Bei der Wärmebehandlung von Aluminium und Aluminiumlegierungen treten häufig verschiedene Probleme auf, beispielsweise:
- Falsche Platzierung der Teile: Dies kann zu einer Verformung der Teile führen, oft aufgrund einer unzureichenden Wärmeabfuhr durch das Abschreckmedium mit einer ausreichenden Geschwindigkeit, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen.
- Schnelles Erhitzen: Dies kann zu thermischer Verformung führen; die richtige Platzierung der Teile trägt dazu bei, eine gleichmäßige Erwärmung sicherzustellen.
-Überhitzung: Dies kann zu teilweisem Schmelzen oder eutektischem Schmelzen führen.
-Oberflächenverzunderung/Hochtemperaturoxidation.
- Übermäßige oder unzureichende Alterungsbehandlung, die beide zum Verlust mechanischer Eigenschaften führen können.
-Schwankungen bei Zeit-/Temperatur-/Abschreckparametern, die zu Abweichungen bei den mechanischen und/oder physikalischen Eigenschaften zwischen Teilen und Chargen führen können.
- Darüber hinaus können eine schlechte Temperaturgleichmäßigkeit, eine unzureichende Isolationszeit und eine unzureichende Kühlung während der Lösungswärmebehandlung zu unzureichenden Ergebnissen beitragen.
Die Wärmebehandlung ist ein entscheidender thermischer Prozess in der Aluminiumindustrie. Lassen Sie uns tiefer in das damit verbundene Wissen eintauchen.
1.Vorbehandlung
Vorbehandlungsprozesse, die die Struktur verbessern und Spannungen vor dem Abschrecken abbauen, tragen zur Reduzierung von Verformungen bei. Die Vorbehandlung umfasst typischerweise Prozesse wie Kugelglühen und Spannungsarmglühen. Manchmal kommen auch Abschrecken und Anlassen oder Normalisieren zum Einsatz.
Spannungsarmglühen: Während der Bearbeitung können aufgrund von Faktoren wie Bearbeitungsverfahren, Werkzeugeingriff und Schnittgeschwindigkeit Eigenspannungen entstehen. Eine ungleichmäßige Verteilung dieser Spannungen kann beim Abschrecken zu Verformungen führen. Um diese Effekte zu mildern, ist vor dem Abschrecken ein Spannungsarmglühen erforderlich. Die Temperatur beim Spannungsarmglühen beträgt in der Regel 500–700 °C. Beim Erhitzen in einem Luftmedium wird eine Temperatur von 500–550 °C mit einer Haltezeit von 2–3 Stunden verwendet, um Oxidation und Entkohlung zu verhindern. Die Verformung des Teils durch Eigengewicht sollte beim Belasten berücksichtigt werden. Die übrigen Verfahren ähneln denen beim Standardglühen.
Vorwärmbehandlung zur Strukturverbesserung: Dazu gehören das Weichglühen, das Abschrecken und Anlassen sowie die Normalisierungsbehandlung.
-Kugelglühen: Die nach dem Kugelglühen erhaltene Struktur ist für Kohlenstoff- und legierten Werkzeugstahl während der Wärmebehandlung von entscheidender Bedeutung und beeinflusst die Verzerrungsentwicklung beim Abschrecken erheblich. Durch Anpassung der Struktur nach dem Glühen kann die normale Verzerrung beim Abschrecken reduziert werden.
-Andere Vorbehandlungsmethoden: Zur Reduzierung des Abschreckverzugs können verschiedene Methoden eingesetzt werden, wie z. B. Abschrecken und Anlassen sowie Normalglühen. Die Auswahl geeigneter Vorbehandlungsmethoden wie Abschrecken und Anlassen sowie Normalglühen, abhängig von der Ursache des Verzugs und dem Werkstoff des Werkstücks, kann den Verzug wirksam reduzieren. Allerdings ist Vorsicht geboten hinsichtlich Eigenspannungen und Härtezunahme nach dem Anlassen. Insbesondere kann das Abschrecken die Ausdehnung während des Abschreckens bei w- und manganhaltigen Stählen reduzieren, hat jedoch bei Stählen wie GCr15 kaum Einfluss auf die Verformungsreduzierung.
In der praktischen Produktion ist die Identifizierung der Ursache des Abschreckverzugs – sei es durch Eigenspannungen oder eine schlechte Struktur – für eine wirksame Behandlung unerlässlich. Bei eigenspannungsbedingtem Verzug sollte Spannungsarmglühen durchgeführt werden, während strukturverändernde Behandlungen wie Anlassen nicht erforderlich sind und umgekehrt. Nur so kann das Ziel der Reduzierung des Abschreckverzugs erreicht werden, um Kosten zu senken und die Qualität zu sichern.
2. Abschreck-Heizvorgang
Abschrecktemperatur: Die Abschrecktemperatur beeinflusst die Verformung erheblich. Die Reduzierung der Verformung kann durch Anpassung der Abschrecktemperatur erreicht werden. Alternativ kann die Bearbeitungszugabe an die Abschrecktemperatur angepasst werden, um die Verformung zu reduzieren. Alternativ können die Bearbeitungszugabe und die Abschrecktemperatur nach der Wärmebehandlung sinnvoll gewählt und beibehalten werden, um die nachfolgende Bearbeitungszugabe zu reduzieren. Der Einfluss der Abschrecktemperatur auf die Abschreckverformung hängt nicht nur vom verwendeten Material des Werkstücks ab, sondern auch von dessen Größe und Form. Wenn Form und Größe des Werkstücks stark voneinander abweichen, ist die Tendenz zur Abschreckverformung trotz gleichem Material sehr unterschiedlich. Der Bediener sollte dies bei der tatsächlichen Produktion beachten.
Abschreckhaltezeit: Die Wahl der Haltezeit gewährleistet nicht nur eine gründliche Erwärmung und das Erreichen der gewünschten Härte oder mechanischen Eigenschaften nach dem Abschrecken, sondern berücksichtigt auch die Auswirkungen auf die Verformung. Eine Verlängerung der Haltezeit beim Abschrecken erhöht die Abschrecktemperatur erheblich, was insbesondere bei kohlenstoff- und chromreichen Stählen der Fall ist.
Lademethoden: Wenn das Werkstück während des Erhitzens in einer unangemessenen Form platziert wird, führt dies zu einer Verformung aufgrund des Gewichts des Werkstücks oder zu einer Verformung aufgrund gegenseitiger Extrusion zwischen den Werkstücken oder zu einer Verformung aufgrund ungleichmäßiger Erwärmung und Abkühlung aufgrund übermäßiger Stapelung der Werkstücke.
Heizmethode: Bei Werkstücken mit komplexen Formen und unterschiedlicher Dicke, insbesondere solchen mit hohem Kohlenstoff- und Legierungsanteil, ist ein langsamer und gleichmäßiger Erwärmungsprozess entscheidend. Vorwärmen ist oft notwendig und erfordert manchmal mehrere Vorwärmzyklen. Bei größeren Werkstücken, die durch Vorwärmen nicht effektiv behandelt werden können, kann die Verwendung eines Widerstandsofens mit kontrollierter Heizung die durch schnelles Erhitzen verursachten Verformungen reduzieren.
3. Kühlbetrieb
Die Verformung beim Abschrecken entsteht in erster Linie durch den Abkühlprozess. Die richtige Auswahl des Abschreckmediums, eine fachmännische Handhabung und jeder einzelne Schritt des Abkühlprozesses beeinflussen die Verformung beim Abschrecken direkt.
Auswahl des Abschreckmediums: Um die gewünschte Härte nach dem Abschrecken sicherzustellen, sollten mildere Abschreckmedien bevorzugt werden, um Verformungen zu minimieren. Die Verwendung von Heizbädern zur Kühlung (um das Richten im noch heißen Zustand des Teils zu erleichtern) oder sogar Luftkühlung wird empfohlen. Medien mit Abkühlraten zwischen Wasser und Öl können auch Wasser-Öl-Dualmedien ersetzen.
—Luftkühlungsabschreckung: Luftkühlungsabschrecken reduziert wirksam die Abschreckverformung von Schnellarbeitsstahl, Chromformstahl und luftgekühltem Mikroverformungsstahl. Bei 3Cr2W8V-Stahl, der nach dem Abschrecken keine hohe Härte benötigt, kann Luftabschrecken durch geeignete Anpassung der Abschrecktemperatur ebenfalls zur Reduzierung der Verformung eingesetzt werden.
—Ölkühlung und Abschreckung: Öl ist ein Abschreckmedium mit einer viel langsameren Abkühlrate als Wasser. Für Werkstücke mit hoher Härtbarkeit, geringer Größe, komplexer Form und großer Verformungstendenz ist die Abkühlrate von Öl jedoch zu hoch. Für Werkstücke mit geringer Größe, aber geringer Härtbarkeit ist die Abkühlrate von Öl jedoch unzureichend. Um die oben genannten Widersprüche zu lösen und das Abschrecken mit Öl optimal zu nutzen, um die Abschreckverformung von Werkstücken zu verringern, hat man Methoden zur Anpassung der Öltemperatur und Erhöhung der Abschrecktemperatur eingeführt, um die Ölnutzung zu erweitern.
—Änderung der Temperatur des Abschrecköls: Die Verwendung der gleichen Öltemperatur zum Abschrecken zur Reduzierung der Abschreckverformung birgt immer noch folgende Probleme: Bei niedriger Öltemperatur ist die Abschreckverformung immer noch groß, und bei hoher Öltemperatur ist es schwierig, die Härte des Werkstücks nach dem Abschrecken sicherzustellen. Unter dem kombinierten Einfluss von Form und Material einiger Werkstücke kann eine Erhöhung der Abschrecköltemperatur auch deren Verformung erhöhen. Daher ist es unbedingt erforderlich, die Öltemperatur des Abschrecköls nach bestandener Prüfung entsprechend den tatsächlichen Bedingungen des Werkstückmaterials, der Querschnittsgröße und der Form zu bestimmen.
Bei der Verwendung von heißem Öl zum Abschrecken sollten in der Nähe des Öltanks die erforderlichen Feuerlöschgeräte installiert werden, um Brände durch die hohe Öltemperatur beim Abschrecken und Abkühlen zu vermeiden. Darüber hinaus sollte der Qualitätsindex des Abschrecköls regelmäßig geprüft und rechtzeitig neues Öl nachgefüllt oder ausgetauscht werden.
—Erhöhen Sie die Abschrecktemperatur: Dieses Verfahren eignet sich für Werkstücke aus Kohlenstoffstahl mit kleinem Querschnitt und etwas größere Werkstücke aus legiertem Stahl, die nach dem Erhitzen und der Wärmekonservierung bei normalen Abschrecktemperaturen und Ölabschrecken die Härteanforderungen nicht erfüllen. Durch entsprechende Erhöhung der Abschrecktemperatur und anschließendes Ölabschrecken kann der Effekt der Härtung und der Verringerung der Verformung erreicht werden. Bei der Anwendung dieses Abschreckverfahrens ist darauf zu achten, dass Probleme wie Kornvergröberung, Verringerung der mechanischen Eigenschaften und der Lebensdauer des Werkstücks durch erhöhte Abschrecktemperatur vermieden werden.
—Klassifizierung und Bainitisieren: Wenn die Abschreckhärte den Konstruktionsanforderungen entspricht, sollten die Klassifizierung und das Bainitisieren des Warmbadmediums voll ausgenutzt werden, um die Abschreckverformung zu reduzieren. Dieses Verfahren eignet sich auch für gering härtbare, kleinteilige Kohlenstoffbaustähle und Werkzeugstähle, insbesondere chromhaltige Gesenkstähle und hochhärtbare Schnellarbeitsstähle. Die Klassifizierung des Warmbadmediums und das Abkühlverfahren des Bainitisierens sind die grundlegenden Abschreckverfahren für diese Stahlsorte. Ebenso ist es auch für Kohlenstoffstähle und niedriglegierte Baustähle geeignet, die keine hohe Abschreckhärte erfordern.
Beim Abschrecken mit einem heißen Bad sollten folgende Punkte beachtet werden:
Erstens: Wenn zum Sortieren und isothermischen Abschrecken ein Ölbad verwendet wird, muss die Öltemperatur streng kontrolliert werden, um die Entstehung eines Brandes zu verhindern.
Zweitens sollte der Nitratsalztank beim Abschrecken mit Nitratsalzqualitäten mit den erforderlichen Instrumenten und Wasserkühlgeräten ausgestattet sein. Weitere Vorsichtsmaßnahmen finden Sie in den entsprechenden Informationen. Diese werden hier nicht wiederholt.
Drittens sollte die isotherme Temperatur während des isothermen Abschreckens streng kontrolliert werden. Hohe oder niedrige Temperaturen tragen nicht dazu bei, die Abschreckverformung zu verringern. Darüber hinaus sollte beim Bainitisieren die Aufhängemethode des Werkstücks so gewählt werden, dass Verformungen durch das Gewicht des Werkstücks vermieden werden.
Viertens: Wenn die Form des Werkstücks durch isothermes oder abgestuftes Abschrecken korrigiert wird, während es heiß ist, sollten die Werkzeuge und Vorrichtungen vollständig ausgestattet sein und die Aktion während des Betriebs schnell erfolgen. Vermeiden Sie nachteilige Auswirkungen auf die Abschreckqualität des Werkstücks.
Kühlbetrieb: Eine geschickte Vorgehensweise beim Abkühlvorgang hat einen erheblichen Einfluss auf die Abschreckverformung, insbesondere wenn Wasser- oder Öl-Abschreckmedien verwendet werden.
-Richtige Richtung des Abschreckmediumeintritts: Symmetrische oder längliche stabförmige Werkstücke sollten typischerweise senkrecht in das Medium abgeschreckt werden. Asymmetrische Teile können schräg abgeschreckt werden. Die richtige Richtung zielt darauf ab, eine gleichmäßige Abkühlung aller Teile zu gewährleisten, wobei langsamer abkühlende Bereiche zuerst in das Medium eintreten, gefolgt von schneller abkühlenden Abschnitten. Die Berücksichtigung der Werkstückform und ihres Einflusses auf die Abkühlgeschwindigkeit ist in der Praxis von entscheidender Bedeutung.
-Bewegung von Werkstücken im AbschreckmediumLangsam abkühlende Teile sollten dem Abschreckmedium zugewandt sein. Symmetrisch geformte Werkstücke sollten einem gleichmäßigen und gleichmäßigen Weg im Medium folgen und dabei eine kleine Amplitude und schnelle Bewegung beibehalten. Bei dünnen und länglichen Werkstücken ist Stabilität während des Abschreckens entscheidend. Vermeiden Sie Schwingungen und verwenden Sie zur besseren Kontrolle Klemmen anstelle von Drahtbindungen.
-Geschwindigkeit des Abschreckens: Werkstücke sollten schnell abgeschreckt werden. Besonders bei dünnen, stabförmigen Werkstücken kann eine langsamere Abschreckgeschwindigkeit zu einer erhöhten Biegeverformung und zu Verformungsunterschieden zwischen zu unterschiedlichen Zeiten abgeschreckten Abschnitten führen.
-Kontrollierte Kühlung: Schützen Sie bei Werkstücken mit erheblichen Unterschieden in der Querschnittsgröße die schneller abkühlenden Abschnitte mit Materialien wie Asbestseilen oder Metallblechen, um deren Abkühlgeschwindigkeit zu verringern und eine gleichmäßige Abkühlung zu erreichen.
-Abkühlzeit im Wasser: Bei Werkstücken, die sich hauptsächlich aufgrund struktureller Spannungen verformen, sollte die Abkühlzeit im Wasser verkürzt werden. Bei Werkstücken, die sich hauptsächlich aufgrund thermischer Spannungen verformen, sollte die Abkühlzeit im Wasser verlängert werden, um die Verformung durch Abschrecken zu verringern.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminum
Veröffentlichungszeit: 21. Februar 2024
