Trajtimi me tretësirë – trajtimi termik i lidhjeve dhe marrja e një tretësire të ngurtë të mbingopur
Mbingopje / pjekjen në tretësirë është një proces trajtim termik që përfshin ngrohjen e aliazhit në një temperaturë në të cilën përbërës ose faza specifike treten në matricë, ngrohjen e materialit në këtë temperaturë dhe më pas ftohjen e tij mjaftueshëm shpejt për të kufizuar ri-emetimin e tyre. Si rezultat, në temperaturë ambienti, mund të merret tretësirë e ngurtë e mbingopur, d.m.th. një gjendje që përmban një sasi më të madhe të përbërësit të tretur sesa korrespondon me gjendjen e ekuilibrit në atë temperaturë.
Ngopja është veçanërisht e rëndësishme për materialet e destinuara për forcimi i reshjeveGjendja e përftuar menjëherë pas mbingopjes është termodinamikisht e paqëndrueshme ose metastabile dhe mund të përbëjë pikën fillestare për gjendjet pasuese. plakja, gjatë së cilës fazat e vogla ndahen nga tretësira e mbingopur, duke u rritur fortësi, kufiri i rrjedhshmërisë dhe qëndrueshmëria e materialit.
Procesi përdoret, ndër të tjera, në aliazhe alumin, çelik inox, çelikë të ngurtësuar me reshje PH, superlidhjet me bazë nikeli dhe lidhje të zgjedhura të metaleve të tjera.
Çfarë është supersaturimi?
Baza e procesit është varësia e tretshmërisë së elementëve aliazhues nga temperaturaNë shumë sisteme, me rritjen e temperaturës, rritet sasia e një përbërësi që mund të mbetet i tretur në një tretësirë të ngurtë.
Materiali nxehet në një temperaturë të mjaftueshme për të tretur pjesën e kërkuar të fazave sekondare në matricë. Pastaj mbahet në këtë temperaturë për një periudhë kohore të mjaftueshme për të lejuar ndryshime të përshtatshme strukturore dhe ekuilibrin përbërës në masën e kërkuar.
Pasi të përfundojë pjekjen, materiali ftohet me shpejtësi. Qëllimi i ftohjes është të kufizojë difuzionin dhe rishpërndarjen e përbërësve ndërsa ata kalojnë nëpër diapazonin e temperaturës ku tretshmëria e tyre në ekuilibër zvogëlohet.
Si rezultat, ruhet në temperaturë ambienti. tretësirë e ngurtë e mbingopur.
Çfarë është një tretësirë e ngurtë e mbingopur?
Tretësirë e ngurtë është një fazë kristalore homogjene në të cilën atomet e një ose më shumë përbërësve janë të vendosura në rrjetën kristalore të përbërësit bazë.
Nëse matrica mund të tresë më shumë nga një përbërës i caktuar në temperaturë të lartë sesa në temperaturën e dhomës, ftohja e shpejtë mund ta mbajë përkohësisht atë përbërës në tretësirë.
Pastaj lind tretësirë e mbingopur.
Kjo gjendje nuk korrespondon me ekuilibrin e plotë termodinamik. Në temperaturën dhe kohën e duhur, përbërësi i tepërt i tretur mund të fillojë të precipitojë nga matrica. Ky fenomen formon bazën për plakjen pasuese dhe forcimin e reshjeve.
Fazat e procesit të ngopjes
- Duke u ngrohur. Materiali nxehet në temperaturën e tretësirës të përshtatshme për një aliazh specifik.
- Duke u zhytur. Aliazhi mbahet në një temperaturë të caktuar për një kohë të mjaftueshme për të tretur fazat e kërkuara dhe për të marrë përbërjen e duhur të tretësirës së ngurtë.
- Ftohje e shpejtë. Materiali ftohet me një shpejtësi të mjaftueshme për të kufizuar çlirimin e përbërësve gjatë ftohjes.
- Marrja e një tretësire të ngurtë të mbingopur. Në temperaturë ambienti, një sasi më e madhe e përbërësve të tretur mbetet në matricë sesa do të rezultonte nga kushtet e ekuilibrit.
- Plakja – nëse teknologjia e lejon. Reshjet e kontrolluara të fazave të imëta mund të rrisin fortësinë dhe rezistencën e materialit.
Temperatura e mbingopjes
Nuk ka një temperaturë të vetme universale të mbingopjes. Diapazoni i temperaturës varet nga lloji i materialit, përbërja e tij kimike, diagrama e ekuilibrit të fazave, lloji i fazave që do të treten dhe kërkesat për mikrostrukturën përfundimtare.
Temperatura duhet të jetë mjaftueshëm e lartë për të rritur tretshmërinë e përbërësve përkatës dhe për të mundësuar tretjen e fazave të kërkuara, por në të njëjtën kohë nuk duhet të çojë në shkrirje të padëshirueshme, rritje të tepërt të kokrrizave ose ndryshime të tjera të pafavorshme strukturore.
| Parametri | Rëndësia gjatë ngopjes | Efekti i përzgjedhjes së gabuar |
|---|---|---|
| Temperatura | Përcakton tretshmërinë e përbërësve dhe stabilitetin e fazave individuale. | Shumë e ulët mund të lërë faza të patretura; shumë e lartë mund të shkaktojë rritje të kokrrizave ose shkrirje lokale. |
| Koha e ngrohjes | Ai mundëson ngrohjen e prerjes tërthore dhe proceset e kërkuara të difuzionit dhe shpërbërjen e fazave. | Shumë e shkurtër mund të rezultojë në ngopje jo të plotë; shumë e gjatë rrit rrezikun e rritjes së kokrrave dhe kostot e procesit. |
| Shkalla e ftohjes | Përcakton aftësinë e përbërësve për t'u mbajtur në një tretësirë të mbingopur. | Ftohja shumë e ngadaltë mund të çojë në ndarje të parakohshme të fazave. |
| Mjet ftohës | Ndikon në shkallën e largimit të nxehtësisë dhe gradientin e temperaturës në element. | Përzgjedhja e gabuar mund të çojë në ngopje, deformim ose stres të pamjaftueshëm. |
| Madhësia e elementit | Ndikon në kohën e ngrohjes dhe shkallën aktuale të ftohjes së bërthamës. | Seksionet tërthore të mëdha mund të kërkojnë një cikël të ndryshëm nga seksionet e holla. |
Pse përdoret ftohja e shpejtë pas trajtimit termik të tretësirës?
Gjatë pjekjes në tretësirë, elementët aliazhues janë të pranishëm në matricë në sasi që mund të mbahen në temperatura të larta. Ndërsa temperatura ulet, tretshmëria e tyre në ekuilibër mund të ulet.
Nëse ftohja është shumë e ngadaltë, atomet kanë kohë të mjaftueshme për t'u shpërndarë dhe për të formuar precipitate gjatë ftohjes. Kjo mund të parandalojë marrjen e tretësirës së ngurtë të mbingopur të kërkuar.
Ftohja mjaftueshëm e shpejtë kufizon difuzionin dhe lejon ruajtjen e një gjendjeje të mbingopur metastabile.
Në varësi të materialit dhe shkallës së ftohjes së kërkuar, mund të përdoren media të ndryshme ftohëse. Prandaj, një metodë e vetme universale ftohjeje nuk mund të përdoret për të gjitha lidhjet.
Trajtimi termik i tretësirës dhe ngurtësimi - cilat janë ndryshimet midis këtyre proceseve?
Trajtimi termik dhe ngurtësimi i tretësirës mund të përfshijnë një sekuencë të ngjashme teknologjike: ngrohje, kalitje dhe ftohje të shpejtë. Megjithatë, mekanizmi dhe qëllimi kryesor i këtyre proceseve ndryshojnë.
| Karakteristike | Mbingopje | Forcimi i çelikut |
|---|---|---|
| Qëllimi kryesor | Marrja e një tretësire të ngurtë të mbingopur dhe gjendjes së duhur fazore. | Marrja e një strukture ngurtësuese, më shpesh me anë të transformimit të austenitit gjatë ftohjes së shpejtë. |
| Mekanizmi | Tretja e fazave përkatëse në temperaturë të lartë dhe kufizimi i ri-emetimit të tyre gjatë ftohjes. | Transformimi i fazës i shoqëruar me ftohje mjaftueshëm të shpejtë në diapazonin e austenitizimit. |
| Shteti menjëherë pas gjyqit | Një tretësirë ose strukturë e ngurtë e mbingopur e përgatitur për plakje të mëtejshme. | Në forcimin klasik të çelikut, struktura martensitike është më e zakonshme, ose struktura varet nga cikli i përdorur. |
| Përpunim i mëtejshëm | Shpesh plakje natyrale ose artificiale. | Zakonisht duke e lënë të lirë. |
| Materialet tipike | Lidhje alumini, çelik inox, çelik PH, lidhje nikeli dhe lidhje të tjera të përforcuara me reshje. | Para së gjithash, çelikët e aftë të pësojnë transformim ngurtësimi. |
Mbingopja dhe plakja
Ngopja dhe plakja janë të lidhura ngushtë së bashku në materialet e përforcuara nga reshjet.
Trajtimi me tretësirë përgatit materialin duke futur përbërësit e duhur në një tretësirë të ngurtë. Plakja më pas lejon formimin e kontrolluar të precipitimeve shumë të imëta.
Diagrami mund të paraqitet si më poshtë:
Precipitimet e vogla përbëjnë pengesa për lëvizjen e zhvendosjeve. Si rezultat, ato mund të rriten fortësi, rezistencë në tërheqje Rm dhe kufiri i rrjedhshmërisë.
Nëse plakja është shumë e gjatë ose në një temperaturë shumë të lartë, precipitatet mund të rriten dhe të humbasin aftësinë e tyre optimale për të penguar lëvizjen e zhvendosjeve. Kjo gjendje quhet vjetërim.
Trajtimi me tretësirë i çelikëve inox
Trajtimi termik i tretësirës është një proces i rëndësishëm i trajtimit termik për shumë çelik inox austenitik.
Materiali nxehet në një temperaturë mjaftueshëm të lartë për të tretur precipitate specifike dhe më pas ftohet shpejt për të kufizuar riformimin e tyre kur kalon nëpër një diapazon të pafavorshëm temperaturash.
Me rëndësi të veçantë është ruajtja kromNën kushte të caktuara termike, mund të formohen precipitate të pasura me krom, duke shkaktuar pakësim lokal të këtij elementi në matricë. Kjo mund të dëmtojë rezistencën ndaj korrozionit ndërgranular.
Mbingopja e përzgjedhur siç duhet mund të çojë në tretjen e precipitateve të tilla dhe rifutjen e përbërësve në tretësirën e ngurtë.
Një shembull i një çeliku të trajtuar me nxehtësi me tretësirë është 1.4550 / X6CrNiNb18-10 / AISI 347, për të cilin parametrat e përpunimit varen nga kërkesat e standardit, forma e produktit dhe teknologjia.
Trajtimi me tretësirë i çeliqeve PH - i ngurtësuar me reshje
Mbingopja është me rëndësi të veçantë në rastin e Çelik inox i ngurtësuar në reshje PH.
Në këto materiale, trajtimi termik me tretësirë është një hap që përgatit mikrostrukturën për plakjen e mëvonshme.
Pas ngrohjes së duhur dhe ftohjes së shpejtë, materiali i nënshtrohet plakjes, gjatë së cilës formohen precipitate të imëta, të cilat janë përgjegjëse për rritjen e forcës dhe fortësisë.
Në çelikët PH, një rol të rëndësishëm mund të luajnë, ndër të tjera: nikel, bakër, alumini, titan i niob.
Trajtimi me tretësirë i lidhjeve të aluminit
Trajtimi termik me tretësirë është një nga hapat themelorë në trajtimin termik të shumë lidhjeve. alumin të destinuara për forcimin e reshjeve.
Temperaturat e larta rrisin tretshmërinë e disa elementëve aliazhues në matricën e aluminit. Pas ngrohjes së duhur dhe ftohjes së shpejtë, ato mund të mbahen në një tretësirë të ngurtë të mbingopur.
Materiali më pas mund t'i nënshtrohet plakja natyrale në temperaturë ambienti ose plakja artificiale në temperaturë të ngritur.
Në varësi të grupit të aliazhit, një rol të rëndësishëm mund të luajnë, ndër të tjera: bakër, magnez, silic i zinku.
Pjekja në tretësirë e lidhjeve të nikelit
Ngopja përdoret gjithashtu në superlidhjet me bazë nikeliNë varësi të specieve, procesi mund të përdoret për të tretur faza specifike dhe për të përgatitur strukturën për plakjen e mëvonshme.
Këto aliazhe përmbajnë, ndër të tjera: nikel, chrom, molibden, niob, titan, alumini i Kobalt.
Zgjedhja e trajtimit termik të tretësirës dhe temperatura e mëvonshme e plakjes janë të lidhura ngushtë me gradën specifike të aliazhit dhe rregullimin e kërkuar të fazave.
Ndikimi i elementëve aliazhues në forcimin në tretësirë dhe forcimin në precipitim
| Element | simbol | Rëndësia në lidhjet e trajtuara me nxehtësi në tretësirë të zgjedhur |
|---|---|---|
| Chrom | Cr | Një përbërës kyç i çelikëve inox; shpërndarja e tij ka një ndikim të rëndësishëm në rezistencën ndaj korrozionit. |
| Nikeli | Ni | Ai stabilizon struktura të caktuara dhe është një përbërës bazë i superlidhjeve të nikelit dhe shumë çelikëve inox. |
| bakër | Cu | Mund të marrë pjesë në mekanizmin e forcimit të reshjeve të disa lidhjeve dhe çelikëve PH. |
| Alumini | Al | Ai përbën matricën e lidhjeve të aluminit dhe merr pjesë në formimin e fazave përforcuese në superlidhje të zgjedhura. |
| Titanium | Ti | Merr pjesë në formimin e fazave ndërmetalike dhe në përforcimin e precipitimeve në shumë lidhje speciale. |
| niobium | Nb | Mund të formojë faza dhe precipitate të rëndësishme për forcimin dhe stabilitetin strukturor të lidhjeve. |
| molibden | Mo | Ndikon në stabilitetin e fazës, vetitë në temperaturë të lartë dhe rezistencën ndaj korrozionit të shumë lidhjeve. |
| magnez | Mg | Një përbërës i rëndësishëm i shumë lidhjeve të aluminit që ngurtësohen me reshje. |
| Silikon | Si | Në kombinim me magnezin, ai luan një rol të rëndësishëm në forcimin me anë të reshjeve të lidhjeve Al-Mg-Si. |
| Zinku | Zn | Një nga përbërësit bazë të lidhjeve të aluminit me rezistencë të lartë nga grupet Al-Zn-Mg dhe Al-Zn-Mg-Cu. |
Pjekja në tretësirë dhe pjekja me homogjenizim
Pjekja në tretësirë nuk duhet ngatërruar me pjekjen me homogjenizim , edhe pse të dy proceset përdorin difuzion dhe mund të kërkojnë temperatura të larta.
| Karakteristike | Mbingopje | Pjekja homogjenizuese |
|---|---|---|
| Qëllimi kryesor | Tretja e fazave të përshtatshme dhe përftimi i një tretësire të ngurtë të mbingopur. | Reduktimi i mikrosegregacionit që ndodh gjatë koagulimit. |
| Gjendja fillestare tipike | Një material që përmban faza që mund të treten në temperaturën e mbingopjes. | Një lingot, derdhje ose produkt gjysmë i gatshëm me një shpërndarje jo uniforme të përbërësve. |
| Ftohja | Zakonisht mjaftueshëm shpejt për të kufizuar sekretimin. | Përzgjedhur për materialin dhe fazën tjetër teknologjike. |
| Hapi tipik i radhës | Plakja ose përdorimi i një materiali në gjendje të mbingopur. | Formëzimi, petëzimi, normalizimi ose përpunime të tjera të mëtejshme. |
Pjekja dhe pjekje në tretësirë
Në praktikë, mbingopja nganjëherë quhet pjekje në tretësirë, veçanërisht me çelikët inox dhe disa aliazhe të veçanta. Megjithatë, kjo nuk do të thotë që mekanizmi dhe qëllimi i tij janë identikë me çdo lloj pjekjeje.
Pjekje e plotë, pjekje për lehtësimin e stresit, pjekje rikristalizimi i pjekje sferoidizuese ndjekin qëllime të tjera teknologjike.
Efekti i mbingopjes në vetitë e materialeve
Efekti i mbingopjes varet nga materiali dhe nuk duhet të reduktohet vetëm në rritjen e fortësisë.
Menjëherë pas trajtimit termik me tretësirë, materiali mund të jetë relativisht i butë dhe plastik. Një rritje e konsiderueshme fortësi, rezistencë në tërheqje Rm dhe pika e rrjedhshmërisë mund të ndodhë vetëm gjatë plakjes së mëvonshme.
| Veti ose karakteristikë | Ndikimi i mundshëm i mbingopjes |
|---|---|
| Përbërja e tretësirës së ngurtë | Rritja e sasisë së përbërësve specifikë të mbetur në matricë. |
| Divizionet | Shpërbërja e disa prej fazave të pranishme para procesit. |
| Fortësia | Varet nga lidhja; rritja më e madhe në ngurtësimin e materialeve me reshje mund të ndodhë vetëm pas plakjes. |
| Forca Rm | Varet nga materiali dhe plakja e mëvonshme; vetëm trajtimi termik i tretësirës mund të mos ofrojë forcën maksimale. |
| Plasticitet | Në shumë materiale, gjendja e mbingopur mund të jetë më e ndjeshme ndaj deformimit sesa gjendja e plakjes së plotë. |
| Rezistenca ndaj korrozionit | Në çelikët inox të zgjedhur, kjo mund të përmirësohet duke tretur precipitatet e pafavorshme dhe duke rivendosur një shpërndarje më të favorshme të kromit. |
Gabimet më të zakonshme kur mbingopja
- Temperatura shumë e ulët – tretje e pamjaftueshme e fazave të kërkuara.
- Koha e ngrohjes është shumë e shkurtër – ngrohje jo e plotë e prerjes tërthore ose shpërbërje jo e plotë e fazave.
- Temperatura shumë e lartë – rreziku i rritjes së kokrrave, shkrirjes lokale ose ndryshimeve të tjera të pafavorshme strukturore.
- Ftohje shumë e ngadaltë – mundësia e ndarjes së përbërësve gjatë ftohjes.
- Ftohje e pabarabartë – mundësia e formimit të gradienteve të temperaturës, streseve dhe deformimeve.
- Përzgjedhje e gabuar e kohës midis ngopjes dhe plakjes – veçanërisht e rëndësishme në materialet në të cilat ndryshimet mund të ndodhin që në temperaturën e ambientit.
Si kontrollohet efektiviteti i mbingopjes?
Vlerësimi i procesit mund të përfshijë testimin e mikrostrukturës, numrin dhe shpërndarjen e fazave, përbërjen e matricës dhe vetitë mekanike.
Në varësi të materialit, përdoren, ndër të tjera, këto:
- mikroskopi optike dhe elektronike,
- analiza e precipitateve dhe fazave sekondare,
- matje fortësi,
- hulumtim rezistencë në tërheqje Rm,
- përcaktimi i kufirit të rrjedhshmërisë,
- testet e rezistencës ndaj korrozionit për çelikët inox,
- kontrolli i vetive pas plakjes së mëvonshme.
Vetëm fakti që materiali ftohet shpejt nuk do të thotë që procesi i trajtimit termik të tretësirës është kryer në mënyrë korrekte. Efektiviteti i të gjithë ciklit përcaktohet nga temperatura, koha e ngrohjes, gjendja fillestare e materialit dhe shkalla e ftohjes.
Mbingopja është një trajtim termik që prodhon një tretësirë të ngurtë të mbingopur duke tretur përbërësit ose fazat përkatëse në temperaturë të lartë dhe duke kufizuar rishpërndarjen e tyre gjatë ftohjes.
Procesi është baza për përpunimin e shumë lidhjeve alumin, çelik inox, çelik PH dhe superlidhjet e nikelit.
Në materialet e përforcuara me reshje, trajtimi termik me tretësirë është zakonisht hapi i parë drejt arritjes së rezistencës së lartë. plakja shkakton lirimin e kontrolluar të fazave të imëta që pengojnë lëvizjen e dislokimeve.
Mbingopja nuk duhet të barazohet me atë klasike. forcim çelikuPavarësisht ngjashmërisë teknologjike që përfshin ngrohjen dhe ftohjen e shpejtë, qëllimi kryesor i trajtimit termik të tretësirës është ruajtja e përbërësve në një tretësirë të ngurtë të mbingopur, jo krijimi i një strukture martensitike.
Metodat e trajtimit termik dhe termokimik të çelikut
Trajtimi me tretësirë është vetëm një nga proceset e përdorura për të modifikuar mikrostrukturën dhe vetitë e çelikut. Në varësi të efektit të dëshiruar, përdoren edhe normalizimi, lehtësimi i stresit, forcimi, temperimi etj., si dhe procese termokimike si karbonizimi, nitridimi dhe të tjera.
Metodat e trajtimit të nxehtësisë së çelikut
- Normalizimi i çelikut – rafinimi i kokrrizave dhe unifikimi i mikrostrukturës.
- Pjekja e lehtësimit të stresit – reduktimi i streseve të mbetura.
- Zbutja e çelikut – zvogëlimin e fortësisë dhe përmirësimin e ndjeshmërisë ndaj përpunimit të mëtejshëm.
- Pjekje e plotë – austenitizimi dhe ftohja e ngadaltë.
- Pjekja izotermike – transformimi kryhet duke mbajtur një temperaturë të zgjedhur siç duhet.
- Pjekja e topit - sferoidizimi – ndryshim në morfologjinë e çimentitit ose karbideve të tjera.
- Pjekja e rikristalizimit – heqja e efekteve të shtypjes dhe rivendosja e plasticitetit.
- Pjekja homogjenizuese – reduktimin e segregacionit dhe homogjenizimin e përbërjes së materialit.
- Forcimi dhe trajtimi i nxehtësisë – formësimi i mikrostrukturës dhe vetive me anë të forcimit dhe temperimit.
- Kalitje çeliku – modifikim i kontrolluar i vetive të çelikut pas forcimit.
- Ngurtësimi me induksion – ngrohje me induksion sipërfaqësor dhe ftohje e shpejtë.
- Forcim me flakë – forcim sipërfaqësor pas ngrohjes lokale me flakë.
- Mbingopje – marrja e një tretësire të ngurtë të mbingopur me anë të një cikli termik të përshtatshëm.
- Plakja – ndarje e kontrolluar e fazave që çon në forcimin e materialit.
Metodat e trajtimit termokimik të çelikut
- Nitridimi i çelikut – pasurimi difuzional i shtresës sipërfaqësore me azot.
- Çeliku i karburuar – pasurimi difuzional i sipërfaqes me karbon.
- Karbonitrizimi – pasurimi i njëkohshëm i shtresës sipërfaqësore me karbon dhe azot.
- Nitrokarburizim / nitrokarburizim – pasurimi i shtresës kryesisht me azot dhe karbon.
- Shpimi – ngopja difuzive e sipërfaqes me bor.
- Kromim me difuzion – pasurimi difuziv i shtresës me krom.
- Aluminizim me difuzion – pasurimi difuziv i shtresës në alumin.