestigkeit und Dauerfestigkeit führen, wenn die Oberfläche entkohlt wird.
Veröffentlichungszeit: 05.12.2023