Cómo formular el templado durante el tratamiento térmico
El tratamiento térmico de metales es uno de los procesos importantes en la fabricación de maquinaria. En comparación con otras tecnologías de procesamiento, el tratamiento térmico generalmente no cambia la forma ni la composición química general de la pieza de trabajo, pero proporciona o mejora el rendimiento de trabajo de la pieza de trabajo cambiando la microestructura dentro de la pieza de trabajo o cambiando la composición química de la superficie de la pieza de trabajo. Su característica es mejorar la calidad intrínseca de la pieza, que generalmente es invisible a simple vista.
Para que las piezas de metal tengan las propiedades mecánicas, físicas y químicas requeridas, además de la selección razonable de materiales y diversos procesos de conformación, los procesos de tratamiento térmico suelen ser esenciales. El acero es el material más utilizado en la industria mecánica. Su microestructura es compleja y puede controlarse mediante tratamiento térmico. Por lo tanto, el tratamiento térmico del acero es el contenido principal del tratamiento térmico del metal. Además, el aluminio, cobre, magnesio, titanio y sus aleaciones también pueden cambiar sus propiedades mecánicas, físicas y químicas mediante tratamiento térmico para obtener diferentes propiedades.
En el proceso desde la Edad de Piedra hasta la Edad del Bronce y la Edad del Hierro, el papel del tratamiento térmico se fue reconociendo gradualmente. Ya entre el 770 a. C. y el 222 a. C., el pueblo chino descubrió en la práctica de producción que las propiedades del cobre y el hierro cambiaban debido a la influencia de la temperatura y la deformación por presión. El tratamiento de ablandamiento del hierro fundido blanco es un proceso importante en la fabricación de herramientas agrícolas.
En el siglo VI a.C. se fueron adoptando paulatinamente las armas de acero. Para mejorar la dureza del acero, se ha desarrollado rápidamente el proceso de templado. Dos espadas y una alabarda desenterradas en Yanxiadu, condado de Yi, provincia de Hebei, China, tienen martensita en su microestructura, lo que indica que han sido apagadas.
Con el desarrollo de la tecnología de enfriamiento, la gente ha descubierto gradualmente el impacto del refrigerante en la calidad del enfriamiento. Durante el período de los Tres Reinos, Schuman Puyuan una vez fabricó tres mil espadas para Zhuge Liang en este valle inclinado de Shaanxi. Según la leyenda, envió gente a Chengdu a buscar agua para apagar el fuego. Esto muestra que la antigua China valoraba las capacidades de enfriamiento de diferentes calidades de agua, así como las capacidades de enfriamiento del aceite y la orina. La espada desenterrada en mi país de la tumba de Wang Jing en Zhongshan durante la dinastía Han Occidental (206 a. C. - 24 d. C.) tiene un contenido de carbono de 0,15-0,4 en el centro de la espada y un contenido de carbono de más de 0,6 en el superficie, lo que indica que se ha aplicado tecnología de cementación. Pero en ese momento, se consideraba un secreto "artesanal" personal y se negaba a difundirse, por lo que se desarrolló lentamente.
En 1863, metalógrafos y geólogos británicos demostraron seis estructuras metalográficas diferentes del acero bajo un microscopio, demostrando que la estructura interna del acero cambiará cuando se caliente y se enfríe. La fase de alta temperatura se transformará en una fase más dura. en enfriamiento rápido. La teoría de la isomería del hierro establecida por el francés Osmond y el diagrama de fases hierro-carbono formulado por primera vez por el británico Austin sentaron las bases teóricas de la tecnología moderna de tratamiento térmico. Al mismo tiempo, la gente también ha estudiado métodos de protección del metal durante el tratamiento térmico y el calentamiento del metal para evitar la oxidación y descarburación del metal durante el proceso de calentamiento.
De 1850 a 1880 se produjeron una serie de patentes sobre la aplicación de diversos gases (como hidrógeno, gas de hulla, monóxido de carbono, etc.). ) para calefacción protectora. De 1889 a 1890, el británico Laker obtuvo patentes para el tratamiento térmico brillante de diversos metales.
Desde el siglo XX, con el desarrollo de la física de los metales y el trasplante y aplicación de otras nuevas tecnologías, los procesos de tratamiento térmico de metales se han desarrollado enormemente. Un avance significativo fue el uso de hornos de solera rotativa para la cementación de gas en la producción industrial entre 1901 y 1925; en los años 30 apareció el potenciómetro de punto de rocío, que permitía controlar el potencial de carbono de la atmósfera en el horno. Posteriormente, se desarrollaron métodos para controlar aún más el potencial de carbono en la atmósfera del horno mediante el uso de instrumentos infrarrojos de dióxido de carbono y sondas de oxígeno. En la década de 1960, los campos de plasma se utilizaron en la tecnología de tratamiento térmico y se desarrollaron procesos de nitruración y carburación de iones. Con la aplicación de la tecnología láser y de haz de electrones, los metales han adquirido nuevos métodos de tratamiento térmico superficial y de tratamiento térmico químico.
Proceso de tratamiento térmico bimetálico
El proceso de tratamiento térmico generalmente incluye tres procesos: calentamiento, aislamiento y enfriamiento. En ocasiones solo existen dos procesos: calentamiento y enfriamiento. Estos procesos están interrelacionados y son continuos.
El calentamiento es uno de los pasos importantes en el tratamiento térmico. Existen muchos métodos de calentamiento para el tratamiento térmico de metales. El carbón vegetal y el carbón se utilizaron por primera vez como fuentes de calor, y luego se utilizaron combustibles líquidos y gaseosos.
La aplicación de electricidad hace que la calefacción sea fácil de controlar y no contamine el medio ambiente. Estas fuentes de calor se pueden utilizar para calentamiento directo o calentamiento indirecto a través de sales o metales fundidos o incluso partículas flotantes.
Cuando se calienta el metal y se expone la pieza al aire, a menudo se produce una descarburación oxidativa (es decir, se reduce el contenido de carbono en la superficie de la pieza de acero), lo que tiene un impacto muy negativo en la Propiedades superficiales de las piezas después del tratamiento térmico. Por lo tanto, los metales normalmente deben calentarse en atmósfera controlada o protectora, sal fundida y vacío, pudiendo también protegerse mediante recubrimiento o embalaje.
La temperatura de calentamiento es uno de los parámetros importantes del proceso de tratamiento térmico. La selección y el control de la temperatura de calentamiento son los principales aspectos para garantizar la calidad del tratamiento térmico. La temperatura de calentamiento varía según el material metálico a tratar y el propósito del tratamiento térmico, pero generalmente se calienta por encima de la temperatura de transición de fase para obtener la estructura deseada. Además, la transformación lleva una cierta cantidad de tiempo, por lo que cuando la superficie de la pieza de metal alcanza la temperatura de calentamiento requerida, debe mantenerse a esta temperatura durante un cierto período de tiempo para que las temperaturas interna y externa sean consistentes y la microestructura. completamente transformado. Este tiempo se llama tiempo de espera. Cuando se utiliza calentamiento de alta densidad de energía y tratamiento térmico de superficies, la velocidad de calentamiento es extremadamente rápida y, en general, no se conserva el calor o el tiempo de conservación del calor es muy corto, mientras que el tiempo de conservación del calor del tratamiento térmico químico suele ser más largo.
El enfriamiento también es un paso esencial en el proceso de tratamiento térmico. El método de enfriamiento varía según el proceso y la velocidad de enfriamiento se controla principalmente. Generalmente, la velocidad de enfriamiento del recocido es la más lenta, la velocidad de enfriamiento de la normalización es más rápida y la velocidad de enfriamiento del enfriamiento es más rápida. Sin embargo, debido a los diferentes tipos de acero, los requisitos también son diferentes. Por ejemplo, el acero endurecido al aire se puede endurecer a la misma velocidad de enfriamiento normalizada.
Los procesos de tratamiento térmico de metales se pueden dividir a grandes rasgos en tratamiento térmico general, tratamiento térmico superficial, tratamiento térmico local y tratamiento térmico químico. Dependiendo del medio de calentamiento, la temperatura de calentamiento y el método de enfriamiento, cada categoría se puede dividir en varios procesos de tratamiento térmico diferentes. Un mismo metal puede obtener diferentes estructuras mediante diferentes procesos de tratamiento térmico y por tanto tener diferentes propiedades. El acero es el metal más utilizado en la industria y su microestructura también es la más compleja. Por ello, existen muchos procesos de tratamiento térmico del acero.
El tratamiento térmico integral es un proceso de tratamiento térmico del metal que calienta la pieza de trabajo en su conjunto y luego la enfría a una velocidad adecuada para cambiar sus propiedades mecánicas generales. Hay cuatro procesos básicos en el tratamiento térmico general del acero: recocido, normalizado, templado y revenido.
El recocido consiste en calentar la pieza de trabajo a una temperatura adecuada, adoptar diferentes tiempos de retención según el material y el tamaño de la pieza de trabajo, y luego enfriarla lentamente para lograr que la estructura interna del metal alcance. o estar cerca de un estado de equilibrio y obtener un buen rendimiento y capacidad de servicio del proceso, o preparar el tejido para un enfriamiento adicional. Normalizar consiste en calentar la pieza de trabajo a la temperatura adecuada y luego enfriarla al aire. El efecto de la normalización es similar al del recocido, excepto que la estructura resultante es más fina. A menudo se utiliza para mejorar el rendimiento de corte de los materiales y, a veces, se utiliza como tratamiento térmico final para algunas piezas menos exigentes.
El enfriamiento consiste en calentar y mantener la pieza de trabajo, y luego enfriarla rápidamente en un medio de enfriamiento como agua, aceite u otras sales inorgánicas, soluciones acuosas orgánicas. Después del templado, el acero se vuelve duro pero también quebradizo. Para reducir la fragilidad de las piezas de acero, las piezas de acero templado se mantienen a una temperatura adecuada por encima de la temperatura ambiente y por debajo de 710 °C durante un largo tiempo y luego se enfrían. Este proceso se llama templado. El recocido, la normalización, el temple y el revenido son los "cuatro fuegos" en todo el tratamiento térmico. Entre ellos, el temple y el revenido están estrechamente relacionados y, a menudo, se utilizan juntos.
Los "Cuatro Fuegos" han evolucionado los procesos de tratamiento térmico con diferentes temperaturas de calentamiento y métodos de enfriamiento. Para obtener una cierta resistencia y tenacidad, el proceso de combinar temple y revenido a alta temperatura se denomina temple y revenido. Después de que algunas aleaciones se enfrían para formar una solución sólida sobresaturada, se mantienen a temperatura ambiente o a una temperatura ligeramente más alta durante mucho tiempo para mejorar la dureza, resistencia o propiedades electromagnéticas de la aleación. Este proceso de tratamiento térmico se llama tratamiento de envejecimiento. El método de combinar de manera efectiva y cercana el procesamiento de deformación por presión y el tratamiento térmico para obtener buena resistencia y tenacidad de la pieza de trabajo se llama tratamiento térmico de deformación realizado en una atmósfera de presión negativa o al vacío se llama tratamiento térmico al vacío, que puede prevenir la oxidación y la descarburación; de la pieza de trabajo, y puede mantener limpia la superficie de la pieza de trabajo que se está procesando, mejorar el rendimiento de la pieza de trabajo y también puede introducir penetrante para el tratamiento térmico químico.
El tratamiento térmico superficial es un proceso de tratamiento térmico del metal que solo calienta la capa superficial de la pieza de trabajo para cambiar sus propiedades mecánicas.
Para calentar solo la capa superficial de la pieza de trabajo sin transferir demasiado calor al interior de la pieza de trabajo, la fuente de calor utilizada debe tener una alta densidad de energía, es decir, la energía térmica proporcionada a la pieza de trabajo por unidad de área es grande. de modo que la capa superficial o parte de la pieza de trabajo se pueda calentar en poco tiempo o se alcancen altas temperaturas instantáneamente. Los principales métodos de tratamiento térmico de superficies incluyen el tratamiento térmico con láser, el enfriamiento por llama y el tratamiento térmico por calentamiento por inducción. Las fuentes de calor comúnmente utilizadas incluyen llama de oxiacetileno u oxipropano, corriente inducida, láser y haz de electrones.
El tratamiento térmico químico es un proceso de tratamiento térmico de metales que cambia la composición química, la microestructura y las propiedades de la capa superficial de la pieza de trabajo. La diferencia entre el tratamiento térmico químico y el tratamiento térmico superficial es que este último cambia la composición química de la capa superficial de la pieza de trabajo. El tratamiento térmico químico consiste en calentar la pieza de trabajo en un medio (gas, líquido, sólido) que contiene carbono, nitrógeno u otro. elementos de aleación y mantiene la temperatura durante mucho tiempo, de modo que la superficie de la pieza de trabajo se infiltra con carbono, nitrógeno, boro y cromo. Una vez infiltrados los elementos, a veces se realizan otros procesos de tratamiento térmico, como templado y revenido. Los principales métodos de tratamiento térmico químico incluyen cementación, nitruración, metalización, cementación compuesta, etc.
El tratamiento térmico es uno de los procesos importantes en el proceso de fabricación de piezas mecánicas y moldes. En términos generales, puede garantizar y mejorar diversas propiedades de la pieza de trabajo, como la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión. También puede mejorar la estructura y el estado de tensión de la pieza en bruto para facilitar diversos procesos de procesamiento en frío y en caliente.
Por ejemplo, el hierro fundido blanco se puede recocer durante mucho tiempo para obtener hierro fundido maleable y mejorar su plasticidad, con el proceso de tratamiento térmico correcto, la vida útil de los engranajes se puede duplicar o incluso decenas de veces; más largo que los engranajes sin tratamiento térmico; además, el acero al carbono barato tiene algunas propiedades del costoso acero de aleación al infiltrarse en algunos elementos de aleación y puede reemplazar algunos aceros resistentes al calor y acero inoxidable, casi todas las herramientas y moldes requieren tratamiento térmico antes de su uso.
Clasificación de los tres tipos de acero
El acero es una aleación que tiene como componentes principales el hierro y el carbono, y el contenido de carbono es generalmente inferior a 2,11. El acero es un material metálico extremadamente importante en la construcción económica. El acero se divide en acero al carbono y acero aleado según su composición química. El acero al carbono es una aleación que se obtiene fundiendo arrabio. Además de hierro y carbono, también contiene pequeñas cantidades de manganeso, silicio, azufre, fósforo y otras impurezas. El acero al carbono tiene ciertas propiedades mecánicas, buen rendimiento del proceso y bajo precio. Por lo tanto, el acero al carbono se ha utilizado ampliamente. Sin embargo, con el rápido desarrollo de la industria, la ciencia y la tecnología modernas, el rendimiento del acero al carbono ya no puede satisfacer plenamente las necesidades, por lo que la gente ha desarrollado varios aceros aleados. El acero aleado es una aleación de múltiples componentes que se obtiene agregando intencionalmente algunos elementos (llamados elementos de aleación) al acero al carbono. En comparación con el acero al carbono, el rendimiento del acero aleado ha mejorado significativamente, por lo que se ha utilizado ampliamente.
Debido a la gran variedad de productos siderúrgicos, los productos siderúrgicos deben clasificarse para facilitar la producción, almacenamiento, selección e investigación. El acero se puede dividir en muchos tipos según su uso, composición química y calidad: