Grūdinimo procesas yra nepaprastai svarbus terminio apdorojimo metodas. Dėl dvigubo grūdinimo ir grūdinimo aukštoje temperatūroje{1}} jis žymiai pagerina visapusiškas mechanines metalo medžiagų savybes, leidžiančias joms geriau atitikti įvairių sudėtingų darbo sąlygų poreikius. Šiame straipsnyje bus pateiktas išsamus grūdinimo proceso paaiškinimas, ypatingą dėmesį skiriant tam, kodėl po grūdinimo būtinas aukštoje temperatūroje -tempimas.
1. Grūdinimo proceso apžvalga
Grūdinimo proceso, kuris yra grūdinimo ir aukštoje temperatūroje{0}}tempimo derinys, tikslas yra pasiekti optimalią plieno komponentų stiprumo ir kietumo pusiausvyrą. Po grūdinimo metalinės medžiagos turi ne tik didelį stiprumą, bet ir puikų tvirtumą, plastiškumą ir apdirbamumą. Šis procesas plačiai naudojamas įvairiose konstrukcinėse dalyse, kurioms reikalingas puikus bendras našumas, pvz., automobilių velenams, pavaroms, turbinų velenams ir aviacijos ir kosmoso variklių kompresorių diskams.
Grūdinimo procesas paprastai apima tris pagrindinius etapus: šildymą, laikymą ir aušinimą. Šildymo temperatūra paprastai viršija kritinę temperatūrą, o laikymo laikas gali būti gana ilgas – nuo kelių valandų iki daugiau nei dešimties valandų. Grūdinimo procese gesinimas yra pirmasis žingsnis, kai medžiaga kaitinama virš kritinės temperatūros, o po to greitai atšaldoma, dažniausiai naudojant tokias priemones kaip vanduo, aliejus arba druska.
Nors grūdinimas žymiai padidina medžiagos kietumą ir stiprumą, jis labai sumažina jos kietumą, padidina trapumą ir daro ją labiau jautrią įtrūkimams veikiant įtempiams. Todėl grūdinimas po-užgesinimo yra būtinas norint atkurti medžiagos kietumą ir sureguliuoti jos stiprumą.
45#Plieninis QT apdorojimas
2. Gesinimo tikslas ir poveikis
Gesinimas yra metalinės medžiagos kaitinimo virš kritinės temperatūros (Ac₃ arba Ac₁) procesas, po kurio greitai atšaldoma iki žemesnės nei kambario temperatūros. Šio proceso metu medžiagoje esantis austenitas virsta martensitu, todėl susidaro mikrostruktūra, kuri pasižymi dideliu stiprumu ir kietumu. Martensitas yra fazinės transformacijos struktūra, užtikrinanti itin aukštą kietumą, žymiai padidinanti medžiagos stiprumą, tačiau taip pat padidinanti medžiagos trapumą.
Pagrindinis gesinimo tikslas yra naudoti greitą aušinimą, kad medžiagos austenitas paverstų martensitą ir taip žymiai pagerintų jo kietumą ir stiprumą. Tačiau, nors grūdinimas žymiai padidina medžiagos kietumą, jis taip pat sumažina jos kietumą, todėl medžiaga tampa trapesnė ir labiau linkusi lūžti veikiant įtempiams. Todėl po grūdinimo reikia atlikti grūdinimą, kad būtų atkurtas medžiagos kietumas ir -sureguliuotas jos kietumas bei stiprumas, kad bendras veikimas būtų geresnis.
3. Temperatūros aukštoje temperatūroje paskirtis ir poveikis
Temperatūra aukštoje -temperatūroje apima gesinto metalo medžiagų kaitinimą iki 500–650 laipsnių temperatūros diapazono (paprastai iki tam tikros temperatūros, žemesnės už kritinį tašką), palaikymą tam tikrą laiką ir aušinimą atitinkamu greičiu. Pagrindinis grūdinimo aukštoje-temperatūroje tikslas yra suminkštinti martensitą, susidarantį po gesinimo, paverčiant jį minkštesnėmis ir kietesnėmis fazėmis, tokiomis kaip bainitas arba perlitas, taip padidinant medžiagos kietumą ir plastiškumą bei sumažinant trapumą.
Stiprumo gerinimas:
Po grūdinimo medžiagos vidinę struktūrą daugiausia sudaro martensitas, kuris pasižymi dideliu kietumu, bet silpnu kietumu ir padidintu trapu. Temperatūra aukštoje{1}}temperatūroje gali suskaidyti martensitą ir suformuoti stabilias grūdinto sorbito struktūras. Grūdintame sorbite karbidai yra tolygiai pasiskirstę smulkių dalelių pavidalu ferito matricoje, o tai žymiai pagerina medžiagos kietumą. Pavyzdžiui, po grūdinimo 45 plieno atsparumas smūgiams yra tik 20–30 J/cm², bet po grūdinimo aukštoje temperatūroje{7}}atsparumas smūgiams gali būti padidintas iki 60–80 J/cm², atitinkantis daugelio mechaninių dalių atsparumo reikalavimus.
Tinkamai sumažina kietumą:
Grūdintos medžiagos dažnai pasižymi dideliu kietumu, o tai nepalanku vėlesnėms apdirbimo operacijoms. Temperatūra aukštoje{1}}temperatūroje gali sumažinti kietumą ir padidinti kietumą. Pavyzdžiui, po grūdinimo 40Cr plieno kietumas gali siekti HRC 58–62, bet po grūdinimo aukštoje temperatūroje -gali būti sumažintas iki HRC 25–35. Tai užtikrina, kad medžiaga išsaugos pakankamą stiprumą, o jos kietumas yra tinkamesnis mechaniniam apdorojimui, taip pagerinant apdirbimo efektyvumą ir paviršiaus kokybę.
Vidinio streso pašalinimas:
Grūdinimo metu atsiranda didelių vidinių įtempių dėl skirtingo aušinimo greičio skirtingose ruošinio dalyse. Jei šie vidiniai įtempiai nepašalinami, tolesnio apdorojimo ar naudojimo metu jie gali deformuotis arba įtrūkti. Tyrimai rodo, kad maždaug 30 % grūdintų ruošinių sugenda dėl vidinių įtempių. Temperatūra aukštoje -temperatūroje sustiprina atominį aktyvumą, palaipsniui mažindama vidinės gardelės iškraipymą ir priversdama persitvarkyti bei judėti. Tai efektyviai sumažina vidinius įtempius. Tyrimai rodo, kad grūdinimas 550 laipsnių kampu 1 valandą gali pašalinti apie 80–90 % gesinimo sukeltų vidinių įtempių, labai padidindamas ruošinio matmenų stabilumą ir sumažindamas deformacijos ar įtrūkimo riziką.
Stabilizuojanti mikrostruktūra:
Po gesinimo susidariusi martensitinė struktūra yra metastabili ir kambario temperatūroje palaipsniui transformuosis, sukeldama ruošinio matmenų ir savybių pokyčius. Pavyzdžiui, tikslūs matavimo įrankiai, kurie nėra pakankamai grūdinti, laikui bėgant gali turėti matmenų nuokrypių dėl mikrostruktūrinių transformacijų, o tai gali turėti įtakos matavimo tikslumui. Temperatūra aukštoje -temperatūroje skatina visišką martensito skilimą į stabilią grūdinto sorbito struktūrą, taip užtikrinant, kad vėliau naudojant medžiagos mikrostruktūra nepasikeistų. Tai garantuoja ilgalaikį ruošinio matmenų ir savybių stabilumą{4}}. Tai ypač svarbu mechaninėms dalims, veikiančioms atšiaurioje aplinkoje, pvz., aukštoje-temperatūroje ir{7}}aukšto slėgio sąlygomis, užtikrinant patikimą jų veikimą per visą tarnavimo laiką.
4. Kombinuotas gesinimo ir aukštos temperatūros temperatūros efektas
Derinant grūdinimą ir grūdinimą aukštoje{0}}temperatūroje, metalo medžiagos gali pasiekti aukšto kietumo ir stiprumo pusiausvyrą, tuo pat metu pagerindamos kietumą ir plastiškumą bei sumažindamos trapumą. Šis bendrų mechaninių savybių pagerinimas leidžia metalinėms medžiagoms, apdorotoms grūdinimo būdu, geriau atitikti įvairių sudėtingų darbo sąlygų reikalavimus, ypač tais atvejais, kai reikia atsižvelgti ir į stiprumą, ir į kietumą.
Kietumo ir stiprumo balansavimas:
Didelis stiprumas ir kietumas, pasiekiamas gesinant, kartu su minkštinančiu temperatūrinio -temperatūrinio grūdinimo poveikiu užtikrina kietumo ir stiprumo pusiausvyrą. Metalo medžiagos, apdorotos šiuo procesu, ne tik išlaiko didelį kietumą, bet ir turi tam tikrą kietumo laipsnį, leidžiantį išlaikyti geras savybes esant didelėms apkrovoms. Šis balansas yra labai svarbus dalims, kurios turi ištverti didelį įtempimą, išlaikant tvirtumą ir atsparumą dilimui.
Pagerintas tvirtumas ir plastiškumas:
Temperatūra aukštoje{0}}temperatūroje padidina medžiagos tvirtumą ir plastiškumą, todėl ji gali išlaikyti vientisumą, kai ji veikiama smūgių ar deformacijų. Tai ypač svarbu mechaniniams komponentams, kurie turi atlaikyti smūgines apkrovas, pvz., plaktukų galvutėms, ekskavatoriaus kaušams ir kitoms sunkioms{2}}dalims. Šie komponentai turi sugebėti sugerti energiją ir atsispirti lūžimui veikiant dinaminėms apkrovoms, o aukštoje temperatūroje -temperatūra užtikrina, kad jie atitiktų šiuos reikalavimus.
Liekamojo streso pašalinimas:
Grūdinimo proceso metu susidarantys liekamieji įtempiai efektyviai pašalinami grūdinant aukštoje{0}}temperatūroje, todėl padidėja medžiagos stabilumas ir ilgaamžiškumas. Tai ypač svarbu dideliems tiksliams mechaniniams komponentams, tokiems kaip automobilių transmisijos pavaros ir orlaivių variklių turbinų velenai. Sumažinus liekamuosius įtempius, aukštoje-temperatūroje sumažinama iškraipymo, įtrūkimų ar ankstyvo gedimo rizika, užtikrinant ilgalaikį -šių komponentų veikimą ir patikimumą svarbiose programose.
5. Grūdinimo ir grūdinimo proceso taikymas
Grūdinimo ir grūdinimo procesas yra plačiai taikomas įvairiose pramonės šakose, nes jis gali žymiai pagerinti bendras metalo medžiagų mechanines savybes. Automobilių pramonėje gesinimas ir grūdinimas naudojami pagrindinių komponentų, tokių kaip švaistikliai, varžtai, krumpliaračiai ir velenai, gamybai. Aviacijos ir kosmoso pramonėje jis naudojamas svarbioms dalims, tokioms kaip turbinos velenai ir kompresoriaus diskai, gaminti. Staklių gamyboje grūdinimas ir grūdinimas naudojami pagrindinėms dalims, tokioms kaip mašinų lovos ir kolonos, gaminti. Be to, šis procesas plačiai naudojamas formų gamyboje, metalo gaminių gamyboje ir kitose pramonės šakose.
6. Išvada
Grūdinimo ir grūdinimo procesas – dvigubas terminio apdorojimo metodas, apimantis ir grūdinimą, ir grūdinimą aukštoje{0}}temperatūroje, žymiai pagerina bendras mechanines metalinių medžiagų savybes. Grūdinant susidaro didelio-stiprumo, didelio{3}}kietumo martensitinė struktūra, o grūdinimas aukštoje-temperatūroje suminkština martensitą per fazės transformaciją, padidina medžiagos kietumą ir plastiškumą, pašalina vėsinimo liekamuosius įtempius ir stabilizuoja mikrostruktūrą. Šis derinys užtikrina, kad apdorotos metalinės medžiagos išlaikytų aukštą kietumą ir stiprumą, kartu pasižymi puikiu kietumu ir plastiškumu, todėl tinka naudoti įvairiomis sudėtingomis eksploatavimo sąlygomis. Todėl gesinimo ir grūdinimo procesas atlieka lemiamą ir reikšmingą vaidmenį terminio apdorojimo srityje.
