Vi siete mai chiesti come il processo nascosto del trattamento termico trasformi il comune acciaio al carbonio in un materiale versatile per le parti meccaniche? Questo blog si addentra nell'affascinante mondo del trattamento termico degli acciai #45 e 40Cr, rivelando come precisi processi di riscaldamento e raffreddamento possano migliorare significativamente la loro forza, tenacità e resistenza all'usura. Grazie alla comprensione di queste tecniche, scoprirete come componenti critici come gli ingranaggi e gli alberi raggiungono la loro notevole durata e le loro prestazioni. Preparatevi a conoscere la scienza che si cela dietro la forza dei macchinari di tutti i giorni!
Trattamento termico dell'acciaio: Si riferisce al processo di riscaldamento, conservazione del calore e raffreddamento dell'acciaio solido in modo appropriato per ottenere la struttura e le proprietà richieste.
Il trattamento termico può essere utilizzato non solo per rafforzare l'acciaio e migliorare le prestazioni di servizio delle parti meccaniche, ma anche per migliorare le prestazioni tecnologiche dell'acciaio.
Il punto in comune è che viene modificata solo la struttura organizzativa interna senza cambiare la forma e le dimensioni della superficie.
Il processo di trattamento termico può migliorare significativamente la proprietà meccaniche dell'acciaio, aumentano la forza, la tenacità e la durata dei componenti e migliorano la durezza e la resistenza all'usura.
Le parti di macchina e gli utensili più importanti devono essere trattati termicamente.
Il trattamento termico può anche migliorare le prestazioni di lavorazione del pezzo, migliorando così la produttività e la qualità della lavorazione.
Pertanto, il trattamento termico svolge un ruolo molto importante nell'industria della produzione di macchinari.
Prendiamo come esempio l'acciaio #45 e l'acciaio 40Cr.
Il rinvenimento ad alta temperatura dopo la tempra è chiamato "tempra e rinvenimento" nella produzione. I pezzi dopo la tempra e il rinvenimento hanno buone proprietà meccaniche complete e sono ampiamente utilizzati in varie parti strutturali importanti, in particolare bielle, bulloni, ingranaggi e alberi che lavorano sotto carico alternato.
Tuttavia, la durezza superficiale è bassa e non è resistente all'usura.
La durezza superficiale dei pezzi può essere migliorata mediante tempra e rinvenimento + tempra superficiale.
L'acciaio #45 è chiamato in GB, S45C in JIS, 1045080M46 in ASTM e C45 in DIN;
L'acciaio #45 è un acciaio strutturale al carbonio di alta qualità, con composizione chimica: contenuto di carbonio (C) pari a 0,42~0,50%, contenuto di Si pari a 0,17~0,37%, contenuto di Mn pari a 0,50~0,80%, contenuto di Cr<=0,25%.
Le prestazioni di lavorazione a freddo e a caldo sono buone, le prestazioni meccaniche sono buone, il prezzo è basso e la fonte è ampia, quindi è ampiamente utilizzata.
Il suo principale punto debole è che non si dovrebbero utilizzare pezzi con bassa temprabilità, grandi dimensioni di sezione e requisiti elevati.
La temperatura consigliata per il trattamento termico dell'acciaio #45: normalizzazione a 850℃, tempra a 840℃, rinvenimento a 600℃.
L'acciaio #45 è qualificato se la sua durezza è superiore a HRC55 (fino a HRC62) dopo la tempra e prima del rinvenimento.
La durezza massima nell'applicazione pratica è HRC55 (tempra ad alta frequenza HRC58).
Il processo di trattamento termico di carburazione e tempra non viene adottato per l'acciaio #45.
Tempra e rinvenimento dell'acciaio #45: la temperatura di tempra dell'acciaio #45 è A3+(30~50) ℃. Nel funzionamento pratico, in genere si adotta il limite superiore.
Una temperatura di tempra più elevata può accelerare la velocità di riscaldamento del pezzo, ridurre l'ossidazione superficiale e migliorare l'efficienza del lavoro.
Al fine di omogeneizzare il austenite del pezzo, è necessario un tempo di mantenimento sufficiente.
Se la quantità di carica effettiva è elevata, è necessario prolungare adeguatamente il tempo di mantenimento.
In caso contrario, la durezza potrebbe essere insufficiente a causa di un riscaldamento non uniforme.
Tuttavia, se il tempo di permanenza è troppo lungo, i difetti della grana grossa e la grave ossidazione decarburazione si verificherà anche un'alterazione della qualità dell'estinzione.
Riteniamo che il tempo di riscaldamento e di mantenimento debba essere prolungato di 1/5 se la quantità di carica è superiore a quella specificata nel documento di processo.
Poiché la temprabilità dell'acciaio #45 è bassa, è necessario utilizzare la soluzione salina 10% con un'elevata velocità di raffreddamento.
Dopo il raffreddamento in acqua, il pezzo deve essere temprato, ma non raffreddato.
Se il pezzo viene raffreddato in acqua salata, il pezzo potrebbe incrinarsi.
Questo perché quando il pezzo da lavorare viene raffreddato a circa 180 ℃, la austenite si trasforma rapidamente in martensite, con conseguenti sollecitazioni strutturali eccessive.
Pertanto, quando il pezzo temprato viene raffreddato rapidamente a questo intervallo di temperatura, è necessario adottare il metodo di raffreddamento lento.
Poiché la temperatura dell'acqua in uscita è difficile da controllare, deve essere gestita con l'esperienza. Quando il pezzo in acqua smette di agitarsi, l'acqua in uscita può essere raffreddata ad aria (se possibile, è meglio il raffreddamento ad olio).
Inoltre, il pezzo da lavorare deve muoversi anziché essere statico quando entra in acqua. Deve muoversi regolarmente in base alla forma geometrica del pezzo.
La statica mezzo di raffreddamento più il pezzo statico porterà a una durezza non uniforme e a sollecitazioni non uniformi, con conseguenti grandi deformazioni e persino cricche del pezzo.
La durezza di temprato e rinvenuto Le parti in acciaio #45 devono raggiungere HRC56~59, e la possibilità di sezione larga è inferiore, ma non può essere inferiore a HRC48.
In caso contrario, significa che il pezzo non è stato completamente temprato e che nella struttura può essere presente sorbite o addirittura ferrite, ancora trattenuta nella matrice dopo il rinvenimento, e che non è possibile raggiungere lo scopo della tempra e del rinvenimento.
La tempra ad alta temperatura dell'acciaio #45 dopo la tempra, la temperatura di riscaldamento è di solito 560~600 ℃ e il requisito di durezza è HRC22~34.
Poiché lo scopo del rinvenimento è quello di ottenere proprietà meccaniche complete, l'intervallo di durezza è relativamente ampio.
Tuttavia, se il disegno ha requisiti di durezza, la temperatura di rinvenimento deve essere regolata in base ai requisiti del disegno per garantire la durezza.
Ad esempio, alcune parti dell'albero richiedono un'elevata resistenza e durezza;
Tuttavia, per alcuni ingranaggi e parti di alberi con chiavette, i requisiti di durezza sono inferiori a causa della fresatura e della scanalatura dopo la tempra.
Il tempo di conservazione del calore di rinvenimento dipende dai requisiti di durezza e dalle dimensioni del pezzo.
Riteniamo che la durezza dopo il rinvenimento dipenda dalla temperatura di rinvenimento e abbia una scarsa relazione con il tempo di rinvenimento, ma deve essere penetrata indietro.
In genere, il tempo di conservazione del calore di rinvenimento del pezzo è superiore a un'ora.
Se l'acciaio #45 viene utilizzato per la carburazione, è duro e fragile. martensite dopo la tempra, nel nucleo apparirà un'ombra e i vantaggi del trattamento di carburazione andranno perduti.
Attualmente, il contenuto di carbonio dei materiali carbonizzati non è elevato, e la resistenza del nucleo può raggiungere valori molto elevati da 0,30%, che sono rari nell'applicazione.
0,35% non hanno mai visto esempi, ma solo introdotti nei libri di testo.
È possibile adottare il processo di tempra e rinvenimento + tempra superficiale ad alta frequenza, e la resistenza all'usura è leggermente peggiore di quella della cementazione.
Il 40Cr appartiene alla categoria GB3077 "Acciaio strutturale legato".
Il contenuto di carbonio dell'acciaio 40Cr è 0,37% ～ 0,44%, leggermente inferiore a quello dell'acciaio #45. Il contenuto di Si e Mn è equivalente, con 0,80% ～ 1,10% Cr.
Nel caso della fornitura di laminazione a caldo, il Cr 1% sostanzialmente non funziona e le proprietà meccaniche dei due prodotti sono più o meno le stesse.
Poiché il prezzo del 40Cr è circa la metà di quello dell'acciaio #45, non è necessario per coloro che possono utilizzare l'acciaio #45 per motivi economici.
Trattamento di tempra e rinvenimento dell'acciaio 40Cr: Il ruolo principale del Cr nel trattamento termico è quello di migliorare la temprabilità dell'acciaio.
Grazie al miglioramento della temprabilità, anche la resistenza, la durezza, la tenacità all'urto e altre proprietà meccaniche del 40Cr dopo il trattamento di tempra (o rinvenimento) sono significativamente superiori a quelle dell'acciaio #45.
Tuttavia, a causa della forte temprabilità, la stress interno del 40Cr durante la tempra è maggiore di quello dell'acciaio #45.
Nelle stesse condizioni, anche l'inclinazione delle cricche del materiale 40Cr è maggiore di quella dell'acciaio #45.
Pertanto, per evitare la criccatura dei pezzi, durante la tempra del 40Cr si utilizza prevalentemente olio a bassa conducibilità termica come mezzo di tempra (a volte si utilizza anche il metodo di tempra a doppio liquido, comunemente noto come spegnimento in acqua e raffreddamento ad olio), mentre l'acqua ad alta conducibilità termica viene utilizzata come mezzo di tempra per l'acciaio 45Cr.
Naturalmente, la scelta dell'acqua e dell'olio non è assoluta ed è strettamente legata alla forma del pezzo.
La tempra in acqua può essere utilizzata anche per pezzi in 40Cr con forme semplici, mentre tempra dell'olio o anche il bagno di sale può essere utilizzato per i pezzi in acciaio #45 con forme complesse.
Per la tempra e il rinvenimento del pezzo in 40Cr, nella scheda di processo sono specificati diversi parametri.
La nostra esperienza nel funzionamento effettivo è la seguente:
(1) Il raffreddamento in olio deve essere adottato per i pezzi in 40Cr dopo la tempra.
L'acciaio 40Cr ha una buona temprabilità, può essere bonificato quando raffreddato in olio e la tendenza alla deformazione e alla fessurazione dei pezzi da lavorare è ridotta.
Tuttavia, in caso di scarsa disponibilità di olio, le piccole imprese possono raffreddare in acqua il pezzo di forma semplice senza che si verifichino cricche, ma l'operatore deve controllare rigorosamente la temperatura dell'acqua in entrata e in uscita in base all'esperienza.
(2) La durezza del pezzo in 40Cr è ancora elevata dopo il rinvenimento e la seconda temperatura di rinvenimento aumenterà di 20~50 ℃, altrimenti è difficile ridurre la durezza.
(3) Dopo il rinvenimento ad alta temperatura, i pezzi di 40Cr con forme complesse sono raffreddati in olio e semplicemente raffreddati in acqua per evitare l'impatto del secondo tipo di fragilità da tempra.
I pezzi dopo il rinvenimento e il raffreddamento rapido devono essere sottoposti a un trattamento di distensione, se necessario.
La durezza massima dell'acciaio a medio tenore di carbonio dopo il trattamento termico è di circa HRC55 (HB538), σb è 600~1100MPa.
Pertanto, l'acciaio a medio tenore di carbonio è il più utilizzato in varie applicazioni con un livello di resistenza medio.
Oltre ad essere utilizzato come materiale da costruzione, è anche ampiamente utilizzato nella produzione di varie parti meccaniche.
Finché l'acciaio a medio tenore di carbonio ha una temperatura e un tempo di mantenimento sufficienti, è generalmente possibile raggiungere questo valore di durezza, mentre è impossibile se non si deforma.
Il primo è quello di avere un'indennità di lavorazione, e quindi utilizzare una rettificatrice per la lavorazione, e il secondo è quello di tempra superficiale.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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