EUCos'è il trattamento termico e come funziona?
Come funziona il trattamento termico dei metalli?
Il trattamento termico dei metalli (trattamento termico) è un insieme di operazioni di riscaldamento, mantenimento e raffreddamento di metalli e leghe metalliche.
I trattamenti termici vengono eseguiti per modificare la struttura e, di conseguenza, le proprietà meccaniche dei metalli e delle leghe in una determinata direzione. Il trattamento termico viene utilizzato per modificare intenzionalmente la struttura dei materiali trattati termicamente, vale a dire la composizione di fase e la ridistribuzione dei componenti, la dimensione e la forma dei grani cristallini, il tipo di difetti, il loro numero e distribuzione, il che alla fine rende abbastanza facile la ottenere le proprietà richieste dei materiali.
Ruolo dei fattori esterni durante il trattamento termico
Va notato che un cambiamento nella struttura e, di conseguenza, tali proprietà sono possibili non solo sotto l'influenza del trattamento termico, ma anche sotto l'influenza di altri fattori esterni, ad esempio durante processi chimici, meccanici, radioattivi, elettromeccanici e altri tipi di processi di trattamento termico.
È importante ricordare che le proprietà desiderate dei metalli e delle leghe dipendono non solo dalla loro struttura, ma anche dalla loro composizione chimica, che si forma durante i processi metallurgici e di fonderia.
Quale sarà l'influenza della composizione chimica durante il trattamento termico?
Durante il trattamento termico, la composizione chimica rimane invariata, solo a volte, con una composizione scelta in modo errato del mezzo protettivo e parametri temperatura-tempo del trattamento termico, la composizione chimica sulla superficie dei pezzi e dei prodotti cambia a seguito del trattamento termico processi di decarburazione, carburazione o ossidazione. In questo articolo non viene considerata l'influenza della composizione chimica sul cambiamento delle varie proprietà dei metalli e delle leghe.
I compiti del trattamento termico sono l'eliminazione delle tensioni interne nei metalli e nelle leghe trattati termicamente, il miglioramento della lavorabilità mediante taglio o pressione, l'aumento delle proprietà meccaniche e delle proprietà operative, ecc.
Il trattamento termico viene applicato a grezzi, semilavorati e prodotti finiti. La gamma di prodotti è estremamente ampia: dagli elementi di fissaggio alle più grandi fusioni e forgiature di apparecchiature petrolchimiche statiche e dinamiche.
Fasi del processo di trattamento termico
Il trattamento termico viene applicato ad acciai, ghise e leghe a base di metalli non ferrosi. Quindi, ad esempio, nell'ingegneria chimica, la quota principale di un corretto processo di trattamento termico sarà quando l'acciaio è costituito da acciai al carbonio St3, acciaio 20, ecc. (> 50%), la quota di acciai basso legati come 09G2S , 16GS, 12KhM è ~ 20% e gli acciai resistenti alla corrosione – 26-28%. Tra la ghisa, vengono spesso utilizzate le ghise duttili e duttili. Le leghe non ferrose più comuni sono quelle a base di nichel, titanio, alluminio e rame.
Occorre comprendere che per lo stesso materiale, cioè materiale con la stessa composizione chimica, a causa dell'implementazione di diverse modalità di trattamento termico, è possibile ottenere più strutture diverse con proprietà completamente diverse.
Il miglioramento delle proprietà meccaniche con l'aiuto del trattamento termico consente di utilizzare più ampiamente leghe di composizioni più semplici. Il trattamento termico può aumentare la distensione consentita, ridurre il peso delle parti trattate termicamente e le proprietà meccaniche, aumentarne l'affidabilità e la durata.
Il trattamento termico di metalli e leghe viene solitamente effettuato nei casi in cui:
Trasformazioni polimorfiche nei metalli;
solubilità allo stato solido limitata e variabile (aumentante con la temperatura) di un componente nell'altro;
cambiamento nella struttura sotto l'influenza della deformazione plastica a freddo.
La moderna classificazione dei tipi di trattamento termico si basa sul concetto di cambiamenti di fase e strutturali nella lega.
I trattamenti termici si suddividono in termici, termomeccanici e chemiotermici.
Attualmente il trattamento termico comprende le seguenti tipologie principali: ricottura di 1° tipo, ricottura di 2° tipo, Age Hardening, rinvenimento. La normalizzazione esce in qualche modo dalla classificazione generale, perché. ha caratteristiche se applicato ad acciai di vario grado di lega.
Quali materiali possono essere trattati termicamente?
I tipi presentati di trattamento termico dei metalli non sono adatti a vari tipi di leghe e metalli non ferrosi. Ad esempio, quando si lavora con il rame, viene eseguita la ricottura di ricristallizzazione. Trattamento termico al bronzo fino a 550 gradi. Lavorano con l'ottone a 200 gradi. L'alluminio viene inizialmente indurito, poi ricotto e invecchiato.
Il trattamento termico del metallo è considerato un processo di trattamento termico necessario nella produzione e nell'ulteriore utilizzo di strutture e parti per apparecchiature industriali, macchine, aeromobili, navi e altre attrezzature. Il materiale diventa più forte, più durevole e più resistente ai processi di corrosione. La scelta del processo di trattamento termico dipende dal metallo o dalla lega utilizzata.
Le tipologie di Trattamento Termico
La tempera dell'acciaio viene spesso utilizzata nell'ingegneria meccanica, nonché nella produzione di parti trattate termicamente per vari scopi da billette di acciaio. Solitamente utilizzato con tempra perché aiuta a ridurre le tensioni interne del materiale. Ciò rende la materia prima molto più resistente, rimuove la fragilità che può apparire se esposta a temperature elevate.
Un altro scopo dell'applicazione è aumentare la resistenza agli urti. Il materiale diventa meno rigido, il che significa che sarà difficile danneggiarlo con alcune forti proprietà meccaniche esterne.
La tecnologia di tempera si divide in tre tipologie:
1. Breve. La tecnologia viene utilizzata per creare una struttura metallica martensitica. L'obiettivo principale è aumentare significativamente la viscosità della materia prima mantenendone la durezza.
La temperatura massima del trattamento termico è fino a 250 °C. Di solito non supera i 150 °C. Con tale trattamento termico, l'acciaio dovrà essere conservato per circa un'ora e mezza. Il raffreddamento viene effettuato all'interno di olio o aria, il che contribuisce anche a indurire il pezzo o il prodotto finito.
Molto spesso, la bassa tempra viene utilizzata durante la creazione di uno strumento di misurazione o di vari tipi di prodotti da taglio.
2. Nella media. La differenza sta nell'aumento della temperatura massima fino a 500 °C. Solitamente le parti vengono lavorate con trattamento termico fino a 340 °C. Viene utilizzato il raffreddamento ad aria.
Il compito principale della tempera media è trasformare la martensite in troostite. Ciò fornisce un aumento della viscosità sullo sfondo di una diminuzione della durezza. La tecnologia è utile se si prevede di produrre parti trattate termicamente che funzionano sotto carichi pesanti.
3. Alto. Uno dei mezzi di maggior successo per ridurre alti livelli di tensione interna. Il prodotto viene riscaldato ad alte temperature, il che aiuta a creare e aumentare la viscosità e la plasticità senza perdita di resistenza. Sebbene le tecniche di trattamento termico siano difficili da utilizzare per le parti critiche, sono ottimali. Intervallo di riscaldamento – 450-650°С.
ricottura
Il metodo viene utilizzato per stabilizzare la struttura interna del materiale e aumentarne l'omogeneità. Aiuta anche a ridurre notevolmente i livelli di stress. Il processo tecnologico di trattamento termico prevede il riscaldamento ad alte temperature, il mantenimento e un raffreddamento lungo e lento. Esistono diversi approcci principali utilizzati nell’industria:
- Si chiama anche ricottura per diffusione. Si tratta di un processo di trattamento termico dell'acciaio nell'intervallo di temperature compreso tra 1000 e 1150 °C. In questo stato la materia prima viene conservata per 8 ore. Per alcuni tipi di acciaio, il tempo viene aumentato a 15. La temperatura di raffreddamento è controllata. Il pezzo può essere estratto dal forno solo quando ha raggiunto gli 800°C. Inoltre, la temperatura diminuisce naturalmente nell'aria.
- Questa è la bassa ricottura richiesta dopo la deformazione. Il compito principale è rendere il materiale molto più resistente modificando la forma delle venature nella struttura interna. L'intervallo di temperatura è 100-200 °C. Rispetto all'omogeneizzazione, il tempo di esposizione è notevolmente ridotto – fino a due ore. Il raffreddamento lento avviene all'interno del forno.
- Impatto isometrico. Adatto solo per acciai legati. Nello stato creato, l'austenite si disintegra gradualmente. La temperatura dipende dal massimo naturale per un particolare tipo di metallo. Il limite deve essere superato di 20-30°C. Il raffreddamento dipende da due fasi: veloce e lenta.
- Interno e antistress. La tecnica è adatta dopo che la parte è stata lavorata, saldata o lavorata mediante fusione. La temperatura massima del trattamento termico è 727°C. Questo processo di trattamento termico ha il tempo di mantenimento più lungo di qualsiasi processo di ricottura pari a 20 ore. Il pezzo si raffredderà molto lentamente.
- Se è necessario ottenere una struttura del materiale a grana fine con predominanza di perlite e ferrite. Le tecniche di trattamento termico sono adatte a diversi tipi di grezzi: da stampati e fusi a forgiati. Il trattamento termico qui è lo stesso della ricottura isometrica: il trattamento termico viene eseguito fino al punto di fusione e altri 30-50°C sopra di esso. Il raffreddamento viene effettuato fino a 500°C. Il segreto di un funzionamento di qualità è controllare la velocità di raffreddamento. Viene indicato sulla base di 60 minuti. Per l'acciaio al carbonio, il raffreddamento deve essere inferiore a 150°C e per l'acciaio legato – 50°C.
- Il compito principale dell'esecuzione della ricottura incompleta è il trasferimento della perlite in una struttura di ferrite-cementite. La tecnologia è adatta per parti create mediante saldatura ad arco elettrico. In questo caso la temperatura è di 700°C e il tempo di mantenimento è di 20 ore. Dopo un raffreddamento lento, il pezzo può essere utilizzato: la sua resistenza e protezione contro i danni aumenteranno in modo significativo.
In che modo l'indurimento riduce la resistenza alla compressione e la duttilità?
La tempra e il rinvenimento dell'acciaio sono tra le modalità di trattamento termico più comuni.
Questa opzione di esposizione è necessaria per aumentare importanti indicatori del materiale: dalla durezza e massima elasticità alla protezione dall'usura e alla durezza superficiale. Con l'aiuto dell'indurimento è possibile ridurre la resistenza alla compressione e la duttilità.
Questo formato di processo di trattamento termico è uno dei più antichi. Si basa sul raffreddamento rapido del trattamento termico del metallo ad alte temperature. Il limite del trattamento termico varia a seconda del tipo di lega. È necessario tenere conto della temperatura a cui inizia a cambiare il reticolo cristallino interno.
A seconda del tipo di acciaio cambiano diversi parametri fondamentali:
- Mezzo di raffreddamento. Il modo più semplice è immergerlo nell'acqua. Ulteriori proprietà meccaniche utili consentono di ottenere l'uso di oli tecnici, gas di tipo inerte e soluzioni solide ad alto contenuto salino.
- velocità di raffreddamento. Varia a seconda del grado iniziale di riscaldamento. Anche la temperatura dell'acqua, della salamoia o del gas può variare.
- trattamento termico. Selezionato in base ai limiti necessari per modificare la struttura interna. Per molti tipi di materie prime questa cifra è di circa 900°C.
Perché la normalizzazione è adatta sia per gli acciai legati che per quelli a basso tenore di carbonio?
Il processo di normalizzazione è necessario per modificare la struttura e creare una grana fine all'interno del metallo. Questa opzione è adatta sia per acciai legati che a basso tenore di carbonio.
Il vantaggio principale della tecnologia consente di portare la durezza superficiale fino a 300 HB. Potrai utilizzare grezzi laminati a caldo, oltre ad aumentare la resistenza, la protezione dalla frattura e la tenacità. Ciò semplifica il processo di post-elaborazione.
Come mezzo di raffreddamento viene utilizzato il raffreddamento ad aria. Temperature massime di trattamento termico – non più di 50°C in eccesso rispetto al limite stabilito per il materiale.
Cos'è il trattamento termico criogenico?
La base del trattamento termico dell'acciaio criogenico è il notevole raffreddamento dei pezzi grezzi precedentemente temprati. Lo scopo principale di utilizzo è quello di arrestare le temperature di trasformazione martensitica.
Come nel caso degli altri mezzi elencati, il pezzo dovrà essere gradualmente trattato termicamente fino alla temperatura standard.
Cos'è il trattamento chimico-termale?
Durante la lavorazione lo strato esterno del materiale viene trasformato. Ciò consente di aumentare la durezza, proteggere le materie prime dalla corrosione e aumentare ulteriormente la resistenza all'usura.
Nel processo di trattamento termico possono essere utilizzati i seguenti metodi:
- Chiamata anche carburazione. La superficie è satura di carbonio. Innanzitutto viene effettuato il trattamento termico, le aree che non si prevede di trattare vengono rivestite con composti protettivi. La procedura viene eseguita nell'intervallo 900-950°C.
- A differenza della cementazione, al posto del carbonio viene utilizzato l'azoto. Per fare questo viene creato un trattamento termico per l'ambiente con ammoniaca. L'intervallo di temperatura è 500-520°C.
- Sia il carbonio che l'azoto vengono utilizzati in proporzioni diverse a seconda della temperatura. Il processo è possibile sia in mezzi gassosi che liquidi.
- Cromatura. Uno dei tipi di metallizzazione. Prende il nome dalla sostanza principale di cui è saturo il materiale (cromo). Migliora la robustezza, la resistenza alla corrosione, l'aspetto della parte.
La tecnologia viene selezionata in base alle caratteristiche e alle caratteristiche di un particolare tipo di lega.
I vantaggi del trattamento termico Trattamento Termico?
Il trattamento termico dei pezzi grezzi di metallo è un processo obbligatorio quando si tratta della produzione di strutture per un uso a lungo termine. Questa tecnologia presenta numerosi vantaggi:
Maggiore resistenza all'usura del metallo.
I pezzi finiti durano più a lungo, il numero di pezzi grezzi difettosi si riduce.
Migliora la resistenza al processo di trattamento termico della corrosione.
Le strutture metalliche dopo il trattamento termico resistono a carichi pesanti, la loro durata aumenta.
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