ความสัมพันธ์ระหว่างกระบวนการบำบัดความร้อน การทำงาน และการเสียรูปคืออะไร?

ในระหว่างการอบชุบอะลูมิเนียมและอะลูมิเนียมอัลลอยด์มักพบปัญหาต่างๆ เช่น:

-การวางชิ้นส่วนที่ไม่เหมาะสม: สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การเสียรูปของชิ้นส่วน มักเกิดจากการระบายความร้อนไม่เพียงพอโดยตัวกลางดับในอัตราเร็วพอที่จะทำให้ได้คุณสมบัติทางกลที่ต้องการ

-การให้ความร้อนอย่างรวดเร็ว: อาจส่งผลให้เกิดการเสียรูปจากความร้อน การจัดวางชิ้นส่วนที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ถึงความร้อนที่สม่ำเสมอ

-ความร้อนสูงเกินไป: สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การหลอมละลายบางส่วนหรือการหลอมยูเทคติก

-การปรับขนาดพื้นผิว/การเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง

- การรักษาความชราที่มากเกินไปหรือไม่เพียงพอ ซึ่งทั้งสองอย่างนี้อาจส่งผลให้สูญเสียคุณสมบัติทางกล

-ความผันผวนของพารามิเตอร์เวลา/อุณหภูมิ/การดับที่อาจทำให้เกิดความเบี่ยงเบนในคุณสมบัติทางกลและ/หรือทางกายภาพระหว่างชิ้นส่วนและแบทช์

- นอกจากนี้ อุณหภูมิที่สม่ำเสมอไม่ดี เวลาฉนวนไม่เพียงพอ และการระบายความร้อนที่ไม่เพียงพอระหว่างการบำบัดความร้อนของสารละลาย ล้วนส่งผลให้ผลลัพธ์ที่ไม่เพียงพอได้

การอบชุบด้วยความร้อนเป็นกระบวนการทางความร้อนที่สำคัญในอุตสาหกรรมอะลูมิเนียม เรามาเจาะลึกความรู้ที่เกี่ยวข้องเพิ่มเติมกัน

1. การบำบัดล่วงหน้า

กระบวนการบำบัดล่วงหน้าที่ปรับปรุงโครงสร้างและบรรเทาความเครียดก่อนการดับจะเป็นประโยชน์ในการลดการบิดเบือน การบำบัดล่วงหน้ามักเกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ เช่น การหลอมแบบทรงกลมและการหลอมแบบบรรเทาความเครียด และบางชนิดยังใช้การชุบแข็งและการแบ่งเบาบรรเทาหรือการทำให้เป็นมาตรฐาน

การหลอมบรรเทาความเครียด: ในระหว่างการตัดเฉือน ความเค้นตกค้างอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น วิธีการตัดเฉือน การทำงานของเครื่องมือ และความเร็วตัด การกระจายตัวของความเค้นเหล่านี้ไม่สม่ำเสมอสามารถนำไปสู่การบิดเบือนระหว่างการดับได้ เพื่อบรรเทาผลกระทบเหล่านี้ จำเป็นต้องอบอ่อนเพื่อบรรเทาความเครียดก่อนที่จะดับ อุณหภูมิสำหรับการหลอมบรรเทาความเครียดโดยทั่วไปคือ 500-700°C เมื่อให้ความร้อนในตัวกลางอากาศ จะใช้อุณหภูมิ 500-550°C โดยมีระยะเวลาคงตัว 2-3 ชั่วโมง เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการแยกคาร์บอนออก ควรพิจารณาการบิดเบี้ยวของชิ้นส่วนเนื่องจากน้ำหนักตัวเองในระหว่างการโหลด และขั้นตอนอื่นๆ ก็คล้ายกับการอบอ่อนแบบมาตรฐาน

อุ่นเครื่องเพื่อปรับปรุงโครงสร้าง: ซึ่งรวมถึงการหลอมแบบ spheroidizing การชุบแข็งและการแบ่งเบาบรรเทา การทำให้เป็นมาตรฐาน

- การหลอมแบบ Spheroidizing: จำเป็นสำหรับเหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนและเหล็กกล้าเครื่องมือโลหะผสมในระหว่างการอบชุบ โครงสร้างที่ได้รับหลังจากการอบอ่อนแบบทรงกลมจะส่งผลต่อแนวโน้มการบิดเบี้ยวในระหว่างการชุบแข็งอย่างมีนัยสำคัญ ด้วยการปรับโครงสร้างหลังการอบอ่อน จึงสามารถลดการบิดเบือนปกติในระหว่างการดับได้

- วิธีการรักษาล่วงหน้าอื่น ๆ: สามารถใช้วิธีการต่างๆ เพื่อลดความผิดเพี้ยนของการชุบ เช่น การชุบแข็งและการแบ่งเบาบรรเทา การทำให้เป็นมาตรฐาน การเลือกการบำบัดล่วงหน้าที่เหมาะสม เช่น การชุบแข็งและการอบคืนตัว การทำให้การรักษาเป็นมาตรฐานโดยพิจารณาจากสาเหตุของการบิดเบี้ยว และวัสดุของชิ้นส่วนสามารถลดการบิดเบือนได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ความระมัดระวังเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับความเค้นตกค้างและความแข็งที่เพิ่มขึ้นหลังจากการอบคืนตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งการชุบแข็งและการอบคืนตัวสามารถลดการขยายตัวในระหว่างการชุบแข็งสำหรับเหล็กกล้าที่มี W และ Mn แต่มีผลเพียงเล็กน้อยต่อการลดการเสียรูปของเหล็ก เช่น GCr15

ในการผลิตจริง การระบุสาเหตุของการบิดเบี้ยวของการดับ ไม่ว่าจะเป็นเพราะความเค้นตกค้างหรือโครงสร้างที่ไม่ดี เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการบำบัดที่มีประสิทธิภาพ การหลอมบรรเทาความเครียดควรดำเนินการสำหรับการบิดเบือนที่เกิดจากความเค้นตกค้าง ในขณะที่การบำบัด เช่น การแบ่งเบาบรรเทา ที่เปลี่ยนแปลงโครงสร้างไม่จำเป็น และในทางกลับกัน เมื่อนั้นเท่านั้นจึงจะสามารถบรรลุเป้าหมายในการลดความผิดเพี้ยนของการดับลงเพื่อลดต้นทุนและรับประกันคุณภาพ

2. การดำเนินการทำความร้อนแบบดับ

อุณหภูมิดับ: อุณหภูมิดับส่งผลต่อการบิดเบือนอย่างมาก เราสามารถบรรลุวัตถุประสงค์ในการลดการเปลี่ยนรูปได้โดยการปรับอุณหภูมิการชุบแข็ง หรือค่าเผื่อการตัดเฉือนที่สงวนไว้จะเหมือนกับอุณหภูมิการดับเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการลดการเปลี่ยนรูป หรือเลือกและสงวนค่าเผื่อการตัดเฉือนและอุณหภูมิการดับอย่างสมเหตุสมผลหลังการทดสอบการบำบัดความร้อน เพื่อลดค่าเผื่อการตัดเฉือนในภายหลัง ผลของอุณหภูมิการดับต่อการเสียรูปของการดับไม่เพียงเกี่ยวข้องกับวัสดุที่ใช้ในชิ้นงานเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับขนาดและรูปร่างของชิ้นงานด้วย เมื่อรูปร่างและขนาดของชิ้นงานแตกต่างกันมาก แม้ว่าวัสดุของชิ้นงานจะเหมือนกัน แต่แนวโน้มการเปลี่ยนรูปของการดับจะแตกต่างกันมาก และผู้ปฏิบัติงานควรให้ความสนใจกับสถานการณ์นี้ในการผลิตจริง

การระงับเวลาการถือครอง: การเลือกระยะเวลาในการถือครองไม่เพียงแต่ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการให้ความร้อนอย่างทั่วถึงและได้ความแข็งหรือคุณสมบัติทางกลที่ต้องการหลังจากการดับแล้ว แต่ยังคำนึงถึงผลกระทบต่อการบิดเบือนอีกด้วย การขยายเวลาการยึดเกาะในการชุบแข็งจะทำให้อุณหภูมิในการชุบแข็งเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเด่นชัดสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนสูงและโครเมียมสูง

กำลังโหลดวิธีการ: หากวางชิ้นงานในรูปแบบที่ไม่สมเหตุสมผลระหว่างการให้ความร้อน จะทำให้เกิดการเสียรูปเนื่องจากน้ำหนักของชิ้นงาน หรือการเสียรูปเนื่องจากการอัดขึ้นรูปซึ่งกันและกันระหว่างชิ้นงาน หรือการเสียรูปเนื่องจากความร้อนและความเย็นไม่สม่ำเสมอเนื่องจากการซ้อนชิ้นงานมากเกินไป

วิธีการให้ความร้อน: สำหรับชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนและมีความหนาต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งชิ้นงานที่มีส่วนประกอบคาร์บอนและอัลลอยด์สูง กระบวนการให้ความร้อนที่ช้าและสม่ำเสมอถือเป็นสิ่งสำคัญ การอุ่นเครื่องมักจำเป็น บางครั้งต้องใช้การอุ่นหลายรอบ สำหรับชิ้นงานขนาดใหญ่ที่ไม่ได้รับการบำบัดอย่างมีประสิทธิภาพผ่านการอุ่นล่วงหน้า การใช้เตาหลอมแบบกล่องที่มีการควบคุมความร้อนสามารถลดการบิดเบือนที่เกิดจากการทำความร้อนอย่างรวดเร็วได้

3. การทำความเย็น

การชุบแข็งรูปผิดปกติเป็นผลมาจากกระบวนการทำความเย็นเป็นหลัก การเลือกตัวกลางในการดับที่เหมาะสม การทำงานอย่างเชี่ยวชาญ และแต่ละขั้นตอนของกระบวนการทำความเย็นส่งผลโดยตรงต่อการเปลี่ยนรูปของการดับ

การดับไฟปานกลาง: ในขณะที่มั่นใจถึงความแข็งที่ต้องการหลังการชุบแข็ง ควรเลือกใช้ตัวกลางในการดับแบบอ่อนกว่าเพื่อลดความผิดเพี้ยนให้เหลือน้อยที่สุด แนะนำให้ใช้สื่ออาบน้ำอุ่นเพื่อระบายความร้อน (เพื่อช่วยให้ยืดผมได้ในขณะที่ชิ้นส่วนยังร้อนอยู่) หรือแม้แต่การระบายความร้อนด้วยอากาศ ตัวกลางที่มีอัตราการทำความเย็นระหว่างน้ำและน้ำมันสามารถแทนที่ตัวกลางคู่ของน้ำและน้ำมันได้

- ดับความเย็นด้วยอากาศ: การดับด้วยความเย็นด้วยอากาศมีประสิทธิภาพในการลดการเปลี่ยนรูปของการดับของเหล็กความเร็วสูง เหล็กแม่พิมพ์โครเมียม และเหล็กเปลี่ยนรูปขนาดเล็กที่ระบายความร้อนด้วยอากาศ สำหรับเหล็ก 3Cr2W8V ที่ไม่ต้องการความแข็งสูงหลังการชุบแข็ง การชุบด้วยอากาศยังสามารถใช้เพื่อลดการเสียรูปโดยการปรับอุณหภูมิการชุบให้เหมาะสม

— การหล่อเย็นและดับน้ำมัน: น้ำมันเป็นตัวกลางในการชุบแข็งซึ่งมีอัตราการเย็นตัวต่ำกว่าน้ำมาก แต่สำหรับชิ้นงานที่มีความแข็งสูง ขนาดเล็ก รูปร่างซับซ้อน และมีแนวโน้มการเปลี่ยนรูปมาก อัตราความเย็นของน้ำมันจะสูงเกินไป แต่สำหรับชิ้นงานที่มีขนาดเล็กแต่ไม่ดี ความสามารถในการชุบแข็ง อัตราการเย็นตัวของน้ำมันไม่เพียงพอ เพื่อที่จะแก้ไขข้อขัดแย้งข้างต้นและใช้ประโยชน์จากการชุบน้ำมันอย่างเต็มที่เพื่อลดการเสียรูปของการดับของชิ้นงาน ผู้คนจึงได้นำวิธีการปรับอุณหภูมิน้ำมันและเพิ่มอุณหภูมิการดับเพื่อขยายการใช้น้ำมัน

— การเปลี่ยนอุณหภูมิของน้ำมันดับ: การใช้อุณหภูมิน้ำมันเท่าเดิมในการดับเพื่อลดการเสียรูปของการดับยังคงมีปัญหาดังต่อไปนี้ คือ เมื่ออุณหภูมิน้ำมันต่ำ การเสียรูปในการดับยังมีขนาดใหญ่ และเมื่ออุณหภูมิน้ำมันสูงก็ยากที่จะมั่นใจได้ว่า ชิ้นงานหลังการชุบแข็งแล้ว ภายใต้อิทธิพลของรูปร่างและวัสดุของชิ้นงานบางชิ้น การเพิ่มอุณหภูมิของน้ำมันชุบแข็งอาจทำให้การเสียรูปเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องตรวจสอบอุณหภูมิน้ำมันของน้ำมันดับหลังจากผ่านการทดสอบตามเงื่อนไขที่แท้จริงของวัสดุชิ้นงาน ขนาดหน้าตัด และรูปร่าง

เมื่อใช้น้ำมันร้อนในการดับ เพื่อหลีกเลี่ยงไฟไหม้ที่เกิดจากอุณหภูมิน้ำมันสูงที่เกิดจากการดับและระบายความร้อน ควรติดตั้งอุปกรณ์ดับเพลิงที่จำเป็นไว้ใกล้ถังน้ำมัน นอกจากนี้ควรทดสอบดัชนีคุณภาพของน้ำมันดับอย่างสม่ำเสมอ และควรเติมหรือเปลี่ยนน้ำมันใหม่ให้ทันเวลา

— เพิ่มอุณหภูมิดับ: วิธีนี้เหมาะสำหรับชิ้นงานเหล็กคาร์บอนหน้าตัดขนาดเล็กและชิ้นงานโลหะผสมเหล็กที่มีขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อยที่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านความแข็งได้หลังจากการทำความร้อนและการเก็บรักษาความร้อนที่อุณหภูมิการชุบแข็งปกติและการดับน้ำมัน ด้วยการเพิ่มอุณหภูมิการชุบแข็งอย่างเหมาะสมและการดับน้ำมัน จึงสามารถบรรลุผลของการชุบแข็งและลดการเสียรูปได้ เมื่อใช้วิธีนี้ในการดับ ควรใช้ความระมัดระวังเพื่อป้องกันปัญหาต่างๆ เช่น เกรนหยาบ สมบัติทางกลลดลง และอายุการใช้งานของชิ้นงานเนื่องจากอุณหภูมิในการดับที่เพิ่มขึ้น

- การจำแนกประเภทและการออสเตมเปอร์: เมื่อความแข็งในการดับสามารถตอบสนองความต้องการการออกแบบได้ การจำแนกประเภทและการปรับออสเทมเปอร์ของตัวกลางอาบน้ำร้อนควรใช้อย่างเต็มที่เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการลดการเปลี่ยนรูปของการดับ วิธีนี้ยังใช้ได้ผลกับเหล็กโครงสร้างคาร์บอนส่วนเล็กและเหล็กกล้าเครื่องมือที่มีความแข็งต่ำ โดยเฉพาะเหล็กแม่พิมพ์ที่มีโครเมียมและชิ้นงานเหล็กความเร็วสูงที่มีความสามารถในการชุบแข็งสูง การจำแนกประเภทของสื่ออาบน้ำร้อนและวิธีการทำความเย็นของออสเทมเปอร์เป็นวิธีการชุบแข็งขั้นพื้นฐานสำหรับเหล็กประเภทนี้ ในทำนองเดียวกัน ยังใช้ได้ผลกับเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กโครงสร้างอัลลอยด์ต่ำที่ไม่ต้องการความแข็งในการชุบแข็งสูงอีกด้วย

เมื่อดับด้วยการอาบน้ำร้อนควรคำนึงถึงประเด็นต่อไปนี้:

ประการแรก เมื่อใช้อ่างน้ำมันในการคัดเกรดและการดับอุณหภูมิด้วยความร้อน อุณหภูมิของน้ำมันควรได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อป้องกันการเกิดเพลิงไหม้

ประการที่สองเมื่อดับด้วยเกลือไนเตรตเกรดถังเกลือไนเตรตควรติดตั้งเครื่องมือที่จำเป็นและอุปกรณ์ระบายความร้อนด้วยน้ำ สำหรับข้อควรระวังอื่นๆ โปรดดูข้อมูลที่เกี่ยวข้อง และจะไม่ทำซ้ำที่นี่

ประการที่สาม ควรควบคุมอุณหภูมิอุณหภูมิคงที่อย่างเข้มงวดในระหว่างการดับด้วยอุณหภูมิความร้อน อุณหภูมิสูงหรือต่ำไม่เอื้อต่อการลดการเสียรูปดับ นอกจากนี้ ในระหว่างการออสเทมเปอร์ ควรเลือกวิธีการแขวนชิ้นงานเพื่อป้องกันการเสียรูปอันเนื่องมาจากน้ำหนักของชิ้นงาน

ประการที่สี่ เมื่อใช้การดับด้วยอุณหภูมิคงที่หรือแบบแบ่งระดับเพื่อแก้ไขรูปร่างของชิ้นงานในขณะที่ยังร้อน เครื่องมือและฟิกซ์เจอร์ควรมีอุปกรณ์ครบครัน และการดำเนินการควรรวดเร็วระหว่างการทำงาน ป้องกันผลเสียต่อคุณภาพการดับของชิ้นงาน

การทำงานของความเย็น: การทำงานอย่างเชี่ยวชาญในระหว่างกระบวนการทำความเย็นมีผลกระทบอย่างมากต่อการเสียรูปในการดับ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ตัวกลางในการชุบน้ำหรือน้ำมัน

- ทิศทางที่ถูกต้องของรายการตัวกลางในการดับ: โดยปกติแล้ว ชิ้นงานที่มีลักษณะคล้ายแท่งที่สมดุลหรือยาวอย่างสมมาตรควรถูกดับลงในตัวกลางในแนวตั้ง ชิ้นส่วนที่ไม่สมมาตรสามารถดับได้ที่มุม ทิศทางที่ถูกต้องมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้แน่ใจว่าการระบายความร้อนสม่ำเสมอทั่วทุกส่วน โดยพื้นที่การทำความเย็นที่ช้าลงจะเข้าสู่ตัวกลางก่อน ตามด้วยส่วนการทำความเย็นที่เร็วขึ้น การพิจารณารูปร่างของชิ้นงานและอิทธิพลที่มีต่อความเร็วในการทำความเย็นถือเป็นสิ่งสำคัญในทางปฏิบัติ

-การเคลื่อนที่ของชิ้นงานในตัวกลางการชุบแข็ง: ชิ้นส่วนที่ระบายความร้อนช้าควรหันหน้าไปทางตัวกลางดับ ชิ้นงานที่มีรูปทรงสมมาตรควรเป็นไปตามเส้นทางที่สมดุลและสม่ำเสมอในตัวกลาง โดยคงไว้ซึ่งแอมพลิจูดเล็กน้อยและการเคลื่อนไหวที่รวดเร็ว สำหรับชิ้นงานที่บางและยาว ความมั่นคงในระหว่างการดับเป็นสิ่งสำคัญ หลีกเลี่ยงการแกว่งและพิจารณาใช้แคลมป์แทนการผูกลวดเพื่อการควบคุมที่ดีขึ้น

-ความเร็วของการดับ: ชิ้นงานควรดับอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นงานที่มีลักษณะคล้ายแท่งบาง ความเร็วการชุบแข็งที่ช้าลงสามารถนำไปสู่การเปลี่ยนรูปโค้งงอที่เพิ่มขึ้น และความแตกต่างในการเสียรูประหว่างส่วนที่ดับในเวลาที่ต่างกัน

-ควบคุมความเย็น: สำหรับชิ้นงานที่มีขนาดหน้าตัดแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ให้ปกป้องส่วนที่ระบายความร้อนเร็วขึ้นด้วยวัสดุ เช่น เชือกใยหินหรือแผ่นโลหะ เพื่อลดอัตราการระบายความร้อนและให้ความเย็นที่สม่ำเสมอ

- เวลาทำความเย็นในน้ำ: สำหรับชิ้นงานที่มักเกิดการเสียรูปเนื่องจากความเค้นของโครงสร้าง ให้ลดระยะเวลาการทำความเย็นในน้ำให้สั้นลง สำหรับชิ้นงานที่มีการเสียรูปเนื่องจากความเครียดจากความร้อนเป็นหลัก ให้ขยายเวลาการทำความเย็นในน้ำเพื่อลดการเสียรูปจากการดับ

เรียบเรียงโดย May Jiang จาก MAT Aluminium