Bei der Wärmebehandlung handelt es sich um einen Prozess zur künstlichen Veränderung der inneren Struktur und Struktur eines Metalls oder einer Legierung durch eine bestimmte thermische Einwirkung (manchmal kombiniert mit mechanischen, chemischen oder anderen Einwirkungen), um die erforderlichen Eigenschaften zu erhalten. Die Hauptfunktionen und Zwecke der Wärmebehandlung im Produktionsprozess von Metallmaterialien und -produkten sind folgende:
1. Verbessern Sie die Prozessleistung und sorgen Sie für einen reibungslosen Ablauf.
2. Verbessern Sie die Nutzungsleistung und nutzen Sie das Potenzial der Materialien voll aus.
1、 Essenz der Metallwärmebehandlung
Im Produktionsprozess verschiedener Metallmaterialien und -produkte ist die Wärmebehandlung neben einer angemessenen Materialauswahl und verschiedenen Umformverfahren eines der unverzichtbaren wichtigen Bindeglieder, damit Metallwerkstücke die erforderlichen mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften aufweisen. Um die erforderlichen Eigenschaften von Metallwerkstoffen zu erhalten, spielt die Wärmebehandlungstechnologie eine wichtige Rolle und wird in der modernen Technologie häufig eingesetzt. Im Vergleich zu anderen Verarbeitungstechnologien verändert die Wärmebehandlung im Allgemeinen nicht die Form des Werkstücks und die gesamte chemische Zusammensetzung, sondern verleiht oder verbessert die Verwendbarkeit des Werkstücks, indem sie die innere Mikrostruktur des Werkstücks oder die chemische Zusammensetzung der Werkstückoberfläche verändert. Seine Funktion besteht darin, die innere Qualität des Werkstücks zu verbessern, die im Allgemeinen mit bloßem Auge nicht sichtbar ist.
Die entsprechende Wärmebehandlung kann während des gesamten Produktionsprozesses von Metall durchgeführt werden, um die Leistung von Metallmaterialien zu verbessern. Metallgussteile müssen normalerweise bei niedriger Temperatur geglüht werden, um innere Spannungen zu beseitigen, oder sie müssen vollständig geglüht oder normalisiert werden, und einige müssen nach dem Abschrecken (Alterung) auch angelassen werden. Die Wärmebehandlung von Metallbarren und die Wärmebehandlung von Fertigprodukten im Prozess der Druckverarbeitung ist einer der Hauptprozesse bei der Herstellung von Halbzeugen und Maschinenteilen in metallurgischen Betrieben und Maschinenfabriken. Als Zwischenprozess kann die Wärmebehandlung einige Verarbeitungseigenschaften verbessern (z. B. Schmieden, Schneiden usw.); Als abschließender Arbeitsgang können Metalle und Legierungen mit den erforderlichen mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften ausgestattet werden, um sicherzustellen, dass die Produkte den festgelegten Qualitätsanforderungen entsprechen. Auch die Wärmebehandlung ist wirksamer als maschinelle Bearbeitung oder andere Behandlungen, um die Tiefe und Vielfalt der Strukturveränderungen von Metallwerkstoffen zu beeinflussen. Beispielsweise benötigen verschiedene Stähle häufig eine Normalisierungsbehandlung, um eine feine und gleichmäßige Struktur und bessere mechanische Eigenschaften zu erhalten. Der vergütete Stahl muss bei hoher Temperatur vergütet werden, um insgesamt gute mechanische Eigenschaften sicherzustellen. Darüber hinaus ist die Wärmebehandlung ein wichtiger Bestandteil des Verarbeitungsablaufs von Halbzeugen und Produkten aus Nichteisenmetallen und deren Legierungen. Aluminiumlegierungen benötigen im Allgemeinen eine Alterungsverfestigung, um ihre Festigkeit zu verbessern und die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erfüllen.
2、 Prozess der Metallwärmebehandlung
Der Wärmebehandlungsprozess umfasst im Allgemeinen drei Prozesse des Erhitzens, der Wärmespeicherung und des Abkühlens, manchmal nur zwei Prozesse des Erhitzens und Abkühlens. Diese Prozesse sind miteinander verbunden und ununterbrochen. Das Erhitzen ist einer der wichtigen Schritte der Wärmebehandlung. Es gibt viele Heizmethoden für die Wärmebehandlung von Metallen. Die erste besteht darin, Holzkohle und Kohle als Wärmequellen zu verwenden und dann flüssige und gasförmige Brennstoffe zu verwenden. Durch den Einsatz von Elektrizität ist das Heizen leicht kontrollierbar und frei von Umweltverschmutzung. Diese Wärmequellen können zum direkten Erhitzen oder zum indirekten Erhitzen durch geschmolzene Salze oder Metalle oder sogar schwebende Partikel verwendet werden.
Während der Metallerwärmung, wenn das Werkstück der Luft ausgesetzt wird, kommt es häufig zu Oxidation und Entkohlung (d. h. der Kohlenstoffgehalt auf der Oberfläche von Stahlteilen nimmt ab), was sich sehr negativ auf die Oberflächenleistung der Teile nach der Wärmebehandlung auswirkt. Daher sollte Metall in einer kontrollierten Atmosphäre oder einer Schutzatmosphäre, geschmolzenem Salz und Vakuum oder durch Beschichten oder Verpacken erhitzt werden.
Die Heiztemperatur ist einer der wichtigen Prozessparameter des Wärmebehandlungsprozesses, und die Auswahl und Steuerung der Heiztemperatur ist das Hauptproblem bei der Gewährleistung der Qualität der Wärmebehandlung. Die Erwärmungstemperatur variiert je nach dem zu behandelnden Metallmaterial und dem Zweck der Wärmebehandlung. Im Allgemeinen wird jedoch über die Phasenänderungstemperatur erhitzt, um die erforderliche Struktur zu erhalten. Zudem dauert die Transformation eine gewisse Zeit. Wenn die Oberfläche des Metallwerkstücks die erforderliche Erwärmungstemperatur erreicht, muss sie daher eine bestimmte Zeit lang auf dieser Temperatur gehalten werden, um die Innen- und Außentemperaturen konstant zu halten und die Mikrostruktur vollständig umzuwandeln. Diese Zeit wird Haltezeit genannt. Wenn eine Erwärmung mit hoher Energiedichte und eine Oberflächenwärmebehandlung verwendet werden, ist die Aufheizgeschwindigkeit extrem hoch, und im Allgemeinen gibt es keine Haltezeit oder die Haltezeit ist sehr kurz, aber im Allgemeinen wird über die Phasenwechseltemperatur erhitzt, um die erforderliche Struktur zu erhalten .
Auch die Kühlung ist ein unverzichtbarer Schritt im Wärmebehandlungsprozess. Die Kühlmethode variiert je nach Prozess und steuert hauptsächlich die Kühlrate. Im Allgemeinen wird es über die Phasenübergangstemperatur erhitzt, um die erforderliche Struktur zu erhalten. Aufgrund unterschiedlicher Stahlsorten ergeben sich jedoch unterschiedliche Anforderungen. Beispielsweise kann lufthärtender Stahl mit der gleichen Abkühlgeschwindigkeit wie normalisierender Stahl gehärtet werden.
Der Metallwärmebehandlungsprozess kann im Allgemeinen in Gesamtwärmebehandlung, Oberflächenwärmebehandlung, lokale Wärmebehandlung und chemische Wärmebehandlung unterteilt werden. Je nach Unterschied zwischen Heizmedium, Heiztemperatur und Kühlmethode kann jede Kategorie in verschiedene Wärmebehandlungsprozesse unterteilt werden. Für das gleiche Metall kommen unterschiedliche Wärmebehandlungsverfahren zum Einsatz, die unterschiedliche Strukturen und damit unterschiedliche Eigenschaften aufweisen können. Stahl ist das in der Industrie am häufigsten verwendete Metall und die Mikrostruktur von Stahl ist auch die komplexeste, weshalb es viele Arten von Stahlwärmebehandlungsprozessen gibt.
Bei der Gesamtwärmebehandlung handelt es sich um einen Metallwärmebehandlungsprozess, bei dem das Werkstück als Ganzes erhitzt und dann mit einer angemessenen Geschwindigkeit abgekühlt wird, um seine gesamten mechanischen Eigenschaften zu ändern. Für die gesamte Wärmebehandlung von Stahl gibt es vier grundlegende Prozesse: Glühen, Normalisieren, Abschrecken und Anlassen.
Glühen → Erhitzen Sie das Werkstück auf eine geeignete Temperatur, nehmen Sie je nach Material und Werkstückgröße unterschiedliche Haltezeiten an und kühlen Sie es dann langsam ab (langsamste Abkühlgeschwindigkeit), damit die innere Struktur des Metalls den Gleichgewichtszustand erreicht oder sich diesem annähert. Erzielen Sie eine gute Prozess- und Serviceleistung oder bereiten Sie sich auf ein weiteres Abschrecken vor.
Normalisieren → Erhitzen des Werkstücks auf eine geeignete Temperatur und anschließendes Abkühlen an der Luft. Der Effekt des Normalisierens ähnelt dem des Glühens, mit der Ausnahme, dass die erhaltene Struktur feiner ist, was häufig zur Verbesserung der Schneidleistung von Materialien und manchmal auch als abschließende Wärmebehandlung für einige Teile mit geringen Anforderungen verwendet wird.
Abschrecken → Nachdem das Werkstück erhitzt und warm gehalten wurde, wird es in Wasser, Öl oder anderen anorganischen Salzen, organischen wässrigen Lösungen und anderen Abschreckmedien schnell abgekühlt. Nach dem Abschrecken wird der Stahl hart, aber gleichzeitig spröde. Um die Sprödigkeit von Stahlteilen zu verringern, müssen die abgeschreckten Stahlteile lange Zeit bei einer geeigneten Temperatur über der Raumtemperatur, aber unter 710 °C warm gehalten und dann abgekühlt werden. Dieser Vorgang wird Tempern genannt. Glühen, Normalisieren, Abschrecken und Anlassen sind die „vier Brände“ der gesamten Wärmebehandlung. Das Abschrecken und das Anlassen sind eng miteinander verbunden und werden oft zusammen verwendet.
Aufgrund der unterschiedlichen Heiztemperatur und des Kühlmodus haben die „vier Fackeln“ unterschiedliche Wärmebehandlungsprozesse entwickelt. Abschrecken und Anlassen sind eng miteinander verbunden und werden oft zusammen verwendet. Nachdem einige Legierungen abgeschreckt wurden, um eine übersättigte feste Lösung zu bilden, müssen sie längere Zeit bei Raumtemperatur oder einer etwas höheren geeigneten Temperatur gehalten werden, um die Härte, Festigkeit oder den elektrischen Magnetismus der Legierung zu verbessern. Diese Art von Wärmebehandlungsprozess wird als Glühähnlichkeit bezeichnet, aber die erhaltene Struktur ist dünner, was häufig zur Verbesserung der Schneidleistung von Materialien und manchmal auch als abschließende Wärmebehandlung für einige Teile mit geringen Anforderungen verwendet wird. Die Methode, die Verformung der Druckbearbeitung effektiv und eng mit der Wärmebehandlung zu kombinieren, um dem Werkstück eine gute Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit zu verleihen, wird als thermomechanische Behandlung bezeichnet. Die Wärmebehandlung, die in einer Unterdruckatmosphäre oder im Vakuum durchgeführt wird, wird Vakuumwärmebehandlung genannt. Es kann nicht nur die Oxidation und Entkohlung des Werkstücks verhindern, die Oberfläche des Werkstücks nach der Behandlung erhalten, die Leistung des Werkstücks verbessern, sondern auch eine chemische Wärmebehandlung durch Infiltrationsmittel durchführen.
Bei der Oberflächenwärmebehandlung handelt es sich um einen Metallwärmebehandlungsprozess, bei dem nur die Oberfläche des Werkstücks erhitzt wird, um dessen mechanische Eigenschaften zu verändern. Um nur die Oberfläche des Werkstücks zu erwärmen, ohne zu viel Wärme in das Innere des Werkstücks zu übertragen, muss die verwendete Wärmequelle eine hohe Energiedichte aufweisen, das heißt, pro Flächeneinheit wird eine große Menge Wärmeenergie an das Werkstück abgegeben , sodass die Oberfläche oder ein Teil des Werkstücks in kurzer Zeit oder augenblicklich eine hohe Temperatur erreichen kann. Zu den Hauptmethoden der Oberflächenwärmebehandlung gehören Laserwärmebehandlung, Flammenabschreckung und Induktionswärmebehandlung. Zu den üblichen Wärmequellen gehören Oxyacetylen- oder Oxypropanflammen, induzierter Strom, Laser und Elektronenstrahlen.
Bei der chemischen Wärmebehandlung handelt es sich um einen Prozess der Wärmebehandlung von Metallen, bei dem die chemische Zusammensetzung, Struktur und Eigenschaften der Oberflächenschicht des Werkstücks verändert werden. Der Unterschied zwischen chemischer Wärmebehandlung und Oberflächenwärmebehandlung besteht darin, dass letztere die chemische Zusammensetzung der Werkstückoberfläche verändert. Bei der chemischen Wärmebehandlung wird das Werkstück in einem Medium (Gas, Flüssigkeit, Feststoff), das Kohlenstoff, Stickstoff oder andere Legierungselemente enthält, über einen längeren Zeitraum erhitzt, so dass die Oberfläche des Werkstücks mit Kohlenstoff, Stickstoff, Bor, Chrom und anderen infiltriert wird Elemente. Nach der Infiltration der Elemente sind manchmal weitere Wärmebehandlungsprozesse wie Abschrecken und Anlassen erforderlich. Zu den wichtigsten Methoden der chemischen Wärmebehandlung gehören Aufkohlen, Nitrieren, Metallisieren und Verbundaufkohlen.
Die Wärmebehandlung ist einer der wichtigen Prozesse im Herstellungsprozess von mechanischen Teilen und Werkzeugen. Im Allgemeinen kann es verschiedene Eigenschaften des Werkstücks garantieren und verbessern, wie z. B. Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit usw. Es kann auch die Struktur und den Spannungszustand des Rohlings verbessern, um verschiedene Kalt- und Warmumformungen zu erleichtern.
Beispielsweise kann aus weißem Gusseisen nach einer Langzeitglühbehandlung zur Verbesserung der Plastizität Temperguss gewonnen werden; Das Zahnrad übernimmt den richtigen Wärmebehandlungsprozess und seine Lebensdauer kann verdoppelt oder um ein Zehnfaches verlängert werden als die des Zahnrads ohne Wärmebehandlung. Darüber hinaus weist billiger Kohlenstoffstahl einige wertvolle Eigenschaften von legiertem Stahl auf, indem er einige Legierungselemente infiltriert, die einige hitzebeständige Stähle und Edelstahl ersetzen können; Werkzeuge und Formen können erst verwendet werden, nachdem fast alle davon wärmebehandelt wurden.