Warmtebehandeling voor hoofdframe van AHYW-machines
Anhui Yawei gebruikt momenteel warmtebehandeling voor alle plaatwerkframes, die de materiaalspanning met minivervorming gedurende lange tijd kunnen elimineren, voornamelijk hoofdframes van CNC Synchro Pressbrakes, cnc auto-pressrem-backgauges, fiberlasersnijmachines hoofdframe.
Warmtebehandeling (of warmtebehandeling ) is een groep industriële en metaalbewerkingsprocessen die worden gebruikt om de fysieke , en soms chemische , eigenschappen van een materiaal te wijzigen. De meest voorkomende toepassing is metallurgisch . Warmtebehandelingen worden ook gebruikt bij de vervaardiging van vele andere materialen, zoals glas . Warmtebehandeling omvat het gebruik van verwarming of koeling, gewoonlijk tot extreme temperaturen, om een gewenst resultaat te bereiken, zoals verharding of verzachting van een materiaal. Warmtebehandelingstechnieken omvatten gloeien , harden van de behuizing , precipitatie versterken , temperen , normaliseren en blussen . Het is opmerkelijk dat hoewel de term warmtebehandeling alleen van toepassing is op processen waarbij het verwarmen en koelen wordt gedaan met het specifieke doel om eigenschappen opzettelijk te wijzigen, verwarming en koeling vaak incidenteel optreden tijdens andere productieprocessen, zoals warmvormen of lassen.
Metaalmaterialen bestaan uit een microstructuur van kleine kristallen die "korrels" of kristallieten worden genoemd. De aard van de korrels (dwz korrelgrootte en samenstelling) is een van de meest effectieve factoren die het algehele mechanische gedrag van het metaal kunnen bepalen. Warmtebehandeling biedt een efficiënte manier om de eigenschappen van het metaal te manipuleren door de snelheid van diffusie en de koelsnelheid in de microstructuur te regelen. Warmtebehandeling wordt vaak gebruikt om de mechanische eigenschappen van een metaallegering te veranderen, waarbij eigenschappen zoals de hardheid, sterkte, taaiheid, taaiheid en elasticiteit worden gemanipuleerd.
Er zijn twee mechanismen die de eigenschappen van een legering tijdens warmtebehandeling kunnen veranderen: de vorming van martensiet zorgt ervoor dat de kristallen intrinsiek vervormen, en het diffusiemechanisme veroorzaakt veranderingen in de homogeniteit van de legering.
De kristalstructuur bestaat uit atomen die zijn gegroepeerd in een zeer specifieke opstelling, een rooster genoemd. In de meeste elementen zal deze volgorde zichzelf herschikken, afhankelijk van omstandigheden zoals temperatuur en druk. Deze herschikking, allotropie of polymorfisme genoemd, kan verschillende keren voorkomen, bij veel verschillende temperaturen voor een bepaald metaal. In legeringen kan deze herschikking ervoor zorgen dat een element dat normaal niet oplost in het basismetaal plotseling oplosbaar wordt, terwijl een omkering van de allotropie de elementen geheel of gedeeltelijk onoplosbaar zal maken.
Wanneer in de oplosbare toestand, veroorzaakt het diffusieproces dat de atomen van het opgeloste element zich verspreiden, in een poging een homogene verdeling te vormen in de kristallen van het basismetaal. Als de legering wordt gekoeld tot een onoplosbare toestand, kunnen de atomen van de opgeloste bestanddelen (opgeloste stoffen) uit de oplossing migreren. Dit type diffusie, precipitatie genaamd, leidt tot kiemvorming, waarbij de migrerende atomen samenkomen op de korrelgrenzen. Dit vormt een microstructuur die in het algemeen bestaat uit twee of meer afzonderlijke fasen. Een langzaam afgekoelde steel vormt bijvoorbeeld een gelamineerde structuur die bestaat uit afwisselende lagen ferriet en cementiet en wordt zacht perliet. Na het verwarmen van het staal tot de austenietfase en het daarna te doven in water, bevindt de microstructuur zich in de martensitische fase. Dit komt door het feit dat het staal na het quenchen zal veranderen van de austenietfase naar de martensietfase. Opgemerkt moet worden dat er wat pearliet of ferriet aanwezig kan zijn als de quench niet snel al het staal afkoelt.
In tegenstelling tot op ijzer gebaseerde legeringen ondervinden de meeste warmtebehandelbare legeringen geen ferriettransformatie. In deze legeringen versterkt de nucleatie aan de korrelgrenzen vaak de structuur van de kristalmatrix. Deze metalen harden door neerslag. Typisch een langzaam proces, afhankelijk van de temperatuur, dit wordt vaak "veroudering door veroudering" genoemd.
Veel metalen en niet-metalen vertonen een martensiettransformatie wanneer ze snel worden afgekoeld (met externe media zoals olie, polymeer, water enz.). Wanneer een metaal zeer snel wordt gekoeld, kunnen de onoplosbare atomen niet op tijd uit de oplossing migreren. Dit wordt een 'diffusionless transformatie' genoemd. Wanneer de kristalmatrix verandert in zijn lage temperatuurrangschikking, raken de atomen van de opgeloste stof gevangen in het rooster. De ingesloten atomen voorkomen dat de kristalmatrix volledig verandert in zijn lage temperatuur allotrope, waardoor schuifspanningen in het rooster ontstaan. Wanneer sommige legeringen snel worden afgekoeld, zoals staal, verhardt de martensiettransformatie het metaal, terwijl in andere, zoals aluminium, de legering zachter wordt.
Effecten van tijd en temperatuur
Tijd-temperatuurtransformatie (TTT) diagram voor staal. De rode curven geven verschillende koelsnelheden (snelheid) weer wanneer ze worden gekoeld van de bovenste kritische (A3) temperatuur. V1 produceert martensiet. V2 heeft perliet gemengd met martensiet, V3 produceert bainiet, samen met perliet en matensiet.
Een goede warmtebehandeling vereist een nauwkeurige regeling van de temperatuur, de tijd die op een bepaalde temperatuur wordt gehouden en de koelsnelheid. [12]
Met uitzondering van spanningsverlichtende, ontlaten en verouderen, beginnen de meeste warmtebehandelingen met het verwarmen van een legering tot voorbij de bovenste transformatie (A 3 ) temperatuur. Deze temperatuur wordt een "stilstand" genoemd omdat bij de A 3- temperatuur het metaal een periode van hysterese ervaart. Op dit punt wordt alle warmte-energie gebruikt om de kristalverandering te veroorzaken, dus stopt de temperatuur gedurende een korte tijd (arrestaties) en gaat dan verder met klimmen zodra de verandering voltooid is. [13] Daarom moet de legering worden verwarmd tot boven de kritische temperatuur om een transformatie te laten plaatsvinden. De legering zal gewoonlijk lang genoeg op deze temperatuur worden gehouden om de warmte volledig in de legering te laten doordringen, waardoor deze in een volledige vaste oplossing wordt gebracht.
Omdat een kleinere korrelgrootte gewoonlijk de mechanische eigenschappen verbetert, zoals taaiheid, afschuifsterkte en treksterkte, worden deze metalen vaak verwarmd tot een temperatuur die net boven de bovenste kritische temperatuur ligt, om te voorkomen dat de korrels van de oplossing te groot worden . Wanneer bijvoorbeeld staal wordt verwarmd boven de bovenste kritische temperatuur, ontstaan er kleine korrels austeniet. Deze worden groter naarmate de temperatuur hoger wordt. Wanneer het snel wordt gekoeld, tijdens een martensiettransformatie, heeft de austenietkorrel direct invloed op de martensitische korrelgrootte. Grotere korrels hebben grote korrelgrenzen, die als zwakke plekken in de structuur dienen. De korrelgrootte wordt meestal geregeld om de kans op breuk te verminderen.
De diffusietransformatie is erg tijdsafhankelijk. Het koelen van een metaal zal gewoonlijk de precipitatie tot een veel lagere temperatuur onderdrukken. Austeniet, bijvoorbeeld, bestaat meestal alleen boven de bovenste kritische temperatuur. Als het austeniet echter snel genoeg wordt afgekoeld, kan de transformatie gedurende honderden graden onder de lagere kritische temperatuur worden onderdrukt. Een dergelijk austeniet is zeer onstabiel en zal, als het voldoende tijd krijgt, neerslaan in verschillende microstructuren van ferriet en cementiet. De koelsnelheid kan worden gebruikt om de snelheid van korrelgroei te regelen of kan zelfs worden gebruikt om gedeeltelijk martensitische microstructuren te produceren. De martensiettransformatie is echter tijdsonafhankelijk. Als de legering wordt gekoeld tot de martensiettransformatie (Ms) temperatuur voordat andere microstructuren zich volledig kunnen vormen, vindt de transformatie gewoonlijk plaats net onder de geluidssnelheid.
Wanneer austeniet langzaam genoeg wordt afgekoeld dat er geen martensiettransformatie plaatsvindt, zal de austenietkorrelgrootte een effect hebben op de snelheid van kiemvorming, maar het is over het algemeen de temperatuur en de koelsnelheid die de korrelgrootte en microstructuur regelen. Wanneer austeniet extreem langzaam wordt afgekoeld, zal het grote ferrietkristallen vormen gevuld met bolvormige insluitsels van cementiet. Deze microstructuur wordt "bolvormig" genoemd. Als het iets sneller wordt afgekoeld, zal zich ruw paarlemoer vormen. Nog sneller, en fijne pearlite zal vormen. Als het nog sneller wordt gekoeld, zal er bainiet gevormd worden. Evenzo zullen deze microstructuren zich ook vormen als ze tot een specifieke temperatuur worden gekoeld en daar een bepaalde tijd worden vastgehouden. [17]
De meeste non-ferro legeringen worden ook verwarmd om een oplossing te vormen. Meestal worden deze vervolgens zeer snel gekoeld om een martensiettransformatie te produceren, waardoor de oplossing in een oververzadigde staat wordt gebracht. De legering, die in een veel zachtere staat is, kan dan koud worden bewerkt. Deze koude bewerking verhoogt de sterkte en hardheid van de legering, en de defecten veroorzaakt door plastische vervorming hebben de neiging om neerslag te versnellen, waardoor de hardheid verder gaat dan wat normaal is voor de legering. Zelfs als het niet koud is, zullen de opgeloste stoffen in deze legeringen gewoonlijk neerslaan, hoewel het proces veel langer kan duren. Soms worden deze metalen dan verwarmd tot een temperatuur die lager is dan de lagere kritische (Al) temperatuur, waardoor herkristallisatie wordt voorkomen, om de precipitatie te versnellen.
Gloeien voor plaatwerk
Gloeien (metallurgie)
Gloeien bestaat uit het verwarmen van een metaal tot een specifieke temperatuur en vervolgens afkoelen met een snelheid die een verfijnde microstructuur zal produceren, waarbij de bestanddelen geheel of gedeeltelijk worden gescheiden. De koelsnelheid is over het algemeen traag. Gloeien wordt meestal gebruikt om een metaal te verzachten voor koud bewerken, om de bewerkbaarheid te verbeteren of om eigenschappen zoals elektrische geleidbaarheid te verbeteren.
In ferro-legeringen wordt gloeien meestal bereikt door het metaal boven de bovenste kritische temperatuur te verhitten en vervolgens zeer langzaam af te koelen, wat resulteert in de vorming van perliet. In zowel zuivere metalen als veel legeringen die niet met warmte kunnen worden behandeld, wordt uitgloeien gebruikt om de hardheid veroorzaakt door koud bewerken te verwijderen. Het metaal wordt verwarmd tot een temperatuur waarbij herkristallisatie kan optreden, waardoor de defecten worden hersteld die worden veroorzaakt door plastische vervorming. In deze metalen heeft de koelsnelheid meestal weinig effect. De meeste non-ferrolegeringen die warmtebehandelbaar zijn, worden ook ontlaten om de hardheid van koud werken te verlichten. Deze kunnen langzaam worden gekoeld om volledige precipitatie van de bestanddelen mogelijk te maken en een verfijnde microstructuur te produceren.
Ferro-legeringen worden meestal "volledig uitgegloeid" of "verwerkt gegloeid". Volledig uitgloeien vereist zeer lage afkoelsnelheden, om grof perliet te vormen. Tijdens het gloeien in het proces kan de afkoelsnelheid sneller zijn; tot en met normalisatie. Het belangrijkste doel van proces-gloeien is het produceren van een uniforme microstructuur. Non-ferro-legeringen worden vaak onderworpen aan een verscheidenheid aan hybridisatietechnieken, waaronder "rekristallisatie-uitgloeiing", "gedeeltelijk uitgloeien", "volledig uitgloeien" en "uiteindelijke uitgloeiing". Niet alle ontlatingstechnieken omvatten herkristallisatie, zoals spanningsverlichting.
