Il processo di trattamento termico è lo stesso per diversi materiali metallici?

一, La base per differenziare i concetti di processo
L'idea principale alla base del trattamento termico dei metalli è quella di utilizzare i campi di temperatura per regolare il movimento degli atomi e il cambiamento delle fasi. Tuttavia, i vari metalli hanno modi piuttosto diversi di disporre i propri atomi e di cambiare fase.
Leghe a base di ferro-(acciaio): secondo il diagramma di fase del ferro-carbonio, processi come l'austenitizzazione e la trasformazione martensitica rendono il materiale più resistente. Ad esempio, per austenitizzare completamente la struttura dell'acciaio 45 #, è necessario riscaldarlo a 840–860 gradi e quindi raffreddarlo rapidamente per produrre martensite, che ha una durezza di HRC50–55.
Lega di alluminio: dipende dal rafforzamento della soluzione solida e dai meccanismi di rafforzamento dell'invecchiamento. Ad esempio, quando si lavora con la lega di alluminio 6061, il trattamento della soluzione significa mantenerla a 530–540 gradi per 4–6 ore per dissolvere completamente la fase Mg ₂ Si. Quindi, viene spento in acqua per produrre una soluzione solida sovrasatura e, infine, viene invecchiato a 175 gradi per realizzare fasi di rafforzamento su scala nanometrica. È possibile aumentare la resistenza alla trazione da 180MPa a 310MPa.
Per le leghe di titanio, il trattamento termico nell'area della fase beta controlla la microstruttura. Raffreddando ad aria la lega di titanio TC4 dopo il trattamento con soluzione solida nella regione di fase a 980–1020 gradi, è possibile ottenere una struttura a strati + con una resistenza alla trazione di 1100 MPa. Se il trattamento isotermico viene eseguito a 850 gradi, si può formare una fase alfa equiassica e il tasso di allungamento può essere aumentato al 15%.
2, Diversi modi di eseguire processi tipici
Diversi tipi di metallo hanno sviluppato i propri metodi di processo di trattamento termico perché hanno esigenze prestazionali diverse.
1. Diversi modi di lavorare con i materiali in acciaio
Tempra e rinvenimento: per ottenere elevata durezza (HRC62-65) e resistenza all'usura, l'acciaio per utensili ad alto tenore di carbonio (come T10A) deve essere raffreddato a 1000-1050 gradi e rinvenuto a 200 gradi. Per ottenere una struttura martensite temperata, l'acciaio bonificato 42CrMo deve essere bonificato a 850 gradi e rinvenuto a 550 gradi. Questa struttura combina resistenza (σ b maggiore o uguale a 1080MPa) e tenacità (ak maggiore o uguale a 39J).
Processo unico: il trattamento criogenico (raffreddamento con azoto liquido a -196 gradi) può trasformare l'austenite rimanente in martensite, rendendo l'acciaio per cuscinetti 9Cr18Mo 1-2HRC più duro; la tempra della superficie di riscaldamento a induzione può creare uno strato indurito di 5 mm di spessore sulla superficie dell'ingranaggio mantenendo il nucleo resistente.
2. Processi solo per metalli non-ferrosi
Il trattamento T6 (soluzione solida+invecchiamento artificiale) è il modo tipico per rendere più resistenti le leghe di alluminio della serie 6000. Per bilanciare robustezza e resistenza alla tensocorrosione, la lega di alluminio 7075 necessita di un invecchiamento in due fasi T74 a due-(120 gradi/24 ore → 160 gradi/8 ore).
Lega di rame: il bronzo al berillio (QBe2) forma la fase quando è invecchiato a 320–340 gradi e ha una durezza di HRC38–42. L'ottone (H62) è-disteso a 300–350 gradi per eliminare l'incrudimento a freddo.
Lega di magnesio: dopo essere stata trattata in una soluzione a 415 gradi, la lega di magnesio AZ91D forma la fase - Mg ₁₇ Al ₁₂ invecchiando a 175 gradi. Ciò rende la resistenza allo snervamento più forte del 30%.
3. Esigenze specifiche per i metalli refrattari
Lega di tungsteno: necessita di ricottura di ricristallizzazione a 1400-1600 gradi per eliminare l'indurimento a freddo e la dimensione del grano deve essere mantenuta inferiore o uguale a 50 μm per mantenere la resistenza alle alte temperature.
Lega di molibdeno: per riparare i danni da radiazioni e ripristinare le prestazioni dei materiali strutturali del reattore nucleare, viene ricotto ad una temperatura elevata di 1800-2000 gradi.
3, Leggi comuni alla progettazione dei processi
Anche se i parametri di processo sono molto diversi, la progettazione del trattamento termico per diversi tipi di materiali metallici segue queste regole di base:
Il diagramma di fase è l'idea principale alla base di tutte le progettazioni di processo. La temperatura critica (Ac ₁, Ac ∝, Ms, ecc.) viene utilizzata per scegliere la temperatura di riscaldamento. Ad esempio, per sciogliere completamente i carburi nell'acciaio inossidabile 304, è necessario riscaldarlo a 1050–1100 gradi.
Controllo della velocità di raffreddamento: scegliere il mezzo giusto (acqua, olio, polimero, ecc.) per controllare la velocità di raffreddamento e far sì che il tessuto cambi in un certo modo. La tempra in acqua può trasformare l'acciaio ad alto-carbonio in martensite, mentre la tempra in olio può impedire la rottura dell'acciaio a basso-legato.
La ricottura di distensione (ad esempio, acciaio a 300–400 gradi e lega di alluminio a 150–200 gradi) viene utilizzata per eliminare lo stress di lavorazione e impedire che gli oggetti si pieghino o si rompano. Invece del trattamento termico, l’invecchiamento per vibrazione (VSR) è ampiamente utilizzato per ridurre lo stress nelle parti in lega di alluminio degli aeromobili.
Modifica collaborativa della superficie: utilizzo combinato del trattamento termico chimico (carburazione, nitrurazione) e della tempra superficiale per ottenere diversi livelli di prestazioni. Ad esempio, gli ingranaggi vengono carburati con 20CrMnTi (930 gradi × 8h), bonificati e rinvenuti a basse temperature. Ciò conferisce loro una durezza superficiale di HRC58-62 e li mantiene resistenti al centro.
4, La direzione principale del miglioramento dei processi
Con l’avanzare della scienza dei materiali, le tecniche di trattamento termico hanno mostrato le seguenti tendenze innovative:
Il trattamento termico locale con fascio laser/elettronico è un modo preciso per controllare la temperatura di piccole aree di tessuto. Viene utilizzato per rendere più forti i fori del film di gas che circondano le pale dei motori degli aerei.
Sistema di processo intelligente: può prevedere come cambieranno i tessuti e migliorare i parametri sulla base di una simulazione del processo di trattamento termico del gemello digitale. Ad esempio, GE utilizza il software ProCAST per evitare che il disco della turbina si deformi più di 0,1 mm durante la tempra.
Tecnologia per produrre in modo ecologico: la cementazione a bassa pressione (LPC) sostituisce la tradizionale cementazione a gas per ridurre le emissioni di CO₂. La tecnologia di sostituzione dell'olio di raffreddamento (come il polimero PAG) riduce le emissioni di COV.