EUWas ist Wärmebehandlung und wie funktioniert sie?
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Wie funktioniert die Wärmebehandlung von Metallen?
Die Wärmebehandlung von Metallen (Wärmebehandlung) ist eine Reihe von Vorgängen zum Erhitzen, Halten und Abkühlen von Metallen und Metalllegierungen.
Wärmebehandlungen werden durchgeführt, um das Gefüge und damit die mechanischen Eigenschaften von Metallen und Legierungen in eine bestimmte Richtung zu verändern. Durch die Wärmebehandlung wird die Struktur der wärmebehandelten Materialien gezielt verändert, nämlich die Phasenzusammensetzung und Umverteilung der Komponenten, die Größe und Form der kristallinen Körner, die Art der Defekte, deren Anzahl und Verteilung, was letztendlich recht einfach ist Erzielen Sie die erforderlichen Materialeigenschaften.
Rolle externer Faktoren während der Wärmebehandlung
Es ist zu beachten, dass eine Veränderung der Struktur und dementsprechend dieser Eigenschaften nicht nur unter dem Einfluss der Wärmebehandlung möglich ist, sondern auch unter dem Einfluss anderer äußerer Faktoren, beispielsweise bei chemischen, mechanischen, Strahlungs-, elektromechanischen und anderen Arten von Wärmebehandlungsprozessen.
Es ist wichtig zu bedenken, dass die gewünschten Eigenschaften von Metallen und Legierungen nicht nur von ihrer Struktur, sondern auch von ihrer chemischen Zusammensetzung abhängen, die bei metallurgischen und Gießereiprozessen entsteht.
Welchen Einfluss wird die chemische Zusammensetzung während der Wärmebehandlung haben?
Während der Wärmebehandlung bleibt die chemische Zusammensetzung unverändert, nur manchmal ändert sich bei falsch gewählter Zusammensetzung des Schutzmediums und der Temperatur-Zeit-Parameter der Wärmebehandlung die chemische Zusammensetzung auf der Oberfläche von Werkstücken und Produkten durch die Wärmebehandlung Prozesse der Entkohlung, Aufkohlung oder Oxidation. In diesem Artikel wird der Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf die Veränderung verschiedener Eigenschaften von Metallen und Legierungen nicht berücksichtigt.
Die Aufgaben der Wärmebehandlung sind die Beseitigung innerer Spannungen in wärmebehandelten Metallen und Legierungen, die Verbesserung der Bearbeitbarkeit durch Schneiden oder Druck, die Erhöhung der mechanischen Eigenschaften und Betriebseigenschaften usw.
Die Wärmebehandlung erfolgt bei Rohlingen, Halbzeugen und Fertigprodukten. Die Produktpalette ist äußerst breit – von Verbindungselementen bis hin zu den größten Guss- und Schmiedeteilen statischer und dynamischer petrochemischer Ausrüstung.
Schritte des Wärmebehandlungsprozesses
Die Wärmebehandlung erfolgt bei Stählen, Gusseisen und Legierungen auf Basis von Nichteisenmetallen. So wird beispielsweise in der Chemietechnik der Hauptanteil eines ordnungsgemäßen Wärmebehandlungsprozesses, wenn Stähle aus Kohlenstoffstählen St3, Stahl 20 usw. bestehen (> 50 %), der Anteil niedriglegierter Stähle wie 09G2S sein , 16GS, 12KhM beträgt ~ 20 % und korrosionsbeständige Stähle – 26–28 %. Unter den Gusseisen werden am häufigsten duktile und duktile Gusseisen verwendet. Die gebräuchlichsten Nichteisenlegierungen sind solche auf Basis von Nickel, Titan, Aluminium und Kupfer.
Es muss verstanden werden, dass es für ein und dasselbe Material, also Material mit derselben chemischen Zusammensetzung, aufgrund der Anwendung verschiedener Wärmebehandlungsarten möglich ist, mehrere unterschiedliche Strukturen mit völlig unterschiedlichen Eigenschaften zu erhalten.
Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften mithilfe der Wärmebehandlung ermöglicht eine breitere Verwendung von Legierungen einfacherer Zusammensetzung. Durch Wärmebehandlung kann die zulässige Spannungsarmglühung erhöht, das Gewicht wärmebehandelter Teile und die mechanischen Eigenschaften verringert sowie deren Zuverlässigkeit und Haltbarkeit erhöht werden.
Die Wärmebehandlung von Metallen und Legierungen wird üblicherweise in folgenden Fällen durchgeführt:
Polymorphe Transformationen in Metall;
begrenzte und variable (mit der Temperatur zunehmende) Festkörperlöslichkeit einer Komponente in einer anderen;
Veränderung der Struktur unter dem Einfluss kalter plastischer Verformung.
Die moderne Klassifizierung der Wärmebehandlungsarten basiert auf dem Konzept der Phasen- und Strukturänderungen in der Legierung.
Die Wärmebehandlung wird in thermische, thermomechanische und chemothermische unterteilt.
Tatsächlich umfasst die Wärmebehandlung folgende Hauptarten: Glühen 1. Art, Glühen 2. Art, Aushärten, Anlassen. Die Normalisierung fällt etwas aus der allgemeinen Klassifizierung heraus, weil. weist Besonderheiten auf, wenn es auf Stähle unterschiedlicher Legierungsgrade angewendet wird.
Welche Materialien können wärmebehandelt werden?
Die vorgestellten Arten der Wärmebehandlung von Metallen sind für verschiedene Arten von Legierungen und Nichteisenmetallen nicht geeignet. Beispielsweise wird beim Arbeiten mit Kupfer ein Rekristallisationsglühen durchgeführt. Bronze-Wärmebehandlung bis 550 Grad. Sie bearbeiten Messing bei 200 Grad. Aluminium wird zunächst gehärtet, dann geglüht und gealtert.
Die Wärmebehandlung von Metall gilt als notwendiger Wärmebehandlungsprozess bei der Herstellung und Weiterverwendung von Strukturen und Teilen für Industrieanlagen, Maschinen, Flugzeuge, Schiffe und andere Ausrüstungen. Das Material wird fester, haltbarer und widerstandsfähiger gegen Korrosionsprozesse. Die Wahl des Wärmebehandlungsverfahrens hängt vom verwendeten Metall bzw. der verwendeten Legierung ab.
Die Arten der Wärmebehandlung
Das Härten von Stahl wird häufig im Maschinenbau sowie bei der Herstellung wärmebehandelter Teile für verschiedene Zwecke aus Stahlknüppeln eingesetzt. Wird normalerweise beim Härten verwendet, da es dazu beiträgt, die inneren Spannungen des Materials zu reduzieren. Dadurch wird das Rohmaterial viel fester und die Sprödigkeit, die bei erhöhten Temperaturen auftreten kann, wird beseitigt.
Ein weiterer Zweck der Anwendung ist die Erhöhung der Schlagzähigkeit. Das Material wird weniger steif, was bedeutet, dass es bei einigen starken äußeren mechanischen Eigenschaften nur schwer beschädigt werden kann.
Die Temperiertechnik wird in drei Typen unterteilt:
1. Kurz. Mit dieser Technologie wird ein martensitisches Metallgefüge erzeugt. Das Hauptziel besteht darin, die Viskosität des Rohstoffs deutlich zu erhöhen und gleichzeitig seine Härte beizubehalten.
Die maximale Wärmebehandlungstemperatur beträgt bis zu 250 °C. Normalerweise beträgt sie nicht mehr als 150 °C. Bei einer solchen Wärmebehandlung muss der Stahl etwa anderthalb Stunden lang aufbewahrt werden. Die Kühlung erfolgt im Inneren von Öl oder Luft, was auch zur Härtung des Werkstücks oder Endprodukts beiträgt.
Am häufigsten wird bei der Herstellung eines Messwerkzeugs oder verschiedener Arten von Schneidprodukten eine niedrige Temperierung verwendet.
2. Durchschnittlich. Der Unterschied liegt in der Erhöhung der Maximaltemperatur auf 500 °C. Normalerweise werden Teile bei einer Wärmebehandlung bis zu 340 °C verarbeitet. Es kommt Luftkühlung zum Einsatz.
Die Hauptaufgabe des Mittelanlassens besteht darin, Martensit in Troostit umzuwandeln. Dies führt zu einer Erhöhung der Viskosität vor dem Hintergrund einer Abnahme der Härte. Die Technologie ist nützlich, wenn wärmebehandelte Teile hergestellt werden sollen, die unter hohen Belastungen arbeiten.
3. Hoch. Eines der erfolgreichsten Mittel, um hohe innere Spannungen abzubauen. Das Produkt wird auf hohe Temperaturen erhitzt, wodurch Viskosität und Plastizität ohne Festigkeitsverlust erzeugt und erhöht werden. Obwohl die Wärmebehandlungstechnik für kritische Teile schwierig anzuwenden ist, ist sie optimal. Heizbereich – 450–650 °C.
Temperm
Die Methode dient dazu, die innere Struktur des Materials zu stabilisieren und seine Homogenität zu erhöhen. Es hilft auch, den Stresspegel erheblich zu reduzieren. Der technologische Wärmebehandlungsprozess umfasst das Erhitzen auf hohe Temperaturen, das Halten und das lange, langsame Abkühlen. In der Industrie gibt es mehrere Hauptansätze:
- Es wird auch Diffusionsglühen genannt. Hierbei handelt es sich um einen Prozess der Wärmebehandlung von Stahl im Temperaturbereich von 1000 bis 1150 °C. In diesem Zustand wird das Rohmaterial 8 Stunden lang aufbewahrt. Bei einigen Stahlsorten wird die Zeit auf 15 erhöht. Die Abkühltemperatur wird kontrolliert. Erst wenn das Werkstück 800°C erreicht hat, kann es aus dem Ofen gezogen werden. Darüber hinaus sinkt die Temperatur in der Luft auf natürliche Weise.
- Dies ist die geringe Glühzeit, die nach der Verformung erforderlich ist. Die Hauptaufgabe besteht darin, das Material durch eine Veränderung der Kornform in der inneren Struktur deutlich fester zu machen. Der Temperaturbereich beträgt 100-200 °C. Im Vergleich zur Homogenisierung verkürzt sich die Einwirkzeit erheblich – bis zu zwei Stunden. Im Ofen findet eine langsame Abkühlung statt.
- Isometrischer Einfluss. Nur für legierte Stähle geeignet. Im erzeugten Zustand zerfällt Austenit allmählich. Die Temperatur hängt vom natürlichen Maximum für eine bestimmte Metallsorte ab. Der Grenzwert muss um 20-30°C überschritten werden. Die Kühlung erfolgt in zwei Stufen – schnell und langsam.
- Innerlich und stressabbauend. Die Technik eignet sich, nachdem das Teil bearbeitet, geschweißt oder durch Gießen bearbeitet wurde. Die maximale Wärmebehandlungstemperatur beträgt 727 °C. Dieser Wärmebehandlungsprozess hat mit 20 Stunden die längste Haltezeit aller Glühprozesse. Das Werkstück kühlt sehr langsam ab.
- Wenn Sie eine feinkörnige Materialstruktur mit einem überwiegenden Anteil an Perlit und Ferrit erreichen möchten. Die Wärmebehandlungstechniken eignen sich für unterschiedliche Arten von Rohlingen – von gestanzt und gegossen bis hin zu geschmiedet. Die Wärmebehandlung erfolgt hier wie beim isometrischen Glühen – die Wärmebehandlung erfolgt bis zum Schmelzpunkt und noch einmal 30-50°C darüber. Die Kühlung erfolgt auf bis zu 500°C. Das Geheimnis eines Qualitätsbetriebs liegt in der Kontrolle der Kühlraten. Die Angabe erfolgt auf Basis von 60 Minuten. Bei Kohlenstoffstahl sollte die Abkühlung weniger als 150 °C und bei legiertem Stahl 50 °C betragen.
- Die Hauptaufgabe der unvollständigen Glühung ist die Überführung von Perlit in ein Ferrit-Zementit-Gefüge. Die Technologie eignet sich für Teile, die durch Lichtbogenschweißen hergestellt wurden. In diesem Fall beträgt die Temperatur 700 °C und die Haltezeit 20 Stunden. Nach langsamer Abkühlung kann das Werkstück verwendet werden – seine Festigkeit und sein Schutz vor Beschädigungen erhöhen sich deutlich.
Wie verringert das Härten die Druckfestigkeit und Duktilität?
Das Abschrecken und Anlassen von Stahl gehört zu den gebräuchlichsten Wärmebehandlungsarten.
Diese Belichtungsmöglichkeit wird benötigt, um wichtige Materialkennzahlen zu steigern – von der Härte über maximale Elastizität bis hin zum Verschleißschutz und der Oberflächenhärte. Mit Hilfe der Härtung ist es möglich, die Druckfestigkeit und Duktilität zu reduzieren.
Dieses Format des Wärmebehandlungsverfahrens ist eines der ältesten. Es basiert auf der schnellen Abkühlung des Metalls durch Wärmebehandlung auf hohe Temperaturen. Die Wärmebehandlungsgrenze ist je nach Legierungstyp unterschiedlich. Es ist zu berücksichtigen, bei welcher Temperatur sich das innere Kristallgitter zu verändern beginnt.
Je nach Stahlsorte ändern sich mehrere grundlegende Parameter:
- Kühlmedium. Am einfachsten ist es, ins Wasser zu tauchen. Zusätzliche nützliche mechanische Eigenschaften ermöglichen den Einsatz technischer Öle, inerter Gase und fester Lösungen mit hohem Salzgehalt.
- Kühlrate. Sie variiert je nach anfänglichem Aufwärmgrad. Auch die Temperatur des Wassers, der Sole oder des Gases kann variieren.
- Wärmebehandlung. Wird abhängig von den Grenzen ausgewählt, die zur Änderung der internen Struktur erforderlich sind. Bei vielen Rohstoffarten liegt dieser Wert bei etwa 900 °C.
Warum eignet sich die Normalisierung sowohl für legierte als auch für kohlenstoffarme Stähle?
Der Normalisierungsprozess ist notwendig, um die Struktur zu verändern und eine feine Körnung im Metall zu erzeugen. Diese Option eignet sich sowohl für legierte als auch für kohlenstoffarme Stähle.
Der Hauptvorteil der Technologie ermöglicht es, die Oberflächenhärte auf bis zu 300 HB zu erhöhen. Sie können warmgewalzte Rohlinge verwenden und die Festigkeit, Bruchsicherheit und Zähigkeit erhöhen. Dies vereinfacht den Nachbearbeitungsprozess.
Als Kühlmedium kommt Luftkühlung zum Einsatz. Maximale Wärmebehandlungstemperaturen – nicht mehr als 50 °C über dem für das Material festgelegten Grenzwert.
Was ist kryogene Wärmebehandlung?
Die Grundlagen der Wärmebehandlung von kryogenem Stahl sind die deutliche Abkühlung zuvor gehärteter Rohlinge. Der Hauptzweck der Verwendung besteht darin, martensitische Umwandlungstemperaturen zu stoppen.
Wie bei den anderen aufgeführten Mitteln muss das Werkstück schrittweise einer Wärmebehandlung auf Standardtemperatur unterzogen werden.
Was ist eine chemisch-therapeutische Behandlung?
Bei der Verarbeitung verändert sich die äußere Schicht des Materials. Dadurch können Sie die Härte erhöhen, Rohstoffe vor Korrosion schützen und die Verschleißfestigkeit weiter erhöhen.
Im Wärmebehandlungsprozess können folgende Methoden eingesetzt werden:
- Auch Aufkohlung genannt. Die Oberfläche ist mit Kohlenstoff gesättigt. Zunächst wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, Bereiche, die nicht behandelt werden sollen, werden mit Schutzmassen beschichtet. Das Verfahren wird im Bereich von 900–950 °C durchgeführt.
- Im Gegensatz zum Aufkohlen wird Stickstoff anstelle von Kohlenstoff verwendet. Hierzu wird eine Wärmebehandlungsumgebung mit Ammoniak geschaffen. Der Temperaturbereich liegt zwischen 500 und 520 °C.
- Sowohl Kohlenstoff als auch Stickstoff werden je nach Temperatur in unterschiedlichen Anteilen eingesetzt. Der Prozess ist sowohl in gasförmigen als auch in flüssigen Medien möglich.
- Verchromt. Eine der Arten der Metallisierung. Benannt ist es nach dem Hauptstoff, mit dem das Material gesättigt ist (Chrom). Verbessert die Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und das Aussehen des Teils.
Die Technologie wird basierend auf den Merkmalen und Eigenschaften eines bestimmten Legierungstyps ausgewählt.
Die Vorteile der WärmebehandlungWärmebehandlung?
Die Wärmebehandlung von Metallrohlingen ist ein zwingender Prozess bei der Herstellung von Strukturen für den Langzeitgebrauch. Diese Technologie hat eine Reihe von Vorteilen:
Erhöhte Verschleißfestigkeit von Metall.
Fertigteile halten länger, die Anzahl defekter Rohlinge wird reduziert.
Verbessert die Korrosionsbeständigkeit durch Wärmebehandlung.
Metallkonstruktionen halten nach der Wärmebehandlung hohen Belastungen stand, ihre Lebensdauer erhöht sich.
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