Процесс деформационной термообработки принято называть "термомеханической обработкой".
В машиностроении сочетание методов обработки давлением (таких как прокатка, ковка и прокатка) и термической обработки может привести как к линейному, так и к термическому упрочнению, что позволяет получить комплексные механические свойства, которые не могут быть достигнуты с помощью одного метода упрочнения.
Этот комбинированный процесс укрепления называется термомеханической обработкой.
Помимо обеспечения исключительных механических свойств, термомеханическая обработка также устраняет необходимость высокотемпературного нагрева в процессе термообработки, что позволяет значительно экономить электроэнергию, сократить использование нагревательного оборудования и площади цеха, а также уменьшить количество дефектов термообработки, таких как окисление, обезуглероживание и деформация материала.
Таким образом, процесс термомеханической обработки не только обеспечивает превосходный упрочняющий эффект, но и дает значительную экономическую выгоду.
Для справки ниже приведены 36 примеров методов термомеханической обработки.
Расточной станок с диаметром корпуса расточного резца 4 мм, диаметром головки 6 мм и общей длиной 40 мм сразу после ковки подвергается закалке и последующему отпуску. В результате срок службы резания увеличивается более чем на 30% по сравнению с традиционной обработкой.
Самостоятельное использование токарный инструмент изготовленный из стали М2 на отечественном станкостроительном электротехническом заводе, сразу после ковки закаливается в масле и отпускается при температуре 550°C. Благодаря этому срок службы более чем в 1 раз превышает срок службы токарных инструментов, выпускаемых на рынке.
Самостоятельное использование 12-квадратного стального профиля 9341 токарный инструмент Jialong Company имеет масляное охлаждение после свободной ковки, что обеспечивает относительно долгий срок службы.
Горячая штамповка процесс закаливания для молотка дробилки размером 355 х 98 х 33 мм, изготовленного из стали 65Mn, следующие:
Начальная температура ковки составляет 1050°C, а конечная температура ковки колеблется от 840°C до 860°C. После окончательной ковки молоту следует дать остыть на воздухе в течение 2-3 секунд, а затем закалить в проточной водопроводной воде. Затем его следует закалить при температуре от 180°C до 200°C, в результате чего твердость поверхности в пределах 10 мм составляет от 50 до 55 HRC.
Этот процесс закалки при горячей ковке увеличивает срок службы молота более чем на 50% по сравнению с обычной термообработкой.
Торцевой ключ из стали 40Cr от отечественного завода скобяных изделий использует закалку ковки вместо традиционной закаливание в соляной ванне. Этот метод не только энергоэффективен и экологичен, но и позволяет получить высококачественный результат.
Зубило из стали 55MnSi выковано с помощью пневматического молота 2500N и специализированного штампа. Оптимальная температура для деформации находится в диапазоне 920-950℃, а скорость деформации составляет примерно 75%. Окончательная температура ковки составляет около 900℃.
Для поддержания оптимальной твердости и вязкости заготовку следует быстро закалить в воде и охладить в масле в течение 30 секунд после деформации (по цвету поверхности заготовки). Затем стамеску следует закалить при температуре 220-270℃.
После термомеханической обработки долото приобретает повышенную твердость и вязкость, что увеличивает срок его службы.
Заготовка из CrMn-стали размером 230 мм x 120 мм и весом около 40 кг выковывается в квадратные прутки размером 90 мм x 90 мм x 600 мм. Затем производится зачистка в соответствии с размером кольцевого калибра.
Заготовка нагревается до температуры от 1050 до 1150 ℃ с соответствующей изоляцией. Затем она подвергается быстрому формованию расформовкой-экструзией в зоне высокотемпературной деформации.
Изменение формы будет находиться в диапазоне от 35% до 40%, а конечная температура ковки составит от 920 до 900 ℃.
Сразу после ковки квадратный пруток охлаждается в масле при температуре от 40 до 70 ℃ в течение 40-60 секунд.
После охлаждения воздухом до температуры около 100 ℃ квадратный пруток подвергается закалке.
Твердость поверхности кольцевого калибра должна составлять ≥62HRC.
Начальная температура ковки находится в диапазоне от 1070 до 1150°C, а конечная температура ковки установлена на уровне 850°C. Переменная деформации составляет от 35% до 75%. Температура отпуска может составлять от 200 до 350°C.
По сравнению с нагревом и закалкой в печи с соляной ванной прочность увеличилась примерно на 30%, а износостойкость - от 26% до 30%.
Температура деформации варьируется от 930 до 970°C, переменная деформация 30%. Охлаждение производится с использованием масла, а температура отпуска составляет от 150 до 180°C.
По сравнению с традиционными методами термообработки этот процесс позволяет увеличить прочность почти на 20%, а усталостную долговечность контактов - на 23%.
Начальная температура ковки составляет от 1150 до 1180℃ при ковке протектора, а время деформации - от 13 до 17 секунд, при этом скорость деформации составляет примерно 40%.
После этого заготовка сразу же обрезается на кривошипном прессе 2150N, затем следует немедленная закалка (в это время температура заготовки составляет от 900 до 950℃), а затем закалка при температуре 650℃.
При работе с шарами из стали 45Mn2 диаметром от 70 до 100 мм начальная температура ковки должна составлять около 1200°C. Конечная температура ковки должна поддерживаться в диапазоне от 1000 до 1050 °C.
Соответствующее время предварительного охлаждения после закаливание водой может быть выбрана в зависимости от технических характеристик стальных шариков. Закалка стальных шаров при температуре от 150°C до 180°C приводит к поверхностной твердости не менее 57 HRC, при глубине закаленного слоя более 20 мм и твердости более 50 HRC. Это соответствует требованиям, предъявляемым к стальным шарикам больших размеров.
Температура индукционного нагрева промежуточной частоты составляет от 1100°C до 1200°C. Во время процесса ковки валков, от начала деформации до 20 секунд перед закалкой, деформация различных частей лемеха варьируется от 56% до 83%. После деформации плотность закалочного тепла составляет от 1,30 г/см3 до 1,35 г/см3 в водном растворе CaCl2.
После закалки лемех подвергается отпуску при температуре от 460 до 480 °C в течение 3 часов, в результате чего его твердость составляет от 40 до 45 HRC.
По сравнению с традиционным процессом термообработки лемехов количество циклов нагрева сократилось с 4-5 раз до всего двух, что привело к повышению эффективности производства примерно в 4 раза. Качество продукции соответствует первоклассным требованиям, что дает значительный экономический эффект.
Для сталь 40Cr Рулевой кулак диаметром 60 мм, кованый путем нагрева до температуры от 1150 до 1200℃. Затем температура окончательной ковки снижается до 900-850℃ и производится охлаждение маслом. Костяшка закаливается при температуре 600℃ в течение 2 часов.
Использование отработанного тепла от процесса ковки для закалки не только экономит энергию и снижает затраты, но и значительно улучшает организационную структуру и характеристики материалаособенно в плане ударной вязкости, которая имеет решающее значение для безопасности автомобилей.
Габаритные размеры штампа составляют 70 мм x 20 мм x 10 мм.
На плоскости шириной 20 мм имеется 20 небольших отверстий диаметром 1,5 мм, 2,5 мм и 3 мм. Эти отверстия требуют термообработки с допуском на расстояние между отверстиями ±0,006 мм, плоскостностью менее 0,01 мм и твердостью от 56 до 60HRC.
Из-за сильной сегрегации эвтектических карбидов в стали Cr12MoV существует значительный риск образования трещин после прокатки заготовок. Материал по-прежнему распределен в полосах вдоль направления прокатки, а сердцевина распределена в сетках, блоках и сваях, которые становятся концентраторами напряжений и источниками трещин. Это приводит к анизотропии материала и увеличению искажений при термообработке.
Термическая деформация при ковке - лучшее решение для устранения этих проблем.
Конкретный процесс выглядит следующим образом:
Начальная температура ковки составляет от 1050°C до 1160°C, а конечная температура ковки - от 850°C до 950°C.
В горячем состоянии материал подвергается охлаждению в масле, затем следует два процесса отпуска при температуре 780°C в течение 3 часов каждый.
Конечная металлографическая структура состоит из мартенсита, нижнего бейнита, дисперсного карбидного порошка и небольшого количества остаточного металла. аустенит.
Удельный объем аналогичен удельному объему термически закаленного сорбита.
Микродеформация не требует правки после термообработки, а все деформации соответствуют техническим требованиям с диапазоном твердости от 58 до 60 HRC и квалитетом 99,99%.
Такой процесс термообработки обеспечивает высокую жаропрочность, термическую твердость, износостойкость и длительный срок службы штампа.
Примерами закалки с использованием отработанного тепла при ковке и высокотемпературного отпуска являются шестигранные волочильные штампы, штампы для глубокой вытяжкиВ частности, это штампы для холодной штамповки и другие, но они здесь не упоминаются.
Различные металлические изделия и инструменты, такие как гаечные ключи, отвертки, плоскогубцы и ножницы, были одними из первых, которые были закалены за счет остаточного тепла, выделяемого при ковке. Это можно считать первым прототипом термомеханической обработки.
Детали инструмента нагревались, а затем закаливались в коксовой печи, где наблюдался цвет огня, - этот процесс известен как линейная ковка. Некоторые из них требовали нескольких циклов нагрева для достижения нужного размера, в то время как последний этап ковки после формовки не требовал воздушного охлаждения.
Соответствующая охлаждающая жидкость должна быть выбрана в зависимости от материала, а затем нанесена на боковую поверхность печи или закалена с использованием ее остаточного тепла. Специальная отпускная печь используется редко.
После свободной ковки деревообрабатывающие инструменты, такие как рубанки, топоры и стамески, обычно подвергаются закалке с использованием остаточного тепла. Этот метод экономичен, так как позволяет сэкономить электроэнергию и время, а также является высокоэффективным с точки зрения производства.
В некоторых сельских городах до сих пор используются коксовые печи.
К сельскохозяйственной технике, охлаждаемой остаточным теплом от ковки, относятся серпы, лопаты, грабли, молоты для дробилок, а также кухонная утварь - ложки, шпатели и ножи.
При медленном охлаждении во время ковки в стали образуются цепочкообразные карбиды, что приводит к хрупкому разрушению штампа, растрескиванию или термическому растрескиванию.
Нагревание при обычных температурах может привести к растворению M6C.
При воздушном охлаждении со скоростью более 15 ℃/мин, что превышает критическую скорость охлаждения для образования цепных карбидов, он устраняет цепные карбиды и отжигает сталь по сфероидной схеме. отжиг для достижения равномерного тонкого распределения карбидов.
Рекомендуемая температура нормализации составляет 1130 ℃. Эта модификация приводит к снижению ударной вязкости при нормализации ковки с 26 Дж/см2 до 23 Дж/см2 и увеличение срока службы с 1500 до 2000 штук.
Процесс нормализации высокотемпературной деформации включает в себя нагрев заготовки до конечной температуры ковки, составляющей примерно 850°C, и последующее охлаждение на воздухе. Это не только повышает прочность стали, но и значительно улучшает ее ударную вязкость, износостойкость, усталостную прочность, а также снижает температуру перехода в хрупкое состояние.
20CrMnTi стальная поковка Заготовка имеет размеры 80 мм x 80 мм x 40 мм.
После ковки заготовка охлаждается воздухом, а скорость охлаждения тщательно контролируется, чтобы улучшить ее механические свойства и облегчить резку.
Некоторые отечественные машиностроительные компании, производящие автомобильные шестерни из стали 20CrMnTi, используют отработанное тепло, выделяемое при ковке, для проведения нормализации. Этот процесс позволяет сэкономить более 300 кВт-ч электроэнергии на тонну производимых шестерен.
Некоторые отечественные предприятия после ковки сразу помещают быстрорежущую сталь в печь Ac1 (20-30°C) на 2-3 часа, дают печи остыть до 550°C, а затем охлаждают воздухом. Это упрощает процесс, сокращает производственный цикл и экономит 70-90% электроэнергии, снижая производственные затраты и улучшая условия труда. Кроме того, этот процесс повышает качество поковок и облегчает механизированные операции.
Для заготовок из быстрорежущей стали, обработанных прокаткой, штамповкой и изотермической обработкой, нет необходимости в традиционном процессе отжига. Этот пример может быть использован в качестве справочного.
Размеры штампа составляют 250 мм x 200 мм x 42 мм. Температура начала ковки составляет 1150-1100°C, а температура окончания ковки - 900-850°C.
Процесс отжига включает в себя нагрев матрицы до 800-820°C в течение 4-6 часов, а затем охлаждение печи до 500°C с помощью воздушного охлаждения.
В деревообрабатывающей промышленности некоторые ротационные и строгальные ножи изготавливаются с использованием отбортовка метод. Лезвие таких ножей изготавливается из легированной инструментальной стали, например 5Cr8W2MoVSi, а корпус или спинка - из стали 45 Q235A. Корпус нагревается до температуры ковки стали клинка, а затем они свариваются вместе с помощью прокатного стана.
Этот процесс известен как твердофазная сварка. Лезвие прокатывается до нужного размера, после чего контролируется до конечной температуры прокатки, а затем быстро закаливается и охлаждается.
Лезвия, изготовленные таким способом, отличаются высоким качеством, высокой твердостью и долговечностью, а также дополнительными преимуществами - экономией времени и электроэнергии в процессе производства.
Горячая закалка проката - это процесс термической обработки, при котором остаточное тепло, выделяемое при прокатке различных профилей, используется для их закалки. Этот процесс дает такой же эффект упрочнения, как и горячая закалка при ковке.
Например, сталь M2 можно прокатывать при температуре 1220°C (прокатный стан 250, 50 об/мин) до нужного размера, а затем сразу закаливать, в результате чего она приобретает твердость 65HRC или выше. Это позволяет увеличить срок службы токарных инструментов по сравнению с закалкой в соляной ванне.
Автор успешно выполнил процесс термомеханической обработки с использованием спиральные дрели от отечественной инструментальной компании для машинного использования.
Высокочастотное нагревательное устройство использовалось для проведения горячей прокатки на четырех валках.
Температура аустенизации была установлена между 950°C и 1000°C, а температура деформации - между 880°C и 950°C, при этом скорость деформации составляла примерно 30%. Цикл закалки проводился с использованием двухнитратного водного раствора, при этом температура воды поддерживалась на уровне ниже 70°C.
Полученная твердость после закалки составила ≥54 HRC, а после отпуска при температуре от 240°C до 260°C в течение 1 часа твердость составила ≥50 HRC, что соответствует техническим требованиям и превышает требования к деформации более чем на 95%.
Арматурные стержни из стали 20MnSi должны поставляться в горячекатаном виде и отвечать требованиям по прочности на растяжение ≥ 510 МПа, на изгиб ≥ 335 МПа и на удлинение ≥ 16%.
Заготовка размером 60 х 60 мм прокатывается в армированный пруток диаметром 16 мм. Начальная температура прокатки составляет от 1100 до 1200°C и приводит к уменьшению формы проката примерно на 93%. Конечная температура прокатки составляет от 950 до 900°C, что является температурой для низкоуглеродистой стали. мартенсит закалка стали.
После прокатки пруток охлаждается водой в течение 1-1,26 секунды. Затем он подвергается самозакаливанию при температуре от 550 до 600°C.
Армированный пруток, прошедший вышеописанный процесс прокатки, закалки и отпуска, обладает механическими свойствами, превышающими указанные в стандарте GB1499, а также превосходящими механические свойства, указанные в британском стандарте BS4449.
Температура деформации при экструзии составляет от 1100 до 1200℃, а температура отпуска - от 570 до 580℃.
Твердость материала составляет от 300 до 335HBW, прочность на разрыв ≥ 1068МПа, прочность на изгиб ≥ 960МПа, удлинение ≥ 14,5%, что соответствует стандартам, установленным Министерством стандартов.
Опыт показывает, что для закалки крупных заготовок с отходами экструзии, таких как соединения, очень важно тщательно выбирать температуру деформации, время, прошедшее до закалки после деформации, закалочную среду, время охлаждения заготовки в закалочной среде и температуру отпуска, а также другие параметры процесса.
Цель процесса охлаждения масла при температуре 840°C x 2 часа и отпуска при температуре 200°C x 2 часа - добиться двойного утончения ткани.
Затем в процессе сверхпластической деформации при температуре 800°C скорость деформации составляет 2,5 x 10 с, а переменная деформация растяжения - 250%. После деформации производится охлаждение в масле.
Результаты испытания стали на сверхпластическую деформацию, включая прочность на изгиб, многоцикловый ресурс и показатели твердости, показали, что прочность на изгиб была на 28% выше, чем при обычной обработке. Многоцикловый ресурс увеличился на 38,6%, а твердость составила ≥ 60 HRC, что эквивалентно твердости, достигнутой при обычной закалке.
Прочность на изгиб стали H11 составляет 1852 МПа, а после двух циклов отпуска при температуре 482°C при обычной закалке ее удлинение составляет 12,5%.
Проведение низкотемпературной деформационной закалки и двух отпусков при 482°C, последующее деформационное старение 2% при температуре около 316°C и окончательный отпуск при 482°C позволяет повысить прочность стали на изгиб до 2548 МПа, что на 37,5% больше, в то время как скорость удлинения остается неизменной.
Эта комбинированная термомеханическая обработка представляет собой процесс, при котором за высокотемпературной деформационной закалкой следует небольшая деформация и отпуск при определенной температуре.
Проведение мартенситного деформационного старения после высокотемпературной деформационной закалки может привести к тому, что сталь приобретет гораздо более высокие прочностные характеристики, чем при любой другой термической обработке.
Например, механические свойства 50CrVA после обычной закалки и отпуска при температуре 200°C составляют предел прочности при растяжении 2119 МПа, предел прочности при изгибе 1497 МПа и уменьшение сечения на 41,7%.
После высокотемпературной деформационной закалки, отпуска при 200°C, деформации 3% и отпуска при 200°C механические свойства 50CrVA составляют предел прочности при растяжении 2597 МПа и предел прочности при изгибе 2254 МПа.
Эта комбинированная термомеханическая обработка, сочетающая высокотемпературную деформационную закалку и мартенситное деформационное старение, увеличила предел прочности при растяжении и изгибе стали 50CrVA на 22,6% и 50,7%, соответственно.
Компания Jialong нагревает и закаливает механические ножи, такие как строгальные ножи и поворотные ножи длиной более 2 метров, в печи с защитной атмосферой при температуре около 500℃.
После того как заготовка остынет до температуры около 200℃, ее несколько раз прокатывают вперед-назад на роликовом прессе, используя принцип сверхпластичности с изменением фазы. Этот процесс позволяет мгновенно регулировать прямолинейность до ≤0,30 мм после изгиба на 10-15 мм.
Это деформационное усиление не только выпрямляет ранее изогнутую вставку, но и создает остаточное сжимающее напряжение глубиной около 5 мм на поверхности проката. Это способствует увеличению срока службы инструмента.
Этот процесс предусматривает науглероживание после холодной деформации заготовки, поскольку холодная деформация создает различные структурные дефекты, которые могут ускорить процесс науглероживания.
Например, после холодной штамповки деформация 20CrNiMo составляет 25%. Если заготовку подвергнуть газовому науглероживанию при температуре 930-950°C в течение 2 часов, глубина науглероживающего слоя достигнет 0,84 мм. Если деформация увеличится до 50%, глубина покрытия достигнет 0,88 мм. Чем больше деформация, тем глубже слой проникновения.
Процесс представляет собой комбинированную термическую обработку, при которой заготовка подвергается азотирование после холодной деформации при комнатной температуре.
Азотирование холодной деформацией отличается от науглероживания холодной деформацией.
Холодная деформация снижает скорость проникновения азота и уменьшает толщину диффузионного слоя, причем эта тенденция становится более выраженной по мере увеличения степени деформации.
Это явление может быть вызвано тем, что атомы азота препятствуют диффузии других атомов азота, пиннингуя дислокационные участки или захватывая дислоцированные атомы азота.
Однако азотирование холодной деформацией может повысить вязкость чистого железа.
Температура и продолжительность азотирования зависят от тип сталиНапример, сталь 38CrMoAl и сталь 20 требуют температуры 650°C и 550°C, соответственно.
Это комбинированная термическая обработка, при которой заготовка подвергается деформации при комнатной температуре с последующей инфильтрацией бором.
Например, 20 стальных заготовок прокатываются и деформируются в теплице, затем подвергаются выдержке при температуре 900°C и инфильтрации твердым бором с различной скоростью нагрева.
Испытания показали, что холодная деформация значительно увеличивает глубину инфильтрационного слоя бора.
Оптимальный уровень деформации для достижения максимальной глубины проникновения зависит от скорости нагрева и времени выдержки в процессе инфильтрации бора.
Это явление вызвано холодной деформацией структуры стали, которая ускоряет процесс адсорбции атомов бора на поверхности стали.
Карбонитрирование холодным деформированием - это комбинированный процесс термообработки, при котором после деформации при комнатной температуре проводится карбонитрирование при средней температуре.
Этап предварительной холодной деформации оказывает значительное влияние на процесс карбонитрирования стали, так как увеличивает содержание C и N на поверхности и повышает толщину проникающего слоя.
Например, когда деформация холоднокатаной стали 20CrMnTi составляет 15%, толщина совместной инфильтрации углерода и азота после процессов 860℃×2ч и 860℃×4ч составляет 0,65 мм и 0,80 мм, соответственно.
Деформация при комнатной температуре влияет не только на процесс диффузии междоузельных атомов в стали, но и на процесс проникновения замещающих атомов.
В качестве примера можно привести холодную деформацию стали 16Mn, чтобы изучить влияние на процесс инфильтрации твердых частиц. титан. Результаты показали, что наилучшая температура для инфильтрации титана составляет 900-950℃, при этом деформация 30%.
Кроме того, с повышением температуры науглероживания титана увеличивается и время выдержки, что приводит к образованию более толстого проникающего слоя.
Процесс термомеханической термообработки включает в себя нагрев заготовки до начальной температуры ковки для штамповки, затем науглероживание в науглероживающей печи и, наконец, прямую закалку.
Метод термического науглероживания-закалки при ковке позволяет экономить электроэнергию, которая в противном случае потребовалась бы для нагрева заготовки во время науглероживания, и увеличивает скорость науглероживания. Это приводит к повышению твердости поверхности, износостойкости и делает его пригодным для изготовления зубчатых колес среднего модуля и других науглероженных заготовок.
Другая разновидность комбинированной науглероживающей и термомеханической обработки называется науглероживание-ковка-закалка, которая включает науглероживание с последующей горячей ковкой и закалкой.
Этот процесс позволяет значительно увеличить толщину эффективного упрочненного слоя на заготовке, повысить поверхностное сжимающее напряжение, улучшить сопротивление разрушению и продлить срок службы изделия.
Твердость круглой винтовой матрицы из стали 9SiCr после термообработки обычно составляет от 62 до 65 HRC. Традиционный процесс термообработки включает в себя нагрев в соляной ванне при температуре 860-880℃, а затем закалка и отпуск при температуре от 150 до 180℃.
Для повышения твердости и износостойкости инструмента можно использовать химико-термическую обработку поверхности. Однако этот процесс требует температуры не менее 400℃, что не подходит для инструментов из стали 9SiCr. Азотирование, с другой стороны, может обеспечить решение этой проблемы.
Процесс азотирования включает в себя нагрев инструмента в печи ионного азотирования LD мощностью 60 кВт, затем в среднетемпературной печи с соляной ванной мощностью 100 кВт, охлаждение маслом, обработку холодом и, наконец, отпуск при температуре 150-180°C.
Испытания показали, что твердость на глубине от 0,10 до 0,80 мм превышает 927HV5, а пиковая твердость составляет от 974 до 986HV5. Твердость на глубине от 0,20 до 0,60 мм составляет ≥857HV5, что улучшает противозадирные свойства закаленной области и продлевает срок службы материала.
Широко используется процесс термомеханической обработки.
С точки зрения материалов, она подходит для широкого спектра металлических материалов, включая различные углеродистые стали, легированные стали, легированные конструкционные стали и сплавы на основе никеля.
Что касается методов обработки, то они могут сочетать в себе преимущества обоих видов обработки для удовлетворения специфических требований к прочности и вязкости, значительно повышая качество и долговечность деформированных деталей.
Перспективы термомеханического лечения положительные.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
DE 
ES 