در طول عملیات حرارتی آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم، معمولاً با مشکلات مختلفی روبرو می‌شویم، مانند:
- قرارگیری نامناسب قطعه: این امر می‌تواند منجر به تغییر شکل قطعه شود، که اغلب به دلیل حذف ناکافی گرما توسط محیط کوئنچ با سرعت کافی برای دستیابی به خواص مکانیکی مطلوب است.
-گرمایش سریع: این می‌تواند منجر به تغییر شکل حرارتی شود؛ قرارگیری صحیح قطعه به تضمین گرمایش یکنواخت کمک می‌کند.
-گرمایش بیش از حد: این می‌تواند منجر به ذوب جزئی یا ذوب یوتکتیک شود.
- پوسته پوسته شدن سطح/اکسیداسیون در دمای بالا.
- عملیات پیرسازی بیش از حد یا ناکافی، که هر دو می‌توانند منجر به از دست رفتن خواص مکانیکی شوند.
- نوسانات در پارامترهای زمان/دما/کوئینچ که می‌تواند باعث ایجاد انحراف در خواص مکانیکی و/یا فیزیکی بین قطعات و دسته‌ها شود.
علاوه بر این، یکنواختی دمایی ضعیف، زمان عایق‌بندی ناکافی و خنک‌سازی ناکافی در طول عملیات حرارتی انحلالی، همگی می‌توانند در نتایج ناکافی نقش داشته باشند.
عملیات حرارتی یک فرآیند حرارتی حیاتی در صنعت آلومینیوم است، بیایید به دانش مرتبط بیشتری بپردازیم.
۱. پیش تصفیه
فرآیندهای پیش‌عملیاتی که ساختار را بهبود می‌بخشند و قبل از کوئنچ تنش‌زدایی می‌کنند، برای کاهش اعوجاج مفید هستند. پیش‌عملیات معمولاً شامل فرآیندهایی مانند آنیل کروی کردن و آنیل تنش‌زدایی است و برخی نیز کوئنچ و تمپر یا عملیات نرماله کردن را انجام می‌دهند.
آنیل تسکین تنشتنش‌های پسماند در حین ماشینکاری می‌توانند به دلیل عواملی مانند روش‌های ماشینکاری، درگیری ابزار و سرعت برش ایجاد شوند. توزیع ناهموار این تنش‌ها می‌تواند منجر به اعوجاج در حین کوئنچ شود. برای کاهش این اثرات، آنیل تنش‌زدایی قبل از کوئنچ ضروری است. دمای آنیل تنش‌زدایی معمولاً ۵۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتیگراد است. هنگام حرارت دادن در محیط هوا، از دمای ۵۰۰ تا ۵۵۰ درجه سانتیگراد با زمان نگهداری ۲ تا ۳ ساعت برای جلوگیری از اکسیداسیون و کربن‌زدایی استفاده می‌شود. اعوجاج قطعه به دلیل وزن خود باید در حین بارگیری در نظر گرفته شود و سایر مراحل مشابه آنیل استاندارد است.
عملیات پیش گرم برای بهبود ساختاراین شامل آنیل کروی کردن، کوئنچ و تمپر کردن و عملیات نرماله کردن می‌شود.
-آنیل کرویساختار بدست آمده پس از عملیات حرارتی آنیل کروی که برای فولاد ابزار کربنی و فولاد ابزار آلیاژی ضروری است، به طور قابل توجهی بر روند اعوجاج در حین کوئنچ تأثیر می‌گذارد. با تنظیم ساختار پس از آنیل، می‌توان اعوجاج منظم را در حین کوئنچ کاهش داد.
-سایر روش‌های پیش تصفیهروش‌های مختلفی برای کاهش اعوجاج کوئنچینگ وجود دارد، مانند کوئنچ و تمپر کردن، عملیات نرماله کردن. انتخاب پیش‌عملیات‌های مناسب مانند کوئنچ و تمپر کردن، عملیات نرماله کردن بر اساس علت اعوجاج و جنس قطعه می‌تواند به طور مؤثر اعوجاج را کاهش دهد. با این حال، احتیاط در مورد تنش‌های پسماند و افزایش سختی پس از تمپر کردن ضروری است، به خصوص عملیات کوئنچ و تمپر کردن می‌تواند انبساط در حین کوئنچینگ را برای فولادهای حاوی تنگستن و منگنز کاهش دهد، اما تأثیر کمی در کاهش تغییر شکل برای فولادهایی مانند GCr15 دارد.
در تولید عملی، شناسایی علت اعوجاج کوئنچ، چه به دلیل تنش‌های پسماند باشد و چه به دلیل ساختار ضعیف، برای درمان مؤثر ضروری است. برای اعوجاج ناشی از تنش‌های پسماند، باید عملیات حرارتی آنیل تنش‌زدایی انجام شود، در حالی که عملیات‌هایی مانند تمپر کردن که ساختار را تغییر می‌دهند ضروری نیستند و برعکس. تنها در این صورت می‌توان به هدف کاهش اعوجاج کوئنچ برای کاهش هزینه‌ها و تضمین کیفیت دست یافت.
۲. عملیات گرمایش کوئنچ
دمای فرونشانیدمای کوئنچ به طور قابل توجهی بر اعوجاج تأثیر می‌گذارد. ما می‌توانیم با تنظیم دمای کوئنچ به هدف کاهش تغییر شکل دست یابیم، یا مقدار مجاز ماشینکاری رزرو شده همان دمای کوئنچ باشد تا به هدف کاهش تغییر شکل دست یابیم، یا مقدار مجاز ماشینکاری و دمای کوئنچ پس از آزمایش‌های عملیات حرارتی را به طور معقول انتخاب و رزرو کنیم تا مقدار مجاز ماشینکاری بعدی کاهش یابد. تأثیر دمای کوئنچ بر تغییر شکل کوئنچ نه تنها به ماده مورد استفاده در قطعه کار مربوط می‌شود، بلکه به اندازه و شکل قطعه کار نیز مربوط می‌شود. هنگامی که شکل و اندازه قطعه کار بسیار متفاوت است، اگرچه ماده قطعه کار یکسان است، روند تغییر شکل کوئنچ کاملاً متفاوت است و اپراتور باید در تولید واقعی به این وضعیت توجه کند.
زمان نگهداری کوئنچینگانتخاب زمان نگهداری نه تنها گرمایش کامل و دستیابی به سختی یا خواص مکانیکی مطلوب پس از کوئنچ را تضمین می‌کند، بلکه تأثیر آن بر اعوجاج را نیز در نظر می‌گیرد. افزایش زمان نگهداری کوئنچ اساساً دمای کوئنچ را افزایش می‌دهد، به خصوص برای فولاد پر کربن و پر کروم.
روش‌های بارگذاریاگر قطعه کار در حین گرم کردن به شکل نامناسبی قرار گیرد، باعث تغییر شکل ناشی از وزن قطعه کار یا تغییر شکل ناشی از اکستروژن متقابل بین قطعات کار یا تغییر شکل ناشی از گرم و سرد شدن ناهموار به دلیل روی هم چیدن بیش از حد قطعات کار خواهد شد.
روش گرمایشبرای قطعات با شکل پیچیده و ضخامت متغیر، به ویژه قطعاتی که دارای کربن و عناصر آلیاژی بالایی هستند، یک فرآیند گرمایش آهسته و یکنواخت بسیار مهم است. استفاده از پیش گرمایش اغلب ضروری است و گاهی اوقات نیاز به چندین چرخه پیش گرمایش دارد. برای قطعات بزرگتر که از طریق پیش گرمایش به طور موثر تحت عملیات حرارتی قرار نمی‌گیرند، استفاده از کوره مقاومتی جعبه‌ای با گرمایش کنترل شده می‌تواند اعوجاج ناشی از گرمایش سریع را کاهش دهد.
۳. عملیات خنک‌سازی
تغییر شکل کوئنچ در درجه اول ناشی از فرآیند خنک‌کاری است. انتخاب مناسب محیط کوئنچ، عملیات ماهرانه و هر مرحله از فرآیند خنک‌کاری مستقیماً بر تغییر شکل کوئنچ تأثیر می‌گذارد.
انتخاب محیط کوئنچینگ: ضمن اطمینان از سختی مطلوب پس از کوئنچ، برای به حداقل رساندن اعوجاج، باید از محیط‌های کوئنچ ملایم‌تر استفاده شود. استفاده از محیط‌های حمام گرم برای خنک‌کاری (برای تسهیل صاف کردن در حالی که قطعه هنوز داغ است) یا حتی خنک‌کاری با هوا توصیه می‌شود. محیط‌هایی با سرعت خنک‌کاری بین آب و روغن نیز می‌توانند جایگزین محیط‌های دوگانه آب-روغن شوند.
— کوئنچ با خنک‌کننده هواکوئنچ با خنک‌کننده هوا برای کاهش تغییر شکل کوئنچ در فولاد تندبر، فولاد قالب کرومی و فولاد ریزتغییرشکل با خنک‌کننده هوا مؤثر است. برای فولاد 3Cr2W8V که پس از کوئنچ به سختی بالایی نیاز ندارد، می‌توان با تنظیم صحیح دمای کوئنچ، از کوئنچ در هوا نیز برای کاهش تغییر شکل استفاده کرد.
- خنک‌سازی و کوئنچ روغنروغن یک محیط کوئنچ با سرعت خنک‌کنندگی بسیار پایین‌تر از آب است، اما برای قطعات کاری با سختی‌پذیری بالا، اندازه کوچک، شکل پیچیده و تمایل به تغییر شکل زیاد، سرعت خنک‌کنندگی روغن بسیار بالا است، اما برای قطعات کاری با اندازه کوچک اما سختی‌پذیری ضعیف، سرعت خنک‌کنندگی روغن کافی نیست. به منظور حل تناقضات فوق و استفاده کامل از کوئنچ روغن برای کاهش تغییر شکل کوئنچ قطعات، روش‌هایی برای تنظیم دمای روغن و افزایش دمای کوئنچ برای افزایش استفاده از روغن اتخاذ شده است.
— تغییر دمای روغن کوئنچاستفاده از دمای روغن یکسان برای کوئنچ کردن به منظور کاهش تغییر شکل کوئنچ، همچنان مشکلات زیر را به همراه دارد، یعنی وقتی دمای روغن پایین است، تغییر شکل کوئنچ هنوز زیاد است و وقتی دمای روغن بالا است، اطمینان از سختی قطعه کار پس از کوئنچ دشوار است. تحت تأثیر ترکیبی شکل و جنس برخی از قطعات کار، افزایش دمای روغن کوئنچ نیز ممکن است تغییر شکل آن را افزایش دهد. بنابراین، تعیین دمای روغن روغن کوئنچ پس از گذراندن آزمایش با توجه به شرایط واقعی جنس قطعه کار، اندازه و شکل مقطع آن بسیار ضروری است.
هنگام استفاده از روغن داغ برای کوئنچ، برای جلوگیری از آتش‌سوزی ناشی از دمای بالای روغن ناشی از کوئنچ و خنک‌سازی، باید تجهیزات آتش‌نشانی لازم در نزدیکی مخزن روغن نصب شود. علاوه بر این، شاخص کیفیت روغن کوئنچ باید به طور منظم آزمایش شود و روغن جدید باید به موقع دوباره پر یا تعویض شود.
- افزایش دمای خنک‌سازیاین روش برای قطعات فولادی کربنی با مقطع کوچک و قطعات فولادی آلیاژی کمی بزرگتر که پس از گرم کردن و حفظ حرارت در دماهای کوئنچ معمولی و کوئنچ در روغن، نمی‌توانند الزامات سختی را برآورده کنند، مناسب است. با افزایش مناسب دمای کوئنچ و سپس کوئنچ در روغن، می‌توان به اثر سخت شدن و کاهش تغییر شکل دست یافت. هنگام استفاده از این روش برای کوئنچ، باید مراقب بود تا از مشکلاتی مانند درشت شدن دانه، کاهش خواص مکانیکی و عمر مفید قطعه کار به دلیل افزایش دمای کوئنچ جلوگیری شود.
—طبقه‌بندی و آستمپر کردن: هنگامی که سختی کوئنچ می‌تواند الزامات طراحی را برآورده کند، طبقه‌بندی و آستمپر کردن محیط حمام گرم باید به طور کامل برای دستیابی به هدف کاهش تغییر شکل کوئنچ مورد استفاده قرار گیرد. این روش همچنین برای فولاد ساختاری کربنی با مقطع کوچک و فولاد ابزار با سختی‌پذیری کم، به ویژه فولاد قالب حاوی کروم و قطعات فولادی تندبر با سختی‌پذیری بالا موثر است. طبقه‌بندی محیط حمام گرم و روش خنک‌سازی آستمپر کردن، روش‌های اساسی کوئنچ برای این نوع فولاد هستند. به طور مشابه، برای آن دسته از فولادهای کربنی و فولادهای ساختاری کم آلیاژ که به سختی کوئنچ بالایی نیاز ندارند نیز موثر است.
هنگام رفع خستگی با حمام آب گرم، باید به موارد زیر توجه شود:
اول، هنگامی که از حمام روغن برای درجه‌بندی و کوئنچ ایزوترمال استفاده می‌شود، دمای روغن باید به شدت کنترل شود تا از وقوع آتش‌سوزی جلوگیری شود.
دوم، هنگام کوئنچ با نمک‌های نیترات، مخزن نمک نیترات باید به ابزار لازم و دستگاه‌های خنک‌کننده آب مجهز باشد. برای سایر اقدامات احتیاطی، لطفاً به اطلاعات مربوطه مراجعه کنید و در اینجا آنها را تکرار نمی‌کنم.
سوم، دمای ایزوترمال باید در طول کوئنچ ایزوترمال به شدت کنترل شود. دمای بالا یا پایین برای کاهش تغییر شکل کوئنچ مفید نیست. علاوه بر این، در طول آستمپرینگ، روش آویزان کردن قطعه کار باید طوری انتخاب شود که از تغییر شکل ناشی از وزن قطعه کار جلوگیری شود.
چهارم، هنگام استفاده از کوئنچ ایزوترمال یا درجه‌بندی‌شده برای اصلاح شکل قطعه کار در حالی که داغ است، ابزار و وسایل باید کاملاً مجهز باشند و عمل در حین کار باید سریع باشد. از اثرات نامطلوب بر کیفیت کوئنچ قطعه کار جلوگیری کنید.
عملیات خنک سازیعملیات ماهرانه در طول فرآیند خنک‌کاری، تأثیر قابل توجهی بر تغییر شکل کوئنچ دارد، به خصوص هنگامی که از واسطه‌های کوئنچ آب یا روغن استفاده می‌شود.
- جهت صحیح ورود محیط کوئنچمعمولاً قطعات کار متقارن متعادل یا میله‌ای شکل کشیده باید به صورت عمودی در محیط سرد شوند. قطعات نامتقارن را می‌توان با زاویه سرد کرد. جهت صحیح با هدف اطمینان از خنک شدن یکنواخت در تمام قطعات انجام می‌شود، به طوری که ابتدا نواحی خنک‌کننده کندتر وارد محیط سرد شوند و سپس بخش‌های خنک‌کننده سریع‌تر. در عمل، توجه به شکل قطعه کار و تأثیر آن بر سرعت خنک شدن بسیار حیاتی است.
- حرکت قطعات کار در محیط کوئنچقطعاتی که به آرامی خنک می‌شوند باید رو به محیط کوئنچ باشند. قطعات با شکل متقارن باید مسیری متعادل و یکنواخت را در محیط کوئنچ دنبال کنند و دامنه کوچک و حرکت سریعی داشته باشند. برای قطعات نازک و کشیده، پایداری در حین کوئنچ بسیار مهم است. از تاب خوردن خودداری کنید و برای کنترل بهتر، استفاده از گیره را به جای اتصال سیمی در نظر بگیرید.
سرعت کوئنچقطعات کار باید به سرعت کوئنچ شوند. به ویژه برای قطعات نازک و میله‌ای شکل، سرعت‌های کوئنچ پایین‌تر می‌تواند منجر به افزایش تغییر شکل خمشی و تفاوت در تغییر شکل بین بخش‌های کوئنچ شده در زمان‌های مختلف شود.
-خنک کننده کنترل شدهبرای قطعات کاری که تفاوت‌های قابل توجهی در اندازه سطح مقطع دارند، بخش‌هایی که سریع‌تر خنک می‌شوند را با موادی مانند طناب آزبست یا ورق‌های فلزی محافظت کنید تا سرعت خنک شدن آنها کاهش یابد و خنک شدن یکنواخت حاصل شود.
زمان خنک شدن در آببرای قطعات کاری که عمدتاً به دلیل تنش ساختاری تغییر شکل می‌دهند، زمان خنک شدن آنها در آب را کوتاه کنید. برای قطعات کاری که عمدتاً به دلیل تنش حرارتی تغییر شکل می‌دهند، زمان خنک شدن آنها در آب را افزایش دهید تا تغییر شکل کوئنچ کاهش یابد.
ویرایش شده توسط می جیانگ از MAT Aluminum
زمان ارسال: ۲۱ فوریه ۲۰۲۴
