Quá trình xử lý nhiệt có giống nhau đối với các vật liệu kim loại khác nhau không?

一, Cơ sở để phân biệt các khái niệm quy trình
Ý tưởng chính đằng sau quá trình xử lý nhiệt kim loại là sử dụng trường nhiệt độ để điều chỉnh chuyển động của các nguyên tử và sự thay đổi pha. Tuy nhiên, các kim loại khác nhau có cách sắp xếp nguyên tử và thay đổi pha khá đa dạng.
Hợp kim gốc sắt (thép): Theo sơ đồ pha cacbon-sắt, các quá trình như austenit hóa và biến đổi martensitic làm cho vật liệu cứng hơn. Ví dụ, để austenit hóa hoàn toàn cấu trúc của thép 45 #, nó cần được nung nóng đến 840–860 độ rồi làm nguội nhanh để tạo thành martensite, có độ cứng HRC50–55.
Hợp kim nhôm: phụ thuộc vào cơ chế tăng cường dung dịch rắn và cơ chế tăng cường lão hóa. Ví dụ, khi làm việc với hợp kim nhôm 6061, xử lý dung dịch có nghĩa là giữ nó ở nhiệt độ 530–540 độ trong 4–6 giờ để hòa tan hoàn toàn pha Mg ₂ Si. Sau đó, nó được làm nguội trong nước để tạo thành dung dịch rắn siêu bão hòa, và cuối cùng, nó được ủ ở nhiệt độ 175 độ để tạo ra các pha tăng cường ở kích thước nano. Có thể nâng độ bền kéo từ 180MPa lên 310MPa.
Đối với hợp kim titan, xử lý nhiệt ở vùng pha beta sẽ kiểm soát cấu trúc vi mô. Bằng cách làm mát bằng không khí hợp kim titan TC4 sau khi xử lý dung dịch rắn ở vùng pha ở nhiệt độ 980–1020 độ, nó có thể có được cấu trúc lớp + với độ bền kéo 1100 MPa. Nếu xử lý đẳng nhiệt được thực hiện ở 850 độ, pha alpha đẳng trục có thể được hình thành và tốc độ kéo dài có thể tăng lên 15%.
2, Các cách thực hiện các quy trình điển hình khác nhau
Các loại kim loại khác nhau đã phát triển các phương pháp xử lý nhiệt riêng vì chúng có nhu cầu hiệu suất khác nhau.
1. Các cách làm việc khác nhau với vật liệu thép
Làm nguội và tôi luyện: Để có được độ cứng cao (HRC62-65) và khả năng chống mài mòn, thép công cụ có hàm lượng carbon cao (như T10A) cần được tôi ở 1000–1050 độ và được tôi luyện ở 200 độ. Để có được cấu trúc martensite được tôi luyện, thép tôi và tôi luyện 42CrMo cần được tôi ở 850 độ và được tôi luyện ở 550 độ. Cấu trúc này kết hợp độ bền (σ b Lớn hơn hoặc bằng 1080MPa) và độ dẻo dai (ak Lớn hơn hoặc bằng 39J).
Quy trình độc đáo: Xử lý bằng phương pháp đông lạnh (làm mát nitơ lỏng -196 độ) có thể biến austenite còn sót lại thành martensite, làm cho thép chịu lực 9Cr18Mo cứng hơn 1-2HRC; Làm nguội bề mặt gia nhiệt cảm ứng có thể tạo ra một lớp cứng dày 5 mm trên bề mặt bánh răng trong khi vẫn giữ được độ cứng của lõi.
2. Quy trình chỉ dành cho kim loại màu-
Xử lý T6 (dung dịch rắn + lão hóa nhân tạo) là cách điển hình để làm cho hợp kim nhôm dòng 6000 bền hơn. Để cân bằng độ bền và khả năng chống ăn mòn do ứng suất, hợp kim nhôm 7075 cần T74 lão hóa hai{6}}giai đoạn (120 độ /24h → 160 độ /8h).
Hợp kim đồng: Đồng berili (QBe2) tạo thành pha 'khi nó được ủ ở nhiệt độ 320–340 độ và có độ cứng HRC38–42. Đồng thau (H62) được giảm ứng suất-ở nhiệt độ 300–350 độ để loại bỏ quá trình đông cứng khi gia công nguội.
Hợp kim magiê: Sau khi được xử lý trong dung dịch ở 415 độ, hợp kim magiê AZ91D tạo thành pha - Mg ₁₇ Al ₁₂ bằng cách lão hóa ở 175 độ. Điều này làm cho sức mạnh năng suất mạnh hơn 30%.
3. Nhu cầu đặc biệt về kim loại chịu lửa
Hợp kim vonfram: cần ủ kết tinh lại ở 1400–1600 độ để thoát khỏi quá trình đông cứng khi gia công nguội và kích thước hạt phải được giữ ở mức Nhỏ hơn hoặc bằng 50 μm để giữ được độ bền ở nhiệt độ cao.
Hợp kim molypden: Để khắc phục thiệt hại do bức xạ và mang lại hiệu suất cho vật liệu kết cấu lò phản ứng hạt nhân, nó được ủ ở nhiệt độ cao 1800–2000 độ.
3, Các quy luật chung trong thiết kế quy trình
Ngay cả khi các thông số quy trình rất đa dạng, thiết kế xử lý nhiệt cho các loại vật liệu kim loại khác nhau vẫn tuân theo các quy tắc cơ bản sau:
Sơ đồ pha là ý tưởng chính đằng sau tất cả các thiết kế quy trình. Nhiệt độ tới hạn (Ac ₁, Ac ∝, Ms, v.v.) được sử dụng để chọn nhiệt độ gia nhiệt. Ví dụ, để hòa tan hoàn toàn cacbua trong thép không gỉ 304, nó cần được nung nóng đến 1050–1100 độ.
Kiểm soát tốc độ làm mát: Chọn đúng môi trường (nước, dầu, polymer, v.v.) để kiểm soát tốc độ làm mát và khiến mô thay đổi theo một cách nhất định. Làm nguội bằng nước có thể biến thép cacbon-cao thành martensite, trong khi làm nguội bằng dầu có thể giữ cho thép hợp kim thấp-không bị gãy.
Ủ giảm ứng suất (ví dụ: thép ở 300–400 độ và hợp kim nhôm ở 150–200 độ) được sử dụng để loại bỏ ứng suất xử lý và giữ cho mọi thứ không bị uốn cong hoặc nứt. Thay vì xử lý nhiệt, lão hóa do rung động (VSR) được sử dụng rộng rãi để giảm ứng suất trong các bộ phận hợp kim nhôm máy bay.
Phối hợp sửa đổi bề mặt: Sử dụng xử lý nhiệt hóa học (cacbon hóa, thấm nitơ) và làm nguội bề mặt cùng nhau để đạt được các mức hiệu suất khác nhau. Ví dụ, các bánh răng được cacbon hóa bằng 20CrMnTi (930 độ × 8h), được tôi và tôi luyện ở nhiệt độ thấp. Điều này mang lại cho chúng độ cứng bề mặt HRC58-62 và giữ cho chúng cứng chắc ở lõi.
4, Định hướng cải tiến quy trình hàng đầu
Khi khoa học vật liệu tiến bộ, kỹ thuật xử lý nhiệt đã thể hiện những xu hướng đổi mới sau:
Xử lý nhiệt cục bộ bằng tia laser/điện tử là một cách chính xác để kiểm soát nhiệt độ của các vùng mô nhỏ. Nó được sử dụng để làm cho các lỗ màng khí xung quanh cánh động cơ máy bay chắc chắn hơn.
Hệ thống xử lý thông minh: Nó có thể dự đoán mô sẽ thay đổi như thế nào và cải thiện các thông số dựa trên mô phỏng quy trình xử lý nhiệt kép kỹ thuật số. Ví dụ, GE sử dụng phần mềm ProCAST để giữ cho đĩa tuabin không bị biến dạng quá 0,1mm trong quá trình làm nguội.
Công nghệ chế tạo mọi thứ theo cách xanh: Quá trình cacbon hóa áp suất thấp (LPC) thay thế quá trình cacbon hóa khí đốt truyền thống để cắt giảm lượng khí thải CO₂. Công nghệ thay thế dầu làm nguội (như polyme PAG) giúp cắt giảm lượng khí thải VOC.