Rawatan larutan – rawatan haba aloi dan mendapatkan larutan pepejal tepu lampau
Terlalu tepu / penyepuhlindapan larutan adalah satu proses rawatan haba yang melibatkan pemanasan aloi pada suhu di mana komponen atau fasa tertentu larut dalam matriks, memanaskan bahan pada suhu ini, dan kemudian menyejukkannya dengan cukup cepat untuk mengehadkan pelepasan semula. Hasilnya, pada suhu ambien, seseorang boleh memperoleh larutan pepejal tepu lampau, iaitu keadaan yang mengandungi jumlah komponen terlarut yang lebih besar daripada yang sepadan dengan keadaan keseimbangan pada suhu tersebut.
Ketepuan amat penting bagi bahan yang bertujuan untuk pengukuhan hujanKeadaan yang diperoleh sejurus selepas supertepu adalah tidak stabil secara termodinamik atau metastabil dan mungkin merupakan titik permulaan untuk seterusnya penuaan, di mana fasa-fasa kecil dipisahkan daripada larutan tepu lampau, meningkatkan kekerasan, kekuatan alah dan kekuatan bahan.
Proses ini digunakan, antara lain, dalam aloi aluminium, keluli tahan karat, keluli pengeras pemendakan PH, superaloi berasaskan nikel dan aloi terpilih daripada logam lain.
Apakah itu supertepu?
Asas proses tersebut ialah kebergantungan keterlarutan unsur pengaloian pada suhuDalam banyak sistem, apabila suhu meningkat, jumlah komponen yang boleh kekal larut dalam larutan pepejal juga meningkat.
Bahan tersebut dipanaskan pada suhu yang mencukupi untuk melarutkan bahagian fasa sekunder yang diperlukan dalam matriks. Ia kemudiannya dikekalkan pada suhu ini untuk tempoh masa yang mencukupi untuk membolehkan perubahan struktur yang sesuai dan keseimbangan komposisi pada tahap yang diperlukan.
Setelah proses penyepuhlindapan selesai, bahan tersebut disejukkan dengan cepat. Tujuan penyejukan adalah untuk mengehadkan resapan dan pengagihan semula komponen semasa ia melalui julat suhu di mana keterlarutan keseimbangannya berkurangan.
Akibatnya, ia terpelihara pada suhu ambien larutan pepejal tepu lampau.
Apakah larutan pepejal tepu lampau?
Larutan pepejal ialah fasa kristal homogen di mana atom-atom bagi satu atau lebih komponen terletak dalam kekisi kristal komponen asas.
Jika matriks boleh melarutkan lebih banyak komponen tertentu pada suhu tinggi berbanding suhu bilik, penyejukan pantas boleh mengekalkan komponen tersebut buat sementara waktu dalam larutan.
Kemudian timbul larutan tepu lampau.
Keadaan ini tidak sepadan dengan keseimbangan termodinamik yang lengkap. Pada suhu dan masa yang sesuai, komponen terlarut yang berlebihan mungkin mula termendak dari matriks. Fenomena ini membentuk asas untuk penuaan dan pengukuhan pemendakan seterusnya.
Peringkat proses tepu
- Sedang memanaskan badan. Bahan tersebut dipanaskan pada suhu larutan yang sesuai untuk aloi tertentu.
- Merendam. Aloi tersebut disimpan pada suhu tertentu untuk tempoh yang mencukupi untuk melarutkan fasa yang diperlukan dan mendapatkan komposisi larutan pepejal yang sesuai.
- Penyejukan pantas. Bahan disejukkan pada kadar yang mencukupi untuk mengehadkan pembebasan komponen semasa penyejukan.
- Memperoleh larutan pepejal tepu lampau. Pada suhu ambien, jumlah komponen terlarut yang lebih besar kekal dalam matriks berbanding yang terhasil daripada keadaan keseimbangan.
- Penuaan – jika teknologi membenarkannya. Pemendakan fasa halus yang terkawal kemudiannya boleh meningkatkan kekerasan dan kekuatan bahan.
Suhu supertepu
Tiada suhu lampau tepu sejagat tunggal. Julat suhu bergantung pada jenis bahan, komposisi kimianya, gambarajah keseimbangan fasa, jenis fasa yang akan dilarutkan dan keperluan untuk mikrostruktur akhir.
Suhu mestilah cukup tinggi untuk meningkatkan keterlarutan komponen yang berkaitan dan membolehkan fasa yang diperlukan larut, tetapi pada masa yang sama ia tidak boleh menyebabkan leburan yang tidak diingini, pertumbuhan butiran yang berlebihan atau perubahan struktur lain yang tidak menguntungkan.
| Parameter | Kepentingan semasa tepu | Kesan pemilihan yang tidak betul |
|---|---|---|
| temperatura | Ia menentukan keterlarutan komponen dan kestabilan fasa individu. | Terlalu rendah boleh meninggalkan fasa yang tidak terlarut; terlalu tinggi boleh menyebabkan pertumbuhan butiran atau pencairan setempat. |
| Masa pemanasan | Ia membolehkan pemanasan keratan rentas dan proses resapan serta pembubaran fasa yang diperlukan. | Terlalu pendek boleh mengakibatkan tepu yang tidak lengkap; terlalu lama meningkatkan risiko pertumbuhan bijirin dan kos proses. |
| Kadar penyejukan | Ia menentukan keupayaan komponen untuk dikekalkan dalam larutan tepu lampau. | Penyejukan yang terlalu perlahan boleh menyebabkan pemisahan fasa pramatang. |
| Medium penyejuk | Ia mempengaruhi kadar penyingkiran haba dan kecerunan suhu dalam elemen. | Pemilihan yang tidak betul boleh mengakibatkan ketepuan, ubah bentuk atau tekanan yang tidak mencukupi. |
| Saiz elemen | Mempengaruhi masa pemanasan dan kadar penyejukan sebenar teras. | Keratan rentas yang besar mungkin memerlukan kitaran yang berbeza daripada keratan nipis. |
Mengapakah penyejukan pantas digunakan selepas rawatan haba larutan?
Semasa penyepuhlindapan larutan, unsur pengaloi terdapat dalam matriks dalam jumlah yang boleh dikekalkan pada suhu tinggi. Apabila suhu menurun, keterlarutan keseimbangannya mungkin berkurangan.
Jika penyejukan terlalu perlahan, atom mempunyai masa yang cukup untuk meresap dan membentuk mendakan semasa penyejukan. Ini mungkin menghalang larutan pepejal lampau tepu yang diperlukan daripada diperolehi.
Penyejukan yang cukup pantas mengehadkan resapan dan membolehkan pengekalan keadaan supertepu metastabil.
Bergantung pada bahan dan kadar penyejukan yang diperlukan, media penyejukan yang berbeza boleh digunakan. Oleh itu, satu kaedah penyejukan universal tidak boleh digunakan untuk semua aloi.
Rawatan haba dan pengerasan larutan – apakah perbezaan antara proses ini?
Rawatan haba dan pengerasan larutan mungkin melibatkan urutan teknologi yang serupa: pemanasan, penyepuhlindapan dan penyejukan pantas. Walau bagaimanapun, mekanisme dan matlamat utama proses ini berbeza.
| Ciri | Terlalu tepu | Pengerasan keluli |
|---|---|---|
| Matlamat utama | Memperoleh larutan pepejal tepu lampau dan keadaan fasa yang sesuai. | Memperoleh struktur pengerasan, selalunya melalui transformasi austenit semasa penyejukan pantas. |
| Mekanisme | Melarutkan fasa yang sesuai pada suhu tinggi dan mengehadkan pelepasan semula semasa penyejukan. | Transformasi fasa yang berkaitan dengan penyejukan yang cukup pantas dalam julat austenitisasi. |
| Nyatakan sejurus selepas perbicaraan | Larutan atau struktur pepejal lampau tepu yang disediakan untuk penuaan selanjutnya. | Dalam pengerasan keluli klasik, struktur martensit adalah yang paling biasa, atau strukturnya bergantung pada kitaran yang digunakan. |
| Pemprosesan lanjut | Selalunya penuaan semula jadi atau buatan. | Biasanya melepaskan. |
| Bahan tipikal | Aloi aluminium, keluli tahan karat, keluli PH, aloi nikel dan aloi diperkukuh pemendakan yang lain. | Pertama sekali, keluli yang mampu menjalani transformasi pengerasan. |
Supertepu dan penuaan
Ketepuan dan penuaan terikat rapat antara satu sama lain dalam bahan yang diperkuat dengan pemendakan.
Rawatan larutan menyediakan bahan dengan memasukkan komponen yang sesuai ke dalam larutan pepejal. Penuaan kemudiannya membolehkan pembentukan endapan yang sangat halus yang terkawal.
Gambar rajah tersebut boleh dibentangkan seperti berikut:
Mendakan kecil merupakan penghalang kepada pergerakan dislokasi. Akibatnya, ia boleh meningkatkan kekerasan, kekuatan tegangan Rm dan kekuatan alah.
Jika penuaan terlalu lama atau pada suhu yang terlalu tinggi, mendakan mungkin membesar dan kehilangan keupayaan optimumnya untuk menghalang pergerakan dislokasi. Keadaan ini dirujuk sebagai usang.
Rawatan larutan keluli tahan karat
Rawatan haba larutan merupakan proses rawatan haba yang penting bagi kebanyakan keluli tahan karat austenit.
Bahan tersebut dipanaskan pada suhu yang cukup tinggi untuk melarutkan mendakan tertentu dan kemudian disejukkan dengan cepat untuk menghadkan pembentukan semula mereka apabila melalui julat suhu yang tidak menguntungkan.
Tingkah laku amat penting kromDi bawah keadaan terma tertentu, mendakan yang kaya dengan kromium boleh terbentuk, menyebabkan penyusutan setempat unsur ini dalam matriks. Ini boleh menjejaskan rintangan terhadap kakisan antara butiran.
Ketepuan lampau yang dipilih dengan betul boleh menyebabkan pembubaran mendakan sedemikian dan pengenalan semula komponen ke dalam larutan pepejal.
Satu contoh larutan keluli yang dirawat haba ialah 1.4550 / X6CrNiNb18-10 / AISI 347, yang mana parameter pemprosesan bergantung pada keperluan piawaian, bentuk produk dan teknologi.
Rawatan larutan keluli PH – pemendakan yang dikeraskan
Ketepuan lampau adalah amat penting dalam kes keluli tahan karat yang dikeraskan dengan pemendakan PH.
Dalam bahan-bahan ini, rawatan haba larutan merupakan langkah yang menyediakan mikrostruktur untuk penuaan berikutnya.
Selepas pemanasan yang sesuai dan penyejukan pantas, bahan tersebut akan mengalami penuaan, di mana endapan halus terbentuk, yang bertanggungjawab untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan.
Dalam keluli PH, peranan penting boleh dimainkan oleh, antara lain: nikel, tembaga, aluminium, titanium i niob.
Rawatan larutan aloi aluminium
Rawatan haba larutan merupakan salah satu langkah asas dalam rawatan haba bagi kebanyakan aloi. aluminium bertujuan untuk pengukuhan hujan.
Suhu tinggi meningkatkan keterlarutan unsur pengaloi tertentu dalam matriks aluminium. Selepas pemanasan yang sesuai dan penyejukan yang cepat, ia boleh dikekalkan dalam larutan pepejal lampau tepu.
Bahan tersebut kemudiannya boleh dikenakan penuaan semula jadi pada suhu ambien atau penuaan buatan pada suhu yang tinggi.
Bergantung pada kumpulan aloi, peranan penting mungkin dimainkan oleh, antara lain: tembaga, magnesium, silikon i zink.
Penyepuhlindapan larutan aloi nikel
Ketepuan juga digunakan dalam superaloi berasaskan nikelBergantung pada spesies, proses ini boleh digunakan untuk melarutkan fasa tertentu dan menyediakan struktur untuk penuaan berikutnya.
Aloi ini mengandungi, antara lain: nikel, chrome, molibdenum, niob, titanium, aluminium i kobalt.
Pilihan rawatan haba larutan dan suhu penuaan berikutnya berkait rapat dengan gred aloi tertentu dan susunan fasa yang diperlukan.
Pengaruh unsur pengaloi terhadap pengerasan larutan dan pengerasan pemendakan
| Unsur | Simbol | Kepentingan dalam aloi rawatan haba larutan terpilih |
|---|---|---|
| chrom | Cr | Komponen utama keluli tahan karat; taburannya mempunyai kesan yang ketara terhadap rintangan kakisan. |
| Nikel | Ni | Ia menstabilkan struktur tertentu dan merupakan komponen asas aloi super nikel dan banyak keluli tahan karat. |
| Tembaga | Cu | Ia mungkin terlibat dalam mekanisme pengukuhan pemendakan beberapa aloi dan keluli PH. |
| Aluminium | Al | Ia membentuk matriks aloi aluminium dan mengambil bahagian dalam pembentukan fasa pengukuhan dalam superaloi terpilih. |
| Tytan | Ti | Ia mengambil bahagian dalam pembentukan fasa antara logam dan pengukuhan mendakan dalam banyak aloi khas. |
| Niob | Nb | Ia boleh membentuk fasa dan mendak yang penting untuk pengukuhan dan kestabilan struktur aloi. |
| molibdenum | Mo | Ia mempengaruhi kestabilan fasa, sifat suhu tinggi dan rintangan kakisan bagi kebanyakan aloi. |
| Magnesium | Mg | Komponen penting dalam banyak aloi aluminium boleh keras yang boleh dikeraskan. |
| Silikon | Si | Dalam kombinasi dengan magnesium, ia memainkan peranan penting dalam pengukuhan pemendakan aloi Al-Mg-Si. |
| Zink | Zn | Salah satu komponen asas aloi aluminium berkekuatan tinggi daripada kumpulan Al-Zn-Mg dan Al-Zn-Mg-Cu. |
Penyepuhlindapan larutan dan penyepuhlindapan homogenisasi
Penyepuhlindapan larutan tidak boleh dikelirukan dengan penyepuhlindapan homogenisasi , walaupun kedua-dua proses menggunakan resapan dan mungkin memerlukan suhu tinggi.
| Ciri | Terlalu tepu | Penyepuhlindapan homogenisasi |
|---|---|---|
| Matlamat utama | Melarutkan fasa yang sesuai dan mendapatkan larutan pepejal tepu lampau. | Pengurangan mikrosegregasi yang berlaku semasa pembekuan. |
| Keadaan awal tipikal | Bahan yang mengandungi fasa yang boleh larut pada suhu lampau tepu. | Jongkong, tuangan atau produk separa siap dengan taburan komponen yang tidak seragam. |
| Chłodzenie | Biasanya cukup pantas untuk mengehadkan rembesan. | Dipilih untuk bahan dan peringkat teknologi seterusnya. |
| Langkah seterusnya yang biasa | Penuaan atau penggunaan bahan dalam keadaan lampau tepu. | Penempaan, penggelekkan, penormalan atau pemprosesan selanjutnya yang lain. |
Penyepuhlindapan dan penyepuhlindapan larutan
Dalam praktiknya, ketepuan lampau kadangkala dirujuk sebagai penyepuhlindapan larutan, terutamanya dengan keluli tahan karat dan beberapa aloi khas. Walau bagaimanapun, ini tidak bermakna mekanisme dan tujuannya adalah sama dengan sebarang jenis penyepuhlindapan.
Penyepuhlindapan penuh, penyepuhlindapan melegakan tekanan, penghabluran semula penyepuhlindapan i penyepuhlindapan sferoid mencapai matlamat teknologi yang lain.
Kesan supertepu pada sifat bahan
Kesan tepu lampau bergantung pada bahan dan tidak boleh dikurangkan semata-mata kepada peningkatan kekerasan.
Sejurus selepas rawatan haba larutan, bahan tersebut mungkin agak lembut dan plastik. Peningkatan yang ketara kekerasan, kekuatan tegangan Rm dan takat alah hanya boleh berlaku semasa penuaan kemudian.
| Sifat atau ciri | Kemungkinan pengaruh supertepu |
|---|---|
| Komposisi larutan pepejal | Meningkatkan jumlah bahan tertentu yang tinggal dalam matriks. |
| Bahagian | Pembubaran beberapa fasa yang terdapat sebelum proses tersebut. |
| Twardość | Bergantung pada aloi; peningkatan terbesar dalam bahan pengerasan pemendakan mungkin berlaku hanya selepas penuaan. |
| Kekuatan Rm | Bergantung pada bahan dan penuaan berikutnya; rawatan haba larutan sahaja mungkin tidak memberikan kekuatan maksimum. |
| Plastyczność | Dalam banyak bahan, keadaan lampau tepu mungkin lebih mudah terdedah kepada ubah bentuk berbanding keadaan yang telah berusia sepenuhnya. |
| Rintangan kakisan | Dalam keluli tahan karat terpilih, ia boleh diperbaiki dengan melarutkan mendakan yang tidak diingini dan memulihkan taburan kromium yang lebih baik. |
Kesilapan yang paling biasa apabila terlalu tepu
- Suhu terlalu rendah – pembubaran fasa yang diperlukan tidak mencukupi.
- Masa pemanasan terlalu singkat – pemanasan keratan rentas yang tidak lengkap atau pembubaran fasa yang tidak lengkap.
- Suhu terlalu tinggi – risiko pertumbuhan bijirin, pencairan setempat atau perubahan struktur lain yang tidak menguntungkan.
- Penyejukan terlalu perlahan – kemungkinan mengasingkan bahan-bahan semasa menyejukkan.
- Penyejukan yang tidak sekata – kemungkinan pembentukan kecerunan suhu, tegasan dan ubah bentuk.
- Pemilihan masa yang salah antara ketepuan dan penuaan – amat penting dalam bahan yang perubahannya boleh berlaku pada suhu ambien.
Bagaimanakah keberkesanan supertepu dikawal?
Penilaian proses mungkin termasuk pengujian mikrostruktur, bilangan dan taburan fasa, komposisi matriks dan sifat mekanikal.
Bergantung pada bahan, berikut digunakan, antara lain:
- mikroskopi optik dan elektron,
- analisis mendakan dan fasa sekunder,
- pengukuran kekerasan,
- penyelidikan kekuatan tegangan Rm,
- penentuan titik alah,
- ujian rintangan kakisan untuk keluli tahan karat,
- kawalan sifat selepas penuaan berikutnya.
Hakikat bahawa bahan tersebut menyejuk dengan cepat tidak bermakna proses rawatan haba larutan telah dilakukan dengan betul. Keberkesanan keseluruhan kitaran ditentukan oleh suhu, masa pemanasan, keadaan awal bahan dan kadar penyejukan.
Supertepuan ialah rawatan haba yang menghasilkan larutan pepejal supertepu dengan melarutkan komponen atau fasa yang sesuai pada suhu tinggi dan mengehadkan pengagihan semula mereka semasa penyejukan.
Proses ini merupakan asas untuk pemesinan pelbagai aloi aluminium, keluli tahan karat, keluli PH dan superaloi nikel.
Dalam bahan yang diperkuat dengan pemendakan, rawatan haba larutan biasanya merupakan langkah pertama ke arah mencapai kekuatan yang tinggi. penuaan menyebabkan pembebasan terkawal fasa halus yang menghalang pergerakan dislokasi.
Ketepuan lampau tidak boleh disamakan dengan klasik pengerasan keluliWalaupun terdapat persamaan teknologi yang melibatkan pemanasan dan penyejukan pantas, matlamat utama rawatan haba larutan adalah untuk memelihara komponen dalam larutan pepejal lampau tepu, bukan untuk mewujudkan struktur martensit.
Kaedah rawatan haba dan termokimia keluli
Rawatan larutan hanyalah salah satu proses yang digunakan untuk mengubah suai mikrostruktur dan sifat keluli. Bergantung pada kesan yang diingini, penormalan, pengurangan tekanan, pengerasan, pembajaan, dan sebagainya, serta proses termokimia seperti pengkarbonan, nitridasi dan lain-lain, juga digunakan.
Kaedah rawatan haba keluli
- Menormalkan keluli – penghalusan butiran dan penyatuan mikrostruktur.
- Penyepuhlindapan melegakan tekanan – pengurangan tegasan baki.
- Pelembutan keluli – mengurangkan kekerasan dan meningkatkan kerentanan terhadap pemprosesan selanjutnya.
- Penyepuhlindapan penuh – austenitisasi dan penyejukan perlahan.
- Penyepuhlindapan isoterma – transformasi dijalankan semasa mengekalkan pada suhu yang dipilih dengan betul.
- Penyepuhlindapan bebola – pembentukan sferoid – perubahan dalam morfologi simentit atau karbida lain.
- Penyepuhlindapan penghabluran semula – penyingkiran kesan penghancuran dan pemulihan keplastikan.
- Penyepuhlindapan homogenisasi – mengurangkan pengasingan dan menyeragamkan komposisi bahan.
- Pengerasan dan rawatan haba – membentuk mikrostruktur dan sifat-sifatnya melalui pengerasan dan pembajaan.
- Keluli pembajaan – pengubahsuaian terkawal sifat keluli selepas pengerasan.
- Pengerasan induksi – pemanasan aruhan permukaan dan penyejukan pantas.
- Pengerasan api – pengerasan permukaan selepas pemanasan setempat dengan nyalaan api.
- Terlalu tepu – memperoleh larutan pepejal lampau tepu melalui kitaran haba yang sesuai.
- Penuaan – pemisahan fasa terkawal yang membawa kepada pengukuhan bahan.
Kaedah rawatan termokimia keluli
- Nitriding keluli – pengayaan resapan lapisan permukaan dengan nitrogen.
- Keluli pengkarbonan – pengayaan resapan permukaan dengan karbon.
- Karbonitriding – pengayaan serentak lapisan permukaan dengan karbon dan nitrogen.
- Nitrokarburisasi / nitrokarburisasi – pengayaan lapisan terutamanya dengan nitrogen dan karbon.
- Penggerudian – ketepuan resapan permukaan dengan boron.
- Penyaduran krom penyebaran – pengayaan resapan lapisan dengan kromium.
- Aluminisasi penyebaran – pengayaan resapan lapisan dalam aluminium.