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 Geschwindigkeit, die ausreicht, 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 die damit verbundenen Kenntnisse 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 Weichglühen und Spannungsarmglühen. Manche Verfahren umfassen auch Abschrecken und Anlassen oder Normalisieren.
Spannungsarmglühen: Während der Bearbeitung können aufgrund von Faktoren wie Bearbeitungsverfahren, Werkzeugeingriff und Schnittgeschwindigkeit Eigenspannungen entstehen. Eine ungleichmäßige Verteilung dieser Spannungen kann beim Abschrecken zu Verzug 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. Der durch das Eigengewicht bedingte Bauteilverzug ist beim Belasten zu berücksichtigen. Die übrigen Verfahren ähneln denen beim Standardglühen.
Vorwärmbehandlung zur Strukturverbesserung: Hierzu gehören das Weichglühen, das Abschrecken und Anlassen sowie die Normalisierungsbehandlung.
-Sphäroidisierendes Glühen: Die nach dem Kugelglühen erhaltene Struktur ist für Kohlenstoff- und legierten Werkzeugstahl während der Wärmebehandlung von entscheidender Bedeutung und beeinflusst die Verformungsneigung beim Abschrecken erheblich. Durch Anpassung der Struktur nach dem Glühen kann die regelmäßige Verformung beim Abschrecken reduziert werden.
-Andere VorbehandlungsmethodenZur Reduzierung des Abschreckverzugs können verschiedene Methoden eingesetzt werden, wie z. B. Abschrecken und Anlassen sowie Normalglühen. Die Auswahl geeigneter Vorbehandlungen wie Abschrecken und Anlassen, abhängig von der Ursache des Verzugs und dem Werkstoff des Werkstücks, kann den Verzug wirksam reduzieren. Vorsicht ist jedoch 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 – ob Eigenspannungen oder schlechtes Gefüge – für eine effektive 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
AbschrecktemperaturDie Abschrecktemperatur beeinflusst den Verzug 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. Bei stark unterschiedlichen Formen und Größen des Werkstücks ist trotz gleichem Material die Tendenz zur Abschreckverformung deutlich 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 den Verzug. Eine Verlängerung der Abschreckhaltezeit erhöht die Abschrecktemperatur erheblich, insbesondere bei kohlenstoff- und chromreichen Stählen.
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.
HeizmethodeBei 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 Kastenwiderstandsofens mit kontrollierter Heizung die durch schnelles Erhitzen verursachten Verformungen reduzieren.
3. Kühlbetrieb
Die Abschreckverformung entsteht in erster Linie durch den Abkühlprozess. Die richtige Wahl des Abschreckmediums, die fachgerechte Handhabung und jeder einzelne Schritt des Abkühlprozesses beeinflussen die Abschreckverformung direkt.
Auswahl des AbschreckmediumsUm die gewünschte Härte nach dem Abschrecken sicherzustellen, sollten mildere Abschreckmedien bevorzugt werden, um Verformungen zu minimieren. Die Verwendung von Warmbadmedien (um das Richten im heißen Zustand zu erleichtern) oder sogar Luftkühlung wird empfohlen. Medien mit Abkühlraten zwischen Wasser und Öl können auch Wasser-Öl-Dualmedien ersetzen.
—Luftkühlungsabschreckung: Luftkühlungsabschrecken reduziert effektiv 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, kleiner Größe, komplexer Form und großer Verformungsneigung ist die Abkühlrate von Öl jedoch zu hoch. Für Werkstücke mit kleiner Größe, aber geringer Härtbarkeit reicht die Abkühlrate von Öl jedoch nicht aus. Um diese Widersprüche zu lösen und die Abschreckverformung von Werkstücken durch Ölabschrecken optimal zu nutzen, wurden 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 bringt folgende Probleme mit sich: Bei niedriger Öltemperatur ist die Abschreckverformung immer noch groß, während bei hoher Öltemperatur die Härte des Werkstücks nach dem Abschrecken schwer zu gewährleisten ist. Unter dem kombinierten Einfluss von Form und Material einiger Werkstücke kann eine Erhöhung der Abschrecköltemperatur auch deren Verformung verstärken. Daher ist es unbedingt erforderlich, die Öltemperatur des Abschrecköls nach bestandener Prüfung entsprechend den tatsächlichen Bedingungen des Werkstückmaterials, der Querschnittsgröße und -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 hohe Öltemperaturen 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 AbschrecktemperaturDieses 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 entsprechendes Erhöhen 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 die 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 niedrig härtbare, kleinteilige Kohlenstoffbaustähle und Werkzeugstähle, insbesondere für chromhaltige Gesenkstähle und hochhärtbare Schnellarbeitsstähle. Die Klassifizierung des Warmbadmediums und das Bainitisieren mit Kühlkühlung sind die grundlegenden Abschreckverfahren für diese Stahlsorten. Ebenso ist es 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 isothermen Abschrecken ein Ölbad verwendet wird, muss die Öltemperatur streng kontrolliert werden, um die Entstehung eines Feuers zu verhindern.
Zweitens sollte der Nitratsalztank beim Abschrecken mit Nitratsalzqualitäten mit den erforderlichen Instrumenten und Wasserkühlungsvorrichtungen ausgestattet sein. Weitere Vorsichtsmaßnahmen finden Sie in den entsprechenden Informationen. Wir werden sie hier nicht wiederholen.
Drittens sollte die isotherme Temperatur beim isothermen Abschrecken 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 im heißen Zustand korrigiert wird, 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 AbschreckmediumeintrittsSymmetrische oder längliche, stabförmige Werkstücke sollten typischerweise senkrecht in das Medium abgeschreckt werden. Asymmetrische Teile können schräg abgeschreckt werden. Die richtige Richtung zielt auf eine gleichmäßige Abkühlung aller Teile ab, 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 geringe 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. Insbesondere bei dünnen, stabförmigen Werkstücken kann eine langsamere Abschreckgeschwindigkeit zu einer erhöhten Biegeverformung und zu Verformungsunterschieden zwischen unterschiedlich 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 Abkühlungsgeschwindigkeit 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
