Untersuchung von 36 Arten thermomechanischer Behandlungen

Der Prozess der Verformungswärmebehandlung wird gemeinhin als "thermomechanische Verarbeitung" bezeichnet. Im Maschinenbau kann die Kombination von Druckverarbeitungsverfahren (z. B. Walzen, Schmieden und Rollen) und Wärmebehandlung sowohl zu einer linearen als auch zu einer wärmebehandlungsbedingten Verstärkung führen, was zu umfassenden mechanischen Eigenschaften führt, die durch eine [...]

Inhaltsverzeichnis

Der Prozess der Verformungswärmebehandlung wird gemeinhin als "thermomechanische Bearbeitung" bezeichnet.

Im Maschinenbau kann die Kombination von Druckverarbeitungsverfahren (z. B. Walzen, Schmieden und Rollen) und Wärmebehandlung zu einer linearen und wärmebehandelten Verstärkung führen, was zu umfassenden mechanischen Eigenschaften führt, die mit einer einzigen Verstärkungsmethode nicht erreicht werden können.

Dieser kombinierte Verfestigungsprozess wird als thermomechanische Behandlung bezeichnet.

Thermomechanisches Behandlungsverfahren

Die thermomechanische Behandlung bietet nicht nur außergewöhnliche mechanische Eigenschaften, sondern macht auch das Erhitzen bei hohen Temperaturen während der Wärmebehandlung überflüssig, was zu erheblichen Energieeinsparungen, einem geringeren Bedarf an Heizgeräten und Werkstattfläche sowie einem geringeren Auftreten von Wärmebehandlungsfehlern wie Oxidation, Entkohlung und Verzug führt.

Daher bietet das thermomechanische Behandlungsverfahren nicht nur hervorragende Verstärkungseffekte, sondern auch erhebliche wirtschaftliche Vorteile.

Zur Veranschaulichung sind im Folgenden 36 Beispiele für thermomechanische Behandlungsmethoden aufgeführt.

1. 16 Fälle des Abschreckens beim Warmschmieden

(1) BAbschrecken des Schneidwerkzeugs nach dem Schmieden

Eine Bohrmaschine mit einem Bohrerkörperdurchmesser von 4 mm, einem Kopfdurchmesser von 6 mm und einer Gesamtlänge von 40 mm wird unmittelbar nach dem Schmieden abgeschreckt und sofort gehärtet. Dies führt zu einer Erhöhung der Standzeit von über 30% im Vergleich zu herkömmlichen Behandlungen.

(2) Abschrecken von Drehwerkzeugen nach dem Schmieden

Eine Selbstbedienung Drehwerkzeug aus M2-Stahl aus einer heimischen Werkzeugmaschinen-Elektrofabrik wird unmittelbar nach dem Schmieden in Öl abgeschreckt und bei 550°C angelassen. Daraus ergibt sich eine Lebensdauer, die mehr als einmal so hoch ist wie die von marktüblichen Drehwerkzeugen.

Der Selbstbedienungsstahl 9341 12-quadratisch Drehwerkzeug der Jialong Company ist nach dem Freiformschmieden ölgekühlt, was zu einer relativ langen Lebensdauer führt.

(3) Warmschmieden und Abschrecken von Brechhämmern

Das Warmschmieden Abschreckungsprozess für einen 355 mm x 98 mm x 33 mm großen Brecherhammer aus 65Mn-Stahl ist wie folgt:

Die anfängliche Schmiedetemperatur beträgt 1050°C, und die Endtemperatur liegt zwischen 840°C und 860°C. Nach dem letzten Schmieden sollte der Hammer 2 bis 3 Sekunden an der Luft abkühlen und dann in fließendem Leitungswasser abgeschreckt werden. Anschließend sollte er bei einer Temperatur von 180°C bis 200°C angelassen werden, was zu einer Oberflächenhärte von 50 bis 55 HRC innerhalb von 10 mm der Oberfläche führt.

Dieses Warmschmiede-Abschreckverfahren erhöht die Lebensdauer des Hammers um mehr als 50% im Vergleich zur herkömmlichen Wärmebehandlung.

(4) Hot-Schmiedehärtung von Steckschlüsseln

Ein Steckschlüssel aus 40Cr-Stahl von einem einheimischen Hersteller von Eisenwarenwerkzeugen wird nach dem Schmiedeverfahren abgeschreckt, nicht nach dem traditionellen Salzbadabschreckung. Diese Methode ist nicht nur energieeffizient und umweltfreundlich, sondern liefert auch qualitativ hochwertige Ergebnisse.

(5) HOt-Schmieden Abschrecken von Meißel

Der 55MnSi-Stahlmeißel wird mit einem 2500N-Lufthammer und einem speziellen Gesenk geschmiedet. Die optimale Temperatur für die Verformung liegt zwischen 920-950℃, mit einer Verformungsgeschwindigkeit von etwa 75%. Die endgültige Schmiedetemperatur liegt bei 900℃.

Um die optimale Härte und Zähigkeit zu erhalten, sollte das Werkstück schnell in Wasser abgeschreckt und innerhalb von 30 Sekunden nach der Verformung in Öl abgekühlt werden (je nach Farbe der Oberfläche des Werkstücks). Das Stemmeisen sollte dann in einem Temperaturbereich von 220-270 °C angelassen werden.

Nach der thermomechanischen Behandlung hat der Meißel eine höhere Härte und Zähigkeit, was zu einer längeren Lebensdauer führt.

(6) Hot-Schmieden Abschrecken von Gewindelehrringen

Der 230 mm x 120 mm große und ca. 40 kg schwere CrMn-Stahlrohling wird in 90 mm x 90 mm x 600 mm große Vierkantstäbe geschmiedet. Das Stanzen erfolgt dann entsprechend der Größe des Ringmaßes.

Der Rohling wird bei entsprechender Isolierung auf eine Temperatur von 1050 bis 1150 ℃ erhitzt. Anschließend wird er im Bereich der Hochtemperaturverformung einer schnellen Stauch-Extrusionsumformung unterzogen.

Die Formschwankung liegt zwischen 35% und 40%, bei einer Schmiedeendtemperatur von 920 bis 900 ℃.

Unmittelbar nach dem Schmieden wird der Vierkantstab in Öl bei einer Temperatur von 40 bis 70 ℃ 40 bis 60 Sekunden lang abgekühlt.

Nach Abkühlung an der Luft auf etwa 100 ℃ wird der Vierkantstab angelassen.

Die Oberflächenhärte des Lehrrings muss ≥62HRC sein.

(7) Hot-Schmiedeabschrecken von 45 Stahlkettenrädern

Die anfängliche Schmiedetemperatur liegt zwischen 1070 und 1150°C, während die endgültige Schmiedetemperatur auf 850°C festgelegt ist. Die Verformungsvariable reicht von 35% bis 75%. Die Anlasstemperatur kann zwischen 200 und 350 °C liegen.

Im Vergleich zum Erhitzen und Abschrecken in einem Salzbad-Feuerkastenofen hat sich die Festigkeit um ca. 30% erhöht, und die Verschleißfestigkeit hat sich um 26% bis 30% erhöht.

(8) Hot-Schmieden Abschrecken von GCr15 Stahl Lager

Die Verformungstemperatur liegt zwischen 930 und 970 °C, mit einer Verformungsvariablen von 30%. Die Abkühlung erfolgt mit Öl, und die Anlasstemperatur liegt zwischen 150 und 180 °C.

Im Vergleich zu konventionellen Wärmebehandlungsmethoden führt dieses Verfahren zu einer Steigerung der Festigkeit um fast 20% und der Lebensdauer bei Kontaktermüdung um 23%.

(9) HSchmieden und Abschrecken von Dieselmotor-Gestänge aus 40Cr-Stahl

Die anfängliche Schmiedetemperatur liegt zwischen 1150 und 1180 °C, die Verformungszeit zwischen 13 und 17 Sekunden bei einer Verformungsgeschwindigkeit von etwa 40%.

Danach wird das Werkstück sofort auf einer 2150-N-Kurbelpresse entgratet, anschließend sofort abgeschreckt (die Temperatur des Werkstücks liegt zu diesem Zeitpunkt zwischen 900 und 950 °C) und anschließend bei 650 °C getempert.

(10) Vorkühlendes Abschrecken nach dem Schmieden von 45Mn2 Stahlkugeln

Bei der Verarbeitung von 45Mn2-Stahlkugeln mit einem Durchmesser von 70 bis 100 mm sollte die anfängliche Schmiedetemperatur etwa 1200 °C betragen. Die Endtemperatur beim Schmieden sollte zwischen 1000°C und 1050°C liegen.

Die angemessene Vorkühlungszeit nach Wasserabschreckung kann auf der Grundlage der Stahlkugelspezifikationen ausgewählt werden. Das Anlassen der Stahlkugeln bei einer Temperatur zwischen 150°C und 180°C führt zu einer Oberflächenhärte von mindestens 57 HRC, mit einer Härteschichttiefe von mehr als 20mm und einer Härte von mehr als 50 HRC. Dies entspricht den Anforderungen für Stahlkugeln mit großer Spezifikation.

(11) ISofortiges Abschrecken einer Pflugschar aus 65-Mn-Stahl Walzschmieden

Die Zwischenfrequenz-Induktionserwärmungstemperatur liegt zwischen 1100°C und 1200°C. Während des Walzschmiedeprozesses, vom Beginn der Verformung bis 20 Sekunden vor dem Abschrecken, liegt die Verformung der verschiedenen Teile der Pflugschar zwischen 56% und 83%. Nach der Verformung liegt die Wärmedichte beim Abschrecken zwischen 1,30 g/cm3 bis 1,35g/cm3 in einer wässrigen CaCl2-Lösung.

Nach dem Abschrecken wird die Pflugschar 3 Stunden lang bei einer Temperatur von 460°C bis 480°C angelassen, wodurch sich ein Härtebereich von 40 bis 45 HRC ergibt.

Im Vergleich zum herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahren für Pflugscharen wurde die Anzahl der Erhitzungszyklen von vier bis fünf auf nur zwei reduziert, was zu einer Steigerung der Produktionseffizienz um das Vierfache führt. Die Produktqualität entspricht erstklassigen Anforderungen, was zu erheblichen wirtschaftlichen Vorteilen führt.

(12) Hot-Schmieden Abschrecken von Achsschenkel

Für die 40Cr-Stahl Achsschenkel mit einem Durchmesser von 60 mm werden durch Erhitzen auf einen Temperaturbereich von 1150 bis 1200 °C geschmiedet. Die endgültige Schmiedetemperatur wird dann auf 900 bis 850℃ gesenkt, und es wird eine Ölkühlung durchgeführt. Das Gelenk wird bei einer Temperatur von 600℃ 2 Stunden lang gehärtet.

Die Nutzung der Abwärme aus dem Schmiedeprozess zum Abschrecken spart nicht nur Energie und senkt die Kosten, sondern verbessert auch die Organisationsstruktur und die MaterialleistungDie Qualität des Materials, insbesondere die Schlagzähigkeit, ist entscheidend für die Sicherheit von Kraftfahrzeugen.

(13) Cr12MoV-Stahl Präzisionskunststoff Warmpressen, Gesenkschmieden und Warmabschrecken

Die Gesamtabmessungen des Würfels betragen 70 mm x 20 mm x 10 mm.

Auf der 20 mm breiten Ebene befinden sich 20 kleine Löcher mit Durchmessern von 1,5 mm, 2,5 mm und 3 mm. Diese Löcher erfordern eine Wärmebehandlung mit einer Toleranz des Lochabstands von ±0,006 mm, einer Ebenheit von weniger als 0,01 mm und einer Härte zwischen 56 und 60 HRC.

Aufgrund der starken Seigerung eutektischer Karbide in Cr12MoV-Stahl besteht nach dem Walzen von Knüppeln ein erhebliches Risiko der Rissbildung. Das Material ist immer noch in Streifen entlang der Walzrichtung verteilt, wobei der Kern in Maschen, Blöcken und Pfählen verteilt ist, die zu Spannungskonzentrationen und Rissquellen werden. Dies führt zu einer Anisotropie des Materials und einem erhöhten Wärmebehandlungsverzug.

Die Wärmeverformung beim Schmieden ist eine bessere Lösung für diese Probleme.

Der konkrete Ablauf ist wie folgt:

Der anfängliche Schmiedetemperaturbereich liegt bei 1050°C bis 1160°C, der endgültige Schmiedetemperaturbereich bei 850°C bis 950°C.

Das Material wird im heißen Zustand einer Ölkühlung unterzogen, gefolgt von zwei Anlaßprozessen bei 780°C für jeweils 3 Stunden.

Das endgültige metallographische Gefüge besteht aus Martensit, unterem Bainit, dispergiertem Karbidpulver und geringen Mengen an Reststoffen. Austenit.

Das spezifische Volumen ist ähnlich wie das von thermisch getempertem Sorbit.

Die Mikroverformung erfordert kein Richten nach der Wärmebehandlung, und alle Verformungen entsprechen den technischen Anforderungen mit einem Härtebereich von 58 bis 60 HRC und einer qualifizierten Rate von 99,99%.

Dieser Wärmebehandlungsprozess führt zu einer hohen Hitzebeständigkeit, thermischen Härte, Verschleißfestigkeit und einer langen Lebensdauer der Matrize.

Beispiele für das Abschrecken mit Schmiedeabwärme und das Anlassen bei hohen Temperaturen sind sechseckige Ziehwerkzeuge, Tiefziehwerkzeugeund Kaltstempel, die hier jedoch nicht erwähnt werden.

(14) HSchmieden und Abschrecken von verschiedenen Metallwaren und Werkzeugen

Verschiedene Metallwaren und Werkzeuge wie Schraubenschlüssel, Schraubenzieher, Zangen und Scheren gehörten zu den ersten, die durch die beim Schmieden entstehende Restwärme gehärtet wurden. Man könnte dies als den ersten Prototyp der thermomechanischen Behandlung bezeichnen.

Die Werkzeugteile wurden erwärmt und dann in einem Koksofen abgeschreckt, wo man die Feuerfarbe beobachtete, ein Verfahren, das als Linienschmieden bekannt ist. Einige erforderten mehrere Erwärmungszyklen, um die gewünschte Größe zu erreichen, während der letzte Schmiedeschritt nach der Umformung keine Luftabkühlung erforderte.

Das geeignete Kühlmittel sollte je nach Werkstoff ausgewählt und dann seitlich auf den Ofen aufgetragen oder mit dessen Restwärme getempert werden. Ein spezieller Anlassofen wird nur selten verwendet.

(15) Hot-Schmiedeabschrecken von Holzbearbeitungswerkzeugen

Nach dem Freiformschmieden werden Holzbearbeitungswerkzeuge wie Hobel, Äxte und Stemmeisen in der Regel durch Restwärme abgeschreckt. Dieses Verfahren ist kosteneffizient, da es Strom und Zeit spart und auch in Bezug auf die Produktion sehr effizient ist.

(16) ISofortiges Abschrecken von landwirtschaftlichen Geräten

In einigen ländlichen Marktflecken werden noch immer Koksöfen verwendet.

Zu den landwirtschaftlichen Geräten, die durch die Restwärme des Schmiedens gekühlt werden, gehören Sicheln, Schaufeln, Rechen, Brechhämmer sowie Küchengeräte wie Löffel, Pfannenwender und Messer.

2. 2 Fälle von Schmiedenormalisierung

Schmiedenormalisierung

(1) Normalisierungsbehandlung von warmem 3Cr3Mo3W2V-Stahl Schmiedegesenk zur Beseitigung von Kettenkarbid

Der Stahl neigt dazu, nach langsamer Abkühlung während des Schmiedens kettenförmige Karbide zu bilden, was zu Sprödbruch, Rissbildung oder thermischem Rissversagen führt.

Durch Erhitzen bei normalen Temperaturen kann sich M6C auflösen.

Bei Luftkühlung mit einer Geschwindigkeit von mehr als 15 ℃/min, was die kritische Abkühlungsgeschwindigkeit für die Bildung von Kettenkarbiden übersteigt, werden Kettenkarbide beseitigt und der Stahl kugelförmig geglüht. Glühen um eine gleichmäßige Feinverteilung der Karbide zu erreichen.

Die empfohlene Normalisierungstemperatur beträgt 1130 ℃. Diese Änderung führt zu einer Verringerung der Kerbschlagzähigkeit beim Schmieden von 26J/cm2 bis 23J/cm2 und eine Erhöhung der Lebensdauer von 1500 Stück auf 2000 Stück.

(2) 20CrMn Stahl Schmieden heiß normalisieren

Beim Hochtemperaturverformungsnormalisieren wird das Werkstück auf seine endgültige Schmiedetemperatur von etwa 850 °C erhitzt und anschließend an der Luft abgekühlt. Dadurch wird nicht nur die Festigkeit des Stahls erhöht, sondern auch seine Schlagzähigkeit, Verschleißfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit deutlich verbessert und seine Sprödübergangstemperatur gesenkt.

Das 20CrMnTi Stahlschmieden Der Rohling hat die Abmessungen 80 mm x 80 mm x 40 mm.

Nach dem Schmieden wird das Werkstück mit Luft abgekühlt, wobei die Abkühlungsgeschwindigkeit sorgfältig gesteuert wird, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern und das Schneiden zu erleichtern.

Einige inländische Maschinenbauunternehmen, die Kfz-Getriebe aus 20CrMnTi-Stahl herstellen, nutzen die beim Schmieden entstehende Abwärme zum Normalisieren. Mit diesem Verfahren können über 300 kWh Strom pro Tonne produzierter Zahnräder eingespart werden.

3. 2 Fälle von Schmieden thermischen Glühens

Schmieden thermisches Glühen

(1) Schnelles Sphäroglühen von HSS-Schmiedestücken

In einigen Betrieben wird der Schnellarbeitsstahl sofort nach dem Schmieden für 2-3 Stunden in Ac1 (20-30°C) gelegt, damit der Ofen auf 550°C abkühlen kann, und dann an der Luft abgekühlt. Dies vereinfacht den Prozess, verkürzt den Produktionszyklus und spart 70-90% an Stromkosten, was die Produktionskosten senkt und die Arbeitsbedingungen verbessert. Darüber hinaus verbessert dieses Verfahren die Qualität der Schmiedestücke und erleichtert den mechanisierten Betrieb.

Bei Werkstücken aus Schnellarbeitsstahl, die durch Walzen, Gesenkschmieden und isothermische Bearbeitung verarbeitet werden, ist es nicht erforderlich, das traditionelle Glühverfahren anzuwenden. Dieses Beispiel kann als Referenz verwendet werden.

(2) 8Cr2WMnMoVS (bezeichnet als 8Cr2S) System der Präzision Kaltgesenkschmieden Glühen Restwärme

Die Abmessungen des Gesenks sind 250 mm x 200 mm x 42 mm. Die Anfangstemperatur beim Schmieden liegt zwischen 1150-1100°C und die Endtemperatur beim Schmieden zwischen 900-850°C.

Beim Glühen wird die Matrize 4-6 Stunden lang auf 800-820 °C erhitzt, dann wird der Ofen mit Luft auf 500 °C abgekühlt.

4. 5 Fälle von Restwärmeabschreckung von Walzen, Walzen und Strangpressen

(1) SWalzen und Abschrecken von mechanischen Schaufeln

In der holzverarbeitenden Industrie werden einige Dreh- und Hobelmesser unter Verwendung des Flanschen Verfahren. Die Klinge dieser Messer besteht aus einem legierten Werkzeugstahl, z. B. 5Cr8W2MoVSi, während der Körper oder der Rücken aus 45 Q235A-Stahl hergestellt wird. Der Körper wird auf die Schmiedetemperatur des Klingenstahls erhitzt und dann werden die beiden Teile in einem Walzwerk zusammengeschweißt.

Bei diesem als Festphasenschweißen bezeichneten Verfahren wird das Blatt auf die gewünschte Größe gewalzt, bevor es auf die endgültige Walztemperatur gebracht und dann sofort abgeschreckt und abgekühlt wird.

Die mit dieser Methode hergestellten Klingen sind von hoher Qualität, haben eine hohe Härte und eine lange Lebensdauer und bieten den zusätzlichen Vorteil, dass sie während des Herstellungsprozesses Zeit und Strom sparen.

(2) RWarmabschrecken von Drehmeißeln aus Stahl M2

Das Walzhärten ist ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem die beim Walzen verschiedener Profile entstehende Restwärme zum Abschrecken genutzt wird. Dieses Verfahren hat den gleichen Verfestigungseffekt wie das Schmiedewarmabschrecken.

M2-Stahl kann beispielsweise bei einer Temperatur von 1220 °C (250er Walzwerk, 50 U/min) auf die gewünschte Größe gewalzt und dann direkt abgeschreckt werden, was zu einer Härte von 65 HRC oder mehr führt. Dies führt zu einer längeren Standzeit von Drehwerkzeugen im Vergleich zum Abschrecken im Salzbad.

(3) Rolling Heißabschrecken von 45 Stahl Maschine Holzbearbeitung Spiralbohrer

Der Autor hat erfolgreich ein thermomechanisches Behandlungsverfahren durchgeführt, bei dem Spiralbohrer von einem einheimischen Werkzeughersteller für den maschinellen Einsatz.

Das Hochfrequenz-Heizgerät wurde für das Warmwalzen mit vier Walzen eingesetzt.

Die Austenitisierungstemperatur lag zwischen 950°C und 1000°C, die Verformungstemperatur zwischen 880°C und 950°C, mit einer Verformungsgeschwindigkeit von etwa 30%. Der Abschreckzyklus wurde mit einer wässrigen Zweinitratlösung durchgeführt, wobei die Wassertemperatur unter 70°C gehalten wurde.

Die resultierende Härte nach dem Abschrecken betrug ≥54 HRC, und nach dem Anlassen bei einer Temperatur von 240°C bis 260°C für 1 Stunde betrug die Härte ≥50 HRC, was die technischen Anforderungen erfüllt und die Verformungsanforderungen für mehr als 95% übertrifft.

(4) Walzen und Warmabschrecken von bewehrtem Stabstahl

Bewehrungsstäbe aus 20MnSi-Stahl müssen warmgewalzt werden und eine Zugfestigkeit von ≥ 510MPa, eine Biegefestigkeit von ≥ 335MPa und eine Dehnung von ≥ 16% aufweisen.

Ein 60 mm x 60 mm großer Knüppel wird zu einem verstärkten Stab von 16 mm Durchmesser gewalzt. Die anfängliche Walztemperatur liegt zwischen 1100 und 1200°C und führt zu einer Walzformverringerung von etwa 93%. Die Endtemperatur des Walzens liegt zwischen 950 und 900°C, was der Temperatur für kohlenstoffarme Stäbe entspricht. Martensit Abschrecken des Stahls.

Nach dem Walzen wird der Stab innerhalb von 1 bis 1,26 Sekunden mit Wasser abgekühlt. Anschließend wird er bei Temperaturen zwischen 550 und 600 °C selbstvergütet.

Der verstärkte Stab, der den oben genannten Walz-, Vergütungs- und Anlaßprozeß durchlaufen hat, weist mechanische Eigenschaften auf, die über die in GB1499 angegebenen hinausgehen und auch die in der britischen Norm BS4449 angegebenen mechanischen Eigenschaften übertreffen.

(5) Extrusion und sofortiges Abschrecken von Ölbrücken aus 35CrMo-Stahl

Die Verformungstemperatur beim Strangpressen liegt im Bereich von 1100 bis 1200℃, und die Anlasstemperatur liegt zwischen 570 und 580℃.

Die Härte des Materials liegt zwischen 300 und 335 HBW, mit einer Zugfestigkeit von ≥ 1068 MPa, einer Biegefestigkeit von ≥ 960 MPa und einer Dehnung von ≥ 14,5%, was den Normen des Ministeriums für Normen entspricht.

Die Erfahrung zeigt, dass es bei großen Strangpressabfällen, wie z.B. Gelenken, von entscheidender Bedeutung ist, die Verformungstemperatur, die Zeit bis zum Abschrecken nach der Verformung, das Abschreckmedium, die Abkühlzeit des Werkstücks im Abschreckmedium und die Anlasstemperatur sowie andere Prozessparameter sorgfältig auszuwählen.

5. 4 Fälle von superplastischer Umwandlungswärmebehandlung

(1) Superplastik thermomechanische Behandlung aus 9SiCr-Stahl

Der Zweck der 840°C x 2h Ölkühlung und des 200°C x 2h Temperprozesses ist es, eine doppelte Veredelung des Gewebes zu erreichen.

Während des superplastischen Verformungsprozesses bei 800°C beträgt die Verformungsgeschwindigkeit 2,5 x 10s und die Zugverformungsvariable 250%. Nach der Verformung erfolgt die Abkühlung in Öl.

Die Ergebnisse der superplastischen Verformungsprüfung des Stahls, einschließlich der Biegefestigkeit, der Mehrweglebensdauer und der Härteindikatoren, zeigten, dass die Biegefestigkeit um 28% höher war als bei der herkömmlichen Behandlung. Die Mehrhub-Lebensdauer erhöhte sich um 38,6%, und die Härte betrug ≥ 60 HRC, was der durch konventionelles Abschrecken erzielten Härte entspricht.

(2) Niedrige Temperatur thermomechanische Behandlung

Die Biegefestigkeit des H11-Stahls beträgt 1852 MPa, und nach zwei Anlaßzyklen bei 482°C in konventioneller Abschreckung beträgt seine Dehnungsrate 12,5%.

Durch ein Abschrecken bei niedriger Temperatur und zwei Anlassen bei 482°C, gefolgt von einer 2% langen Verformungsalterung bei etwa 316°C und einem abschließenden Anlassen bei 482°C, steigt die Biegefestigkeit des Stahls auf 2548 MPa, was einem Anstieg von 37,5% entspricht, während die Dehnungsrate unverändert bleibt.

(3) Hessen Behandlung kombiniert hohe und niedrige Verformung

Diese thermomechanische Verbundbehandlung ist ein Verfahren, bei dem auf das Abschrecken durch Hochtemperaturverformung ein geringfügiges Verformen und Anlassen bei einer bestimmten Temperatur folgt.

Die Durchführung der Martensitverformungsalterung nach dem Hochtemperaturverformungsabschrecken kann dazu führen, dass der Stahl wesentlich höhere Festigkeitseigenschaften erhält als jede andere Wärmebehandlung.

Die mechanischen Eigenschaften von 50CrVA nach konventionellem Abschrecken und Anlassen bei 200°C sind beispielsweise eine Zugfestigkeit von 2119 MPa, eine Biegefestigkeit von 1497 MPa und eine Verringerung des Querschnitts um 41,7%.

Nach dem Abschrecken durch Hochtemperaturverformung, dem Anlassen bei 200 °C, der Verformung bei 3% und dem Anlassen bei 200 °C betragen die mechanischen Eigenschaften von 50CrVA eine Zugfestigkeit von 2597 MPa und eine Biegefestigkeit von 2254 MPa.

Diese zusammengesetzte thermomechanische Wärmebehandlung, die Hochtemperaturverformungsabschrecken und martensitische Verformungsalterung kombiniert, hat die Zugfestigkeit und Biegefestigkeit von 50CrVA-Stahl um 22,6% bzw. 50,7% erhöht.

(4) Richten der mechanischen Klinge

Das Unternehmen Jialong erhitzt und härtet mechanische Klingen, wie Hobelmesser und Rotationsmesser mit einer Länge von mehr als 2 Metern, in einem Schutzgasofen bei einer Temperatur von etwa 500℃.

Nachdem das Werkstück auf etwa 200℃ abgekühlt ist, wird es auf einer Rollenpresse mehrmals hin- und hergerollt, wobei das Prinzip der Superplastizität durch Phasenwechsel genutzt wird. Dieses Verfahren ermöglicht eine sofortige Anpassung der Geradheit auf ≤0,30 mm nach einer Biegung von 10-15 mm.

Diese Verformungsverstärkung richtet nicht nur eine zuvor verbogene Wendeschneidplatte gerade, sondern erzeugt auch eine Druckeigenspannung von etwa 5 mm Tiefe auf der gewalzten Oberfläche. Dies trägt zur Verlängerung der Lebensdauer des Werkzeugs bei.

6. 7 Fälle von chemischer thermomechanische Behandlung 

(1) Kaltverformungsaufkohlung

Bei diesem Verfahren erfolgt die Aufkohlung nach der Kaltverformung des Werkstücks, da durch die Kaltverformung verschiedene Gefügefehler entstehen, die den Aufkohlungsprozess beschleunigen können.

Nach dem Kaltstauchen beträgt die Verformung von 20CrNiMo zum Beispiel 25%. Wenn das Werkstück 2 Stunden lang bei einer Temperatur von 930-950°C aufgekohlt wird, beträgt die Tiefe der Aufkohlungsschicht 0,84 mm. Wenn die Verformung auf 50% ansteigt, erreicht die Schichttiefe 0,88 mm. Je größer die Verformung, desto tiefer die Penetrationsschicht.

(2) Kaltverformungsnitrieren

Das Verfahren ist eine kombinierte Wärmebehandlung, bei der das Werkstück nitrieren nachdem sie bei Raumtemperatur kalt verformt wurden.

Das Kaltverformungsnitrieren unterscheidet sich vom Kaltverformungsaufkohlen.

Die Kaltverformung verringert die Stickstoffdurchdringung und die Dicke der Diffusionsschicht, wobei sich dieser Trend mit zunehmender Verformung verstärkt.

Dieses Phänomen kann dadurch verursacht werden, dass Stickstoffatome die Diffusion anderer Stickstoffatome behindern, indem sie Versetzungsstellen anheften oder versetzte Stickstoffatome einschließen.

Das Kaltverformungsnitrieren kann jedoch die Zähigkeit von reinem Eisen erhöhen.

Die Nitriertemperatur und die Nitrierdauer hängen von der StahlsorteFür 38CrMoAl-Stahl und 20-Stahl sind beispielsweise Temperaturen von 650°C bzw. 550°C erforderlich.

(3) Kaltverformung Borinfiltration

Hierbei handelt es sich um eine kombinierte Wärmebehandlung, bei der das Werkstück bei Raumtemperatur verformt und anschließend mit Bor infiltriert wird.

So werden beispielsweise 20 Werkstücke aus Stahl in einem Gewächshaus gewalzt und verformt, dann einer Haltezeit von 900 °C und einer festen Borinfiltration mit unterschiedlichen Heizraten unterzogen.

Tests haben gezeigt, dass die Tiefe der Borinfiltrationsschicht durch Kaltverformung deutlich erhöht wird.

Der optimale Verformungsgrad für eine maximale Eindringtiefe hängt von der Heizrate und der Haltezeit während des Borinfiltrationsprozesses ab.

Dieses Phänomen wird durch die Kaltverformung der Stahlstruktur verursacht, die den Prozess der Adsorption von Boratomen an der Stahloberfläche beschleunigt.

(4) Kaltverformung von Kohlenstoff und Stickstoff Co-Infiltration

Das Kaltverformungskarbonitrieren ist ein zusammengesetztes Wärmebehandlungsverfahren, bei dem das Karbonitrieren bei mittlerer Temperatur nach einem Verformungsprozess bei Raumtemperatur durchgeführt wird.

Der Vorbehandlungsschritt der Kaltverformung hat einen erheblichen Einfluss auf den Karbonitrierungsprozess von Stahl, da er den C- und N-Gehalt an der Oberfläche erhöht und die Dicke der Penetrationsschicht vergrößert.

Wenn beispielsweise die kaltgewalzte Verformung von 20CrMnTi-Stahl 15% beträgt, liegt die Dicke der Kohlenstoff- und Stickstoff-Co-Infiltration nach 860℃×2h und 860℃×4h Verfahren bei 0,65 mm bzw. 0,80 mm.

(5) Verformung Titan-Infiltration

Die Verformung bei Raumtemperatur wirkt sich nicht nur auf den Diffusionsprozess der Zwischengitteratome im Stahl aus, sondern auch auf den Durchdringungsprozess der Substitutionsatome.

Zur Veranschaulichung wurde die Kaltverformung von 16Mn-Stahl untersucht, um die Auswirkungen auf den Prozess der Feststoffinfiltration von Titan. Die Ergebnisse zeigten, dass die beste Temperatur für die Titaninfiltration 900 bis 950℃ war, mit einer Verformung von 30%.

Mit steigender Temperatur der Titanaufkohlung erhöht sich auch die Haltezeit, was zu einer dickeren Penetrationsschicht führt.

(6) Schmieden Wärme Aufkohlen Abschrecken

Bei der thermomechanischen Wärmebehandlung wird der Rohling zum Schmieden auf die Schmiedeanfangstemperatur erwärmt, anschließend in einem Aufkohlungsofen aufgekohlt und schließlich direkt abgeschreckt.

Das Schmiedeverfahren spart elektrische Energie, die sonst für die Erwärmung des Werkstücks während der Aufkohlung erforderlich wäre, und erhöht die Geschwindigkeit der Aufkohlung. Dies führt zu einer verbesserten Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit und ist für Zahnräder mit mittlerem Modul und andere aufgekohlte Werkstücke geeignet.

Eine andere Form der kombinierten Aufkohlung und thermomechanischen Behandlung wird als Aufkohlung-Schmieden-Abschrecken bezeichnet, bei der eine Aufkohlung mit anschließendem Warmschmieden und Abschrecken erfolgt.

Dieses Verfahren kann die Dicke der effektiven Härteschicht auf dem Werkstück deutlich erhöhen, die Oberflächendruckspannung steigern, die Bruchfestigkeit verbessern und die Lebensdauer des Produkts verlängern.

(7) NWärmebehandlung eines runden Schraubwerkzeugs aus 9SiCr-Stahl durch Abschrecken

Die Härte eines runden Schraubstempels aus 9SiCr-Stahl liegt nach der Wärmebehandlung normalerweise zwischen 62 und 65 HRC. Das herkömmliche Wärmebehandlungsverfahren umfasst das Erhitzen in einem Salzbad bei einer Temperatur von 860 bis 880℃, gefolgt von Abschrecken und Anlassen bei 150 bis 180℃.

Um die Härte und Verschleißfestigkeit der Werkzeuge zu verbessern, kann eine chemische Oberflächenwärmebehandlung durchgeführt werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine Temperatur von mindestens 400℃, die für Werkzeuge aus 9SiCr-Stahl nicht geeignet ist. Das Nitrieren hingegen kann eine Lösung für dieses Problem bieten.

Das Nitrierverfahren umfasst die Erwärmung des Werkzeugs in einem 60-kW-Ionennitrierofen, gefolgt von einem 100-kW-Salzbadofen mit mittlerer Temperatur, Ölkühlung, Kältebehandlung und schließlich Anlassen bei 150 bis 180 °C.

Tests haben gezeigt, dass die Härte in einer Tiefe von 0,10 bis 0,80 mm größer als 927HV5 ist, mit einer Spitzenhärte von 974 bis 986HV5. Die Härte in einer Tiefe von 0,20 bis 0,60 mm liegt bei ≥857HV5, was die Antivergütungseigenschaften des gehärteten Bereichs verbessert und die Lebensdauer des Materials verlängert.

7. Schlussfolgerung

Das thermomechanische Behandlungsverfahren wird in großem Umfang eingesetzt.

Aus werkstofftechnischer Sicht eignet es sich für eine breite Palette von Metallwerkstoffen, darunter verschiedene Kohlenstoffstähle, legierte Stähle, legierte Baustähle und Nickelbasislegierungen.

In Bezug auf die Verarbeitungsmethoden können die Vorteile beider Verfahren kombiniert werden, um die spezifischen Anforderungen an Festigkeit und Zähigkeit zu erfüllen und so die Qualität und Langlebigkeit der verformten Bauteile erheblich zu verbessern.

Die Zukunftsaussichten für die thermomechanische Behandlung sind positiv.

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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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