Bei der Wärmebehandlung von Aluminium und Aluminiumlegierungen treten häufig verschiedene Probleme auf, wie zum Beispiel:
-Unsachgemäße Teileplatzierung: Dies kann zu einer Verformung des Teils führen, häufig aufgrund einer unzureichenden Wärmeabfuhr durch das Abschreckmedium, die schnell genug erfolgt, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen.
-Schnelle Erwärmung: Dies kann zu einer thermischen Verformung führen; Durch die richtige Platzierung der Teile wird eine gleichmäßige Erwärmung gewährleistet.
-Überhitzung: Dies kann zu teilweisem oder eutektischem Schmelzen führen.
-Oberflächenverkalkung/Hochtemperaturoxidation.
-Übermäßige oder unzureichende Alterungsbehandlung, die beide zum Verlust der mechanischen Eigenschaften führen kann.
-Schwankungen der Zeit-/Temperatur-/Abschreckparameter, die zu Abweichungen in 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 Lösungsglühbehandlung zu unzureichenden Ergebnissen führen.
Die Wärmebehandlung ist ein entscheidender thermischer Prozess in der Aluminiumindustrie. Lassen Sie uns tiefer in die damit verbundenen Kenntnisse eintauchen.
1. Vorbehandlung
Vorbehandlungsprozesse, die die Struktur verbessern und Spannungen vor dem Abschrecken abbauen, tragen zur Reduzierung von Verzügen bei. Die Vorbehandlung umfasst in der Regel Prozesse wie das Sphäroidglühen und das Spannungsarmglühen. Einige umfassen auch eine Abschreck- und Anlassbehandlung oder eine Normalisierungsbehandlung.
Spannungsarmglühen: Während der Bearbeitung können sich aufgrund von Faktoren wie Bearbeitungsmethoden, Werkzeugeingriff und Schnittgeschwindigkeit Eigenspannungen entwickeln. Eine ungleichmäßige Verteilung dieser Spannungen kann beim Abschrecken zu Verformungen führen. Um diese Effekte abzuschwächen, ist ein Spannungsarmglühen vor dem Abschrecken erforderlich. Die Temperatur beim Spannungsarmglühen beträgt im Allgemeinen 500–700 °C. Beim Erhitzen im Luftmedium wird eine Temperatur von 500–550 °C mit einer Haltezeit von 2–3 Stunden verwendet, um Oxidation und Entkohlung zu verhindern. Bei der Belastung sollte eine Verformung des Teils aufgrund des Eigengewichts berücksichtigt werden, und andere Verfahren ähneln dem Standardglühen.
Vorwärmebehandlung zur Strukturverbesserung: Dazu gehören das sphäroidisierende Glühen, das Abschrecken und Anlassen sowie die Normalisierungsbehandlung.
-Sphäroidisierendes Glühen: Wesentlich für Kohlenstoff-Werkzeugstahl und legierten Werkzeugstahl während der Wärmebehandlung. Die nach dem Sphäroidglühen erhaltene Struktur beeinflusst die Verformungstendenz beim Abschrecken erheblich. Durch Anpassen der Struktur nach dem Glühen kann die regelmäßige Verformung während des Abschreckens reduziert werden.
-Andere Vorbehandlungsmethoden: Zur Verringerung der Abschreckverzerrung können verschiedene Methoden eingesetzt werden, z. B. Abschrecken und Anlassen sowie eine Normalisierungsbehandlung. Durch die Auswahl geeigneter Vorbehandlungen wie Abschrecken und Anlassen sowie einer Normalisierungsbehandlung basierend auf der Ursache des Verzugs und dem Material des Teils kann der Verzug wirksam reduziert werden. Bei Eigenspannungen und Härteanstiegen nach dem Anlassen ist jedoch Vorsicht geboten, insbesondere die Abschreck- und Anlassbehandlung kann die Ausdehnung beim Abschrecken bei W- und Mn-haltigen Stählen verringern, hat jedoch bei Stählen wie GCr15 nur geringe Auswirkungen auf die Reduzierung der Verformung.
In der praktischen Produktion ist es für eine wirksame Behandlung von entscheidender Bedeutung, die Ursache für Abschreckverzerrungen zu ermitteln, unabhängig davon, ob diese auf Eigenspannungen oder eine schlechte Struktur zurückzuführen sind. Spannungsarmglühen sollte bei Verformungen aufgrund von Eigenspannungen durchgeführt werden, während Behandlungen wie Anlassen, die das Gefüge verändern, nicht erforderlich sind und umgekehrt. Nur dann kann das Ziel erreicht werden, den Abschreckverzug zu reduzieren, die Kosten zu senken und die Qualität sicherzustellen.
2.Quenching-Heizbetrieb
Abschrecktemperatur: Die Abschrecktemperatur beeinflusst den Verzug erheblich. Wir können den Zweck der Reduzierung der Verformung erreichen, indem wir die Abschrecktemperatur anpassen, oder die reservierte Bearbeitungszugabe ist die gleiche wie die Abschrecktemperatur, um den Zweck der Reduzierung der Verformung zu erreichen, oder wir können die Bearbeitungszugabe und die Abschrecktemperatur nach Wärmebehandlungstests angemessen auswählen und reservieren , um die spätere Bearbeitungszugabe zu reduzieren. Der Einfluss der Abschrecktemperatur auf die Abschreckverformung hängt nicht nur vom im Werkstück verwendeten Material ab, sondern auch von der Größe und Form des Werkstücks. Wenn Form und Größe des Werkstücks sehr unterschiedlich sind, obwohl das Material des Werkstücks das gleiche ist, ist der Trend der Abschreckverformung ganz anders, und der Bediener sollte diese Situation in 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 deren Auswirkung auf den Verzug. Durch die Verlängerung der Abschreckhaltezeit steigt die Abschrecktemperatur wesentlich an, was besonders ausgeprägt bei Stählen mit hohem Kohlenstoff- und hohem Chromgehalt ist.
Lademethoden: Wenn das Werkstück während des Erhitzens in einer unangemessenen Form platziert wird, kommt es zu einer Verformung aufgrund des Gewichts des Werkstücks oder zu einer Verformung aufgrund der gegenseitigen Extrusion zwischen den Werkstücken oder zu einer Verformung aufgrund ungleichmäßiger Erwärmung und Abkühlung aufgrund übermäßiger Stapelung der Werkstücke.
Heizmethode: Bei komplex geformten Werkstücken mit unterschiedlicher Dicke, insbesondere solchen mit hohem Kohlenstoff- und Legierungsanteil, ist ein langsamer und gleichmäßiger Erwärmungsprozess von entscheidender Bedeutung. Oftmals ist eine Vorwärmung erforderlich, die manchmal mehrere Vorwärmzyklen erfordert. Bei größeren Werkstücken, die durch Vorwärmen nicht wirksam behandelt werden können, kann der Einsatz eines Kastenwiderstandsofens mit kontrollierter Erwärmung die durch schnelles Erhitzen verursachte Verformung reduzieren.
3. Kühlbetrieb
Die Abschreckverformung resultiert hauptsächlich aus dem Abkühlprozess. Die richtige Auswahl des Abschreckmediums, eine geschickte Bedienung und jeder Schritt des Abkühlprozesses haben direkten Einfluss auf die Abschreckverformung.
Auswahl des Abschreckmediums: Während die gewünschte Härte nach dem Abschrecken gewährleistet ist, sollten mildere Abschreckmedien bevorzugt werden, um Verzerrungen zu minimieren. Zur Kühlung empfiehlt sich die Verwendung erhitzter Badmedien (um das Richten zu erleichtern, während das Teil noch heiß ist) oder sogar Luftkühlung. Medien mit Kühlraten zwischen Wasser und Öl können auch Wasser-Öl-Doppelmedien ersetzen.
– Abschrecken mit Luftkühlung: Das Abschrecken mit Luftkühlung ist wirksam, um die Abschreckverformung von Schnellarbeitsstahl, Chromformstahl und luftgekühltem Mikroverformungsstahl zu reduzieren. Für den 3Cr2W8V-Stahl, der nach dem Abschrecken keine hohe Härte erfordert, kann auch Luftabschrecken eingesetzt werden, um die Verformung durch geeignete Einstellung der Abschrecktemperatur zu reduzieren.
—Ölkühlung und Abschreckung: Öl ist ein Abschreckmedium mit einer viel geringeren Abkühlgeschwindigkeit als Wasser, aber für Werkstücke mit hoher Härtbarkeit, kleiner Größe, komplexer Form und großer Verformungstendenz ist die Abkühlgeschwindigkeit von Öl zu hoch, aber für Werkstücke mit kleiner Größe, aber schlecht Härtbarkeit, die Abkühlgeschwindigkeit des Öls ist unzureichend. Um die oben genannten Widersprüche zu lösen und die Ölabschreckung voll auszunutzen, um die Abschreckverformung von Werkstücken zu reduzieren, haben Menschen Methoden zur Anpassung der Öltemperatur und zur Erhöhung der Abschrecktemperatur eingeführt, um die Nutzung von Öl zu erweitern.
–Änderung der Temperatur des Abschrecköls: Die Verwendung der gleichen Öltemperatur zum Abschrecken zur Reduzierung der Abschreckverformung weist immer noch die folgenden Probleme auf: Wenn die Öltemperatur niedrig ist, ist die Abschreckverformung immer noch groß, und wenn die Öltemperatur hoch ist, ist es schwierig sicherzustellen, dass die Werkstück nach dem Abschrecken härten. Aufgrund der kombinierten Wirkung von Form und Material einiger Werkstücke kann eine Erhöhung der Temperatur des Abschrecköls auch zu einer stärkeren Verformung führen. Daher ist es sehr wichtig, die Öltemperatur des Abschrecköls nach bestandener Prüfung entsprechend den tatsächlichen Bedingungen des Werkstückmaterials, der Querschnittsgröße und -form zu bestimmen.
Wenn heißes Öl zum Abschrecken verwendet wird, sollten in der Nähe des Öltanks die erforderlichen Feuerlöschgeräte angebracht werden, um Brände durch hohe Öltemperaturen beim Abschrecken und Abkühlen zu vermeiden. Darüber hinaus sollte der Qualitätsindex des Abschrecköls regelmäßig geprüft und neues Öl rechtzeitig nachgefüllt oder ersetzt werden.
—Erhöhen Sie die Abschrecktemperatur: Diese Methode 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 können. Durch entsprechende Erhöhung der Abschrecktemperatur und anschließendes Ölabschrecken kann der Effekt der Härtung und Reduzierung der Verformung erzielt werden. Beim Einsatz dieser Methode zum Abschrecken ist darauf zu achten, dass Probleme wie Kornvergröberung, Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und der Lebensdauer des Werkstücks aufgrund erhöhter Abschrecktemperatur vermieden werden.
—Klassifizierung und Austemperierung: Wenn die Abschreckhärte die Konstruktionsanforderungen erfüllen kann, sollte die Klassifizierung und Austemperierung des heißen Badmediums vollständig genutzt werden, um den Zweck der Reduzierung der Abschreckverformung zu erreichen. Dieses Verfahren eignet sich auch für gering härtbare Kohlenstoffbaustähle und Werkzeugstähle mit kleinem Querschnitt, insbesondere für Werkstücke aus chromhaltigem Gesenkstahl und Schnellarbeitsstahlwerkstücken mit hoher Härtbarkeit. Die Klassifizierung des heißen Badmediums und die Kühlmethode des Austemperierens sind die grundlegenden Abschreckmethoden für diese Art von Stahl. Ebenso wirksam ist es auch bei Kohlenstoffstählen und niedriglegierten Baustählen, die keine hohe Abschreckhärte erfordern.
Beim Abschrecken mit einem Heißbad sind folgende Punkte zu beachten:
Wenn ein Ölbad zum Sortieren und isothermen Abschrecken verwendet wird, sollte zunächst die Öltemperatur streng kontrolliert werden, um die Entstehung von Bränden zu verhindern.
Zweitens sollte der Nitratsalztank beim Abschrecken mit Nitratsalzqualitäten mit den erforderlichen Instrumenten und Wasserkühlgeräten ausgestattet sein. Weitere Vorsichtsmaßnahmen entnehmen Sie bitte den entsprechenden Informationen und 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 Verformung durch Abschrecken zu verringern. Darüber hinaus sollte beim Austemperieren die hängende Methode des Werkstücks gewählt werden, um eine Verformung durch das Gewicht des Werkstücks zu verhindern.
Viertens: Wenn isothermisches oder abgestuftes Abschrecken verwendet wird, um die Form des Werkstücks im heißen Zustand zu korrigieren, sollten die Werkzeuge und Vorrichtungen vollständig ausgestattet sein und die Aktion sollte während des Betriebs schnell erfolgen. Beeinträchtigung der Abschreckqualität des Werkstücks verhindern.
Kühlbetrieb: Eine geschickte Bedienung während des Abkühlprozesses hat einen erheblichen Einfluss auf die Abschreckverformung, insbesondere wenn Wasser oder Öl als Abschreckmedium verwendet werden.
- Korrekte Richtung des Abschreckmediumeintritts: Typischerweise sollten symmetrisch ausbalancierte oder längliche stabförmige Werkstücke vertikal in das Medium abgeschreckt werden. Asymmetrische Teile können schräg abgeschreckt werden. Die richtige Richtung zielt darauf ab, eine gleichmäßige Kühlung aller Teile sicherzustellen, wobei langsamere Kühlbereiche zuerst in das Medium gelangen, gefolgt von schnelleren Kühlbereichen. Die Berücksichtigung der Werkstückform und ihres Einflusses auf die Abkühlgeschwindigkeit ist in der Praxis von entscheidender Bedeutung.
-Bewegung von Werkstücken im Abschreckmedium: Langsam abkühlende Teile sollten dem Abschreckmedium zugewandt sein. Symmetrisch geformte Werkstücke sollten einem ausgewogenen und gleichmäßigen Weg im Medium folgen und dabei eine kleine Amplitude und schnelle Bewegung beibehalten. Bei dünnen und länglichen Werkstücken ist die Stabilität beim Abschrecken entscheidend. Vermeiden Sie Schwingungen und erwägen Sie für eine bessere Kontrolle die Verwendung von Klammern anstelle von Drahtbindungen.
-Geschwindigkeit des Abschreckens: Werkstücke sollten schnell abgeschreckt werden. Insbesondere bei dünnen, stabförmigen Werkstücken können langsamere Abschreckgeschwindigkeiten zu einer erhöhten Biegeverformung und Verformungsunterschieden zwischen zu unterschiedlichen Zeiten abgeschreckten Abschnitten führen.
-Kontrollierte Kühlung: Schützen Sie bei Werkstücken mit erheblichen Unterschieden in der Querschnittsgröße schneller abkühlende Abschnitte mit Materialien wie Asbestseilen oder Metallblechen, um deren Abkühlgeschwindigkeit zu verringern und eine gleichmäßige Abkühlung zu erreichen.
-Abkühlzeit in Wasser: Verkürzen Sie bei Werkstücken, bei denen es hauptsächlich zu Verformungen aufgrund struktureller Spannungen kommt, die Abkühlzeit in Wasser. Verlängern Sie bei Werkstücken, die sich hauptsächlich aufgrund thermischer Belastung verformen, die Abkühlzeit in Wasser, um die Verformung durch Abschrecken zu reduzieren.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminium
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 21. Februar 2024
