In che modo i processi produttivi combinano calore e pressione per creare materiali di qualità superiore? Il trattamento termomeccanico, un metodo che combina deformazione e trattamento termico, migliora le proprietà meccaniche e fa risparmiare energia. Questo articolo esplora 36 tipi di processi termomeccanici, evidenziando tecniche come la tempra a caldo e la tempra per laminazione, e le loro applicazioni per migliorare la resistenza e la durata di vari prodotti in acciaio. Dalle frese a forare alle barre rinforzate, scoprite come questi processi trasformano le prestazioni e l'efficienza dei materiali.
Il processo di trattamento termico di deformazione viene comunemente definito "trattamento termomeccanico".
Nel campo della produzione di macchinari, la combinazione di tecniche di lavorazione a pressione (come la laminazione, la forgiatura e la laminazione) e di trattamenti termici può portare a un rinforzo lineare e termico, con proprietà meccaniche complete che non possono essere ottenute con un solo metodo di rinforzo.
Questo processo di rinforzo combinato viene definito trattamento termomeccanico.
Oltre a fornire proprietà meccaniche eccezionali, il trattamento termomeccanico elimina anche la necessità di riscaldare ad alta temperatura durante il trattamento termico, con un notevole risparmio energetico, un minore utilizzo di apparecchiature di riscaldamento e di spazio in officina e una riduzione dei difetti del trattamento termico, come l'ossidazione del materiale, la decarburazione e la distorsione.
Pertanto, il processo di trattamento termomeccanico non solo fornisce eccellenti effetti di rinforzo, ma offre anche significativi vantaggi economici.
A titolo di riferimento, si elencano i seguenti 36 esempi di metodi di trattamento termomeccanico.
Un alesatore con diametro del corpo della fresa di 4 mm, diametro della testa di 6 mm e lunghezza totale di 40 mm viene temprato immediatamente dopo la forgiatura e temprato subito dopo. Il risultato è un aumento della durata di taglio di oltre 30% rispetto ai trattamenti convenzionali.
Un auto-utilizzo utensile di tornitura in acciaio M2 di una fabbrica nazionale di macchine utensili elettriche viene temprato in olio subito dopo la forgiatura e rinvenuto a 550°C. Ciò consente di ottenere una durata di vita superiore di oltre una volta a quella degli utensili da tornio in commercio.
L'acciaio 9341 a 12 piazze per l'autoconsumo utensile di tornitura dell'azienda Jialong è raffreddato a olio dopo la forgiatura libera, con conseguente durata relativamente lunga.
La forgiatura a caldo processo di tempra per un martello frantoio di 355 mm x 98 mm x 33 mm in acciaio 65Mn è la seguente:
La temperatura iniziale di forgiatura è di 1050°C e la temperatura finale di forgiatura varia da 840°C a 860°C. Dopo la forgiatura finale, il martello deve essere lasciato raffreddare all'aria per 2 o 3 secondi, quindi raffreddato in acqua corrente. Quindi deve essere temprato a una temperatura compresa tra 180°C e 200°C, ottenendo una durezza superficiale di 50-55 HRC entro 10 mm dalla superficie.
Questo processo di tempra a caldo aumenta la durata del martello di oltre 50% rispetto al trattamento termico convenzionale.
Una chiave a bussola in acciaio 40Cr di una fabbrica nazionale di utensili per ferramenta utilizza la tempra di forgiatura invece della tradizionale spegnimento in bagno di sale. Questo metodo non solo è efficiente dal punto di vista energetico ed ecologico, ma produce anche risultati di alta qualità.
Lo scalpello in acciaio 55MnSi viene forgiato utilizzando un martello pneumatico da 2500N e uno stampo specializzato. La temperatura ottimale per la deformazione è compresa tra 920 e 950℃, con un tasso di deformazione di circa 75%. La temperatura finale di forgiatura è di circa 900℃.
Per mantenere la durezza e la tenacità ottimali, il pezzo deve essere rapidamente raffreddato in acqua e in olio entro 30 secondi dalla deformazione (in base al colore della superficie del pezzo). Lo scalpello deve poi essere temperato a una temperatura compresa tra 220 e 270℃.
Dopo essere stato sottoposto a trattamento termomeccanico, lo scalpello presenta una durezza e una tenacità migliori, con conseguente maggiore durata.
Il grezzo di acciaio CrMn di 230 mm x 120 mm, del peso di circa 40 kg, viene forgiato in barre quadrate di 90 mm x 90 mm x 600 mm. La tranciatura viene quindi eseguita in base alle dimensioni del calibro dell'anello.
Il pezzo grezzo viene riscaldato a una temperatura compresa tra 1050 e 1150 ℃ con un adeguato isolamento. Sarà quindi sottoposto a una rapida formatura per estrusione nella zona di deformazione ad alta temperatura.
La variazione di forma sarà compresa tra 35% e 40%, con una temperatura finale di forgiatura compresa tra 920 e 900 ℃.
Subito dopo la forgiatura, la barra quadrata viene raffreddata in olio a una temperatura di 40-70 ℃ per 40-60 secondi.
Dopo il raffreddamento ad aria a circa 100 ℃, la barra quadrata viene temprata.
La durezza superficiale del calibro ad anello deve essere ≥62HRC.
La temperatura iniziale di forgiatura varia da 1070 a 1150°C, mentre la temperatura finale di forgiatura è fissata a 850°C. La variabile di deformazione va da 35% a 75%. La temperatura di rinvenimento può variare da 200 a 350°C.
Rispetto al riscaldamento e allo spegnimento in un forno a camera stagna a bagno di sale, la resistenza è aumentata di circa 30% e la resistenza all'usura è aumentata da 26% a 30%.
La temperatura di deformazione varia da 930 a 970°C, con una variabile di deformazione di 30%. Il raffreddamento avviene con olio e la temperatura di rinvenimento varia da 150 a 180°C.
Rispetto ai metodi di trattamento termico convenzionali, questo processo determina un aumento della resistenza di quasi 20% e un aumento della durata della fatica di contatto di 23%.
La temperatura iniziale di forgiatura è compresa tra 1150 e 1180℃ con forgiatura a battistrada e il tempo di deformazione è compreso tra 13 e 17 secondi, con un tasso di deformazione di circa 40%.
Successivamente, il pezzo viene immediatamente rifilato su una pressa a manovella da 2150N, seguito da un'immediata tempra (a questo punto la temperatura del pezzo è compresa tra 900 e 950℃) e poi temperato a 650℃.
Quando si lavorano sfere di acciaio 45Mn2 con un diametro compreso tra 70 e 100 mm, la temperatura iniziale di forgiatura deve essere di circa 1200°C. La temperatura finale di forgiatura deve essere mantenuta tra 1000°C e 1050°C.
Il tempo di pre-raffreddamento appropriato dopo spegnimento in acqua può essere selezionato in base alle specifiche della sfera d'acciaio. Temperando le sfere di acciaio a una temperatura compresa tra 150°C e 180°C si otterrà una durezza superficiale di almeno 57 HRC, con una profondità dello strato indurito di oltre 20 mm e una durezza superiore a 50 HRC. Questo soddisfa i requisiti per le sfere d'acciaio di grandi dimensioni.
La temperatura di riscaldamento a induzione a frequenza intermedia è compresa tra 1100°C e 1200°C. Durante il processo di forgiatura a rulli, dall'inizio della deformazione fino a 20 secondi prima dello spegnimento, la deformazione delle varie parti del vomere varia da 56% a 83%. Dopo la deformazione, la densità del calore di tempra è compresa tra 1,30g/cm3 a 1,35 g/cm3 in una soluzione acquosa di CaCl2.
Dopo la tempra, il vomere viene rinvenuto a una temperatura compresa tra 460°C e 480°C per 3 ore, ottenendo una durezza compresa tra 40 e 45 HRC.
Rispetto al tradizionale processo di trattamento termico dei vomeri, il numero di cicli di riscaldamento è stato ridotto da 4 o 5 volte a due sole volte, con un aumento dell'efficienza produttiva di circa 4 volte. La qualità del prodotto soddisfa requisiti di prim'ordine, con notevoli vantaggi economici.
Per il Acciaio 40Cr Lo snodo dello sterzo con un diametro di 60 mm viene forgiato riscaldandolo a una temperatura compresa tra 1150 e 1200℃. La temperatura finale di forgiatura viene poi ridotta a 900-850℃ e si procede al raffreddamento in olio. Lo snodo viene temperato a una temperatura di 600℃ per 2 ore.
L'utilizzo del calore di scarto del processo di forgiatura per la tempra non solo consente di risparmiare energia e ridurre i costi, ma migliora anche in modo significativo la struttura organizzativa e l'efficienza del processo. prestazioni del materialesoprattutto in termini di resistenza agli urti, un aspetto cruciale per la sicurezza degli autoveicoli.
Le dimensioni complessive della matrice sono 70 mm x 20 mm x 10 mm.
Ci sono 20 piccoli fori sul piano di 20 mm di larghezza, con diametri di 1,5 mm, 2,5 mm e 3 mm. Questi fori richiedono un trattamento termico con una tolleranza di spaziatura di ±0,006 mm, una planarità inferiore a 0,01 mm e una durezza compresa tra 56 e 60HRC.
A causa della forte segregazione dei carburi eutettici nell'acciaio Cr12MoV, esiste un rischio significativo di cricche dopo la laminazione delle billette. Il materiale è ancora distribuito in strisce lungo la direzione di laminazione, mentre il nucleo è distribuito in maglie, blocchi e pali, che diventano concentrazioni di stress e fonti di cricche. Ciò comporta un'anisotropia del materiale e una maggiore distorsione da trattamento termico.
La deformazione termica di forgiatura è una soluzione migliore per affrontare questi problemi.
Il processo specifico è il seguente:
L'intervallo di temperatura iniziale di forgiatura è compreso tra 1050°C e 1160°C, con un intervallo di temperatura finale di forgiatura compreso tra 850°C e 950°C.
Il materiale viene sottoposto a raffreddamento in olio a caldo, seguito da due processi di rinvenimento a 780°C per 3 ore ciascuno.
La struttura metallografica finale è costituita da martensite, bainite inferiore, polvere di carburo dispersa e piccole quantità di residui. austenite.
Il volume specifico è simile a quello della sorbite temperata termicamente.
Le micro-deformazioni non richiedono la raddrizzatura dopo il trattamento termico e tutte le distorsioni soddisfano i requisiti tecnici con una durezza compresa tra 58 e 60 HRC e un tasso qualificato di 99,99%.
Questo processo di trattamento termico garantisce un'elevata resistenza al calore, durezza termica, resistenza all'usura e una lunga durata dello stampo.
Esempi di tempra con calore residuo di forgiatura e rinvenimento ad alta temperatura sono gli stampi per trafilatura esagonale, stampi per imbutiturae stampi per la punzonatura a freddo, tra gli altri, ma non sono menzionati in questa sede.
Oggetti e utensili metallici vari, come chiavi, cacciaviti, pinze e forbici, sono stati tra i primi a essere temprati grazie al calore residuo generato durante la forgiatura. Questo può essere considerato il primo prototipo di trattamento termomeccanico.
I pezzi sono stati riscaldati e poi raffreddati in un forno a coke, dove è stato osservato il colore del fuoco, un processo noto come forgiatura in linea. Alcuni hanno richiesto più cicli di riscaldamento per raggiungere le dimensioni desiderate, mentre la fase finale di forgiatura dopo la formatura non ha richiesto il raffreddamento ad aria.
Il refrigerante appropriato deve essere scelto in base al materiale e poi applicato al lato del forno o temperato utilizzando il suo calore residuo. Raramente si utilizza un forno di tempra speciale.
Dopo essere stati sottoposti a forgiatura libera, gli utensili per la lavorazione del legno come pialle, asce e scalpelli vengono tipicamente temprati utilizzando il calore residuo. Questo metodo è economicamente vantaggioso, in quanto consente di risparmiare energia elettrica e tempo ed è anche molto efficiente in termini di produzione.
In alcune città rurali, i forni a coke sono ancora utilizzati.
I macchinari agricoli raffreddati dal calore residuo della forgiatura comprendono falci, pale, rastrelli, martelli da frantoio e utensili da cucina come cucchiai, spatole e coltelli.
L'acciaio tende a sviluppare carburi a catena dopo un lento raffreddamento durante la forgiatura, con conseguente frattura fragile dello stampo, cricca o cedimento per cricca termica.
Il riscaldamento a temperature normali può sciogliere l'M6C.
Se raffreddato ad aria ad una velocità superiore a 15 ℃/min, che supera la velocità di raffreddamento critica per la formazione di carburi a catena, elimina i carburi a catena e ricuce l'acciaio attraverso lo sferoide. ricottura per ottenere una distribuzione uniforme e fine dei carburi.
La temperatura di normalizzazione consigliata è di 1130 ℃. Questa modifica comporta una riduzione della tenacità all'urto di normalizzazione della forgiatura da 26J/cm2 a 23J/cm2 e un aumento della vita utile da 1500 a 2000 pezzi.
Il processo di normalizzazione per deformazione ad alta temperatura prevede il riscaldamento del pezzo fino alla temperatura di forgiatura finale di circa 850°C e il successivo raffreddamento all'aria. In questo modo non solo si aumenta la resistenza dell'acciaio, ma si migliora anche in modo significativo la sua tenacità all'impatto, la resistenza all'usura, la resistenza alla fatica e si riduce la sua temperatura di transizione fragile.
Il 20CrMnTi forgiatura dell'acciaio Il fustellato ha dimensioni di 80 mm x 80 mm x 40 mm.
Dopo la forgiatura, il pezzo viene raffreddato ad aria e la velocità di raffreddamento viene attentamente controllata per migliorarne le proprietà meccaniche e facilitarne il taglio.
Alcune aziende produttrici di ingranaggi per auto in acciaio 20CrMnTi utilizzano il calore di scarto generato durante la forgiatura per effettuare la normalizzazione. Questo processo può far risparmiare oltre 300kW-h di elettricità per ogni tonnellata di ingranaggi prodotti.
Alcune unità domestiche mettono immediatamente l'acciaio ad alta velocità in Ac1 (20-30°C) per 2-3 ore dopo la forgiatura, lasciando raffreddare il forno a 550°C e poi raffreddando ad aria. Questo semplifica il processo, accorcia il ciclo di produzione e fa risparmiare 70-90% di elettricità, riducendo i costi di produzione e migliorando le condizioni di lavoro. Inoltre, questo processo migliora la qualità dei forgiati e facilita le operazioni meccanizzate.
Per i pezzi in acciaio ad alta velocità lavorati tramite laminazione, stampaggio e lavorazione isotermica, non è necessario seguire il processo di ricottura tradizionale. Questo esempio può essere utilizzato come riferimento.
Le dimensioni dello stampo sono 250 mm x 200 mm x 42 mm. La temperatura iniziale di forgiatura è compresa tra 1150-1100°C e la temperatura finale di forgiatura è compresa tra 900-850°C.
Il processo di ricottura prevede il riscaldamento dello stampo a 800-820°C per 4-6 ore, quindi il raffreddamento del forno a 500°C mediante raffreddamento ad aria.
Nell'industria della lavorazione del legno, alcuni coltelli rotanti e per piallare vengono prodotti utilizzando la tecnologia flangiatura metodo. La lama di questi coltelli è realizzata con una lega di acciaio per utensili, come il 5Cr8W2MoVSi, mentre il corpo o il dorso è realizzato in acciaio 45 Q235A. Il corpo viene riscaldato alla temperatura di forgiatura dell'acciaio della lama e poi i due vengono saldati insieme con un laminatoio.
Questo processo è noto come saldatura in fase solida e la lama viene laminata fino alle dimensioni desiderate prima di essere portata alla temperatura finale di laminazione e quindi temprata e raffreddata.
Le lame prodotte con questo metodo sono di alta qualità, con elevata durezza e lunga durata, e offrono l'ulteriore vantaggio di risparmiare tempo ed elettricità durante il processo di produzione.
La tempra a caldo per laminazione è un processo di trattamento termico che utilizza il calore residuo generato dalla laminazione di vari profili per temprarli. Questo processo produce lo stesso effetto di rafforzamento della tempra a caldo per forgiatura.
Ad esempio, l'acciaio M2 può essere laminato a una temperatura di 1220°C (laminatoio 250, 50r/min) fino alla dimensione desiderata e poi temprato direttamente, ottenendo una durezza di 65HRC o superiore. Ciò si traduce in una maggiore durata di taglio per gli utensili da tornio rispetto alla tempra in bagno di sale.
L'autore ha eseguito con successo un processo di trattamento termomeccanico utilizzando trapani a rotazione da un'azienda di utensili domestici per l'uso in macchina.
Il dispositivo di riscaldamento ad alta frequenza è stato utilizzato per condurre la laminazione a caldo a quattro rulli.
La temperatura di austenitizzazione è stata impostata tra 950°C e 1000°C e la temperatura di deformazione tra 880°C e 950°C, con una velocità di deformazione di circa 30%. Il ciclo di tempra è stato eseguito utilizzando una soluzione acquosa a due nitrati, con temperatura dell'acqua mantenuta al di sotto dei 70°C.
La durezza risultante dopo la tempra era ≥54 HRC, e dopo il rinvenimento a una temperatura compresa tra 240°C e 260°C per 1 ora, la durezza era ≥50 HRC, che soddisfa i requisiti tecnici e supera i requisiti di deformazione per oltre 95%.
Le barre rinforzate in acciaio 20MnSi devono essere fornite a caldo e devono soddisfare i requisiti di resistenza alla trazione ≥ 510MPa, resistenza alla flessione ≥ 335MPa e allungamento ≥ 16%.
Una billetta di 60 mm x 60 mm viene laminata in una barra rinforzata di 16 mm di diametro. La temperatura iniziale di laminazione varia da 1100 a 1200°C e comporta una riduzione della forma di laminazione di circa 93%. La temperatura finale di laminazione è compresa tra 950 e 900°C, che è la temperatura per le barre a basso tenore di carbonio. martensite tempra dell'acciaio.
Dopo la laminazione, la barra viene raffreddata con acqua entro 1 - 1,26 secondi. Quindi viene sottoposta ad autotempramento a temperature comprese tra 550 e 600°C.
Le barre rinforzate sottoposte al processo di laminazione, tempra e rinvenimento di cui sopra vantano proprietà meccaniche che superano quelle specificate nella norma GB1499 e superano anche le proprietà meccaniche specificate nella norma britannica BS4449.
La temperatura di deformazione per estrusione varia da 1100 a 1200℃ e la temperatura di rinvenimento è compresa tra 570 e 580℃.
La durezza del materiale è compresa tra 300 e 335HBW, con una resistenza alla trazione di ≥ 1068MPa, una resistenza alla flessione di ≥ 960MPa e un allungamento di ≥ 14,5%, che soddisfa gli standard stabiliti dal Ministero degli Standard.
L'esperienza dimostra che per i pezzi di grandi dimensioni sottoposti a tempra a caldo per estrusione, come i giunti, è fondamentale selezionare attentamente la temperatura di deformazione, il tempo trascorso prima della tempra dopo la deformazione, il mezzo di tempra, il tempo di raffreddamento del pezzo nel mezzo di tempra e la temperatura di rinvenimento, oltre ad altri parametri di processo.
Lo scopo del raffreddamento ad olio a 840°C x 2h e del processo di rinvenimento a 200°C x 2h è quello di ottenere una doppia raffinazione del tessuto.
Poi, durante il processo di deformazione superplastica a 800°C, la velocità di deformazione è di 2,5 x 10s e la variabile di deformazione a trazione è 250%. Dopo la deformazione, viene eseguito il raffreddamento in olio.
I risultati del test di deformazione superplastica sull'acciaio, compresi gli indicatori di resistenza alla flessione, durata multi-corsa e durezza, hanno mostrato che la resistenza alla flessione era superiore di 28% rispetto al trattamento convenzionale. La durata multi-corsa è aumentata di 38,6% e la durezza è risultata ≥ 60 HRC, equivalente a quella ottenuta con la tempra convenzionale.
La resistenza alla flessione dell'acciaio H11 è di 1852 MPa e, dopo aver subito due cicli di rinvenimento a 482°C con tempra convenzionale, il suo tasso di allungamento è di 12,5%.
Effettuando una tempra di deformazione a bassa temperatura e due rinvenimenti a 482°C, seguiti da un invecchiamento per deformazione di 2% a circa 316°C e da un rinvenimento finale a 482°C, la resistenza alla flessione dell'acciaio aumenta a 2548 MPa, con un incremento di 37,5%, mentre il tasso di allungamento rimane invariato.
Questo trattamento termomeccanico composto è un processo in cui lo spegnimento per deformazione ad alta temperatura è seguito da una piccola quantità di deformazione e rinvenimento a una temperatura specifica.
L'invecchiamento per deformazione della martensite dopo la tempra per deformazione ad alta temperatura può far ottenere all'acciaio proprietà di resistenza molto più elevate rispetto a qualsiasi altro trattamento termico.
Ad esempio, le proprietà meccaniche del 50CrVA dopo tempra convenzionale e rinvenimento a 200°C sono una resistenza alla trazione di 2119 MPa, una resistenza alla flessione di 1497 MPa e una riduzione della sezione di 41,7%.
Dopo essere stato sottoposto a tempra ad alta temperatura, rinvenimento a 200°C, deformazione 3% e rinvenimento a 200°C, le proprietà meccaniche del 50CrVA sono una resistenza alla trazione di 2597 MPa e una resistenza alla flessione di 2254 MPa.
Questo trattamento termico termomeccanico composito, che combina lo spegnimento per deformazione ad alta temperatura e l'invecchiamento per deformazione martensitica, ha aumentato la resistenza alla trazione e alla flessione dell'acciaio 50CrVA rispettivamente di 22,6% e 50,7%.
La Jialong Company riscalda e tempra le lame meccaniche, come i coltelli per piallare e i coltelli rotanti di lunghezza superiore a 2 metri, in un forno in atmosfera protettiva a una temperatura di circa 500℃.
Dopo che il pezzo si è raffreddato a circa 200℃, viene fatto rotolare più volte avanti e indietro su una pressa a rulli, sfruttando il principio della superplasticità a cambiamento di fase. Questo processo consente di regolare immediatamente rettilineità a ≤0,30 mm dopo la piegatura di 10-15 mm.
Questo rinforzo di deformazione non solo raddrizza un inserto precedentemente piegato, ma crea anche una tensione di compressione residua di circa 5 mm di profondità sulla superficie laminata. Ciò contribuisce ad aumentare la durata dell'utensile.
Il processo prevede la carburazione dopo aver deformato a freddo il pezzo, poiché la deformazione a freddo crea vari difetti strutturali che possono accelerare il processo di carburazione.
Ad esempio, dopo l'intestazione a freddo, la deformazione di 20CrNiMo è di 25%. Se il pezzo viene carburato a gas a una temperatura di 930-950°C per 2 ore, la profondità dello strato di carburazione raggiungerà 0,84 mm. Se la deformazione aumenta a 50%, la profondità del rivestimento raggiunge 0,88 mm. Maggiore è la deformazione, più profondo è lo strato di penetrazione.
Il processo è un trattamento termico composito in cui il pezzo è sottoposto a nitrurazione dopo essere stato deformato a freddo a temperatura ambiente.
La nitrurazione per deformazione a freddo si distingue dalla carburazione per deformazione a freddo.
La deformazione a freddo diminuisce la velocità di penetrazione dell'azoto e riduce lo spessore dello strato di diffusione, e questa tendenza si accentua con l'aumentare del livello di deformazione.
Questo fenomeno può essere causato da atomi di azoto che impediscono la diffusione di altri atomi di azoto bloccando i siti di dislocazione o intrappolando atomi di azoto dislocati.
Tuttavia, la nitrurazione per deformazione a freddo può aumentare la tenacità del ferro puro.
La temperatura e la durata della nitrurazione dipendono dalla tipo di acciaioAd esempio, l'acciaio 38CrMoAl e l'acciaio 20 richiedono temperature di 650°C e 550°C rispettivamente.
Si tratta di un trattamento termico combinato in cui il pezzo subisce una deformazione a temperatura ambiente seguita da un'infiltrazione di boro.
Ad esempio, 20 pezzi di acciaio vengono laminati e deformati in una serra, quindi sottoposti a un periodo di mantenimento a 900°C e a un'infiltrazione di boro solido con tassi di riscaldamento variabili.
I test hanno dimostrato che la deformazione a freddo aumenta significativamente la profondità dello strato di infiltrazione di boro.
Il livello ottimale di deformazione per la massima profondità di penetrazione varia in base alla velocità di riscaldamento e al tempo di mantenimento durante il processo di infiltrazione del boro.
Questo fenomeno è causato dalla deformazione a freddo della struttura dell'acciaio, che accelera il processo di adsorbimento atomico del boro sulla superficie dell'acciaio.
La carbonitrurazione per deformazione a freddo è un processo di trattamento termico composito in cui la carbonitrurazione a media temperatura viene eseguita dopo un processo di deformazione a temperatura ambiente.
La fase di pretrattamento della deformazione a freddo ha un impatto significativo sul processo di carbonitrurazione dell'acciaio, in quanto aumenta il contenuto di C e N sulla superficie e aumenta lo spessore dello strato di penetrazione.
Ad esempio, quando la deformazione laminata a freddo dell'acciaio 20CrMnTi è 15%, lo spessore della co-infiltrazione di carbonio e azoto dopo i processi 860℃×2h e 860℃×4h è rispettivamente di 0,65 mm e 0,80 mm.
La deformazione a temperatura ambiente influenza non solo il processo di diffusione degli atomi interstiziali nell'acciaio, ma anche il processo di penetrazione degli atomi sostitutivi.
A titolo esemplificativo, è stata studiata la deformazione a freddo dell'acciaio 16Mn per esaminare l'effetto sul processo di infiltrazione solida di titanio. I risultati hanno mostrato che la temperatura migliore per l'infiltrazione del titanio era compresa tra 900 e 950℃, con una deformazione di 30%.
Inoltre, con l'aumento della temperatura di carburazione del titanio, aumenta anche il tempo di mantenimento, che porta a uno strato di penetrazione più spesso.
Il processo di trattamento termico termomeccanico prevede il riscaldamento del pezzo grezzo alla temperatura iniziale per la forgiatura, seguito dalla carburazione in un forno di carburazione e infine dalla tempra diretta.
Il metodo di carburazione-raffreddamento per forgiatura consente di risparmiare l'energia elettrica che altrimenti sarebbe necessaria per riscaldare il pezzo durante la carburazione e di aumentare la velocità di carburazione. Ciò consente di migliorare la durezza superficiale e la resistenza all'usura e lo rende adatto per ingranaggi di medio modulo e altri pezzi carburati.
Un'altra forma di trattamento combinato di carburazione e termomeccanica è chiamata carburazione-forgiatura-tempra, che prevede la carburazione seguita da forgiatura a caldo e tempra.
Questo processo può aumentare significativamente lo spessore dello strato temprato effettivo sul pezzo, aumentare la tensione di compressione superficiale, migliorare la resistenza alla rottura e prolungare la durata del prodotto.
La durezza di uno stampo circolare di avvitamento in acciaio 9SiCr dopo il trattamento termico è tipicamente compresa tra 62 e 65 HRC. Il processo di trattamento termico convenzionale prevede il riscaldamento in un bagno di sale a una temperatura compresa tra 860 e 880℃, seguito da un trattamento termico a caldo. tempra e rinvenimento a 150-180℃.
Per migliorare la durezza dell'utensile e la resistenza all'usura, si può ricorrere al trattamento termico chimico superficiale. Tuttavia, questo processo richiede una temperatura di almeno 400℃, che non è adatta agli utensili in acciaio 9SiCr. La nitrurazione, invece, può fornire una soluzione a questo problema.
Il processo di nitrurazione prevede il riscaldamento dell'utensile in un forno di nitrurazione ionica LD da 60kW, seguito da un forno a bagno di sale a media temperatura da 100kW, dal raffreddamento in olio, dal trattamento a freddo e infine dal rinvenimento a 150 - 180°C.
I test hanno dimostrato che la durezza a una profondità compresa tra 0,10 e 0,80 mm è superiore a 927HV5, con un picco di durezza compreso tra 974 e 986HV5. La durezza a una profondità compresa tra 0,20 e 0,60 mm è ≥857HV5, il che migliora le proprietà anti-tempra dell'area temprata e prolunga la durata del materiale.
Il processo di trattamento termomeccanico è ampiamente utilizzato.
Dal punto di vista dei materiali, è adatto a un'ampia gamma di materiali metallici, tra cui vari acciai al carbonio, acciai legati, acciai strutturali legati e leghe a base di nichel.
In termini di metodi di lavorazione, può combinare i vantaggi di entrambi per soddisfare i requisiti specifici di resistenza e tenacità, migliorando significativamente la qualità e la durata dei componenti deformati.
Le prospettive future del trattamento termomeccanico sono positive.
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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