Xử Lý Nhiệt Là Gì?
Xử lý nhiệt là quá trình làm nóng và làm lạnh kim loại, sử dụng các phương pháp xác định trước cụ thể để thu được các đặc tính mong muốn. Cả kim loại đen và kim loại màu đều trải qua quá trình xử lý nhiệt trước khi đưa chúng vào sử dụng.
Theo thời gian, rất nhiều phương pháp khác nhau đã được phát triển. Thậm chí ngày nay, các nhà luyện kim vẫn không ngừng làm việc để cải thiện kết quả và hiệu quả chi phí của các quy trình này. Để làm được điều đó, họ phát triển các lịch trình hoặc chu kỳ mới để tạo ra nhiều loại điểm khác nhau. Mỗi lịch trình đề cập đến một tốc độ làm nóng, giữ và làm mát kim loại khác nhau.
Những phương pháp này, khi được tuân thủ một cách tỉ mỉ, có thể tạo ra các kim loại có tiêu chuẩn khác nhau với các tính chất vật lý và hóa học cụ thể rõ rệt.
Lợi Ích Của Xử Lý Nhiệt
Có nhiều lý do để thực hiện xử lý nhiệt. Một số quy trình làm cho kim loại mềm, trong khi những quy trình khác làm tăng độ cứng. Chúng cũng có thể ảnh hưởng đến tính dẫn điện và dẫn nhiệt của những vật liệu này.
Một số phương pháp xử lý nhiệt làm giảm ứng suất gây ra trong quá trình gia công nguội trước đó. Những người khác phát triển các tính chất hóa học mong muốn cho kim loại. Việc chọn phương pháp hoàn hảo thực sự phụ thuộc vào loại kim loại và các đặc tính cần thiết.
Trong một số trường hợp, một bộ phận kim loại có thể trải qua một số quy trình xử lý nhiệt. Ví dụ, một số siêu hợp kim được sử dụng trong ngành sản xuất máy bay có thể trải qua tới sáu bước xử lý nhiệt khác nhau để tối ưu hóa chúng cho ứng dụng.
Các Bước Quy Trình Xử Lý Nhiệt
Nói một cách đơn giản, xử lý nhiệt là quá trình nung nóng kim loại, giữ nó ở nhiệt độ đó, sau đó làm nguội trở lại. Trong quá trình này, phần kim loại sẽ trải qua những thay đổi về tính chất cơ học của nó. Điều này là do nhiệt độ cao làm thay đổi cấu trúc vi mô của kim loại. Và cấu trúc vi mô đóng một vai trò quan trọng trong các tính chất cơ học của vật liệu.
Kết quả cuối cùng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Chúng bao gồm thời gian gia nhiệt, thời gian giữ bộ phận kim loại ở nhiệt độ nhất định, tốc độ làm mát, điều kiện xung quanh, v.v. Các thông số phụ thuộc vào phương pháp xử lý nhiệt, loại kim loại và kích thước bộ phận.
Trong quá trình này, tính chất của kim loại sẽ thay đổi. Trong số các tính chất đó là điện trở, từ tính, độ cứng, độ dẻo dai, độ dẻo, độ giòn và khả năng chống ăn mòn.
1. Hệ Thống Sưởi
Như chúng ta đã thảo luận, vi cấu trúc của hợp kim sẽ thay đổi trong quá trình xử lý nhiệt. Hệ thống sưởi được thực hiện phù hợp với một hồ sơ nhiệt quy định.
Một hợp kim có thể tồn tại ở một trong ba trạng thái khác nhau khi nung nóng. Nó có thể là hỗn hợp cơ học, dung dịch rắn hoặc kết hợp cả hai.
Hỗn hợp cơ học tương tự như hỗn hợp bê tông trong đó xi măng kết dính cát và sỏi với nhau. Cát và sỏi vẫn có thể nhìn thấy dưới dạng các hạt riêng biệt. Với hợp kim kim loại, hỗn hợp cơ học được giữ lại với nhau bằng kim loại cơ bản.
Mặt khác, trong một dung dịch rắn, tất cả các thành phần được trộn đồng nhất. Điều này có nghĩa là chúng không thể được xác định riêng lẻ ngay cả dưới kính hiển vi.
Mỗi trạng thái mang theo những phẩm chất khác nhau. Có thể thay đổi trạng thái thông qua nung nóng theo giản đồ pha. Tuy nhiên, việc làm mát quyết định kết quả cuối cùng. Hợp kim có thể kết thúc ở một trong ba trạng thái, chỉ phụ thuộc vào phương pháp.
2. Ngâm
Trong giai đoạn giữ hoặc ngâm, kim loại được giữ ở nhiệt độ đạt được. Thời lượng của điều đó phụ thuộc vào các yêu cầu.
Ví dụ, làm cứng vỏ chỉ yêu cầu thay đổi cấu trúc bề mặt kim loại để tăng độ cứng bề mặt. Đồng thời, các phương pháp khác cần các thuộc tính thống nhất. Trong trường hợp này, thời gian nắm giữ dài hơn.
Thời gian ngâm cũng phụ thuộc vào loại vật liệu và kích thước bộ phận. Các bộ phận lớn hơn cần nhiều thời gian hơn khi các thuộc tính đồng nhất là mục tiêu. Nó chỉ mất nhiều thời gian hơn để lõi của một bộ phận lớn đạt đến nhiệt độ cần thiết.
3. Làm Mát
Sau khi ngâm xong, kim loại phải được làm nguội theo quy định. Ở giai đoạn này, những thay đổi về cấu trúc cũng xảy ra. Một dung dịch rắn khi làm lạnh có thể giữ nguyên, trở thành hỗn hợp cơ học hoàn toàn hoặc một phần, tùy thuộc vào các yếu tố khác nhau.
Các phương tiện khác nhau như nước muối, nước, dầu hoặc không khí cưỡng bức kiểm soát tốc độ làm mát. Trình tự các phương tiện làm mát có tên ở trên giảm dần theo thứ tự tốc độ làm mát hiệu quả. Nước muối hấp thụ nhiệt nhanh nhất, trong khi không khí là chậm nhất.
Cũng có thể sử dụng lò nung trong quá trình làm nguội. Môi trường được kiểm soát cho phép độ chính xác cao khi cần làm mát chậm.
Phương Pháp Xử Lý Nhiệt
Có khá nhiều kỹ thuật xử lý nhiệt để lựa chọn. Mỗi người trong số họ mang theo những phẩm chất nhất định.
Các phương pháp xử lý nhiệt phổ biến nhất bao gồm:
- ủ
- bình thường hóa
- làm cứng
- Sự lão hóa
- Giảm căng thẳng
- Tôi
- cacbon hóa
1. Ủ
Trong quá trình ủ, kim loại được nung nóng vượt quá nhiệt độ tới hạn trên và sau đó được làm nguội với tốc độ chậm.
Ủ được thực hiện để làm mềm kim loại. Nó làm cho kim loại phù hợp hơn để gia công và tạo hình nguội. Nó cũng tăng cường khả năng gia công, độ dẻo và độ dẻo dai của kim loại.
Ủ cũng hữu ích trong việc làm giảm ứng suất trong bộ phận gây ra do quá trình gia công nguội trước đó. Các biến dạng dẻo hiện tại được loại bỏ trong quá trình kết tinh lại khi nhiệt độ kim loại vượt qua nhiệt độ tới hạn trên.
Kim loại có thể trải qua rất nhiều kỹ thuật ủ như ủ kết tinh lại, ủ hoàn toàn, ủ một phần và ủ cuối cùng.
2. Bình Thường Hóa
Bình thường hóa là một quá trình xử lý nhiệt được sử dụng để làm giảm ứng suất bên trong do các quá trình như hàn, đúc hoặc tôi gây ra.
Trong quá trình này, kim loại được nung nóng đến nhiệt độ cao hơn 40°C so với nhiệt độ tới hạn trên của nó.
Nhiệt độ này cao hơn nhiệt độ được sử dụng để làm cứng hoặc ủ. Sau khi giữ nó ở nhiệt độ này trong một khoảng thời gian nhất định, nó được làm mát trong không khí. Bình thường hóa tạo ra kích thước và thành phần hạt đồng nhất trong toàn bộ phần.
Thép thường hóa cứng hơn và mạnh hơn thép ủ. Trên thực tế, ở dạng chuẩn hóa, thép cứng hơn bất kỳ điều kiện nào khác. Đây là lý do tại sao các bộ phận đòi hỏi độ bền va đập hoặc cần hỗ trợ tải trọng bên ngoài lớn sẽ hầu như luôn được chuẩn hóa.
3. Làm Cứng
Quy trình xử lý nhiệt phổ biến nhất trong tất cả, làm cứng được sử dụng để tăng độ cứng của kim loại. Trong một số trường hợp, chỉ có thể cứng bề mặt.
Một phôi được làm cứng bằng cách nung nóng nó đến nhiệt độ xác định, sau đó làm nguội nhanh bằng cách nhúng nó vào môi trường làm mát. Dầu, nước muối hoặc nước có thể được sử dụng. Phần kết quả sẽ tăng độ cứng và độ bền, nhưng độ giòn tăng quá đồng thời.
Làm cứng vỏ là một loại quy trình làm cứng trong đó chỉ có lớp ngoài của phôi được làm cứng. Quy trình được sử dụng giống nhau nhưng do lớp ngoài mỏng phải tuân theo quy trình, phôi gia công thu được có lớp ngoài cứng nhưng lõi mềm hơn.
Điều này là phổ biến cho các trục. Một lớp cứng bên ngoài bảo vệ nó khỏi hao mòn vật liệu. Khi lắp ổ trục vào trục, nó có thể làm hỏng bề mặt và làm trật khớp một số hạt, sau đó đẩy nhanh quá trình mài mòn. Một bề mặt cứng cung cấp sự bảo vệ khỏi điều đó và lõi vẫn có các đặc tính cần thiết để xử lý ứng suất mỏi.
4. Lão Hóa
Lão hóa hoặc làm cứng kết tủa là phương pháp xử lý nhiệt chủ yếu được sử dụng để tăng cường độ năng suất của kim loại dễ uốn. Quá trình này tạo ra các hạt phân tán đồng đều trong cấu trúc hạt của kim loại mang lại những thay đổi về tính chất.
Quá trình làm cứng kết tủa thường diễn ra sau một quá trình xử lý nhiệt khác đạt đến nhiệt độ cao hơn. Tuy nhiên, quá trình lão hóa chỉ làm tăng nhiệt độ lên mức trung bình và hạ nhiệt độ xuống nhanh chóng.
Một số vật liệu có thể lão hóa tự nhiên (ở nhiệt độ phòng) trong khi những vật liệu khác chỉ lão hóa nhân tạo, tức là ở nhiệt độ cao. Đối với các vật liệu lão hóa tự nhiên, có thể thuận tiện để bảo quản chúng ở nhiệt độ thấp hơn.
5. Giảm Căng Thẳng
Giảm căng thẳng đặc biệt phổ biến đối với các bộ phận nồi hơi, bình khí, bình tích áp, v.v. Phương pháp này đưa kim loại đến nhiệt độ ngay dưới đường giới hạn dưới của nó. Quá trình làm mát chậm và do đó đồng đều.
Điều này được thực hiện để giảm bớt ứng suất tích tụ trong các bộ phận do các quy trình trước đó như tạo hình, gia công, cán hoặc nắn.
6. Tôi
Tôi là quá trình làm giảm độ cứng dư thừa, và do đó làm giảm độ giòn, gây ra trong quá trình làm cứng. Những căng thẳng bên trong cũng được giải tỏa. Trải qua quá trình này có thể tạo ra một kim loại phù hợp cho nhiều ứng dụng cần các đặc tính như vậy.
Nhiệt độ thường thấp hơn nhiều so với nhiệt độ đông cứng. Nhiệt độ được sử dụng càng cao, phôi cuối cùng càng trở nên mềm hơn. Tốc độ làm mát không ảnh hưởng đến cấu trúc kim loại trong quá trình ủ và thông thường, kim loại nguội đi trong không khí tĩnh.
7. Carburization
Trong quy trình xử lý nhiệt này, kim loại được nung nóng với sự có mặt của một vật liệu khác giải phóng carbon khi phân hủy.
Carbon giải phóng được hấp thụ vào bề mặt của kim loại. Hàm lượng carbon trên bề mặt tăng lên khiến nó cứng hơn lõi bên trong.
Kim Loại Nào Phù Hợp Để Xử Lý Nhiệt?
Mặc dù kim loại màu chiếm phần lớn vật liệu được xử lý nhiệt, các hợp kim đồng, magiê, nhôm, niken, đồng thau và titan cũng có thể được xử lý nhiệt.
Khoảng 80% kim loại được xử lý nhiệt là các loại thép khác nhau. Kim loại đen có thể được xử lý nhiệt bao gồm gang, thép không gỉ và các loại thép công cụ khác nhau.
Các quy trình như làm cứng, ủ, chuẩn hóa, giảm căng thẳng, làm cứng vỏ, thấm nitơ và ủ thường được thực hiện trên kim loại đen.
Đồng và hợp kim đồng phải chịu các phương pháp xử lý nhiệt như ủ, lão hóa và làm nguội.
Nhôm thích hợp cho các phương pháp xử lý nhiệt như ủ, xử lý nhiệt dung dịch, lão hóa tự nhiên và nhân tạo. Xử lý nhiệt cho nhôm là một quá trình chính xác. Phạm vi quy trình phải được thiết lập và nó phải được kiểm soát cẩn thận ở từng giai đoạn để đạt được các đặc tính mong muốn.
Rõ ràng, không phải tất cả các vật liệu đều phù hợp với các hình thức xử lý nhiệt. Tương tự như vậy, một vật liệu duy nhất sẽ không nhất thiết được hưởng lợi từ mỗi phương pháp. Do đó, mọi tài liệu nên được nghiên cứu riêng để đạt được kết quả mong muốn. Sử dụng các sơ đồ pha và thông tin có sẵn về tác động của các phương pháp đã nói ở trên là điểm khởi đầu.
Câu Hỏi Thường Gặp.
Xử Lý Nhiệt Là Gì?
Xử lý nhiệt là quá trình nung nóng kim loại mà không để kim loại đạt đến giai đoạn nóng chảy hoặc nóng chảy, sau đó làm nguội kim loại theo cách có kiểm soát để chọn các tính chất cơ học mong muốn. Xử lý nhiệt được sử dụng để làm cho kim loại cứng hơn hoặc dễ uốn hơn, chống mài mòn cao hơn hoặc dễ uốn hơn.
Ví Dụ Về Xử Lý Nhiệt Là Gì?
Ví dụ, hợp kim nhôm đúc ô tô được xử lý nhiệt để cải thiện độ cứng và độ bền; các vật dụng bằng đồng thau và đồng thau được xử lý nhiệt để tăng độ bền và chống nứt; cấu trúc hợp kim titan được xử lý nhiệt để cải thiện sức mạnh ở nhiệt độ cao.
Hai Loại Xử Lý Nhiệt Là Gì?
Sau đây là các loại quy trình xử lý nhiệt khác nhau:
- ủ.
- Bình thường hóa.
- cứng lại.
- ủ.
- thấm nitơ.
- xyanua hóa.
- Làm cứng cảm ứng.
- Làm cứng ngọn lửa.
Tại Sao Chúng Ta Xử Lý Nhiệt?
Có nhiều ưu điểm của xử lý nhiệt, bao gồm Nó có thể thay đổi tính chất vật lý (cơ học) của vật liệu và nó hỗ trợ trong các bước sản xuất khác. Nó làm giảm căng thẳng, làm cho bộ phận dễ gia công hoặc hàn hơn. Tăng sức mạnh, làm cho vật liệu dễ uốn hoặc linh hoạt hơn.
Có Bao Nhiêu Loại Xử Lý Nhiệt?
Trong bài đăng này, chúng tôi sẽ đề cập đến bốn loại thép xử lý nhiệt cơ bản trải qua ngày nay: ủ, thường hóa, làm cứng và ủ.
3 Giai Đoạn Của Quá Trình Xử Lý Nhiệt Là Gì?
Các giai đoạn xử lý nhiệt
- Giai đoạn sưởi ấm.
- Giai Đoạn Ngâm.
- Giai đoạn làm mát.
Năm Quá Trình Xử Lý Nhiệt Cơ Bản Là Gì?
Các kỹ thuật xử lý nhiệt bao gồm ủ, làm cứng vỏ, tăng cường kết tủa, tôi luyện, thấm cacbon, bình thường hóa và làm nguội.
Xử Lý Nhiệt Hoạt Động Như Thế Nào?
Nói một cách đơn giản, xử lý nhiệt là quá trình nung nóng kim loại, giữ nó ở nhiệt độ đó, sau đó làm nguội trở lại. Trong quá trình này, phần kim loại sẽ trải qua những thay đổi về tính chất cơ học của nó. Điều này là do nhiệt độ cao làm thay đổi cấu trúc vi mô của kim loại.
Làm Nguội Và Ủ Là Gì?
Làm nguội và tôi luyện là các quá trình tăng cường độ bền cho các vật liệu như thép và các hợp kim gốc sắt khác. Các quy trình này làm bền hợp kim bằng cách nung nóng vật liệu đồng thời làm nguội trong nước, dầu, không khí cưỡng bức hoặc khí như nitơ.
Thép Và Hợp Kim Là Gì?
Về cơ bản, thép là hợp kim của sắt với lượng carbon thấp. Có hàng ngàn loại thép khác nhau được tạo ra để phù hợp với các loại ứng dụng khác nhau. Chúng thường được chia thành 4 loại – thép carbon, thép công cụ, thép không gỉ và thép hợp kim.
Ủ Trong Xử Lý Nhiệt Là Gì?
ủ, xử lý kim loại hoặc hợp kim bằng cách nung nóng đến nhiệt độ xác định trước, giữ trong một thời gian nhất định, sau đó làm nguội đến nhiệt độ phòng để cải thiện độ dẻo và giảm độ giòn.
Những Lợi Thế Của Ủ Là Gì?
Quá trình ủ giúp giảm căng thẳng làm cho kim loại dễ hàn hoặc máy hơn. Tăng sức mạnh trong khi làm cho vật liệu linh hoạt và dễ uốn hơn. Tăng độ cứng và đưa các đặc tính chống mài mòn lên bề mặt hoặc xuyên suốt toàn bộ kim loại.
Các Loại Ủ Là Gì?
Một số loại quy trình ủ khác nhau:
- Hoàn thành ủ. Với phương pháp này, các bộ phận bằng thép được nung nóng cho đến khi chúng nóng hơn khoảng 30°C so với nhiệt độ biến đổi tới hạn của chúng.
- Ủ đẳng nhiệt.
- ủ hình cầu.
- Ủ kết tinh lại.
- Ủ khuếch tán.
Bạn Có Bình Thường Hóa Trước Khi Xử Lý Nhiệt?
Tổng quan về quá trình bình thường hóa. Bình thường hóa xử lý nhiệt giúp loại bỏ tạp chất và cải thiện độ dẻo và độ dai. Trong quá trình chuẩn hóa, vật liệu được làm nóng đến khoảng 750-980 °C (1320-1796 °F).
Mục Đích Chính Của Ủ Là Gì?
Ưu điểm chính của ủ là cách quy trình cải thiện khả năng gia công của vật liệu, tăng độ dẻo dai, giảm độ cứng và tăng độ dẻo và khả năng gia công của kim loại.
Thời Gian Ngâm Trong Xử Lý Nhiệt Là Gì?
Thời gian ngâm là khoảng thời gian thép được giữ ở nhiệt độ mong muốn, trong trường hợp này là 1500 độ F. Khi thời gian ngâm kết thúc, dùng kẹp gắp mẫu ra rất nhanh nhưng cẩn thận.
Mục Đích Của Việc Làm Cứng Là Gì?
Làm cứng là một quá trình gia công kim loại luyện kim được sử dụng để tăng độ cứng của kim loại. Độ cứng của kim loại tỷ lệ thuận với ứng suất chảy đơn phương tại vị trí của biến dạng áp đặt.
Làm Nóng Kim Loại Có Làm Suy Yếu Nó Không?
Hành động đơn giản này, nếu được nung nóng đến một phạm vi nhiệt độ chính xác, có thể tạo ra một kim loại cứng và tinh khiết hơn. Nó thường được sử dụng để tạo ra thép bền hơn so với ủ kim loại, nhưng cũng tạo ra sản phẩm kém dẻo hơn. Vì vậy, nhiệt thực sự có thể làm cho kim loại yếu hơn.
Sự Khác Biệt Giữa Ủ Và Làm Cứng Là Gì?
Làm cứng hoặc làm nguội là quá trình tăng độ cứng của kim loại. Nhiệt độ là quá trình làm nóng một chất đến nhiệt độ dưới phạm vi tới hạn của nó, giữ và sau đó làm mát.
Điều Gì Xảy Ra Nếu Bạn Quá Nóng Nảy?
Với nhiệt độ đủ cao và thời gian đủ lâu, thép sẽ mềm hơn so với việc bạn không tôi mà chỉ để nguội từ từ. Vì vậy, tùy thuộc vào mục tiêu của bạn là gì, bạn hoàn toàn có thể làm nóng quá mức một lưỡi kiếm. Nó sẽ làm cho lưỡi mềm hơn nhưng cũng ít giòn hơn.
Tại Sao Quá Trình Ủ Là Bắt Buộc Sau Khi Làm Nguội?
Bắt buộc phải ủ thép sau khi đã tôi cứng. Điều này đơn giản là do một giai đoạn mới đã được tạo ra, đó là martensite. Hãy nhớ rằng cần phải chuyển sang giai đoạn austenite trước khi có thể tạo ra martensite.
Tại Sao Cần Phải Ủ Sau Khi Làm Nguội?
Sau khi được làm nguội, kim loại ở trạng thái rất cứng, nhưng nó giòn. Thép được tôi luyện để giảm một phần độ cứng và tăng độ dẻo. Nó được làm nóng trong một khoảng thời gian nhất định ở nhiệt độ nằm trong khoảng từ 400° F đến 1.105° F.
Đồng Thau Là Hợp Kim Của Cái Gì?
đồng thau, một hợp kim của đồng và kẽm, có tầm quan trọng lịch sử và lâu dài vì độ cứng và khả năng gia công của nó.
Quá Trình Đông Cứng Là Gì?
Quá trình làm cứng bao gồm làm nóng các thành phần trên nhiệt độ tới hạn (bình thường hóa), giữ ở nhiệt độ này trong một giờ cho mỗi inch độ dày, làm mát với tốc độ đủ nhanh để cho phép vật liệu biến đổi thành cấu trúc cứng hơn, bền hơn nhiều và sau đó tôi luyện. .
Tại Sao Cần Phải Làm Cứng Cảm Ứng?
Làm cứng cảm ứng là một quá trình xử lý nhiệt được thực hiện để tăng cường các tính chất cơ học trong khu vực cục bộ của thành phần kim loại màu. Kết quả là khu vực được làm cứng giúp cải thiện khả năng chống mài mòn và mỏi cùng với các đặc tính về độ bền.
Vật Liệu Nào Có Thể Được Làm Cứng Bằng Ngọn Lửa?
Làm cứng ngọn lửa được thực hiện trên các bộ phận làm bằng thép nhẹ, thép hợp kim, thép cacbon trung bình và gang. Như tên gọi của nó, quá trình làm cứng ngọn lửa sử dụng nhiệt trực tiếp từ ngọn lửa khí oxy.
