Tratamentul termic (sau termic) este un ansamblu de operațiuni de încălzire, menținere și răcire a aliajelor metalice dure în scopul obținerii proprietăților dorite prin modificarea structurii și structurii interne. Tratamentul termic este utilizat fie ca operație intermediară pentru îmbunătățirea prelucrabilității prin presiune, tăiere, fie ca operație finală a procesului tehnologic, oferind un anumit nivel de proprietăți ale produsului.
Durata totală a încălzirii metalului în timpul tratamentului termic este suma timpului de încălzire proprie la o temperatură dată și timpul de menținere la această temperatură. Timpul de incalzire depinde de tipul cuptorului, dimensiunile produselor, amplasarea acestora in cuptor; timpul de menținere depinde de viteza transformărilor de fază.
Încălzirea poate fi însoțită de interacțiunea suprafeței metalice cu mediul gazos și poate duce la decarburarea stratului de suprafață și la formarea depunerilor. Decarburarea duce la faptul că suprafața produselor devine mai puțin durabilă și își pierde duritatea.
În timpul încălzirii și răcirii oțelului, au loc transformări de fază, care sunt caracterizate de puncte critice de temperatură. Se obișnuiește să se noteze punctele critice ale oțelului cu litera A. Punctele critice A1 se află pe linia PSK (727 ° C) a diagramei fier-carbon și corespund transformării perlitei în austenită. Punctele critice A2 sunt situate pe linia MO (768 °C), care caracterizează transformarea magnetică a feritei. A3 corespunde liniilor GS și SE, pe care, respectiv, transformarea feritei și cementitei în austenită se finalizează la încălzire.
Pentru desemnarea punctelor critice în timpul încălzirii și răcirii, se introduc indici suplimentari: litera „c” în cazul încălzirii și „r” în cazul răcirii, de exemplu Ac1, Ac3, Ar1, Ar3.
Dintre principalele tipuri de tratament termic [1] , trebuie remarcat:
Încălzit și întreținut după ce a fost efectuat cu o viteză de răcire crescută pentru a obține structuri de neechilibru. Viteza critică de răcire necesară pentru călire depinde de compoziția chimică a aliajului. Călirea poate fi însoțită de o transformare polimorfă, caz în care din faza inițială la temperatură ridicată se formează o nouă fază de neechilibru (de exemplu, transformarea austenitei în martensite în timpul călirii oțelului). Există și stingere fără transformare polimorfă, în timpul căreia se fixează o fază metastabilă la temperatură înaltă (de exemplu, când bronzul de beriliu este stins, se fixează o fază alfa suprasaturată cu beriliu).
Anterior, o terminologie diferită a fost folosită pentru a se referi la acest proces - „tratare la rece”, „tratare termică a oțelului la temperaturi sub zero”, dar acestea nu reflectau cu exactitate esența procesului de tratare criogenică.
Esența procesării criogenice este următoarea: piesele și mecanismele sunt plasate într-un procesor criogenic, unde sunt răcite lent și apoi menținute la o temperatură de minus 196˚С pentru un anumit timp. Piesele de prelucrat sunt apoi readuse treptat la temperatura camerei. În timpul acestui proces, au loc modificări structurale în metal. Ele cresc semnificativ rezistența la uzură, rezistența ciclică, rezistența la coroziune și eroziune.
Această tehnologie face posibilă creșterea duratei de viață a sculelor, pieselor și mecanismelor cu până la 300% prin îmbunătățirea caracteristicilor mecanice ale materialului ca urmare a prelucrării la temperaturi ultra-scăzute.
Cel mai mare efect poate fi obținut atunci când se prelucrează produse metalice precum tăierea specială, ștanțarea, presarea, laminarea, instrumentele de șlefuit, rulmenți, arcuri critice.
Principalele proprietăți ale metalului dobândit în timpul răcirii profunde sunt păstrate pe toată durata de viață, deci nu este necesară retratarea.
Tehnologia criogenică nu înlocuiește metodele existente de călire termică, dar vă permite să dați materialului, prelucrat la rece, noi proprietăți care să asigure utilizarea la maximum a resursei materialului specificat de metalurgiști.
Utilizarea instrumentelor tratate cu temperatură ultra-joasă permite companiilor să reducă semnificativ costurile prin:
Dezvoltarea teoretică și dezvoltarea practică a procesului de tratare criogenică este considerată o realizare a științei sovietice. Lucrările unor oameni de știință precum G. V. Kurdyumova, studiile lui A. P. Gulyaev, V. G. Vorobyov și alții sunt legate de tratarea la rece pentru a îmbunătăți caracteristicile de calitate ale oțelului călit.
La câțiva ani după publicarea studiilor oamenilor de știință sovietici, în presa străină au apărut primele lucrări similare, ai căror autori s-au referit la lucrările sovietice ca sursă principală. Munca oamenilor de știință sovietici a făcut posibilă evaluarea completă a eficacității efectului tratamentului la rece asupra proprietăților oțelului și a pus bazele dezvoltării și utilizării moderne a acestei metode de prelucrare. În anii 1940 și 1950, întreprinderile industriale sovietice au încercat să introducă prelucrarea criogenică a uneltelor din oțeluri de mare viteză în azot lichid, dar acest lucru nu numai că nu a dat rezultatul așteptat, ci a condus și la o scădere a rezistenței sculei, deoarece au apărut microfisuri. din cauza răcirii bruște și neuniforme... Metoda de transformare a austenitei reziduale în martensită a trebuit să fie abandonată, în principal din cauza imposibilității economice - costul ridicat al azotului ca agent frigorific principal.
În Statele Unite, Japonia, Germania și Coreea de Sud, a fost dezvoltat subiectul tratamentului criogenic ca metodă eficientă de prelucrare a oțelurilor structurale și pentru scule, iar decenii de cercetare și experiență au condus la rezultate - în prezent, tehnologia de prelucrare criogenică este cu succes folosit în multe industrii.
Prelucrarea metalelor și inginerie mecanică:
Transport si echipamente speciale:
Industria de apărare:
Industria minieră și prelucrătoare:
Echipamente audio și instrumente muzicale:
Utilizarea tratamentului criogenic este relevantă pentru aproape orice industrie în care este nevoie de creșterea resurselor, de creștere a rezistenței la oboseală și a rezistenței la uzură și, de asemenea, necesită o creștere a productivității.
În funcție de sarcina efectuată, în unele cazuri, sudura în sine poate fi încălzită , plus zona de aproape sudare (așa-numitul tratament termic local ), în alte cazuri, este necesară încălzirea întregului produs (așa-numita tratament termic în vrac ). Încălzirea poate fi asigurată de diverse surse de căldură.
În timpul construcției sau reparației conductelor , nu este posibil să se efectueze un tratament termic volumetric al întregului produs, prin urmare, se utilizează un tratament termic local al îmbinărilor sudate. Diverse documente de reglementare conțin cerințe diferite pentru parametrii tehnologici de încălzire, și anume parametrii de temperatură-timp, lățimea zonei de încălzire, numărul de puncte de control al temperaturii, echipamentele utilizate etc. De exemplu, pe teritoriul Federației Ruse și al țărilor EurAsEC , OST 36-50 - 86, STO 00220368-019-2017, GOST 34347, PNAE G-7-008-089 sau alte documente de reglementare în funcție de industrie.
Teoria științei materialelor descrie un număr mare de tipuri diferite de tratament termic al metalelor. În construcția și repararea conductelor în uzinele petrochimice, cele mai comune tipuri de tratament termic sunt: preîncălzirea înainte de sudare, încălzirea concomitentă în timpul sudării, călirea pentru ameliorarea tensiunilor de sudură, austenitizarea etc. Toate sunt caracterizate de parametri tehnologici diferiți, adică rata de încălzire, temperatura de menținere, timpul de menținere și viteza de răcire depind de calitatea oțelului și de sarcină.
Echipamentele pentru tratarea termică a cusăturilor sudate prin metoda încălzirii dielectrice au găsit o largă aplicație pe șantierele de construcții. În acest caz, dispozitivele de încălzire constau dintr-un miez dintr-un aliaj cu rezistivitate electrică ridicată (nicrom, fechral, etc.) montat într-un cadru de izolatori dielectrici (de obicei sunt din ceramică de oxid de aluminiu). Aceste dispozitive de încălzire poartă mai multe denumiri: LEG (încălzitoare electrice flexibile), KEN (încălzitoare electrice combinate), covorașe de încălzire, curele termice etc.
Instalarea sistemului de încălzire se realizează în diferite moduri, în conformitate cu cerințele documentului de reglementare. Echipamentul care este utilizat pentru acest proces trebuie să ofere un control precis al parametrilor specificați, deoarece pentru unele clase de oțel singurul document care confirmă tratamentul termic este diagrama obținută în proces.
Recoacere de omogenizare + îmbătrânire
De exemplu, pentru superaliaje pe bază de nichel (cum ar fi „ Inconel 718 ”), următorul tratament termic este tipic:
Omogenizarea structurii și dizolvarea incluziunii ( tratament termic cu soluție ing. ) la 768-782 ° C cu răcire accelerată. Apoi se efectuează îmbătrânirea în două etape ( Tratament termic cu precipitații în engleză ) - 8 ore la o temperatură de 718 ° C, răcire lentă timp de 2 ore la 621-649 ° C și expunere timp de 8 ore. Aceasta este urmată de răcire accelerată. Călire + călire înaltă (îmbunătățire)
Multe oțeluri sunt călite prin călire - răcire accelerată (în aer, în ulei sau în apă). Răcirea rapidă duce, de regulă, la formarea unei structuri martensitice neechilibrate. Oțelul imediat după întărire se caracterizează prin duritate ridicată , tensiuni reziduale , ductilitate și tenacitate scăzute . Deci, oțelul 40HNMA (SAE 4340) imediat după întărire are o duritate de peste 50 HRC, în această stare materialul este nepotrivit pentru utilizare ulterioară din cauza tendinței mari de rupere fragilă . Călirea ulterioară - încălzirea la 450 ° C - 500 ° C și menținerea la această temperatură duce la o scădere a tensiunilor interne din cauza descompunerii martensitei de întărire, o scădere a gradului de tetragonalitate a rețelei sale cristaline (tranziție la martensita călită). În același timp, duritatea oțelului scade ușor (până la 45 - 48 HRC). Oțelurile cu un conținut de carbon de 0,3 - 0,6% C sunt supuse îmbunătățirii.
| Tratarea termică a metalelor | ||
|---|---|---|
| Concepte generale știința metalelor Celulă de cristal diagramă de fază Diagrama de stare a aliajelor fier-carbon | ||
| Procesele de bază | ||
| Procese conexe | ||
| Proprietățile țintă ale metalelor | ||
| Metalurgie | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Concepte generale Metalele Aliaj Redistribuirea metalurgică Fabrica de Siderurgie Complex metalurgic Metalurgist Istoria producerii și utilizării fierului | |||||||||||||
| Industrii |
| ||||||||||||
Procesele de bază |
| ||||||||||||
Unități principale |
| ||||||||||||
| Principalele produse și materiale |
| ||||||||||||
| Discipline științifice |
| ||||||||||||
| Alte | |||||||||||||
| Metalurgie pe țară Rusia Ucraina Kazahstan STATELE UNITE ALE AMERICII India China Japonia Germania | |||||||||||||