Viden

 

 

I. De grundlæggende principper for organisatorisk transformation

Under opvarmningsprocessen af ​​stål er omdannelsen af ​​mikrostruktur en proces, hvor en krystalfase omdannes til en anden. At tage hypereutectoid stål som et eksempel:

- Eutektoid stål: Kulstofindholdet er cirka 0.77 %, og ved stuetemperatur findes det hovedsageligt i form af perlit (en lagdelt struktur bestående af ferrit og cementit).

- Austenit: Ansigtscentreret kubisk (FCC) struktur, der er i stand til at opløse mere kulstof, og det er den stabile fase ved høje temperaturer.

Ifølge jern-kulstof fasediagrammet, teoretisk set, når stål opvarmes til 723 grader Celsius, vil perlit omdannes til austenit. Men i virkeligheden, på grund af opvarmningshastigheden og varigheden af ​​transformationsprocessen, er den faktiske transformationstemperatur højere end 723 grader Celsius, hvilket er kendt som termisk hysterese. Vi markerer denne faktiske transformationstemperatur som Ac1. Jo hurtigere opvarmningshastigheden er, jo højere er Ac1, og jo kortere er transformationstiden. (Fordi der er en minimumstransformationstid for overgangen fra perlit til austenit, kan den ikke fuldføres øjeblikkeligt som omdannelsen fra austenit til martensit. Derfor vil transformationen fra perlit til austenit have en minimumstid. Inden for denne tid er betydningen af ​​at øge Ac1 ikke signifikant. Der er dog en undtagelse fra denne regel. Det er martensit, der er direkte transformation til austenit. transformationstiden i dette tilfælde vil også være meget kort.)

II. Transformationsproces fra Pearlite til Austenit

Denne proces kan opdeles i tre hovedtrin:

1. Kernedannelse

- Temperaturtilstand: Temperaturen overstiger 723 ℃, når eller overstiger Ac1.

- Strukturel ændring: Austenitkerner begynder at dannes i perlitten.

- Mekanisme: Krystalgitterstrukturen af ​​jern ændrer sig fra kropscentreret kubisk (BCC) til ansigtscentreret kubisk (FCC), og samtidig omfordeles kulstoffet i ferrit og cementit og danner i starten austenitkerner.

2. Nucleus vækst

- Proces: Austenitkernen begynder at vokse og spredes i hele perlitten.

- Ekspansionsmekanisme: Ferrit omdannes kontinuerligt til austenit, og kulstof i cementitten diffunderer ind i austenitten og opløses gradvist.

- Temperatur og tid: Denne proces vil fortsætte, indtil hele perlitten er fuldstændig omdannet til austenit. Jo højere temperatur, jo hurtigere er omdannelsen, men for høje temperaturer vil forårsage kornforgrovning.

3. Homogenisering af komponenter

- Formål: At homogenisere kulstofindholdet i austenit.

- Holdetidsfunktion: Efter omdannelsen fra perlit til austenit er afsluttet, kræves der en vis holdetid for at tillade kulstof at diffundere fuldt ud i austenit og opnå homogenisering.

- Virkning af overdreven holdetid: For lang holdetid vil få austenitkornene til at vokse yderligere, hvilket resulterer i en grov kornstruktur, og derved reducerer materialets mekaniske egenskaber.

III. Kornstørrelse og dens kontrol

Kornstørrelse er en vigtig faktor, der påvirker stålets mekaniske egenskaber. Jo finere korn, jo højere styrke og sejhed af materialet. Forskellige stålkvaliteter har forskellig følsomhed over for overophedning:

- Grundlæggende grovkornet stål: meget følsom over for overophedning; når temperaturen er lidt højere, vokser kornene hurtigt.

- Essentiel finkornet stål: Det er ikke følsomt over for overophedning og kan opretholde fine korn ved højere temperaturer.

Størrelsen og mængden af ​​korn varierer med varigheden af ​​opbevaringen og temperaturen. Da vi tidligere talte om martensit, nævnte vi også, at jo finere og flere kornene er, jo mere komplekse er korngrænserne, og jo større vil den tilsvarende styrke være. Omvendt vil styrken være relativt lavere. Derfor er kontrollen af ​​kornstørrelsen særlig vigtig. Men i den faktiske produktion reagerer forskellige stålkvaliteter forskelligt på temperaturen. Nogle stål er meget følsomme over for overophedning, og kornene vil vokse betydeligt, når temperaturen er lidt højere. Mens for nogle andre stål, ændres kornstørrelsen ikke væsentligt inden for et vist interval for overophedning. I produktionen kaldes førstnævnte essentielt grovkornet stål og sidstnævnte kaldes essentielt finkornet stål. Den følgende figur udtrykker tendensforholdet mellem essentielle grovkornede og essentielle finkornede stål.

I den faktiske produktion skal opvarmningstemperaturen og holdetiden styres i henhold til den specifikke ståltype og proceskrav for at opnå den bedste kornstørrelse. Først og fremmest er de såkaldte "i det væsentlige grove korn" og "i det væsentlige fine korn" kun med hensyn til deres følsomhed over for overophedning og repræsenterer ikke den faktiske sammenligning af deres endelige kornstørrelser. Hvis temperaturen styres korrekt, kan i det væsentlige grove korn også opnå meget fine kornstørrelser, og omvendt kan i det væsentlige fine korn også være meget grove. For eksempel, for 20Cr, når den opvarmes normalt (ikke højere end 930°C), er kornstørrelsen på 20Cr meget fin. Men når karbureringsbehandling er påkrævet, da opvarmningstemperaturen ofte skal være højere end 930°C, kan den faktiske kornstørrelse blive grovere. For det andet vil vi her ikke dykke ned i, hvilket stål der i det væsentlige er groft, og hvilket der i det væsentlige er fint. For som klassifikation har det ikke den store vejledende betydning for praktiske anvendelser.

Vores land har sat forskellige karakterer på 1-8 til kornstørrelsesevaluering. Følgende figur viser det skematiske diagram af standard kornstørrelseskvaliteter af stål.

IV. Defekter og forebyggelse under opvarmningsprocessen

1. Overophedning

- Manifestation: Austenitkornforgrovning, forringelse af materialeegenskaber.

- Forebyggelse: Styr opvarmningstemperatur og varighed. Om nødvendigt genraffinering af kornene gennem normaliserings- eller udglødningsbehandling.

2. Overbrænding

- Manifestation: Oxidation af austenitkorngrænser og endda lokal smeltning forekommer, hvilket resulterer i materielle skørhed og uoprettelig skade.

- Forebyggelse og kontrol: Styr opvarmningstemperaturen strengt for at undgå at nå overbrændingstemperaturen.

3. Oxidation

- Manifestation: Oxidation sker på overfladen af ​​stål og danner et oxidlag, som påvirker dimensionsnøjagtigheden og overfladekvaliteten. Til oxidation under 560 grader Celsius, da den hovedsageligt består af jerntrioxid, er overfladen tæt og kan effektivt forhindre yderligere oxidation. Men når temperaturen overstiger 560 grader Celsius (som er opvarmningstemperaturen for de fleste stålvarmebehandlinger), dannes der et løst FeO-lag, som ikke kan forhindre yderligere oxidation. Derfor, jo længere tid, desto mere alvorlige vil dimensionsændringerne og ruheden forårsaget af oxidation være. Derfor bør der i praksis vedtages beskyttelsesforanstaltninger for at undgå oxidation.

- Forebyggelse og kontrol: Brug beskyttende atmosfærer under opvarmning eller påfør antioxidationsbelægninger.

4. Afkulning

- Manifestation: Overfladekulstoffet oxideres for at danne et afkulningslag, som reducerer overfladens hårdhed og slidstyrke.

- Forebyggelse og kontrol: Brug en beskyttende atmosfære eller belægning for at minimere kontakten med oxygen og andre oxiderende gasser.

V. Optimering af opvarmningsprocessen

For at optimere opvarmningsprocessen skal følgende faktorer overvejes grundigt:

1. Materialeegenskaber: Ud fra tilstandsdiagrammerne for forskellige stålkvaliteter bestemmes den passende opvarmningstemperatur og holdetid.

2. Delens dimensioner og former: Tag højde for forskellene i dimensioner og tværsnit af delene, og juster opvarmningshastigheden og holdetiden for at undgå deformation og revner.

3. Beskyttelsesforanstaltninger: Brug beskyttende atmosfærer, belægninger eller andre foranstaltninger for at forhindre oxidation og afkulning.

Gennem rimelig kontrol af opvarmningsprocessen, samtidig med at der sikres ensartet omdannelse af mikrostrukturen, kan defekter som overophedning, overbrænding, oxidation og afkulning undgås, hvorved der opnås fremragende mekaniske egenskaber.

Hvis du har spørgsmål og ønsker om varmebehandling eller udvikling af dele, forbedre din forsyningskæde, er du velkommen til at kontakte os på info@castings-forging.com