Ủ tái kết tinh thép – loại bỏ ảnh hưởng của biến dạng và khôi phục tính dẻo

Ủ tái kết tinh Đây là một quá trình xử lý nhiệt chủ yếu được sử dụng trên các vật liệu đã được gia công nguội trước đó. Mục đích chính của nó là loại bỏ tác động của hiện tượng hóa bền do biến dạng, hay còn gọi là gia công nguội, và khôi phục cấu trúc vi mô, cho phép vật liệu lấy lại tính dẻo.
Trong quá trình cán nguội, kéo sợi, dập khuôn, uốn cong và các quá trình biến dạng khác ở nhiệt độ dưới nhiệt độ tái kết tinh, mật độ lệch mạng tăng lên, các hạt kéo dài, và vật liệu trở nên cứng hơn và bền hơn, nhưng cũng kém dẻo hơn. Khi đạt đến mức độ hóa bền cao, việc biến dạng tiếp theo có thể trở nên khó khăn hoặc không thể thực hiện được nếu không có quá trình xử lý nhiệt trung gian.
Quá trình ủ tái kết tinh được thực hiện đúng cách sẽ dẫn đến sự hình thành các hạt mới, hầu như không bị ảnh hưởng bởi quá trình biến dạng trước đó, và các hạt này sẽ thay thế cấu trúc vi mô bị biến dạng. Kết quả là, Giảm độ cứng và độ bền liên quan đến hiện tượng hóa bền do gia công và tăng đáng kể độ dẻo..

Crush là gì?

Người mình thích Biến dạng dẻo là tập hợp các thay đổi về cấu trúc vi mô và tính chất của vật liệu xảy ra trong quá trình biến dạng dẻo, chủ yếu là biến dạng nguội. Trong quá trình biến dạng, sự chuyển động và nhân lên mạnh mẽ của các lệch mạng xảy ra, và mật độ tăng lên của chúng cản trở sự chuyển động tiếp theo của các lệch mạng khác.
Do đó, vật liệu trải qua làm cứng do biến dạngĐể đạt được mức độ biến dạng cao hơn, cần phải tác dụng lực căng ngày càng lớn hơn.
Các tác động điển hình của việc nghiền nát là:

• sự gia tăng mật độ lệch mạng,
• Sự kéo dài và biến dạng của các hạt theo hướng gia công.
• tăng độ cứng,
• sự gia tăng về giới hạn chảy và độ bền,
• giảm tính dẻo,
• sự hình thành cấu trúc tinh thể,
• sự tích trữ năng lượng biến dạng trong cấu trúc vi mô,
• Khả năng xảy ra các ứng suất nội bộ.

Ủ tái kết tinh là gì?

Quá trình ủ tái kết tinh bao gồm việc nung nóng vật liệu bị biến dạng dẻo đến nhiệt độ cho phép hình thành và phát triển các hạt mới với mật độ lệch mạng thấp hơn nhiều so với cấu trúc bị biến dạng.
Trái ngược với ủ hoàn toàn Quá trình này không yêu cầu tôi hóa thép. Sự tái kết tinh có thể xảy ra ở trạng thái rắn mà không làm thay đổi cấu trúc thành austenit.
Đây là sự khác biệt cơ bản giữa quá trình ủ tái kết tinh và nhiều phương pháp xử lý nhiệt sử dụng sự biến đổi pha.

Tại sao vật liệu cần phải kết tinh lại sau khi bị nghiền nát?

Hiện tượng hóa bền do biến dạng có thể là một hiệu ứng mong muốn khi mục tiêu là tăng cường độ bền và độ cứng của vật liệu. Tuy nhiên, nó lại là một hạn chế về mặt công nghệ trong nhiều quy trình sản xuất.
Ví dụ, trong quá trình kéo dây nhiều giai đoạn hoặc cán tấm kim loại, vật liệu trở nên cứng hơn và ít bị biến dạng hơn sau mỗi công đoạn. Việc tiếp tục quá trình có thể đòi hỏi lực ngày càng lớn hơn và làm tăng nguy cơ nứt vỡ.
Quá trình ủ tái kết tinh được thực hiện giữa các giai đoạn gia công dẻo liên tiếp có thể khôi phục độ dẻo cần thiết và cho phép biến dạng tiếp tục.

Các giai đoạn thay đổi cấu trúc vi mô trong quá trình nung nóng vật liệu sau khi gia công nguội.

Các thay đổi xảy ra trong quá trình nung nóng vật liệu biến dạng dẻo có thể được xem xét qua ba giai đoạn cơ bản:

1. sự hồi phục,
2. kết tinh lại,
3. sự phát triển của hạt.

Các giai đoạn này có mối liên hệ với nhau nhưng thể hiện các cơ chế thay đổi khác nhau xảy ra trong cấu trúc vi mô.

1. Thu hồi vật liệu

Sự hồi phục Quá trình này diễn ra trước khi quá trình tái kết tinh thực sự xảy ra. Trong quá trình nung nóng, độ linh động của các khuyết tật mạng tinh thể tăng lên, cho phép tái cấu trúc một phần và triệt tiêu các sai lệch mạng.
Năng lượng tích trữ trong quá trình biến dạng trước đó được giảm bớt, và một số ứng suất dư có thể được giảm thiểu. Sự sắp xếp lệch mạng và hình thành cấu trúc tiểu hạt cũng có thể xảy ra.
Tuy nhiên, trong giai đoạn phục hồi, cấu trúc cơ bản của các hạt bị biến dạng vẫn được bảo toàn phần lớn. Chúng chưa được thay thế hoàn toàn bằng các hạt mới, như thường thấy trong quá trình tái kết tinh.

2. Kết tinh lại

Khi đạt được điều kiện nhiệt độ thích hợp, các hạt mới với mật độ lệch mạng thấp hơn đáng kể bắt đầu hình thành bên trong vật liệu. Sự hình thành này được thực hiện nhờ năng lượng đã được tích trữ trong quá trình biến dạng dẻo trước đó.
Các hạt mới dần dần phát triển bằng cách sử dụng cấu trúc vi mô bị biến dạng. Khi quá trình diễn ra, các vùng kéo dài và bị biến dạng mạnh được thay thế bằng các hạt mới có hình dạng đồng nhất hơn.
Giai đoạn này chịu trách nhiệm cho những thay đổi lớn nhất về tính chất cơ học: độ cứng và độ bền do gia công nguội giảm đi, trong khi độ dẻo tăng lên.

3. Sự phát triển của hạt

Sau khi quá trình kết tinh lại hoàn tất, việc tiếp tục duy trì vật liệu ở nhiệt độ cao có thể dẫn đến... sự phát triển của ngũ cốcCác hạt lớn hơn phát triển bằng cách hấp thụ các hạt nhỏ hơn khi hệ thống có xu hướng làm giảm tổng diện tích ranh giới giữa các hạt.
Sự phát triển hạt quá mức thường không phải là tác dụng mong muốn của quá trình ủ tái kết tinh. Do đó, nhiệt độ quá cao hoặc thời gian ủ quá dài có thể dẫn đến sự suy giảm các tính chất vật liệu cần thiết.

Cấu trúc vi mô trước và sau quá trình tái kết tinh

Nhiệt độ kết tinh lại

Nhiệt độ tái kết tinh không phải là một hằng số duy nhất đặc trưng cho tất cả các kim loại, hoặc thậm chí cho một loại vật liệu duy nhất. Tái kết tinh là một quá trình phụ thuộc vào cả nhiệt độ và thời gian.

Nhiệt độ ban đầu và tốc độ kết tinh lại bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm:

• loại vật liệu,
• thành phần hóa học,
• mức độ biến dạng dẻo trước đó,
• kích thước hạt ban đầu,
• nhiệt độ xử lý trước đó,
• thời gian làm nóng,
• sự hiện diện của các kết tủa và các nguyên tố hợp kim,
• độ tinh khiết của vật liệu.

Do đó, việc quy định một nhiệt độ ủ tái kết tinh chung cho tất cả các loại thép là không chính xác. Các thông số quy trình phải được xác định cho từng loại vật liệu cụ thể và trạng thái biến dạng trước đó của nó.

Ảnh hưởng của mức độ gia công nguội đến quá trình tái kết tinh

Mức độ biến dạng dẻo trước đó là yếu tố cơ bản quyết định quá trình tái kết tinh. Biến dạng càng lớn, lượng năng lượng tích trữ trong vật liệu càng nhiều và mật độ lệch mạng càng cao.
Năng lượng tích trữ cao là động lực thúc đẩy quá trình tái kết tinh. Do đó, vật liệu chịu biến dạng lớn hơn có thể tái kết tinh dễ dàng hơn, ở nhiệt độ thấp hơn hoặc trong thời gian ngắn hơn so với vật liệu chịu biến dạng ít hơn.
Ngoài ra còn có một khái niệm khác. nghiền nát tới hạnNếu mức độ biến dạng quá nhỏ, số lượng vị trí thuận lợi cho sự hình thành hạt mới có thể không đủ để đạt được mô hình tái kết tinh điển hình. Trong một số điều kiện nhất định, điều này có thể dẫn đến sự hình thành các hạt thô không mong muốn.

Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian gia nhiệt

Nhiệt độ và thời gian là hai thông số có mối liên hệ mật thiết với nhau. Tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ của các quá trình khuếch tán và tính linh động của các ranh giới hạt, cho phép quá trình tái kết tinh diễn ra nhanh hơn.
Ở nhiệt độ thấp hơn, có thể mất nhiều thời gian hơn để đạt được mức độ tái kết tinh tương tự. Ngược lại, việc tăng nhiệt độ quá mức hoặc kéo dài thời gian sau khi quá trình tái kết tinh hoàn tất sẽ làm tăng nguy cơ hình thành hạt tinh thể bất thường.
Do đó, chu trình tối ưu cần đảm bảo đạt được mức độ kết tinh lại cần thiết mà không kéo dài thời gian ủ nhiệt một cách không cần thiết.

Ảnh hưởng của quá trình tái kết tinh đến độ cứng

Trong quá trình gia công nguội, độ cứng của vật liệu tăng lên do hiện tượng hóa bền biến dạng. Trong quá trình tái kết tinh, các hạt mới với mật độ lệch mạng thấp hơn đáng kể được hình thành, dẫn đến độ cứng giảm đáng kể.
Sự thay đổi độ cứng có thể được sử dụng trong thực tế để đánh giá tiến độ của quá trình. Trong nghiên cứu vật liệu, mối quan hệ giữa độ cứng và nhiệt độ hoặc thời gian ủ có thể cho biết mức độ tái kết tinh mạnh mẽ diễn ra như thế nào.

Ảnh hưởng của quá trình tái kết tinh đến độ bền

Hiện tượng hóa bền do biến dạng làm tăng giới hạn chảy và độ dai của vật liệu. Quá trình tái kết tinh loại bỏ một phần đáng kể sự hóa bền này, do đó các đặc tính về độ bền liên quan đến hiện tượng hóa bền do biến dạng bị giảm đi.
Đây không phải là lỗi của quy trình, mà là hiệu ứng mong muốn khi vật liệu được sử dụng cho các công đoạn tạo hình bằng nhựa tiếp theo.

Ảnh hưởng của quá trình tái kết tinh đến tính dẻo

Một trong những tác dụng đặc trưng nhất của quá trình ủ tái kết tinh là Khôi phục độ dẻo bị mất trong quá trình gia công nguội.
Vật liệu đã trở nên cứng và ít bị biến dạng hơn sau quá trình cán hoặc kéo mạnh có thể được gia công dẻo thêm sau khi ủ nhiệt thích hợp.
Đây là lý do tại sao quá trình kết tinh lại là một yếu tố quan trọng trong các quy trình sản xuất nhiều giai đoạn đối với tấm, dải, dây, thanh, ống và các sản phẩm bán thành phẩm gia công nguội khác.

Ủ tái kết tinh các tấm và dải

Cán nguội cho phép đạt được dung sai kích thước nhỏ, chất lượng bề mặt tốt và các đặc tính vật liệu cần thiết, đồng thời làm cho vật liệu trở nên bền hơn.
Nếu cần giảm độ dày hơn nữa hoặc thực hiện các thao tác dập sâu tiếp theo, vật liệu có thể cần được ủ tái kết tinh. Quá trình này khôi phục khả năng biến dạng tiếp theo của tấm hoặc dải vật liệu.
Tùy thuộc vào công nghệ, quá trình ủ có thể được thực hiện như một công đoạn trung gian giữa các giai đoạn cán tiếp theo hoặc như một công đoạn xử lý cuối cùng để đưa vật liệu đạt được điều kiện giao hàng yêu cầu.

Ủ tái kết tinh dây dẫn

Trong quá trình kéo dây, tiết diện của dây được giảm dần bằng cách đưa qua các khuôn. Mỗi lần kéo làm tăng mức độ biến dạng và làm cứng vật liệu hơn nữa.
Khi đạt đến một mức độ cứng nhất định, việc kéo tiếp tục có thể đòi hỏi lực rất lớn và làm tăng nguy cơ hư hỏng vật liệu. Quá trình ủ trung gian giúp giảm thiểu tác động của hiện tượng cứng hóa do gia công và cho phép quá trình kéo tiếp tục.

Ủ tái kết tinh các ống và biên dạng

Các ống và thanh định hình được sản xuất hoặc hiệu chỉnh bằng phương pháp gia công nguội cũng có thể bị cứng lại đáng kể. Tùy thuộc vào vật liệu và công nghệ, quá trình ủ tái kết tinh có thể được sử dụng giữa các bước kéo, giảm kích thước hoặc tạo hình tiếp theo.
Điều này cho phép vật liệu lấy lại khả năng biến dạng thêm và giảm nguy cơ nứt vỡ trong các thao tác tiếp theo.

Ủ tái kết tinh và ủ giảm ứng suất

Không nên nhầm lẫn quá trình ủ tái kết tinh với ủ giảm ứng suất.
Ủ nhiệt giảm ứng suất chủ yếu nhằm mục đích giảm ứng suất dư đồng thời giảm thiểu sự thay đổi về cấu trúc vi mô và tính chất cơ bản của vật liệu. Mặt khác, ủ tái kết tinh nhằm mục đích tạo ra và phát triển các hạt mới, thay thế cấu trúc bị biến dạng trong quá trình gia công dẻo trước đó.

Ủ tái kết tinh và ủ toàn phần

Ủ hoàn toàn Phương pháp này sử dụng quá trình austenit hóa và làm nguội rất chậm để đạt được cấu trúc thép mong muốn. Do đó, nó liên quan đến các biến đổi pha xảy ra trong quá trình nung nóng và làm nguội.
Ủ tái kết tinh không cần quá trình austenit hóa. Cơ chế của nó chủ yếu liên quan đến năng lượng tích trữ trong vật liệu trong quá trình biến dạng trước đó và sự hình thành cũng như phát triển của các hạt mới.

Ủ tái kết tinh và chuẩn hóa

Thép chuẩn hóa Quá trình này bao gồm việc nung nóng vật liệu đến vùng austenit rồi làm nguội trong không khí. Trong số những công dụng khác, nó giúp đồng nhất hóa và tinh chỉnh cấu trúc.
Quá trình tái kết tinh chủ yếu nhằm loại bỏ ảnh hưởng của biến dạng nguội trước đó. Do đó, các quá trình này sử dụng các cơ chế khác nhau và được ứng dụng trong các tình huống công nghệ khác nhau.

Ủ tái kết tinh và làm mềm thép

Quá trình ủ tái kết tinh có thể dẫn đến giảm đáng kể độ cứng và do đó được phân loại là một quy trình cho phép làm mềm thépTuy nhiên, nguyên nhân của sự mềm nhũn này lại mang tính đặc trưng.
Nguyên nhân chính không phải là do sự thay đổi hình thái cacbua, như trong quá trình ủ cầu hóa, cũng không phải do sự biến đổi chậm của austenit, như trong quá trình ủ hoàn toàn. Đó là kết quả của việc loại bỏ cấu trúc cứng hóa do biến dạng và thay thế nó bằng các hạt mới có mật độ lệch mạng thấp hơn.

Sự tái kết tinh và thép không gỉ

Gia công nguội cũng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất. thép không gỉQuá trình cán, kéo và tạo hình có thể gây ra hiện tượng cứng hóa do biến dạng đáng kể, đặc biệt là ở một số loại thép austenit.
Xử lý nhiệt thích hợp có thể dẫn đến sự tái kết tinh của cấu trúc bị biến dạng. Tuy nhiên, đối với thép không gỉ, các thông số quy trình phải được lựa chọn có tính đến mác thép cụ thể và các hiện tượng khác có thể xảy ra trong quá trình nung nóng. Do đó, không nên sử dụng một phạm vi nhiệt độ chung duy nhất cho tất cả các loại thép không gỉ.

Những yếu tố nào ảnh hưởng đến kích thước hạt sau quá trình tái kết tinh?

Kích thước hạt đạt được sau quá trình xử lý có tác động đáng kể đến các tính chất cuối cùng của vật liệu. Nó chủ yếu bị ảnh hưởng bởi:

• mức độ nghiền trước đó,
• kích thước hạt trước khi biến dạng,
• nhiệt độ ủ,
• thời gian làm nóng,
• thành phần hóa học,
• Sự hiện diện của các kết tủa ức chế sự chuyển động của ranh giới hạt.

Sự kết hợp không phù hợp giữa tốc độ biến dạng thấp và điều kiện ủ có thể dẫn đến sự hình thành hạt thô. Do đó, mức độ biến dạng trước đó là một thông số quy trình quan trọng không kém gì chính nhiệt độ.

Các lỗi thường gặp nhất trong quá trình ủ tái kết tinh

• Nhiệt độ quá thấp hoặc thời gian quá ngắn – Quá trình kết tinh lại có thể không hoàn toàn.
• Nhiệt độ quá cao – Sau khi quá trình kết tinh lại hoàn tất, hiện tượng tăng trưởng hạt quá mức có thể xảy ra.
• Thời gian làm nóng quá lâu – làm tăng nguy cơ nảy mầm và kéo dài quá trình một cách không cần thiết.
• Không tính đến mức độ nghiền nát. – có thể dẫn đến việc lựa chọn thông số không chính xác.
• Coi nhiệt độ kết tinh lại là một giá trị không đổi. – Bỏ qua ảnh hưởng của thời gian, thành phần và tình trạng của vật liệu.
• Nhầm lẫn giữa quá trình kết tinh lại và quá trình giảm ứng suất – Cả hai quá trình đều có mục tiêu khác nhau và tác động khác nhau lên cấu trúc vi mô.

Ưu điểm của quá trình ủ tái kết tinh

• Loại bỏ phần lớn các tác động của hiện tượng hóa bền do biến dạng,
• Khôi phục tính dẻo của vật liệu,
• Giảm độ cứng sau khi gia công nguội.
• cho phép cán, kéo hoặc tạo hình thêm.
• Sự hình thành các hạt mới với mật độ lệch mạng thấp.
• Có thể được sử dụng như một công đoạn xử lý trung gian trong các quy trình công nghệ nhiều giai đoạn.

Những hạn chế của quá trình ủ tái kết tinh

• Quá trình này đòi hỏi vật liệu phải trải qua quá trình biến dạng trước đó, tạo ra năng lượng thúc đẩy quá trình tái kết tinh.
• Nhiệt độ phụ thuộc vào vật liệu và mức độ nghiền trước đó.
• Nhiệt độ hoặc thời gian quá lâu có thể gây ra hiện tượng hạt phát triển quá mức.
• Mức độ biến dạng quá nhỏ có thể gây khó khăn trong việc đạt được sự tái kết tinh mong muốn.
• Quá trình này loại bỏ hiện tượng tăng độ cứng do biến dạng nếu đó là kết quả cuối cùng cần đạt được.

Ứng dụng phương pháp ủ tái kết tinh

Quy trình này chủ yếu được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm định hình nguội. Nó có thể được sử dụng như cả công đoạn xử lý trung gian và công đoạn xử lý cuối cùng.

Typowe zastosowania obejmują:

• Tấm cán nguội,
• băng thép,
• dây kéo,
• thanh kéo nguội,
• Ống kéo nguội và giảm đường kính,
• các cấu hình được tạo hình nguội,
• các yếu tố được thiết kế để vẽ sâu,
• Sản phẩm bán thành phẩm cần trải qua nhiều giai đoạn biến dạng dẻo liên tiếp.

Ủ tái kết tinh – thông tin quan trọng nhất

Ủ tái kết tinh là một quy trình chủ yếu dành cho các vật liệu đã được làm cứng bằng phương pháp gia công nguội. Trong quá trình nung nóng, các quá trình phục hồi và tái kết tinh diễn ra luân phiên, và khi tiếp tục nung nóng, sự phát triển hạt có thể bắt đầu.
Bước quan trọng nhất là sự hình thành các hạt mới với mật độ lệch mạng thấp hơn đáng kể, thay thế cấu trúc bị biến dạng mạnh được tạo ra trong quá trình gia công nguội. Điều này dẫn đến giảm độ cứng và độ bền do hiện tượng hóa bền do biến dạng, đồng thời khôi phục lại độ dẻo.
Quá trình này đặc biệt quan trọng trong sản xuất các tấm, dải, dây, thanh, ống và hình dạng được gia công nguội. Nó có thể được thực hiện giữa các giai đoạn biến dạng liên tiếp hoặc như một công đoạn xử lý cuối cùng. Nhiệt độ và thời gian ủ phải được lựa chọn dựa trên loại vật liệu, thành phần hóa học, mức độ tôi cứng trước đó và kích thước hạt yêu cầu.

Các phương pháp xử lý nhiệt và nhiệt hóa học đối với thép

Ủ tái kết tinh chỉ là một trong số các quy trình được sử dụng để thay đổi cấu trúc vi mô và tính chất của thép. Tùy thuộc vào hiệu quả mong muốn, các quy trình như chuẩn hóa, giảm ứng suất, tôi cứng, ram và các quy trình nhiệt hóa học như thấm cacbon và thấm nitơ cũng được sử dụng.

Các phương pháp xử lý nhiệt thép

• Thép chuẩn hóa – Tinh luyện hạt và thống nhất cấu trúc vi mô.
• Ủ nhiệt giảm ứng suất – Giảm ứng suất dư.
• Sự mềm hóa thép – Giảm độ cứng và cải thiện khả năng gia công tiếp theo.
• Ủ hoàn toàn – Quá trình austenit hóa và làm nguội chậm.
• Ủ đẳng nhiệt – Quá trình chuyển hóa được thực hiện trong khi giữ ở nhiệt độ đã được lựa chọn phù hợp.
• Ủ bi – tạo hình cầu – Sự thay đổi về hình thái của xi măngit hoặc các cacbua khác.
• Ủ tái kết tinh – Loại bỏ tác động của sự nghiền nát và khôi phục tính dẻo.
• Ủ đồng nhất – Giảm thiểu sự phân tách và đồng nhất thành phần vật liệu.
• Tôi cứng và xử lý nhiệt – Điều chỉnh cấu trúc vi mô và tính chất bằng phương pháp tôi cứng và ram nhiệt.
• Thép tôi luyện – Điều chỉnh có kiểm soát các đặc tính của thép sau khi tôi cứng.
• Tôi cứng bằng cảm ứng – Gia nhiệt cảm ứng bề mặt và làm nguội nhanh.
• Tôi cứng bằng ngọn lửa – Làm cứng bề mặt sau khi nung nóng cục bộ bằng ngọn lửa.
• Quá bão hòa – Thu được dung dịch rắn siêu bão hòa bằng chu trình nhiệt thích hợp.
• Lão hóa – Sự phân tách pha được kiểm soát dẫn đến sự tăng cường độ bền vật liệu.

Các phương pháp xử lý nhiệt hóa học đối với thép

• Quá trình nitriding thép – Sự làm giàu nitơ ở lớp bề mặt bằng phương pháp khuếch tán.
• Thép cacbon hóa – Làm giàu bề mặt bằng phương pháp khuếch tán carbon.
• Cacbonit hóa – Làm giàu đồng thời lớp bề mặt bằng cacbon và nitơ.
• Nitrocacbon hóa / nitrocacbon hóa – Làm giàu lớp đất chủ yếu bằng nitơ và carbon.
• Khoan – Sự bão hòa khuếch tán của bề mặt với boron.
• Mạ crom khuếch tán – Sự làm giàu lớp bằng phương pháp khuếch tán crom.
• Mạ nhôm bằng phương pháp khuếch tán – Sự làm giàu bằng khuếch tán của lớp nhôm.