Terase kuumtöötluse stress ja mõju toruahjudes

Kuumtöötlemise jääkjõud viitab pingele, mis jääb pärast töödeldava detaili kuumtöötlemist, mis mõjutab oluliselt tooriku kuju, suurust ja jõudlust. Kui see ületab materjali voolavuspiiri, põhjustab see tooriku deformatsiooni ja materjali tugevuspiiri ületades võib tooriku pragunemist. See on kahjulik aspekt, mida tuleks vähendada ja kõrvaldada. Kuid teatud tingimustel võib pingejaotuse reguleerimine selle mõistlikuks muutmisel parandada osa mehaanilisi omadusi ja kasutusiga, muutes kahju eeliseks. Analüüsides terase pinge jaotuse ja muutumise seadust kuumtöötlemisprotsessi ajal, on selle mõistlikul jaotamisel toote kvaliteedi parandamisel sügav praktiline tähtsus. Näiteks on laialdast tähelepanu pälvinud küsimus pinnakihile jääva survepinge mõistlikust jaotumisest ja selle mõjust osade kasutuseale.
Mida kiirem on jahutuskiirus, seda suurem on süsinikusisaldus ja sulami koostis ning seda suurem on jahutusprotsessi ajal termilise pinge all tekkiv ebaühtlane plastiline deformatsioon, mille tulemuseks on suurem jääkpinge. Teisest küljest, kuna terase kuumtöötlemisel, st kui austeniit muutub martensiidiks, toimub konstruktsioonimuutus, kaasneb detaili mahu suurenemisega erimahu suurenemine ja tooriku iga osa läbib faasi. ümberkujundamine järjest, mille tulemuseks on ebajärjekindel mahu kasv ja struktuurne pinge. Organisatsioonilise pinge muutuste lõpptulemuseks on pinna tõmbepinge ja südamiku survepinge, mis on täpselt vastupidine termilisele pingele. Konstruktsioonipinge suurus on seotud töödeldava detaili jahutuskiiruse ja kujuga martensiidi transformatsioonitsoonis, materjali keemilise koostise ja muude teguritega.
Töödeldava detaili kuumutamise ja jahutamise käigus tekib pinna ja südamiku vahelise jahutuskiiruse ja aja ebaühtluse tõttu temperatuuride erinevus, mis põhjustab ruumala ebaühtlast laienemist ja kokkutõmbumist ning tekitab pingeid. Termilise pinge mõjul hakkab pinna temperatuur olema südamikust madalam ja kokkutõmbumine on samuti suurem kui südamikus, mis põhjustab südamiku tõmbamist. Kui jahutamine on lõppenud, surutakse pind kokku ja südamik tõmmatakse, kuna südamiku lõplik jahutusmahu kokkutõmbumine ei suuda vabalt kulgeda. Termilise pinge mõjul surutakse töödeldava detaili pind südamiku tõmbamise ajal kokku. Seda nähtust mõjutavad sellised tegurid nagu jahutuskiirus, materjali koostis ja kuumtöötlusprotsess.
Praktika on tõestanud, et termiline pinge ja struktuurne pinge ilmneb kuumtöötlusprotsessi ajal igas toorikus, kuni toimub faasimuutus. Kuid termiline stress tekib juba enne organisatsiooni ümberkujundamist ja organisatsiooniline stress tekib organisatsiooni ümberkujundamise protsessi käigus. Kogu jahutusprotsessi vältel on termilise pinge ja organisatsioonilise pinge koosmõju tooriku tegelik pinge. Nende kahe pinge koosmõju on väga keeruline ja seda mõjutavad paljud tegurid, nagu koostis, kuju, kuumtöötlemisprotsess jne. Selle väljatöötamise protsessi järgi on ainult kahte tüüpi, nimelt termiline stress ja koe stress. Kui tegevuse suund on vastupidine, tühistavad need kaks ja kui tegevussuund on sama, kattuvad need kaks. Olenemata sellest, kas tegemist on vastastikuse tühistamise või superpositsiooniga, peaks kahel pingel olema üks domineeriv tegur ja kui termiline pinge domineerib, on tulemuseks tooriku keskpunkti tõmbamine ja pind kokkusurumine. Kui domineerib organisatsiooniline pinge, on tulemuseks kokkusurutud pind tooriku keskel pinges.
Kuumtöötlemispinge mõju karastuspragudele esineb tegurites, mis võivad karastatud osa erinevates osades põhjustada pingete kontsentratsiooni (sh metallurgilised defektid), mis soodustavad karastuspragude teket. See avaldub aga ainult tõmbepingeväljas (eriti maksimaalse tõmbepinge korral), kui survepingeväljas soodustav toime puudub.
Seda tüüpi terase töökindel põhimõte, mis võib moodustada pikisuunalisi pragusid ainult tavatingimustes karastatud kõrge karastavusega terasdetailidesse, et vältida pragude kustutamist, on püüda võimalikult palju vähendada martensiidi muundumise mitte-isokroonsust sektsiooni sees ja väljaspool. Ainult aeglasest jahutamisest martensiidi transformatsioonitsoonis ei piisa, et vältida pikisuunaliste pragude teket. Üldiselt võivad kaarpraod tekkida ainult mittekõvastuvates osades. Kuigi üldine kiire jahtumine on vajalik tekketingimus, ei ole selle tekke tegelik põhjus mitte kiire jahtumine (sh martensiidi transformatsioonitsoon), vaid karastatud osa lokaalne asend (määratud geomeetrilise struktuuriga). Kõrge temperatuuri kriitilise temperatuuri tsooni jahutuskiirus on kõvastumise puudumisel oluliselt aeglustunud. Ja põiki- ja pikisuunalised lõhed, mis tekivad suurtes mittekarastuvates osades, on põhjustatud jääktõmbepingest, mis koosneb peamiselt termilisest pingest, mis toimib karastatud osa keskpunktis. Karastatud osa lõpliku karastatud osa keskel tekivad kõigepealt praod, mis levivad seest väljapoole.
Selliste pragude vältimiseks kasutatakse sageli vesiõli topeltvedelikku kustutamise protsessi. Selles protsessis kasutatakse kõrge temperatuuriga sektsioonis kiiret jahutamist ainult selleks, et tagada välismetalli martensiitstruktuuri saamine. Sisemise stressi seisukohast on kiire jahutamine kahjulik ja kasutu. Teiseks ei ole aeglase jahutamise eesmärk jahutamise hilisemas etapis mitte vähendada martensiidi muundumise paisumiskiirust ja konstruktsiooni pingeväärtust, vaid minimeerida sektsiooni temperatuuride erinevust ja metalli kokkutõmbumiskiirust keskel. sektsiooni, et vähendada pinge väärtust ja lõpuks pärssida pragude summutamist.
Jahutuse jahutuskiirus on oluline tegur, mis võib mõjutada karastamise kvaliteeti ja määrata jääkpinget, samuti tegur, millel võib olla oluline või isegi otsustav mõju pragude summutamisele. Karastuse eesmärgi saavutamiseks on tavaliselt vaja kiirendada osade jahutuskiirust kõrge temperatuuriga sektsioonis ja panna see ületama terase kriitilist jahutuskiirust, et saada martensiitstruktuuri. Jääkpinge osas võib torukujuline elektriahi suurendada termilise pinge väärtust, mis neutraliseerib struktuurse pinge mõju, vähendades seeläbi tooriku pinnale avalduvat tõmbepinget ja saavutades pikisuunaliste pragude summutamise eesmärgi. Mõju suureneb kõrge temperatuuriga jahutuskiiruse kiirenemisel. Veelgi enam, karatavuse korral on seda suurem on pragunemise oht, mida suurem on tooriku ristlõike suurus, kuigi tegelik jahutuskiirus on aeglasem. Kõik see on tingitud asjaolust, et seda tüüpi terase termiline pinge aeglustab tegelikku jahutuskiirust suuruse suurenemisega, vähendab termilist pinget ja suurendab konstruktsiooni pinget suuruse suurenemisel. Kasti tüüpi elektriahi moodustab lõpuks peamiselt konstruktsioonipingest koosneva tõmbepinge, mis mõjub tooriku pinnale. Ja see on täiesti erinev traditsioonilisest kontseptsioonist, et mida aeglasem on jahutamine, seda väiksem on stress.
Survejääkpinge mõju toorikule kasutatakse laialdaselt meetodina töödeldava detaili väsimustugevuse parandamiseks pinna tugevdamise kaudu. Ühest küljest võib see tõhusalt suurendada tooriku pinna tugevust ja kõvadust, parandada tooriku kulumiskindlust ja teisest küljest võib karburiseerimine tõhusalt parandada tooriku pingejaotust, saavutada suure jääksurvepinge. töödeldava detaili pinnakiht ja parandada tooriku väsimustugevust. Kui isotermiline karastamine viiakse läbi pärast karburiseerimist, suurendab see pinnakihi jääksurvepinget ja parandab veelgi väsimustugevust. Keegi on katsetanud 35SiMn2MoV terase jääkpinget pärast isotermilist kustutamist ja madalal temperatuuril karburiseerimist. Tulemused on toodud tabelis 1.35: SiMn2MoV terase jääkpinge väärtused pärast isotermilist kustutamist ja madalal temperatuuril karburiseerimist
Jääkpinge väärtus (kg/mm2)
Kuumutamine 880-900 kraadises soolavannis pärast karburiseerimist, isotermiline 260 kraadi juures 40 minutit
-65
Pärast karburiseerimist kuumutage ja kustutage 880-900 kraadises soolavannis, isotermiline 260 kraadi juures 90 minutit
-18
Pärast karburiseerimist kuumutage soolavannis 880-900 kraadi Celsiuse järgi, isotermiliselt temperatuuril 260 kraadi Celsiuse järgi 40 minutit ja temperatsiooni temperatuuril 260 kraadi Celsiuse järgi 90 minutit
-38
Vaadates tabelis 1 toodud katsetulemusi, on näha, et isotermilisel karastamisel on suurem pinna jääksurvepinge kui tavalisel karastamise ja madalatemperatuurilisel karastusprotsessil. Isegi pärast isotermilist karastamist madalal temperatuuril karastamist on pinna jääksurvepinge suurem kui pärast jahutamist madalal temperatuuril. Seetõttu võib järeldada, et isotermilise kustutamisega pärast karburiseerimist saadud pinna jääksurvepinge on suurem kui tavapärase karburiseeriva karastamise ja madala temperatuuriga karastamise korral. Pinnakihi jääksurvepinge kasuliku mõju seisukohast väsimuskindlusele on karburiseeriv isotermiline karastusprotsess tõhus meetod karbureeritud osade väsimustugevuse parandamiseks.
On kaks peamist põhjust, miks karburiseerimis- ja karastamisprotsess võib tekitada pinna jääksurvepinget ning karburiseerimine ja isotermiline karastamine võib tekitada suurema pinna jääksurvepinge. Üks põhjus on see, et kõrge süsinikusisaldusega martensiidi erimaht pinnakihis on suurem kui madala süsinikusisaldusega martensiidi oma keskel. Pärast kustutamist pinna maht paisub ja paisub tugevalt, samas kui madala süsinikusisaldusega martensiidi mahupaisumine keskel on väike, mis piirab pinnakihi vaba paisumist ja põhjustab pinnakihi pingeseisundit surve all ja keskpunkti pinge all. . Veel üks olulisem põhjus on see, et suure süsinikusisaldusega alajahutatud austeniidi martensiidiks muundumise algtemperatuur (Ms) on madalam kui alajahutatud austeniidil, mille keskel on madal süsinikusisaldus, martensiidiks. Kui isotermiline karastamine viiakse läbi pärast karburiseerimist, kui isotermiline temperatuur on kõrgem karburiseeritud kihi martensiidi transformatsiooni algustemperatuurist (Ms), võib isotermiline kustutamine sobival temperatuuril, mis on madalam kui martensiidi transformatsiooni algustemperatuur (Ms) keskpunktis. Selle transformatsiooni järjestikused omadused rohkem kui pidev jahutamine (st tagage, et martensiidi muundumine pinnakihis toimub ainult jahutusprotsessis pärast isotermilist kustutamist). Loomulikult mõjutab isotermiline temperatuur ja isotermilise summutamise aeg pärast karburiseerimist oluliselt pinnakihi jääkpinge suurust. Keegi on katsetanud 35SiMn2MoV terasproovide pinna jääkpinget pärast 260 kraadi ja 320 kraadi juures 40 minutit karburiseerimist ning tulemused on toodud tabelis 2. Tabelist 2 on näha, et pinna jääkpinge 260 kraadi juures on suurem. kui kaks korda kõrgem kui 320 kraadi juures. 35SiMn2MoV terase pinna jääkpinge erinevatel isotermilistel temperatuuridel.
Karastusprotsessis põhjustab keskel olev martensiidi muundumine sageli esimesena ruumala laienemist ja tugevneb, kuid pind ei ole veel jahtunud vastava martensiidi lähtepunktini (Ms), seega on see endiselt ülejahutatud austeniidi olek, hea plastilisusega ja ei mängi tõsist rolli martensiidi transformatsiooni mahu laienemise pärssimisel keskel. Jahutustemperatuuri pideva langusega langeb pinnatemperatuur alla (Ms) punkti ja pinnakihis toimub martensiidi transformatsioon, mis põhjustab pinnamahu laienemist. Kuid kese on juba muudetud martensiidiks ja tugevdatud, nii et keskus mängib suurt rolli pinnakihi mahupaisumise pärssimisel, pannes pinnakihile jääksurvepinge.

Ülaltoodud sisu korraldab Superb heater Company, superheer. Peamiselt professionaalne tootmine: tööstuslikud kütteelemendid, temperatuuri mõõteelemendid, tootmisseadmed, tarvikud ja toorained, näiteks torukujulised küttekehad, torukujulised küttekehad, rihmküttekehad, keraamilised küttekehad, silikoonkummist küttekehad, termopaarid jne.

Tere tulemast ülemaailmsed tööstuspartnerid, et arutada koostööd!