Napätie a vplyv tepelne spracovanej ocele v rúrovej peci

Zvyšková sila tepelného spracovania sa vzťahuje na napätie, ktoré zostáva po tepelnom spracovaní obrobku, čo má významný vplyv na tvar, veľkosť a výkon obrobku. Keď prekročí medzu klzu materiálu, spôsobí deformáciu obrobku a keď prekročí medzu pevnosti materiálu, môže spôsobiť prasknutie obrobku. Toto je škodlivý aspekt, ktorý by sa mal obmedziť a odstrániť. Za určitých podmienok však regulácia rozloženia napätia tak, aby bola primeraná, môže zlepšiť mechanické vlastnosti a životnosť dielu, čím sa poškodenie zmení na výhodu. Analýza distribúcie a zákona o zmenách napätia v oceli počas procesu tepelného spracovania, rozumná distribúcia má hlboký praktický význam pre zlepšenie kvality produktu. Širokú pozornosť vzbudila napríklad otázka rozumného rozloženia zvyškového tlakového napätia na povrchovú vrstvu a jeho vplyvu na životnosť dielov.
Čím vyššia je rýchlosť chladenia, tým vyšší je obsah uhlíka a zloženie zliatiny a tým väčšia je nerovnomerná plastická deformácia vznikajúca pri tepelnom namáhaní počas procesu chladenia, čo vedie k väčšiemu zvyškovému napätiu. Na druhej strane, v dôsledku štrukturálnej zmeny počas tepelného spracovania ocele, to znamená, keď sa austenit transformuje na martenzit, bude zväčšenie špecifického objemu sprevádzať expanziu objemu obrobku a každá časť obrobku prejde fázou transformácia postupne, čo vedie k nekonzistentnému rastu objemu a vytváraniu štrukturálneho napätia. Konečným výsledkom zmien organizačného napätia je ťahové napätie na povrchu a tlakové napätie na jadre, ktoré je presne opačné ako tepelné napätie. Veľkosť štrukturálneho napätia súvisí s rýchlosťou ochladzovania a tvarom obrobku v zóne premeny martenzitu, chemickým zložením materiálu a ďalšími faktormi.
Počas procesu zahrievania a chladenia obrobku sa v dôsledku nekonzistentnosti rýchlosti a času chladenia medzi povrchom a jadrom vytvára teplotný rozdiel, ktorý vedie k nerovnomernej objemovej expanzii a kontrakcii a vytvára napätie. Pôsobením tepelného napätia začína mať povrch nižšiu teplotu ako jadro a kontrakcia je tiež väčšia ako jadro, čo spôsobuje ťahanie jadra. Keď je chladenie dokončené, povrch je stlačený a jadro je ťahané v dôsledku neschopnosti voľnej kontrakcie konečného chladiaceho objemu jadra. Pri pôsobení tepelného namáhania je povrch obrobku nakoniec stlačený, zatiaľ čo jadro je ťahané. Tento jav ovplyvňujú faktory ako rýchlosť chladenia, zloženie materiálu a proces tepelného spracovania.
Prax dokázala, že tepelné namáhanie a štrukturálne namáhanie sa vyskytuje v akomkoľvek obrobku počas procesu tepelného spracovania, pokiaľ dôjde k fázovej zmene. Tepelný stres však vzniká už pred organizačnou transformáciou a organizačný stres vzniká počas procesu organizačnej transformácie. Počas procesu chladenia je kombinovaný účinok tepelného napätia a organizačného napätia skutočným napätím prítomným v obrobku. Kombinovaný účinok týchto dvoch napätí je veľmi zložitý a je ovplyvnený mnohými faktormi, ako je zloženie, tvar, proces tepelného spracovania atď. Z hľadiska procesu jeho vývoja existujú len dva typy, a to tepelný stres a tkanivový stres. Keď je smer pôsobenia opačný, oba sa rušia, a keď je smer pôsobenia rovnaký, oba sa navzájom prekrývajú. Či už ide o vzájomné zrušenie alebo superpozíciu, tieto dve napätia by mali mať jeden dominantný faktor a keď dominuje tepelné napätie, výsledkom je ťahanie stredu obrobku a stláčanie povrchu. Keď prevláda organizačné napätie, výsledkom je, že stlačený povrch v strede obrobku je v napätí.
Vplyv napätia pri tepelnom spracovaní na trhliny pri kalení existuje vo faktoroch, ktoré môžu spôsobiť koncentráciu napätia v rôznych častiach kaleného dielu (vrátane metalurgických defektov), ​​ktoré majú podporný vplyv na vznik kalených trhlín. Prejavuje sa však iba v poli ťahového napätia (najmä pri maximálnom ťahovom napätí), ak v poli tlakového napätia nie je žiadny podporný účinok.
Spoľahlivým princípom tohto druhu ocele, ktorá môže vytvárať pozdĺžne trhliny iba v častiach ocele s vysokou prekaliteľnosťou zakalených za normálnych podmienok, aby sa predišlo trhlinám pri kalení, je pokúsiť sa čo najviac znížiť neizochronitu premeny martenzitu vo vnútri a mimo profilu. Len pomalé ochladzovanie v zóne premeny martenzitu nestačí na zabránenie vzniku pozdĺžnych trhlín. Vo všeobecnosti sa oblúkové trhliny môžu vyskytnúť iba v nevytvrditeľných častiach. Hoci je nevyhnutné celkové rýchle ochladenie, skutočným dôvodom jeho vzniku nie je rýchle ochladenie (vrátane zóny premeny martenzitu), ale lokálna poloha kalenej časti (určená geometrickou štruktúrou). Rýchlosť ochladzovania vo vysokoteplotnej kritickej teplotnej zóne sa výrazne spomalí bez vytvrdzovania. A priečne a pozdĺžne trhliny, ktoré sa vyskytujú vo veľkých nevytvrditeľných častiach, sú spôsobené zvyškovým ťahovým napätím, ktoré pozostáva najmä z tepelného napätia, pôsobiaceho na stred kalenej časti. V strede konečnej vytvrdenej časti kalenej časti sa najskôr vytvoria trhliny, ktoré sa šíria zvnútra von.
Aby sa predišlo takýmto prasklinám, často sa používa proces kalenia vodou a olejom. V tomto procese sa rýchle ochladzovanie vo vysokoteplotnej časti používa iba na zabezpečenie toho, aby vonkajší kov získal martenzitovú štruktúru. Z pohľadu vnútorného stresu je rýchle ochladzovanie škodlivé a zbytočné. Po druhé, účelom pomalého ochladzovania v neskoršom štádiu ochladzovania nie je znížiť rýchlosť expanzie premeny martenzitu a hodnotu napätia konštrukcie, ale minimalizovať teplotný rozdiel sekcie a rýchlosť zmršťovania kovu v strede. časti, aby sa znížila hodnota napätia a v konečnom dôsledku sa zabránilo vzniku trhlín pri kalení.
Rýchlosť ochladzovania kalením je dôležitým faktorom, ktorý môže ovplyvniť kvalitu kalenia a určiť zvyškové napätie, ako aj faktor, ktorý môže mať dôležitý alebo dokonca rozhodujúci vplyv na kalenie trhlín. Aby sa dosiahol účel kalenia, je zvyčajne potrebné zrýchliť rýchlosť ochladzovania dielov vo vysokoteplotnej sekcii a prinútiť ju prekročiť kritickú rýchlosť ochladzovania ocele, aby sa získala martenzitická štruktúra. Pokiaľ ide o zvyškové napätie, rúrová elektrická pec môže zvýšiť hodnotu tepelného napätia, ktoré pôsobí proti účinku konštrukčného napätia, čím sa zníži napätie v ťahu na povrchu obrobku a dosiahne sa cieľ potlačenia pozdĺžnych trhlín. Účinok sa zvýši so zrýchlením rýchlosti ochladzovania pri vysokej teplote. Okrem toho, v prípade prekaliteľnosti, čím väčšia je veľkosť prierezu obrobku, aj keď skutočná rýchlosť chladenia je pomalšia, tým väčšie je riziko praskania. To všetko je spôsobené tým, že tepelné namáhanie tohto druhu ocele spomaľuje skutočnú rýchlosť ochladzovania so zväčšovaním veľkosti, znižuje tepelné namáhanie a so zväčšovaním veľkosti zvyšuje konštrukčné napätie. Elektrická pec skriňového typu nakoniec vytvára ťahové napätie pozostávajúce hlavne zo štrukturálneho napätia, ktoré pôsobí na povrch obrobku. A je úplne odlišné od tradičného konceptu, že čím pomalšie chladenie, tým menšie napätie.
Vplyv zvyškového tlakového napätia na obrobok sa široko používa ako metóda na zlepšenie únavovej pevnosti obrobku prostredníctvom spevnenia povrchu nauhličovaním. Na jednej strane môže účinne zvýšiť pevnosť a tvrdosť povrchu obrobku, zlepšiť odolnosť obrobku proti opotrebeniu a na druhej strane môže karburizácia účinne zlepšiť rozloženie napätia obrobku, získať veľké zvyškové tlakové napätie v obrobku. povrchová vrstva obrobku a zlepšiť únavovú pevnosť obrobku. Ak sa po nauhličení uskutoční izotermické kalenie, zvýši sa zvyškové tlakové napätie na povrchovej vrstve a ďalej sa zlepší únavová pevnosť. Niekto testoval zvyškové napätie ocele 35SiMn2MoV po izotermickom kalení a nízkoteplotnom popúšťaní po nauhličení. Výsledky sú uvedené v tabuľke 1.35: Hodnoty zvyškového napätia ocele SiMn2MoV po izotermickom kalení a nízkoteplotnom popúšťaní po nauhličení
Hodnota zvyškového napätia (kg/mm2)
Zahrievanie v 880-900 stupňovom soľnom kúpeli po nauhličení, izotermické pri 260 stupňoch počas 40 minút
-65
Po nauhličení zahrejte a uhaste v 880-900 stupňovom soľnom kúpeli, izotermickom pri 260 stupňoch počas 90 minút
-18
Po nauhličení zahrievajte v soľnom kúpeli pri 880-900 stupňoch Celzia, izotermicky pri 260 stupňoch Celzia 40 minút a temperujte pri 260 stupňoch Celzia 90 minút
-38
Pri pohľade na výsledky skúšok v tabuľke 1 je možné vidieť, že izotermické kalenie má vyššie povrchové zvyškové tlakové napätie ako zvyčajný proces kalenia a nízkoteplotného temperovania. Aj po nízkoteplotnom popúšťaní po izotermickom kalení je zvyškové tlakové napätie na povrchu vyššie ako po nízkoteplotnom popúšťaní po kalení. Preto možno konštatovať, že povrchové zvyškové tlakové napätie získané izotermickým kalením po nauhličovaní je vyššie ako to, ktoré sa dosiahne konvenčným nauhličovacím kalením a nízkoteplotným temperovaním. Z hľadiska priaznivého vplyvu zvyškového tlakového napätia povrchovej vrstvy na odolnosť proti únave je proces izotermického kalenia nauhličovaním účinnou metódou na zlepšenie únavovej pevnosti nauhličených dielov.
Existujú dva hlavné dôvody, prečo proces nauhličovania a kalenia môže získať povrchové zvyškové tlakové napätie a nauhličovanie a izotermické kalenie môže získať väčšie povrchové zvyškové tlakové napätie. Jedným z dôvodov je, že špecifický objem martenzitu s vysokým obsahom uhlíka v povrchovej vrstve je väčší ako objem martenzitu s nízkym obsahom uhlíka v strede. Po ochladení sa objem povrchu veľmi zväčšuje a expanduje, zatiaľ čo objemová expanzia martenzitu s nízkym obsahom uhlíka v strede je malá, čo obmedzuje voľnú expanziu povrchovej vrstvy a spôsobuje stav napätia povrchovej vrstvy pod tlakom a stredu pod napätím. . Ďalším dôležitejším dôvodom je, že počiatočná teplota transformácie (Ms) vysoko uhlíkového podchladeného austenitu na martenzit je nižšia ako teplota podchladeného austenitu s nízkym obsahom uhlíka v strede na martenzit. Keď sa izotermické kalenie vykonáva po nauhličení, keď je izotermická teplota nad teplotou začiatku transformácie martenzitu (Ms) nauhličovanej vrstvy, izotermické kalenie pri vhodnej teplote pod bodom teploty začiatku transformácie martenzitu (Ms) v strede môže zaručiť sekvenčné charakteristiky tejto transformácie viac ako kontinuálne ochladzovanie ochladzovania (to znamená, že k premene martenzitu v povrchovej vrstve dochádza až v procese ochladzovania po izotermickom ochladzovaní). Samozrejme, že na veľkosť zvyškového napätia v povrchovej vrstve má významný vplyv izotermická teplota a čas izotermického kalenia po nauhličení. Niekto testoval povrchové zvyškové napätie vzoriek ocele 35SiMn2MoV po nauhličení pri 260 stupňoch a 320 stupňoch počas 40 minút a výsledky sú uvedené v tabuľke 2. Z tabuľky 2 je zrejmé, že povrchové zvyškové napätie pri 260 stupňoch je vyššie dvakrát vyššia ako pri 320 stupňoch. Povrchové zvyškové napätie ocele 35SiMn2MoV pri rôznych izotermických teplotách.
V procese kalenia je transformácia martenzitu v strede často prvá, ktorá spôsobí expanziu objemu v strede a spevní sa, ale povrch ešte nevychladol na zodpovedajúci počiatočný bod transformácie martenzitu (Ms), takže je stále v podchladený austenitový stav s dobrou plasticitou a nebude hrať vážnu úlohu pri potláčaní objemovej expanzie martenzitovej transformácie v strede. Pri kontinuálnom znižovaní teploty ochladzovania klesá povrchová teplota pod bod (Ms) a v povrchovej vrstve nastáva premena martenzitu, čo spôsobuje expanziu objemu povrchu. Stred je však už premenený na martenzit a spevnený, takže stred bude hrať veľkú úlohu pri potláčaní objemovej expanzie povrchovej vrstvy, vďaka čomu povrchová vrstva získa zvyškové tlakové napätie.

Vyššie uvedený obsah organizuje spoločnosť Superb heather Company, super ohrievač. Hlavne profesionálna výroba: priemyselné vykurovacie telesá, prvky na meranie teploty, výrobné zariadenia, príslušenstvo a suroviny ako rúrkové ohrievače, rúrkové ohrievače, pásové ohrievače, keramické ohrievače, ohrievače zo silikónovej gumy, termočlánky atď.

Vitajte globálnych priemyselných partnerov na diskusiu o spolupráci!