ความสัมพันธ์ระหว่างกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน การดำเนินงาน และการเปลี่ยนรูปคืออะไร?

ในระหว่างการอบชุบด้วยความร้อนของอะลูมิเนียมและโลหะผสมอะลูมิเนียม มักพบปัญหาต่างๆ มากมาย เช่น:

-การวางชิ้นส่วนที่ไม่เหมาะสม: อาจทำให้ชิ้นส่วนเสียรูปได้ มักเกิดจากการระบายความร้อนที่ไม่เพียงพอโดยตัวกลางการดับด้วยอัตราที่รวดเร็วเพียงพอที่จะบรรลุคุณสมบัติเชิงกลตามต้องการ

- การให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว: อาจส่งผลให้เกิดการเสียรูปเนื่องจากความร้อน การวางชิ้นส่วนในตำแหน่งที่ถูกต้องจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะได้รับความร้อนอย่างทั่วถึง

- ความร้อนสูงเกินไป: อาจทำให้เกิดการหลอมละลายบางส่วนหรือการหลอมละลายแบบยูเทกติกได้

-การขูดขีดพื้นผิว/ออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง

-การบ่มนานเกินไปหรือไม่เพียงพอ ทั้งสองอย่างนี้สามารถส่งผลให้สูญเสียคุณสมบัติเชิงกลได้

- ความผันผวนของเวลา/อุณหภูมิ/พารามิเตอร์การดับที่อาจทำให้คุณสมบัติทางกลและ/หรือทางกายภาพระหว่างชิ้นส่วนและชุดผลิตภัณฑ์เกิดการเบี่ยงเบน

นอกจากนี้ ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิที่ไม่เพียงพอ ระยะเวลาการป้องกันความร้อนที่ไม่เพียงพอ และการระบายความร้อนที่ไม่เพียงพอในระหว่างการอบชุบด้วยสารละลาย ล้วนเป็นสาเหตุที่ทำให้ผลลัพธ์ไม่เพียงพอได้

การอบชุบด้วยความร้อนถือเป็นกระบวนการทางความร้อนที่สำคัญในอุตสาหกรรมอลูมิเนียม มาดูความรู้ที่เกี่ยวข้องเพิ่มเติมกันดีกว่า

1.การเตรียมการก่อนการรักษา

กระบวนการเตรียมการล่วงหน้าที่ช่วยปรับปรุงโครงสร้างและบรรเทาความเครียดก่อนการดับเป็นประโยชน์ต่อการลดการบิดเบือน โดยทั่วไป กระบวนการเตรียมการล่วงหน้าเกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ เช่น การอบแบบทรงกลมและการอบเพื่อบรรเทาความเครียด และบางกระบวนการยังใช้การดับและอบให้ร้อนหรือการบำบัดเพื่อทำให้เป็นปกติด้วย

การคลายเครียดด้วยการอบ:ระหว่างการตัดเฉือน ความเค้นตกค้างอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น วิธีการตัดเฉือน การทำงานของเครื่องมือ และความเร็วในการตัด การกระจายความเค้นที่ไม่สม่ำเสมอเหล่านี้อาจทำให้เกิดการบิดเบี้ยวในระหว่างการชุบแข็ง เพื่อบรรเทาผลกระทบเหล่านี้ จำเป็นต้องอบเพื่อคลายความเค้นก่อนการชุบแข็ง อุณหภูมิในการอบเพื่อคลายความเค้นโดยทั่วไปอยู่ที่ 500-700°C เมื่อให้ความร้อนในอากาศ ให้ใช้ความร้อนที่ 500-550°C โดยมีระยะเวลาการคงอยู่ 2-3 ชั่วโมงเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการแยกคาร์บอน ควรพิจารณาการบิดเบี้ยวของชิ้นส่วนเนื่องจากน้ำหนักของตัวเองในระหว่างการโหลด และขั้นตอนอื่นๆ ก็คล้ายกับการอบแบบมาตรฐาน

การอบความร้อนล่วงหน้าเพื่อปรับปรุงโครงสร้าง:ซึ่งรวมถึงการอบชุบ การดับ และการแบ่งเบาภาระแบบทรงกลม และการบำบัดเพื่อให้เป็นปกติ

-การอบแบบสเฟรอยด์:จำเป็นสำหรับเหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนและเหล็กกล้าเครื่องมือโลหะผสมระหว่างการอบชุบด้วยความร้อน โครงสร้างที่ได้หลังจากการอบชุบแบบทรงกลมส่งผลกระทบอย่างมากต่อแนวโน้มการบิดเบือนในระหว่างการชุบแข็ง การปรับโครงสร้างหลังการอบชุบจะช่วยลดความบิดเบือนปกติในระหว่างการชุบแข็งได้

-วิธีการเตรียมการอื่นๆ:สามารถใช้หลากหลายวิธีเพื่อลดการบิดเบี้ยวจากการชุบแข็ง เช่น การชุบแข็งและการอบชุบ การบำบัดแบบทำให้เป็นมาตรฐาน การเลือกการบำบัดเบื้องต้นที่เหมาะสม เช่น การชุบแข็งและการอบชุบ การบำบัดแบบทำให้เป็นมาตรฐานโดยพิจารณาจากสาเหตุของการบิดเบี้ยวและวัสดุของชิ้นส่วนสามารถลดการบิดเบี้ยวได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องใช้ความระมัดระวังสำหรับความเค้นตกค้างและความแข็งที่เพิ่มขึ้นหลังการชุบแข็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการชุบแข็งและการอบชุบสามารถลดการขยายตัวระหว่างการชุบแข็งสำหรับเหล็กที่มี W และ Mn แต่มีผลเพียงเล็กน้อยต่อการลดการเสียรูปสำหรับเหล็ก เช่น GCr15

ในการผลิตจริง การระบุสาเหตุของการบิดเบี้ยวจากการดับ ไม่ว่าจะเกิดจากความเค้นตกค้างหรือโครงสร้างที่ไม่ดี ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการบำบัดที่มีประสิทธิภาพ ควรดำเนินการอบเพื่อคลายความเค้นสำหรับการบิดเบี้ยวที่เกิดจากความเค้นตกค้าง ในขณะที่การบำบัด เช่น การอบชุบที่ทำให้โครงสร้างเปลี่ยนไปนั้นไม่จำเป็น และในทางกลับกัน เมื่อดำเนินการดังกล่าวเท่านั้นจึงจะบรรลุเป้าหมายในการลดความบิดเบี้ยวจากการดับ เพื่อลดต้นทุนและรับประกันคุณภาพ

2.การดำเนินการดับความร้อน

อุณหภูมิการดับ:อุณหภูมิการดับมีผลต่อการบิดเบือนอย่างมาก เราสามารถบรรลุวัตถุประสงค์ในการลดการเปลี่ยนรูปได้โดยการปรับอุณหภูมิการดับหรือค่าเผื่อการตัดเฉือนที่สำรองไว้จะเท่ากับอุณหภูมิการดับเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการลดการเปลี่ยนรูปหรือเลือกและสำรองค่าเผื่อการตัดเฉือนและอุณหภูมิการดับอย่างสมเหตุสมผลหลังจากการทดสอบการอบด้วยความร้อนเพื่อลดค่าเผื่อการตัดเฉือนที่ตามมา ผลกระทบของอุณหภูมิการดับต่อการเสียรูปจากการดับไม่ได้เกี่ยวข้องกับวัสดุที่ใช้ในชิ้นงานเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับขนาดและรูปร่างของชิ้นงานด้วย เมื่อรูปร่างและขนาดของชิ้นงานแตกต่างกันมาก แม้ว่าวัสดุของชิ้นงานจะเหมือนกัน แต่แนวโน้มการเสียรูปจากการดับจะแตกต่างกันมาก และผู้ปฏิบัติงานควรใส่ใจกับสถานการณ์นี้ในการผลิตจริง

ระยะเวลาการชุบแข็ง:การเลือกระยะเวลาในการยึดไม่เพียงแต่ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะได้รับความร้อนอย่างทั่วถึงและได้ความแข็งหรือคุณสมบัติเชิงกลที่ต้องการหลังการชุบแข็งเท่านั้น แต่ยังคำนึงถึงผลกระทบต่อการบิดเบี้ยวด้วย การขยายระยะเวลาในการยึดในการชุบแข็งจะเพิ่มอุณหภูมิในการชุบแข็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเหล็กคาร์บอนสูงและเหล็กโครเมียมสูง

วิธีการโหลด:หากชิ้นงานถูกวางในรูปแบบที่ไม่เหมาะสมในระหว่างการให้ความร้อน จะทำให้เกิดการเสียรูปเนื่องจากน้ำหนักของชิ้นงานหรือการเสียรูปอันเกิดจากการอัดกันระหว่างชิ้นงานหรือการเสียรูปอันเกิดจากการให้ความร้อนและความเย็นที่ไม่สม่ำเสมออันเนื่องมาจากการวางชิ้นงานซ้อนกันมากเกินไป

วิธีการให้ความร้อน:สำหรับชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนและมีความหนาต่างกัน โดยเฉพาะชิ้นงานที่มีคาร์บอนและโลหะผสมสูง กระบวนการให้ความร้อนที่ช้าและสม่ำเสมอเป็นสิ่งสำคัญ การใช้การอุ่นล่วงหน้ามักจำเป็น บางครั้งอาจต้องอุ่นล่วงหน้าหลายรอบ สำหรับชิ้นงานขนาดใหญ่ที่ไม่ได้รับการอุ่นล่วงหน้าอย่างมีประสิทธิภาพ การใช้เตาเผาแบบต้านทานกล่องที่มีการควบคุมความร้อนสามารถลดการบิดเบือนที่เกิดจากการอุ่นอย่างรวดเร็วได้

3. การทำงานของระบบทำความเย็น

การเปลี่ยนรูปจากการดับนั้นส่วนใหญ่เกิดจากกระบวนการระบายความร้อน การเลือกตัวกลางในการดับที่เหมาะสม การทำงานอย่างชำนาญ และขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการระบายความร้อนล้วนส่งผลโดยตรงต่อการเปลี่ยนรูปจากการดับ

การเลือกตัวกลางการดับ:ในขณะที่ต้องแน่ใจว่าได้ความแข็งที่ต้องการหลังการชุบแข็งแล้ว ควรใช้ตัวกลางการชุบแข็งที่อ่อนกว่าเพื่อลดการบิดเบี้ยว แนะนำให้ใช้ตัวกลางในอ่างที่ให้ความร้อนเพื่อระบายความร้อน (เพื่อให้ยืดตรงได้ง่ายในขณะที่ชิ้นส่วนยังร้อนอยู่) หรือแม้แต่การระบายความร้อนด้วยอากาศ ตัวกลางที่มีอัตราการระบายความร้อนระหว่างน้ำและน้ำมันสามารถใช้แทนตัวกลางแบบน้ำและน้ำมันได้

—การดับความเย็นด้วยอากาศ:การชุบแข็งด้วยอากาศมีประสิทธิภาพในการลดการเสียรูปจากการชุบแข็งของเหล็กความเร็วสูง เหล็กแม่พิมพ์โครเมียม และเหล็กที่เปลี่ยนรูปด้วยอากาศ สำหรับเหล็ก 3Cr2W8V ที่ไม่ต้องการความแข็งสูงหลังการชุบแข็ง สามารถใช้การชุบแข็งด้วยอากาศเพื่อลดการเสียรูปได้โดยการปรับอุณหภูมิการชุบแข็งให้เหมาะสม

—การระบายความร้อนและการดับน้ำมัน: น้ำมันเป็นตัวกลางการดับที่มีอัตราการระบายความร้อนต่ำกว่าน้ำมาก แต่สำหรับชิ้นงานที่มีความสามารถในการชุบแข็งสูง ขนาดเล็ก รูปร่างซับซ้อน และแนวโน้มการเสียรูปมาก อัตราการระบายความร้อนของน้ำมันจะสูงเกินไป แต่สำหรับชิ้นงานที่มีขนาดเล็กแต่การชุบแข็งไม่ดี อัตราการระบายความร้อนของน้ำมันจะไม่เพียงพอ เพื่อแก้ไขข้อขัดแย้งข้างต้นและใช้ประโยชน์จากการดับด้วยน้ำมันอย่างเต็มที่เพื่อลดการเสียรูปจากการดับของชิ้นงาน ผู้คนได้นำวิธีการปรับอุณหภูมิของน้ำมันและเพิ่มอุณหภูมิการดับมาใช้เพื่อเพิ่มการใช้ประโยชน์ของน้ำมัน

—การเปลี่ยนอุณหภูมิการดับน้ำมัน:การใช้อุณหภูมิน้ำมันเดียวกันในการดับเพื่อลดการเสียรูปจากการดับยังคงมีปัญหาต่อไปนี้ นั่นคือเมื่ออุณหภูมิของน้ำมันต่ำ การเสียรูปจากการดับยังคงมีมาก และเมื่ออุณหภูมิของน้ำมันสูง เป็นการยากที่จะรับประกันว่าชิ้นงานหลังจากการดับจะมีความแข็ง ภายใต้ผลรวมของรูปร่างและวัสดุของชิ้นงานบางชิ้น การเพิ่มอุณหภูมิของน้ำมันดับอาจทำให้การเสียรูปเพิ่มขึ้นด้วย ดังนั้น จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องกำหนดอุณหภูมิของน้ำมันดับหลังจากผ่านการทดสอบตามเงื่อนไขจริงของวัสดุชิ้นงาน ขนาดหน้าตัด และรูปร่าง

เมื่อใช้น้ำมันร้อนในการดับไฟ เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดไฟไหม้ที่เกิดจากอุณหภูมิของน้ำมันที่สูงอันเกิดจากการดับไฟและการระบายความร้อน ควรติดตั้งอุปกรณ์ดับเพลิงที่จำเป็นไว้ใกล้กับถังน้ำมัน นอกจากนี้ ควรทดสอบดัชนีคุณภาพของน้ำมันดับไฟเป็นประจำ และควรเติมหรือเปลี่ยนน้ำมันใหม่ตามเวลา

—เพิ่มอุณหภูมิการดับ:วิธีนี้เหมาะสำหรับชิ้นงานเหล็กกล้าคาร์บอนที่มีหน้าตัดเล็กและชิ้นงานเหล็กกล้าอัลลอยด์ขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อยที่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านความแข็งได้หลังจากให้ความร้อนและรักษาความร้อนที่อุณหภูมิการดับปกติและการดับด้วยน้ำมัน โดยการเพิ่มอุณหภูมิการดับและการดับด้วยน้ำมันอย่างเหมาะสม จะทำให้สามารถบรรลุผลของการชุบแข็งและลดการเสียรูปได้ เมื่อใช้วิธีการนี้ในการดับ ควรระมัดระวังเพื่อป้องกันปัญหาต่างๆ เช่น เมล็ดหยาบ การลดลงของคุณสมบัติเชิงกล และอายุการใช้งานของชิ้นงานอันเนื่องมาจากอุณหภูมิการดับที่เพิ่มขึ้น

—การจำแนกประเภทและการอบ:เมื่อความแข็งในการดับสามารถตอบสนองความต้องการการออกแบบได้ ควรใช้การจำแนกประเภทและการออสเทมเปอร์ของตัวกลางอ่างร้อนอย่างเต็มที่เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการลดการเปลี่ยนรูปจากการดับ วิธีนี้ยังมีประสิทธิภาพสำหรับเหล็กโครงสร้างคาร์บอนส่วนเล็กที่มีความสามารถในการชุบแข็งต่ำและเหล็กเครื่องมือ โดยเฉพาะเหล็กแม่พิมพ์ที่มีโครเมียมและชิ้นงานเหล็กความเร็วสูงที่มีความสามารถในการชุบแข็งสูง การจำแนกประเภทของตัวกลางอ่างร้อนและวิธีการทำความเย็นของการออสเทมเปอร์เป็นวิธีการดับพื้นฐานสำหรับเหล็กประเภทนี้ ในทำนองเดียวกัน ยังมีประสิทธิภาพสำหรับเหล็กโครงสร้างคาร์บอนและเหล็กโครงสร้างโลหะผสมต่ำที่ไม่ต้องการความแข็งในการดับแข็งสูง

เมื่อดับกระหายด้วยการอาบน้ำร้อน ควรใส่ใจเรื่องต่อไปนี้:

ประการแรก เมื่อใช้อ่างน้ำมันสำหรับการเกรดและการดับแบบอุณหภูมิคงที่ ควรควบคุมอุณหภูมิของน้ำมันอย่างเคร่งครัดเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดไฟ

ประการที่สอง เมื่อทำการดับด้วยเกลือไนเตรต ควรติดตั้งเครื่องมือและอุปกรณ์ระบายความร้อนด้วยน้ำที่จำเป็นไว้ในถังเกลือไนเตรต สำหรับข้อควรระวังอื่นๆ โปรดดูข้อมูลที่เกี่ยวข้อง และจะไม่ทำซ้ำในที่นี้

ประการที่สาม อุณหภูมิคงที่ควรได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดในระหว่างการชุบแข็งแบบคงที่ อุณหภูมิที่สูงหรือต่ำเกินไปไม่เอื้อต่อการลดการเสียรูปจากการชุบแข็ง นอกจากนี้ ในระหว่างการชุบแข็ง ควรเลือกวิธีการแขวนชิ้นงานเพื่อป้องกันการเสียรูปที่เกิดจากน้ำหนักของชิ้นงาน

ประการที่สี่ เมื่อใช้การชุบแข็งแบบอุณหภูมิคงที่หรือการชุบแข็งแบบไล่ระดับเพื่อแก้ไขรูปร่างของชิ้นงานในขณะที่ยังร้อนอยู่ เครื่องมือและอุปกรณ์ยึดจับควรได้รับการติดตั้งอย่างครบครัน และการดำเนินการควรรวดเร็วระหว่างการทำงาน ป้องกันไม่ให้เกิดผลกระทบเชิงลบต่อคุณภาพการชุบแข็งของชิ้นงาน

การดำเนินการทำความเย็น:การปฏิบัติงานอย่างชำนาญในระหว่างกระบวนการทำความเย็นมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการเปลี่ยนรูปจากการดับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการใช้ตัวกลางการดับด้วยน้ำหรือน้ำมัน

-ทิศทางที่ถูกต้องของการเข้าตัวกลางการดับ:โดยทั่วไป ชิ้นงานที่มีลักษณะเป็นแท่งที่สมดุลสมมาตรหรือยาวควรได้รับการชุบแข็งในแนวตั้งลงในตัวกลาง ส่วนชิ้นส่วนที่ไม่สมมาตรสามารถชุบแข็งได้ในมุมเอียง ทิศทางที่ถูกต้องมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนทั้งหมดได้รับการระบายความร้อนอย่างสม่ำเสมอ โดยพื้นที่ระบายความร้อนที่ช้ากว่าจะเข้าสู่ตัวกลางก่อน จากนั้นจึงตามด้วยส่วนที่ระบายความร้อนได้เร็วขึ้น การพิจารณารูปร่างของชิ้นงานและอิทธิพลของชิ้นงานที่มีต่อความเร็วในการระบายความร้อนถือเป็นสิ่งสำคัญในการปฏิบัติ

-การเคลื่อนตัวของชิ้นงานในวัสดุชุบแข็ง:ชิ้นส่วนที่เย็นตัวช้าควรหันหน้าเข้าหาตัวกลางการชุบแข็ง ชิ้นงานที่มีรูปร่างสมมาตรควรเคลื่อนที่ตามเส้นทางที่สมดุลและสม่ำเสมอในตัวกลาง โดยรักษาแอมพลิจูดขนาดเล็กและการเคลื่อนไหวที่รวดเร็ว สำหรับชิ้นงานที่บางและยาว ความเสถียรระหว่างการชุบแข็งเป็นสิ่งสำคัญ หลีกเลี่ยงการแกว่งและพิจารณาใช้แคลมป์แทนการรัดลวดเพื่อการควบคุมที่ดีขึ้น

-ความเร็วในการดับ:ชิ้นงานควรได้รับการชุบแข็งอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะสำหรับชิ้นงานที่บางคล้ายแท่ง ความเร็วในการชุบแข็งที่ช้าลงอาจส่งผลให้เกิดการเสียรูปจากการดัดงอเพิ่มขึ้นและความแตกต่างในการเสียรูประหว่างส่วนที่ชุบแข็งในเวลาต่างกัน

-ควบคุมความเย็น:สำหรับชิ้นงานที่มีขนาดหน้าตัดแตกต่างกันอย่างมาก ควรปกป้องชิ้นงานที่ระบายความร้อนได้เร็วขึ้นด้วยวัสดุ เช่น เชือกใยหินหรือแผ่นโลหะ เพื่อลดอัตราการระบายความร้อนและให้การระบายความร้อนสม่ำเสมอ

-เวลาในการทำให้เย็นลงในน้ำ:สำหรับชิ้นงานที่ประสบปัญหาการเสียรูปเป็นหลักเนื่องจากความเครียดทางโครงสร้าง ให้ลดเวลาในการหล่อเย็นในน้ำ สำหรับชิ้นงานที่ประสบปัญหาการเสียรูปเป็นหลักเนื่องจากความเครียดทางความร้อน ให้ยืดเวลาในการหล่อเย็นในน้ำเพื่อลดการเสียรูปจากการชุบแข็ง

เรียบเรียงโดย เมย์ เจียง จาก MAT Aluminum