Подробное описание гашения и тепловой обработки отпускания
Утоление и смятение термообработка: подробное описание
Утоление и отпуск (Q & T) представляет собой двухэтапный ** термомеханическая термообработка **, используемый на железных металлах (обычно стали) для достижения комбинации ** высокой прочности, хорошей вязкости и желаемой пластичности **. Это один из наиболее распространенных и важных процессов термической обработки в производстве.
Основная цель состоит в том, чтобы преобразовать микроструктуру стали, чтобы создать оптимальный баланс механических свойств, который не может быть достигнут только путем легирования.
---
Стадия 1: гашение (упрочнение) **
Стадия гашения предназначена для создания очень сложной, но хрупкой микроструктуры, называемой ** Martensite **.
** 1. Austenitize: **
*** Нагревание: ** Стальный компонент равномерно нагревается до температуры выше ее ** верхней критической температуры (AC3 или линии ACM на фазовой диаграмме) **. Эта температура специфична для содержания углерода и легирования стали, как правило, от 800 ° C до 950 ° C (от 1475 ° F до 1750 ° F).
*** Микроструктурное изменение: ** При этой температуре микроструктура полностью превращается в ** austenite ** (лицевая кубическая, FCC, кристаллическая структура железа). Аустенит имеет высокую растворимость для углерода, позволяя атомам углерода равномерно растворять в кристаллической решетке.
*** Замачивание: ** Компонент удерживается при этой температуре в течение достаточного времени (время замачивания), чтобы обеспечить равномерную температуру и однородную аустенитную структуру на протяжении всего его поперечного сечения. Время замачивания зависит от размеров части и характеристик печи.
** 2. Быстрое гашение: **
*После замачивания компонент быстро охлаждается (** гашет **), погрузив его в гашение.
*Быстрая скорость охлаждения (превышающая ** критическую скорость охлаждения ** стали) подавляет образование на основе диффузии более мягких фаз, таких как феррит и перлит.
*Вместо этого аустенит подвергается диффузионному преобразованию сдвига в ** мартенсит **.
*** Martensite **-это тетрагональная (BCT) структура, ориентированная на организм, очень напряженное, перенасыщенный раствор углерода в железе. Этот штамм решетки является причиной его крайней твердости и силы, а также для ее хрупкости и внутренних напряжений.
** Обычное гашение среда (в порядке увеличения скорости охлаждения): **
*** Воздух: ** для высокопластных сталей с высокой укреплением (например, инструментальные стали с воздушным уборкой).
*** Нефть: ** Общая среда, предлагающая менее тяжелый утилизацию, чем вода, снижая риск растрескивания и искажения.
*** Полимер (например, растворы PAG): ** Универсальная среда, скорость охлаждения которых может быть скорректирована с помощью концентрации и температуры.
*** Вода: ** Очень тяжелый закал, используемый для низкопластных сталей.
*** рассол (соленая вода): ** Самый серьезный закат, обеспечивающий самые быстрые скорости охлаждения.
После угашения сталь очень сложная, но слишком хрупкая для большинства инженерных применений. Он содержит высокие внутренние напряжения и склонна к растрескиванию. Это требует второго этапа: отпуск.
---
Стадия 2: Задача **
Удерживание-это ** субкритическая термообработка **, выполненная сразу после гашения. Его цель состоит в том, чтобы ** снять внутренние напряжения, уменьшить хрупкость и повысить прочность и пластичность ** за счет некоторой твердости и силы.
**Процесс:**
*Закаленная сталь перегревается до температуры ** значительно ниже его более низкой критической температуры (линия A1) **, как правило, между 150 ° C до 650 ° C (300 ° F и 1200 ° F).
* Он удерживается при этой температуре в течение заранее определенного времени (обычно 1-2 часа на дюйм толщины), а затем охлаждается, чаще всего в неподвижном воздухе.
** Микроструктурные изменения: **
По мере повышения температуры отпуска, в мартенсите возникает ряд метастабильных переходов:
1. Это снимает некоторый внутренний стресс без значительной потери твердости.
2. ** Образование закаленного мартенсита (200-300 ° C): ** Остаток аустенита (если присутствует) разлагается.
3. Внутренние стрессы значительно снижаются, и прочность начинает заметно увеличиваться.
4. Матрица восстанавливается и начинает превращаться в феррит. Эта структура часто называется ** сфероидит ** при полном смягчении. Это значительно увеличивает пластичность и прочность, но приводит к значительной потере твердости (процесс, известный как ** отжиг **, если это сделано в самом высоком диапазоне).
** Ключевой компромисс: **
Окончательные свойства ** непосредственно контролируются температурой отпуска **:
*** Низкое температура (150-250 ° C): ** производит высокую твердость и прочность, хорошую стойкость к износу, но более низкую вязкость и пластичность. Используется для инструментов, подшипников и износостойких компонентов.
** Средняя температура (350-450 ° C): ** обеспечивает хороший баланс прочности и прочности (пружинные свойства). Используется для пружин, центров и автомобильных компонентов.
*** Высокая температура (450-650 ° C): ** производит высокую вязкость, пластичность и воздействие с умеренной прочностью. Это условие, чаще всего называемое микроструктурой «** смягченного мартенсита **» и является целью для высокопрочных структурных сталей.
---
Сводка преимуществ и приложений **
**Преимущества:**
*Достигает отличного ** соотношения силы к весу **.
*Обеспечивает превосходную ** комбинацию механических свойств ** (сила, прочность, пластичность) по сравнению с просто упрочением или нормализацией.
* Может быть адаптирована к конкретным требованиям применения путем регулировки температуры отпуска.
** Приложения: **
*** Automotive: ** Коленчатые валы, соединительные шатуны, передачи, оси.
*** Аэрокосмическая промышленность: ** Компоненты шасси, структурные крепежи.
*** Строительство: ** Высокие болты, якорные стержни, структурные компоненты.
*** Инструменты: ** Хаммеры, оси, тренировки и умирают (часто с низким температурой).
*** Производство: ** валы, шпинции и детали машины, требующие высокой производительности.
В заключение, гашение и отпуск - это фундаментальный процесс, который позволяет инженерам точно адаптировать свойства стали, чтобы противостоять конкретным условиям обслуживания, что делает его краеугольным камнем современной металлургии и производства.