Stresul și influența oțelului tratat termic în cuptorul tubular

Forța reziduală a tratamentului termic se referă la stresul care rămâne după ce piesa de prelucrat este tratată termic, ceea ce are un impact semnificativ asupra formei, dimensiunii și performanței piesei de prelucrat. Când depășește limita de curgere a materialului, provoacă deformarea piesei de prelucrat, iar atunci când depășește limita de rezistență a materialului, poate provoca fisurarea piesei de prelucrat. Acesta este un aspect nociv care ar trebui redus și eliminat. Cu toate acestea, în anumite condiții, controlul distribuției tensiunii pentru a o face rezonabil poate îmbunătăți proprietățile mecanice și durata de viață a piesei, transformând daune în avantaj. Analizând legea de distribuție și variație a tensiunii în oțel în timpul procesului de tratament termic, distribuirea rezonabilă a acesteia are o semnificație practică profundă pentru îmbunătățirea calității produsului. De exemplu, problema distribuției rezonabile a tensiunii de compresiune reziduale pe stratul de suprafață și impactul acesteia asupra duratei de viață a pieselor a atras atenția pe scară largă.
Cu cât viteza de răcire este mai rapidă, cu atât este mai mare conținutul de carbon și compoziția aliajului și cu atât este mai mare deformația plastică neuniformă generată sub stres termic în timpul procesului de răcire, rezultând o tensiune reziduală mai mare. Pe de altă parte, datorită modificării structurale în timpul tratamentului termic al oțelului, adică atunci când austenita se transformă în martensită, creșterea volumului specific va însoți extinderea volumului piesei de prelucrat și fiecare parte a piesei de prelucrat va trece prin fază. transformare succesiv, rezultând o creștere inconsecventă a volumului și generând stres structural. Rezultatul final al modificărilor tensiunii organizaționale este efortul de tracțiune pe suprafață și efortul de compresiune pe miez, care este exact opus tensiunii termice. Mărimea tensiunii structurale este legată de viteza de răcire și forma piesei de prelucrat în zona de transformare a martensitei, de compoziția chimică a materialului și de alți factori.
În timpul procesului de încălzire și răcire a piesei de prelucrat, din cauza inconsecvenței vitezei de răcire și a timpului dintre suprafață și miez, se formează o diferență de temperatură, care duce la dilatarea și contracția volumului neuniform și generează stres. Sub acțiunea stresului termic, suprafața începe să aibă o temperatură mai mică decât miezul, iar contracția este, de asemenea, mai mare decât miezul, ceea ce face ca miezul să fie tras. Când răcirea este finalizată, suprafața este comprimată și miezul este tras din cauza incapacității de contracție a volumului final de răcire a miezului de a continua liber. Sub acțiunea stresului termic, suprafața piesei de prelucrat este în cele din urmă comprimată în timp ce miezul este tras. Acest fenomen este influențat de factori precum viteza de răcire, compoziția materialului și procesul de tratament termic.
Practica a demonstrat că stresul termic și stresul structural vor apărea în orice piesă de prelucrat în timpul procesului de tratament termic, atâta timp cât există o schimbare de fază. Cu toate acestea, stresul termic este deja generat înainte de transformarea organizațională, iar stresul organizațional este generat în timpul procesului de transformare organizațională. Pe tot parcursul procesului de răcire, efectul combinat al stresului termic și al stresului organizațional este stresul efectiv prezent în piesa de prelucrat. Efectul combinat al acestor două tensiuni este foarte complex și este influențat de mulți factori, precum compoziția, forma, procesul de tratare termică etc. În ceea ce privește procesul de dezvoltare a acestuia, există doar două tipuri și anume stresul termic și stresul tisular. Când direcția de acțiune este opusă, cele două se anulează, iar când direcția de acțiune este aceeași, cele două se suprapun. Fie că este vorba de anulare reciprocă sau suprapunere, cele două tensiuni ar trebui să aibă un factor dominant, iar când domină stresul termic, rezultatul este că centrul piesei de prelucrat este tras și suprafața este comprimată. Când stresul organizațional domină, rezultatul este că suprafața comprimată din centrul piesei de prelucrat este în tensiune.
Efectul tensiunii de tratament termic asupra fisurilor de călire există în factori care pot determina concentrarea tensiunilor în diferite părți ale piesei călite (inclusiv defectele metalurgice), care au un efect favorizant asupra generării de fisuri de călire. Cu toate acestea, se manifestă doar în câmpul tensiunilor de tracțiune (mai ales la solicitarea maximă de întindere), dacă nu există un efect favorizant în câmpul solicitărilor de compresiune.
Principiul de încredere al acestui tip de oțel care poate forma doar fisuri longitudinale în piesele de oțel de înaltă călire călite în condiții normale pentru a evita călirea fisurilor este de a încerca să se reducă cât mai mult posibil neizocronitatea transformării martensitei în interiorul și în afara secțiunii. Numai răcirea lentă în zona de transformare a martensitei nu este suficientă pentru a preveni formarea fisurilor longitudinale. În general, fisurile arcului pot apărea numai în părțile care nu pot fi întărite. Deși răcirea rapidă generală este condiția necesară de formare, motivul real al formării acesteia nu este răcirea rapidă (inclusiv zona de transformare a martensitei), ci poziția locală a părții stinse (determinată de structura geometrică). Viteza de răcire în zona de temperatură critică de temperatură ridicată este încetinită semnificativ în absența întăririi. Iar despicarile transversale si longitudinale care apar in piesele mari necalite sunt cauzate de solicitarea reziduala de tractiune, compusa in principal din tensiuni termice, care actioneaza asupra centrului piesei calite. În centrul secțiunii finale întărite a piesei stinse, se formează mai întâi fisuri și se propagă din interior spre exterior.
Pentru a evita astfel de fisuri, se folosește adesea procesul de stingere cu apă ulei dual lichid. În acest proces, răcirea rapidă în secțiunea de temperatură înaltă este utilizată doar pentru a se asigura că metalul exterior capătă structura martensită. Din perspectiva stresului intern, răcirea rapidă este dăunătoare și inutilă. În al doilea rând, scopul răcirii lente în etapa ulterioară a răcirii nu este de a reduce viteza de expansiune a transformării martensitei și valoarea tensiunii structurii, ci de a minimiza diferența de temperatură a secțiunii și rata de contracție a metalului din centru. a secțiunii, astfel încât să se reducă valoarea tensiunii și, în cele din urmă, să inhibe călirea fisurilor.
Viteza de răcire la călire este un factor important care poate afecta calitatea călirii și poate determina solicitarea reziduală, precum și un factor care poate avea un impact important sau chiar decisiv asupra călirii fisurilor. Pentru a atinge scopul de călire, este de obicei necesar să accelerați viteza de răcire a pieselor din secțiunea de temperatură înaltă și să o faceți să depășească viteza critică de răcire a oțelului pentru a obține structura martensitei. În ceea ce privește solicitarea reziduală, cuptorul electric tubular poate crește valoarea tensiunii termice care contracarează efectul tensiunii structurale, reducând astfel solicitarea de tracțiune pe suprafața piesei de prelucrat și atingând scopul de a suprima fisurile longitudinale. Efectul va crește odată cu accelerarea ratei de răcire la temperatură înaltă. Mai mult, în cazul întăririi, cu cât dimensiunea secțiunii transversale a piesei de prelucrat este mai mare, deși viteza reală de răcire este mai lentă, cu atât este mai mare riscul de fisurare. Toate acestea se datorează faptului că stresul termic al acestui tip de oțel încetinește viteza efectivă de răcire odată cu creșterea dimensiunii, scade stresul termic și crește stresul structural odată cu creșterea dimensiunii. Cuptorul electric tip cutie formează în cele din urmă o tensiune de tracțiune compusă în principal din tensiuni structurale, care acționează pe suprafața piesei de prelucrat. Și este complet diferit de conceptul tradițional că, cu cât răcirea este mai lentă, cu atât stresul este mai mic.
Efectul tensiunii reziduale de compresiune asupra piesei de prelucrat este utilizat pe scară largă ca metodă de îmbunătățire a rezistenței la oboseală a piesei de prelucrat prin întărirea suprafeței de cementare. Pe de o parte, poate crește în mod eficient rezistența și duritatea suprafeței piesei de prelucrat, poate îmbunătăți rezistența la uzură a piesei de prelucrat și, pe de altă parte, carburarea poate îmbunătăți în mod eficient distribuția tensiunilor piesei de prelucrat, obține o presiune de compresiune reziduală mare în stratul de suprafață al piesei de prelucrat și îmbunătățirea rezistenței la oboseală a piesei de prelucrat. Dacă se efectuează călirea izotermă după cementare, aceasta va crește efortul de compresiune rezidual asupra stratului de suprafață și va îmbunătăți în continuare rezistența la oboseală. Cineva a testat stresul rezidual al oțelului 35SiMn2MoV după călirea izotermă și revenirea la temperatură joasă după cementare. Rezultatele sunt prezentate în Tabelul 1.35: Valorile tensiunii reziduale ale oțelului SiMn2MoV după călire izotermă și revenire la temperatură joasă după cementare
Valoarea tensiunii reziduale (kg/mm2)
Încălzire într-o baie de sare de 880-900 grade după cementare, izotermă la 260 de grade timp de 40 de minute
-65
După cementare, se încălzește și se stinge într-o baie de sare de 880-900 grade, izotermă la 260 de grade timp de 90 de minute
-18
După cementare, încălziți într-o baie de sare la 880-900 grade Celsius, izotermă la 260 de grade Celsius timp de 40 de minute și temperați la 260 de grade Celsius timp de 90 de minute
-38
Privind rezultatele testelor din Tabelul 1, se poate observa că călirea izotermă are o suprafață mai mare efort de compresiune reziduală decât procesul obișnuit de călire și călire la temperatură joasă. Chiar și după călirea la temperatură joasă după călirea izotermă, efortul de compresiune rezidual pe suprafață este mai mare decât cel după călirea la temperatură scăzută după călire. Prin urmare, se poate concluziona că efortul de compresiune rezidual de suprafață obținut prin călirea izotermă după cementare este mai mare decât cel obținut prin călirea prin cementare convențională și călirea la temperatură joasă. Din perspectiva efectului benefic al tensiunii de compresiune reziduale a stratului de suprafață asupra rezistenței la oboseală, procesul de călire izotermă de carburare este o metodă eficientă de îmbunătățire a rezistenței la oboseală a pieselor cementate.
Există două motive principale pentru care procesul de cementare și călire poate obține stres de compresiune reziduală la suprafață, iar cementarea și călirea izotermă pot obține o tensiune de compresiune reziduală mai mare. Un motiv este că volumul specific al martensitei cu conținut ridicat de carbon din stratul de suprafață este mai mare decât cel al martensitei cu conținut scăzut de carbon din centru. După călire, volumul suprafeței se extinde și se extinde foarte mult, în timp ce expansiunea de volum a martensitei cu conținut scăzut de carbon din centru este mică, ceea ce restricționează expansiunea liberă a stratului de suprafață și provoacă starea de stres a stratului de suprafață sub presiune și centrul sub tensiune. . Un alt motiv mai important este că temperatura de pornire a transformării (Ms) a austenitei subrăcite cu conținut ridicat de carbon în martensită este mai mică decât cea a austenitei subrăcită cu conținut scăzut de carbon în centru în martensită. Când se efectuează călirea izotermă după cementare, când temperatura izotermă este peste temperatura de începere a transformării martensitei (Ms) a stratului cementat, călirea izotermă la o temperatură adecvată sub punctul de temperatură de începere a transformării martensitei (Ms) din centru poate garanta caracteristicile secvențiale ale acestei transformări mai mult decât răcirea continuă (adică asigurați-vă că transformarea martensitei în stratul de suprafață are loc numai în procesul de răcire după călirea izotermă). Desigur, temperatura izotermă și timpul de călire izotermă după cementare au un impact semnificativ asupra mărimii tensiunii reziduale în stratul de suprafață. Cineva a testat stresul rezidual de suprafață al probelor de oțel 35SiMn2MoV după cementare la 260 de grade și 320 de grade timp de 40 de minute, iar rezultatele sunt prezentate în tabelul 2. Din tabelul 2, se poate observa că stresul rezidual de suprafață la 260 de grade este mai mare. de două ori mai mare decât cea de la 320 de grade. Tensiunea reziduală la suprafață a oțelului 35SiMn2MoV la diferite temperaturi izoterme.
În procesul de stingere, transformarea martensitei în centru este adesea prima care provoacă expansiunea volumului în centru și se întărește, dar suprafața nu s-a răcit încă la punctul său de transformare de pornire a martensitei (Ms), deci este încă în starea de austenită suprarăcită, cu plasticitate bună și nu va juca un rol serios în suprimarea expansiunii de volum a transformării martensitei în centru. Odată cu scăderea continuă a temperaturii de răcire de stingere, temperatura suprafeței scade sub punctul (Ms), iar transformarea martensitei are loc în stratul de suprafață, determinând extinderea volumului suprafeței. Cu toate acestea, centrul a fost deja transformat în martensită și întărit, astfel încât centrul va juca un rol important în suprimarea expansiunii de volum a stratului de suprafață, făcând stratul de suprafață să obțină stres de compresiune reziduală.

Conținutul de mai sus este organizat de Superb heater Company, super încălzitor. Producție în principal profesională: elemente de încălzire industriale, elemente de măsurare a temperaturii, echipamente de producție, accesorii și materii prime, cum ar fi încălzitoare tubulare, încălzitoare tubulare, încălzitoare cu bandă, încălzitoare ceramice, încălzitoare din cauciuc siliconic, termocupluri etc.

Bun venit partenerilor din industrie la nivel mondial pentru a discuta despre cooperare!