¿La forma más sencilla de controlar la deformación por tratamiento térmico?
Resumen: este artículo presenta brevemente el método de controlar la deformación del tratamiento térmico mediante la reducción de la temperatura de cementación y otras medidas del proceso relacionadas.
Palabras clave: cementación rápida; cementación a temperatura media; deformación por tratamiento térmico; catalizador
1 Introducción
La deformación por tratamiento térmico afectará la precisión obtenida mediante el premecanizado de la pieza de trabajo. pérdidas, que a veces son difíciles de recuperar incluso mediante procesos de rectificado complejos y avanzados (esmerilado, enderezado, etc.). Esto afectará directamente la precisión, resistencia, ruido, vibración, pérdida de potencia de transmisión y vida útil de la pieza de trabajo. De esta manera, incluso si dispusiéramos de las máquinas herramienta y rectificadoras más avanzadas del mundo, será difícil procesar productos de alta precisión y alto valor añadido.
Para ayudar a las empresas nacionales a reducir y controlar la deformación del tratamiento térmico y mejorar la competitividad del mercado, el gobierno federal de Estados Unidos incluso estableció un fondo especial de apoyo a la investigación de 10 mil millones de dólares [1]. La importancia de reducir y controlar la deformación por tratamiento térmico es evidente.
2 Causas de la deformación por tratamiento térmico
Reducir y controlar la deformación por tratamiento térmico de las piezas de trabajo es el tema que más preocupa a los trabajadores de materiales y tratamientos térmicos. Hasta ahora, es difícil proponer una solución. Método cuantitativo y completo que puede Modelo matemático para predecir la deformación de piezas de trabajo por tratamiento térmico [2].
Los académicos generalmente creen que los factores que afectan la deformación de las piezas de trabajo por tratamiento térmico incluyen el diseño de la pieza, las materias primas y todo el proceso de procesamiento. La literatura [2] enumera 26 factores y 77 subfactores en 5 aspectos que afectan la deformación; la literatura [3] cree que 38 subfactores en 7 aspectos determinan el estado de deformación de la pieza de trabajo después de la cementación y el enfriamiento.
Durante muchos años de producción de tratamiento térmico y trabajo de investigación científica, el autor ha participado muchas veces en intercambios académicos nacionales y extranjeros y, de hecho, ha entrado en contacto con mucha de la información y tecnología más recientes en el país y en el extranjero, y ha llevado a cabo sucesivamente muchas prácticas en el control de la deformación del tratamiento térmico. El autor cree que es importante considerar otros aspectos de manera integral, pero la principal contradicción que afecta la deformación del tratamiento térmico es si el control de temperatura del proceso de tratamiento térmico es razonable.
La Tabla 1 enumera el flujo típico del proceso de tratamiento térmico a tres temperaturas diferentes. Tabla 1
Carburización Carbonitruración*** Nitruración
Temperatura ℃ 920±10 870±10 570±10 Piezas generales en campos de aplicación, como máquinas herramienta, aeroespacial, aviación, la pérdida de precisión es 2~3 1~2 ≤1 grado de capa permeable aplicable ≥0,2 mm ≤ 0,80 mm ≤ 0,30 mm Bajo costo de producción Medio Alto Contaminación ambiental Baja Alta Alta Permeabilidad 0,25 mm/H 0,18 mm/H 0,01 mm/H Efecto de deformación. Se puede ver que a medida que disminuye la temperatura del proceso de tratamiento térmico, la pérdida de precisión causada por la deformación de la pieza de trabajo por tratamiento térmico se reducirá del nivel 2 a 3 a menos del nivel 1, y su importancia excede con creces el posterior rectificado, enderezamiento y otros. procesos de recorte.
¿Por qué tres procesos de tratamiento térmico a diferentes temperaturas tienen un impacto tan grande en la deformación?
La resistencia de la pieza de trabajo a 900 °C es muy baja, lo que equivale a la resistencia del plomo a temperatura ambiente [1]; aunque los equipos de tratamiento térmico son cada vez más avanzados, los cambios de temperatura de varios las partes de la pieza de trabajo durante el calentamiento y el enfriamiento son difíciles de ser completamente consistentes; la diferente simultaneidad de los cambios de temperatura en varias partes de la pieza de trabajo durante el calentamiento y el enfriamiento provocará cambios en la tensión térmica (expansión) y la tensión del tejido (cambio de volumen durante la deformación) de la pieza de trabajo. Cuando la tensión térmica, la tensión organizativa o la fuerza combinada de las dos es mayor que la resistencia plástica a la temperatura instantánea de una determinada parte de la pieza de trabajo, se producirá una deformación irreversible (deformación por tratamiento térmico) en esta parte.
a) Si se reduce la temperatura del proceso, se reducirá la pérdida de resistencia de la pieza de trabajo a alta temperatura y aumentará la resistencia plástica. De esta manera, se reducirá la mejora integral de la resistencia a la deformación por tensión de la pieza de trabajo y la resistencia a la fluencia a alta temperatura (deformación de la pieza de trabajo debido a su propio peso o presión, que es más significativa para piezas grandes y de paredes delgadas).
b) Si se reduce la temperatura del proceso, se reduce el tiempo para calentar y enfriar la pieza de trabajo, y también se reducirá la inconsistencia de temperatura de la pieza, lo que resultará en una reducción relativa del estrés térmico y del tejido. , por lo que se reducirá la deformación.
c) Se acorta el tiempo del proceso de tratamiento térmico, se reduce el tiempo de fluencia a alta temperatura de la pieza de trabajo y también se reducirá la deformación.
Tres formas de reducir la temperatura del tratamiento térmico
Reducir la temperatura del proceso y aumentar la permeabilidad de la cementación o carbonitruración ha sido el enfoque de las personas en la industria del tratamiento térmico en el país y en el extranjero durante décadas Es un objetivo ideal, pero debido a las limitaciones de las condiciones básicas del proceso y las limitaciones de la teoría tradicional del tratamiento térmico, ha sido difícil para todos lograrlo durante muchos años.
Varias grandes empresas líderes nacionales, como Fast Gear, Zhuzhou Gear, Luoyang Shaft Research, Wazhou y FAW, han adoptado un nuevo tipo de tecnología de carburación. Esta tecnología puede lograr una cementación o carbonitruración rápida bajo la condición de que la temperatura del proceso se reduzca en más de 40 °C y la temperatura mínima de cementación se pueda reducir a aproximadamente 830 °C. También tiene las ventajas de ahorro de energía y protección del medio ambiente. alta eficiencia, etc. Se trata de una nueva tecnología de tratamiento térmico basada en la teoría tradicional del tratamiento térmico y la introducción de los últimos principios modernos de control químico: la "tecnología de infiltración catalítica de la serie BH".
El Dr. Totten, presidente de la Federación Internacional de Tratamiento Térmico, dijo: "La tecnología BH es un gran avance en la historia del desarrollo de la tecnología de tratamiento térmico".
Debido a la enorme potencial de esta tecnología, en 2005, Goodyear International La compañía obtuvo los derechos de agencia en el extranjero para la tecnología BH. Ese mismo año, la tecnología fue reconocida por compañías de renombre internacional como American Axle y Dana Axle.
4 Ejemplos de aplicación de la tecnología BH para reducir la deformación
4.1 Efecto del uso en engranajes de contraeje [4]
Una fábrica la utiliza en la producción de engranajes de contraeje En el horno continuo de varilla de empuje, la temperatura del proceso bajó de 920°C a 880°C después de aplicar la tecnología BH, y luego bajó a 880°C después de aplicar la tecnología BH. Se realizaron estadísticas estrictas sobre la deformación de los productos en los tres meses. Antes y después. Los resultados estadísticos se muestran en la figura. Vea la imagen:
(1) Comparación de la deformación del orificio interior del engranaje antes y después de aplicar BH (2) Comparación de la deformación de los dientes del engranaje antes y después de aplicar BH
(3) Comparación de deformación de los dientes del engranaje antes y después de aplicar BH (4) Comparación de la deformación de la distancia entre centros del engranaje antes y después de aplicar BH
Se puede ver en los resultados de los cuadros estadísticos
1. La tecnología BH, el orificio interior, la forma de los dientes y la dirección de los dientes del engranaje reducen significativamente la deformación de la distancia central.
2. Después de usar la tecnología BH, aparece una línea horizontal más larga en la curva estadística de deformación, lo que indica que la consistencia y regularidad de la deformación se han mejorado, por lo tanto, la cantidad de deformación se puede reservar al principio; etapa de procesamiento para hacer que las dimensiones de la pieza de trabajo después de la cementación y el enfriamiento migren al rango deseado, lo que permite un mejor control sobre la deformación final de la pieza de trabajo.
Agujero interior superficie del extremo interior superficie del extremo exterior
Original BH Original BH Original BH Original BH 1.0.08 0.06 0.13 0.09 0.10 0.07
4.0.10 0.05 0.15 0,10 0,12 0,08
6 0,09 0,06 0,12 0,09 0,11 0,08
7.
Máximo 0,10 0,07 0,16 0,11 0,12 0,09
Mínimo 0,06 0,04 0,12 0,08 0,09 0,06
Media 0,071 0,057 0,145 0,093 0,105 0,075 3. Estadísticas de cada valor Como como se muestra en la imagen:
4.2 Efecto de la aplicación en engranajes cónicos en espiral conducidos [5] [6]
Las estadísticas de deformación de los engranajes cónicos en espiral conducidos de una fábrica después de aplicar la tecnología BH se muestran en la tabla (unidad: mm )
Se puede ver en las estadísticas de la tabla de resultados:
a) Después de usar la tecnología BH, la deformación del orificio interior y las caras de los extremos interior y exterior del engranaje es mostrado en la tabla (unidad: mm). Se reduce la deformación del orificio interior del engranaje, la cara del extremo interior y la cara del extremo exterior.
b) Después de utilizar la tecnología BH, el valor de desviación de cada punto de deformación de la deformación promedio se reduce relativamente y se mejora la consistencia y regularidad de la deformación.
4.3 Evaluación del efecto de una determinada fábrica en la aplicación de engranajes laterales TS [7]
1 Después de utilizar el enfriamiento por carburación BH, la deformación del orificio estriado se reduce en. 0,02 mm en promedio, y el rango de deformación se reduce del 0,03-0,12 mm original al 0,05-0,10 mm original. Se mejora la consistencia y regularidad de la deformación. Al reservar 0,05 mm antes del calentamiento, se mejora significativamente el control de la deformación del producto.
2. Después de usar la carburación BH, la distribución de la concentración de carbono es suave y el contenido de carbono desde la superficie hasta la parte de 0,35 mm es una línea horizontal de 0,80, lo que aumenta la proporción de áreas de alta dureza y ayuda. para mejorar la capacidad de carga del engranaje y su vida útil.
3. Después de usar BH, el costo de producción se reduce significativamente y la relación entrada-salida es superior a 1:3.
Efecto de la aplicación de 4.4 en anillos de acero para maquinaria textil
Una fábrica tiene una producción anual de 3 millones de anillos de acero (anillos de paredes delgadas) para maquinaria textil, utilizando el tradicional ángulo de 920°. Proceso de tratamiento térmico de carburación C La ovalidad cambia mucho y la tasa de aprobación es inferior al 70%. Después del tratamiento posterior al alisado, todavía hay alrededor del 10% de productos que no están calificados debido a la deformación y se ven obligados a enviarse.
1.La tasa de aprobación del proceso BH después de la carburación a 870 ℃ es aproximadamente 85.
2. Después de utilizar la carburación BH 830 ℃, la tasa de aprobación alcanza 100, lo que mejora significativamente la eficiencia de producción del fabricante.
4.5 Conclusión
a) Después de utilizar la tecnología de penetración catalítica BH para reducir la temperatura de cementación, la deformación del producto generalmente se reduce y la precisión del producto final mejora en un nivel de 0,5 a 1.
b) Después de usar la tecnología BH, el valor de desviación de cada punto de deformación de la cantidad de deformación promedio se reduce relativamente y se mejora la consistencia y regularidad de la deformación, lo que proporciona una mejor base para controlar el resultado final. Deformación de la pieza de trabajo, se reserva una cierta cantidad de deformación durante el proceso de mecanizado, de modo que el tamaño de la pieza de trabajo después de la cementación y el enfriamiento se pueda transferir al rango requerido.
c) Después de usar BH, la distribución del gradiente de concentración de carbono es estable, el rango de fluctuación de la capa carburada se reduce y el grado metalúrgico de carburo, martensita y austenita retenida es generalmente un nivel más bajo que el original. grado del producto.
d) Después de usar BH, los costos de producción se reducen significativamente y la relación entrada-salida es superior a 1:3.
5. Otras medidas auxiliares para reducir la deformación
Las dimensiones geométricas de la pieza, la templabilidad del acero, el estado del tratamiento de precalentamiento de la pieza, las condiciones de enfriamiento (calidad del aceite, aceite velocidad de circulación, temperatura del aceite), etc. están relacionados con la influencia de la deformación del tratamiento térmico final de la pieza de trabajo, que no se discutirá en detalle aquí.
6. Conclusión
El factor más importante que afecta la deformación del tratamiento térmico es la temperatura del proceso de tratamiento térmico:
1) Después de que se reduce la temperatura del proceso, el alto- La pérdida de resistencia a la temperatura de la pieza de trabajo se reduce relativamente. Se mejora la resistencia plástica. De esta manera, se mejorará la capacidad integral de la pieza de trabajo para resistir la deformación por tensión, la deformación por enfriamiento y la fluencia a alta temperatura, y se reducirá la deformación.
2) Cuando se reduce la temperatura del proceso y se calienta la pieza de trabajo, el rango de temperatura de enfriamiento se reduce y la inconsistencia de temperatura resultante de cada pieza también se reducirá, lo que resultará en una reducción relativa del estrés térmico y tensión del tejido, de modo que la deformación disminuirá.
3) Si se reduce la temperatura del proceso, se acorta el tiempo del proceso de tratamiento térmico, se reduce el tiempo de fluencia a alta temperatura de la pieza de trabajo y también se reducirá la deformación.
4) Para garantizar la precisión final de la pieza de trabajo, el método ideal es encontrar la ley de deformación del tratamiento térmico de la pieza de trabajo y reservar una cierta cantidad de deformación durante el procesamiento para que el tamaño de la pieza de trabajo. La pieza de trabajo puede migrar durante la cementación y el enfriamiento dentro del rango requerido. Esto requiere que la deformación de la pieza de trabajo tenga buena consistencia, es decir, que las reglas de deformación y los rangos de deformación entre piezas de trabajo en el mismo horno y entre piezas de trabajo en diferentes hornos sean casi iguales.
5) Aunque la deformación del tratamiento térmico es difícil de controlar, se puede controlar estrictamente reduciendo la temperatura del proceso, controlando la templabilidad del acero, controlando las condiciones de precalentamiento de la pieza de trabajo y las condiciones de post-enfriamiento de la pieza de trabajo.