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¿Qué es exactamente el tratamiento térmico de metales?

El tratamiento térmico de metales es uno de los procesos importantes en la fabricación mecánica. En comparación con otras tecnologías de procesamiento, el tratamiento térmico generalmente no cambia la forma y la composición química general de la pieza de trabajo, sino que cambia la microestructura interna de la pieza de trabajo o cambia la composición química en la superficie de la pieza de trabajo, dotando o mejorando el rendimiento de la pieza de trabajo Su característica es mejorar la calidad intrínseca de la pieza, que generalmente no es visible a simple vista. Como dicen algunas personas, el procesamiento mecánico es cirugía, el tratamiento térmico es medicina, lo que representa la competitividad central de la industria manufacturera de un país.

tratamiento térmico de carne

El proceso tecnológico

El proceso de tratamiento térmico generalmente incluye calentamiento, preservación del calor, tres procesos de enfriamiento, a veces solo dos procesos de calentamiento y enfriamiento. Estos procesos están interconectados y son ininterrumpidos.

calefacción

(calefacción)

Cuando el metal se calienta, la pieza de trabajo se expone al aire, lo que a menudo produce oxidación y descarburación (es decir, disminuye el contenido de carbono en la superficie de las piezas de acero), lo que tiene un efecto muy adverso en el rendimiento de la superficie de las piezas después tratamiento térmico. Como resultado, el metal normalmente debe calentarse en una atmósfera controlada o atmósfera protectora, sal fundida y vacío, y también puede protegerse mediante métodos de recubrimiento o envasado.

La temperatura de calentamiento es uno de los parámetros tecnológicos importantes en el proceso de tratamiento térmico. La selección y el control de la temperatura de calentamiento es el principal problema para garantizar la calidad del tratamiento térmico. La temperatura de calentamiento varía según el material metálico que se trata y el propósito del tratamiento térmico, pero generalmente se calienta por encima de la temperatura de transición de fase para obtener tejido de alta temperatura. Además, la transformación lleva cierto tiempo, por lo que cuando la superficie de la pieza de metal alcanza la temperatura de calentamiento requerida, debe mantenerse a esta temperatura durante cierto tiempo, de modo que las temperaturas interna y externa sean constante y la microestructura cambia completamente. Este período de tiempo se denomina tiempo de conservación del calor.

preservación del calor (2)

(preservación del calor)

Cuando se usa calentamiento de alta densidad de energía y tratamiento térmico superficial, la velocidad de calentamiento es muy rápida y, en general, no hay tiempo de conservación del calor, mientras que el tiempo de conservación del calor del tratamiento térmico químico suele ser más largo.

enfriamiento

(enfriamiento)

El enfriamiento es también un paso indispensable en el proceso de tratamiento térmico. El método de enfriamiento varía de un proceso a otro, controlando principalmente la velocidad de enfriamiento.

Clasificación de procesos

La tecnología de tratamiento térmico del metal se puede dividir en tres tipos: tratamiento térmico integral, tratamiento térmico superficial y tratamiento térmico químico. De acuerdo con el medio de calentamiento diferente, la temperatura de calentamiento y el método de enfriamiento, cada categoría se puede dividir en varios procesos de tratamiento térmico diferentes. La microestructura diferente se puede obtener mediante un proceso de tratamiento térmico diferente para el mismo metal, por lo que tiene propiedades diferentes. El hierro y el acero son los metales más utilizados en la industria, y la microestructura del hierro y el acero es la más compleja, por lo que existen muchos tipos de tecnología de tratamiento térmico para el hierro y el acero.

El tratamiento térmico integral es un proceso de tratamiento térmico del metal que calienta la pieza de trabajo como un todo y luego la enfría a una velocidad adecuada para obtener la estructura metalográfica requerida y cambiar sus propiedades mecánicas generales. El tratamiento térmico general del hierro y el acero tiene aproximadamente cuatro procesos básicos de recocido, normalización, enfriamiento rápido y revenido, a saber, los "cuatro fuegos" del tratamiento térmico.

Temple

Proceso de enfriamiento

El endurecimiento del acero es un proceso de tratamiento térmico en el que el acero se calienta a la temperatura crítica por encima de Ac3 (acero subeutectoide) o Ac1 (acero hipereutectoide), se mantiene durante un período de tiempo, todo o parte del acero se austeniza y luego el acero se enfría más rápido que la velocidad de enfriamiento crítica por debajo de Ms (o isotérmica cerca de Ms) para la transformación de martensita (o bainita).

Proceso: calentamiento, conservación del calor y enfriamiento.

La esencia del temple es la transformación de martensita o bainita por austenita sobreenfriada para obtener una estructura de martensita o bainita.

El propósito del enfriamiento: (1) mejorar en gran medida la rigidez, la dureza, la resistencia al desgaste, la resistencia a la fatiga y la tenacidad del acero, para cumplir con los diferentes requisitos de varias piezas y herramientas mecánicas; (2) mediante el enfriamiento para cumplir con el ferromagnetismo , resistencia a la corrosión y otras propiedades físicas y químicas especiales de algunos aceros especiales.

Aplicación: el proceso de enfriamiento es el más utilizado, como herramientas, herramientas de medición, moldes, cojinetes, resortes y automóviles, tractores, motores diésel, máquinas herramienta de corte, herramientas neumáticas, maquinaria de perforación, maquinaria y herramientas agrícolas, maquinaria petrolera, maquinaria química , maquinaria textil, aviones y otras partes se utilizan en el proceso de enfriamiento.

El medio de extinción

tratamiento térmico meatl 1

El medio utilizado para el enfriamiento rápido de la pieza de trabajo se llama medio de enfriamiento rápido (o medio de enfriamiento rápido). El medio de enfriamiento rápido ideal debe tener la condición de que la pieza de trabajo pueda enfriarse en martensita sin causar demasiada tensión de enfriamiento rápido.

Los medios de enfriamiento comúnmente utilizados son agua, solución acuosa, aceite mineral, sal fundida, álcali fundido, etc.

Agua baja

El agua es un medio de extinción con una fuerte capacidad de enfriamiento.

Ventajas: fuente amplia, precio bajo, la composición estable no es fácil de deteriorar.

Fallas: capacidad de enfriamiento inestable, fácil de hacer que la pieza de trabajo se deforme o se agriete. En el área de la "nariz" de la curva C (alrededor de 500 ~ 600 ℃), el agua se encuentra en la etapa de película de vapor y el enfriamiento no es lo suficientemente rápido, lo que formará un "punto blando". Sin embargo, en la martensita región de temperatura de transición (300 ~ 100 ℃), el agua está en la etapa de ebullición y el enfriamiento es demasiado rápido, lo que tiende a hacer que la velocidad de transición de la martensita sea demasiado rápida y genera una gran tensión interna, lo que lleva a la deformación e incluso al agrietamiento de la pieza de trabajo. Cuando la temperatura del agua aumenta, el agua contiene más gas o agua mezclada con impurezas insolubles (como aceite, jabón, lodo, etc.), lo que reducirá significativamente su capacidad de enfriamiento.

Aplicación: Adecuado para el enfriamiento rápido y enfriamiento de piezas de trabajo de acero al carbono con un tamaño de sección pequeño y una forma simple.

● Salmuera y lejía

Agregue una cantidad adecuada de sal y álcali al agua, haga que la pieza de trabajo de alta temperatura se sumerja en el medio de enfriamiento, en la fase de película de vapor precipitó la sal y el cristal alcalino e inmediatamente estalló, la película de vapor se destruirá, la superficie de la pieza de trabajo El óxido también se chorrea, para mejorar la capacidad de enfriamiento del medio en el área de alta temperatura, su defecto es el medio corrosivo.

Aplicación: En circunstancias normales, la concentración de agua salada es del 10 %, la concentración de solución acuosa de sosa cáustica es del 10 % ~ 15 %. supere los 60 ℃, después del enfriamiento debe limpiarse de manera oportuna y recibir un tratamiento antioxidante.

Aceite bajo

El medio de refrigeración suele ser aceite mineral (aceite mineral). Como aceite, aceite de transformador y aceite diesel. El aceite es generalmente 10, 20, 30 aceite, cuanto más grande es el aceite, mayor es la viscosidad, mayor es el punto de inflamación, menor es la capacidad de enfriamiento, el aumento correspondiente en la temperatura de uso.

modo de extinción

● enfriamiento de un solo líquido

Es una operación de enfriamiento en la que las partes químicas de austenita se sumergen en un medio de enfriamiento y se enfrían a temperatura ambiente. El medio de extinción de un solo líquido incluye agua, salmuera, agua alcalina, aceite y un agente de extinción especialmente preparado.

Ventajas: operación simple, propicia para la realización de mecanización y automatización.

Desventajas: La velocidad de enfriamiento está limitada por las características de enfriamiento del medio y afecta la calidad del enfriamiento.

Aplicación: El enfriamiento rápido líquido solo es adecuado para una pieza de trabajo de acero al carbono con una forma simple.

● Enfriamiento líquido doble

El componente químico de austenita se sumerge primero en un medio con una fuerte capacidad de enfriamiento. Antes de que el componente de acero alcance la temperatura del medio de enfriamiento, se saca inmediatamente y luego se enfría en otro medio con una capacidad de enfriamiento débil, como agua antes que aceite, agua antes que aire, etc. El enfriamiento con líquido doble reduce la tendencia a la deformación y agrietamiento, que es difícil de dominar en la operación y tiene ciertas limitaciones en la aplicación.

● Enfriamiento graduado de martensita

Consiste en sumergir las partes químicas austeníticas en el medio líquido (baño salino o baño alcalino) en el punto martensítico del acero con una temperatura ligeramente superior o inferior y mantener el tiempo adecuado. Una vez que las capas interna y externa de las piezas de acero alcanzan la temperatura media, se sacan para enfriarlas con aire, a fin de obtener el proceso de enfriamiento de la estructura de martensita, también conocido como enfriamiento gradual.

Ventajas: El enfriamiento gradual puede reducir efectivamente el estrés de transición de fase y el estrés térmico y reducir la deformación del enfriamiento rápido y la tendencia al agrietamiento debido al enfriamiento por aire después de que la temperatura graduada permanece a la misma temperatura dentro y fuera de la pieza de trabajo.

Aplicación: adecuado para piezas de trabajo de acero aleado y acero de alta aleación con un alto requisito de deformación, y también para piezas de trabajo de acero al carbono con un tamaño de sección transversal pequeño y una forma compleja.

● Enfriamiento isotérmico de bainita

Es un proceso de enfriamiento, a veces llamado enfriamiento isotérmico, en el que las piezas de acero se austenizan y se enfrían rápidamente al rango de temperatura de conversión de bainita isotérmica (260 ~ 400 ℃) para convertir la austenita en bainita, y el tiempo general de conservación del calor es de 30 ~ 60 min.

● Enfriamiento compuesto

La pieza de trabajo se enfrió por debajo de Ms para obtener 10 % ~ 20 % de martensita y luego isotérmica en la región de temperatura de bainita más baja. Este método de enfriamiento puede obtener la estructura M+B de la pieza de trabajo con una gran sección transversal. La martensita formada durante el enfriamiento previo puede promover la transformación de bainita y templar la martensita en condiciones isotérmicas. El templado compuesto para piezas de trabajo de acero aleado para herramientas puede evitar el primer tipo de fragilidad por revenido y reducir el volumen residual de austenita, es decir, la tendencia a la deformación y el agrietamiento.

Temperamento

proceso de templado

El revenido es un proceso de tratamiento térmico en el que la pieza de trabajo templada se recalienta a una temperatura adecuada por debajo de la temperatura crítica inferior y se enfría a temperatura ambiente en aire, agua, aceite y otros medios después de mantenerla durante un período de tiempo.

El propósito del templado: (1) eliminar la tensión residual de la pieza de trabajo durante el enfriamiento para evitar la deformación y el agrietamiento; (2) ajustar la dureza, resistencia, plasticidad y tenacidad de la pieza de trabajo para cumplir con los requisitos de rendimiento; (3) estabilizar la estructura y tamaño para garantizar la precisión; (4) Mejorar y mejorar el rendimiento de mecanizado.

Clasificación del templado

● Templado a baja temperatura

Se refiere al templado de la pieza de trabajo a 150~250℃.

Objetivo: mantener una alta dureza y resistencia al desgaste de la pieza de trabajo templada y reducir la tensión residual y la fragilidad del templado.

La martensita revenida es el tejido obtenido por revenido de martensita a bajas temperaturas.

Aplicación: herramientas de corte, herramientas de medición, moldes, rodamientos, piezas de cementación y enfriamiento superficial, etc.

● Calor moderado

Se refiere al templado de la pieza de trabajo entre 350 ~ 500 ℃.

Objetivo: Obtener alta elasticidad y punto de fluencia, tenacidad adecuada. La trochtita revenida se obtiene después del revenido, lo que significa que la matriz de ferrita formada por la martensita revenida se distribuye en la estructura de fase compleja de carburo esférico extremadamente fino (o cementita).

Aplicación: resorte, troquel de forja, herramienta de impacto, etc.

● templado a alta temperatura

Se refiere al templado de la pieza de trabajo por encima de 500 ℃.

Objetivo: Obtener mejores propiedades mecánicas integrales de resistencia, plasticidad y tenacidad.

Después del revenido, se obtiene el Soxhlet revenido, lo que significa que la matriz de ferrita formada por el revenido de la martensita se distribuye en la estructura de fase compleja del carburo esférico fino (incluida la cementita).

es el fuego

La normalización

Proceso de normalización

La normalización es un proceso de tratamiento térmico de metales en el que el acero se calienta a 30-50 ℃ por encima de la temperatura crítica (la temperatura de austenización completa), y luego se saca del horno para enfriarlo al aire o mediante un rociado de agua, rociado, o soplar aire después de sostener el acero por un tiempo apropiado.

Objetivo: (1) hacer que el refinamiento del grano y la distribución del carburo sean uniformes; (2) eliminar la tensión interna del material; (3) aumentar la dureza del material.

Ventajas: (1) la tasa de enfriamiento de normalización es ligeramente más rápida que la tasa de enfriamiento de recocido, por lo que el espacio lamelar de perlita obtenido es más pequeño, la estructura de normalización es más fina que la estructura recocida, por lo que su dureza y resistencia son mayores; (2) Enfriamiento externo de una estructura de normalización horno no ocupa equipo y tiene alta productividad.

Aplicación: apto solo para acero al carbono y acero de baja y media aleación, no para acero de alta aleación. Debido a que la austenita del acero de alta aleación es muy estable, el enfriamiento por aire también dará como resultado tejido de martensita.

El propósito específico

(1) Para acero con bajo contenido de carbono y acero de baja aleación, la normalización puede mejorar su dureza para mejorar su maquinabilidad;

(2) Para el acero al carbono medio, la normalización puede reemplazar el tratamiento de templado para prepararse para el enfriamiento rápido de alta frecuencia y reducir la deformación de las piezas de acero y los costos de procesamiento;

(3) Para acero con alto contenido de carbono, la normalización puede eliminar la estructura de cementita de la red y facilitar el recocido esferoidizante;

(4) La normalización se puede utilizar en lugar del enfriamiento rápido para forjas de acero grandes o fundiciones de acero con cambios bruscos de sección para reducir la tendencia a la deformación y el agrietamiento o para prepararse para el enfriamiento rápido;

(5) Para las piezas de reparación de contraparte endurecidas de acero, la influencia del sobrecalentamiento se puede eliminar mediante la normalización para que el acero se pueda volver a templar;

(6) Se utiliza para hierro fundido para aumentar el cuerpo de perlita y mejorar la fuerza y ​​la resistencia al desgaste de la pieza fundida.

Recocido

Proceso de recocido

El proceso de tratamiento térmico en el que un metal o aleación se calienta a una temperatura adecuada, se mantiene durante un cierto período de tiempo y luego se enfría lentamente (generalmente a medida que se enfría el horno) se denomina recocido.

La esencia del recocido es calentar el acero para austenizarlo y transformarlo en perlita, y el tejido recocido es el que está casi equilibrado.

Propósito del recocido:

(1) Reducir la dureza del acero, mejorar la plasticidad y facilitar el mecanizado y el procesamiento de deformación en frío;

(2) estructura y composición química del acero uniforme, refinar el grano, mejorar el rendimiento del acero o preparar para la estructura de enfriamiento;

(3) Eliminar la tensión interna y el endurecimiento por trabajo para evitar la deformación y el agrietamiento.

Método de recocido

1. Recocido completo

Proceso: Calentar el acero a Ac3 por encima de 20~30℃, luego de mantenerlo por un período de tiempo, enfriarlo lentamente (junto con el horno) para obtener un proceso de tratamiento térmico (austenitización completa) con una estructura casi balanceada. En la producción real, para mejorar la productividad, el enfriamiento de recocido a aproximadamente 500 ℃ se sacará del horno para enfriarlo con aire.

Objetivo: Refinar el grano, uniformar la estructura, eliminar la tensión interna, reducir la dureza y mejorar la maquinabilidad del acero. La microestructura del acero subeutectoide después del recocido completo es F+P.

Aplicación: El recocido completo se usa principalmente para acero subeutectoide (WC = 0.3~0.6%), generalmente acero de carbono medio y fundiciones de acero de aleación de bajo y medio carbono, forjados y perfiles laminados en caliente, y algunas veces se usa para sus soldaduras.

recocido incompleto

Proceso: calentar el acero a Ac1~Ac3 (acero subeutectoide) o Ac1~Accm (acero hipereutectoide) después de la conservación del calor y el enfriamiento lento para obtener un proceso de tratamiento térmico cercano a la estructura de equilibrio.

Aplicación: se utiliza principalmente para obtener una estructura de perlita esférica de acero hipereutectoide para eliminar la tensión interna, reducir la dureza y mejorar la maquinabilidad.

3. Recocido isotérmico

Proceso: Calentar el acero a una temperatura superior a Ac3 (o Ac1). Después de mantener el acero durante un período de tiempo apropiado, se enfría rápidamente a una cierta temperatura en la región de la perlita y se realiza un mantenimiento isotérmico para convertir la austenita en perlita y luego se enfría al aire a temperatura ambiente.

Objetivo: similar al recocido completo, la transformación es fácil de controlar.

Aplicación: adecuado para aceros más estables: acero alto en carbono (wc> 0.6%), acero aleado para herramientas, acero de alta aleación (cantidad total de elementos de aleación> 10%). El recocido isotérmico también es beneficioso para obtener una estructura y propiedades uniformes. Sin embargo, no es adecuado para piezas de acero de gran sección y grandes cantidades de carga, porque el recocido isotérmico no es fácil de hacer que el interior de la pieza de trabajo o la pieza de trabajo del lote alcancen la temperatura isotérmica.

4. Recocido esferoidizante

Proceso: Proceso de tratamiento térmico para esferificación de carburos en acero para obtener perlita granular. Cuando se calienta a una temperatura superior a Ac1 de 20~30 ℃, el tiempo de mantenimiento no debe ser demasiado largo, generalmente 2~4h es apropiado. El método de enfriamiento suele ser un horno de enfriamiento o aproximadamente 20 ℃ por debajo de Ar1 durante mucho tiempo isotérmico.

Objetivo: Reducir la dureza, uniformar la estructura y mejorar la maquinabilidad en preparación para el temple.

Aplicación: Se utiliza principalmente en acero eutectoide y acero hipereutectoide, como acero al carbono para herramientas, acero aleado para herramientas, acero para cojinetes, etc. La perlita esferoidal se obtiene mediante recocido esferoidal. En la perlita esferoidal, la cementita es esférica con finas partículas dispersas en la matriz de ferrita. En comparación con las láminas, la perlita esférica tiene una dureza más baja y es fácil de mecanizar, y los granos de austenita no son fáciles de volverse gruesos y menos propensos a la deformación y el agrietamiento durante el enfriamiento rápido y el calentamiento.

5. Recocido por difusión (recocido uniforme)

Proceso: Un proceso de tratamiento térmico en el que el lingote, la fundición o el forjado se calienta a una temperatura ligeramente inferior a la de la línea de fase sólida durante un largo período de tiempo y luego se enfría lentamente para eliminar la falta de homogeneidad química.

Objetivo: Eliminar la segregación dendrítica y la segregación regional durante la solidificación y homogeneizar la composición y estructura.

Aplicación: Se utiliza en algunos aceros aleados de alta calidad y fundiciones y lingotes de acero aleado de segregación seria. La temperatura de calentamiento del recocido por difusión es muy alta, generalmente de 100 a 200 ℃ por encima de Ac3 o Accm. La temperatura específica depende del grado de segregación y del tipo de acero. El tiempo de espera es generalmente de 10 a 15 horas. Después del recocido por difusión, se requiere un tratamiento completo de recocido y normalización para refinar la estructura.

6. Recocido para aliviar el estrés

Proceso: Caliente el acero a una cierta temperatura por debajo de Ac1 (generalmente 500~650℃), mantenga el calor y luego enfríe con el horno.

La temperatura de recocido bajo tensión es inferior a A1, por lo que el recocido bajo tensión no provoca cambios en el tejido.

Objetivo: Eliminar tensiones internas residuales.

Aplicación: Se utiliza principalmente para eliminar la tensión residual de piezas fundidas, forjadas, soldadas, laminadas en caliente, estiradas en frío, etc. Si estas tensiones no se eliminan, pueden causar deformaciones o grietas en el acero después de un cierto período de tiempo. o durante el mecanizado posterior.

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