Термическая обработка — это контролируемый термический процесс, состоящий из циклов нагрева, выдержки и охлаждения, для изменения микроструктуры и механических свойств металлических материалов. В изделиях, изготовленных методом порошковой металлургии (ПМ), термическая обработка применяется для повышения твёрдости, прочности на разрыв и износостойкости за счёт измельчения зернистой структуры и стимуляции фазовых превращений.
Содержание:
Преимущества термической обработки деталей, изготовленных методом порошковой металлургии
Более высокая твердость поверхности и износостойкость
При применении специальных термических обработок к детали порошковой металлургииОни повышают твёрдость поверхности и износостойкость деталей. Например, при цементации металлических деталей в высокоуглеродистой атмосфере углерод внедряется в их микроструктуру.
Затем, при закалке, структура, обогащенная углеродом, преобразуется в твердый мартенсит. После этой термообработки поверхностная твердость спеченного изделия находится в диапазоне HRC 58–65, что делает его прочным и устойчивым к абразивному воздействию.
Более высокая прочность и усталостная долговечность
Прочность на растяжение и усталостную долговечность можно повысить с помощью контролируемой термической обработки деталей, изготовленных методом порошковой металлургии, например, закалки с последующим отпуском.
Термическая обработка может значительно повысить прочность на растяжение и усталостную прочность порошковых сталей. Исследование порошковой инструментальной стали при термической обработке методом порошковой металлургии показало, что добавление стадии нагрева до -80 °C между закалкой и отпуском с распределением рафинированного карбида увеличивает прочность на растяжение примерно на 10%, а усталостную прочность с надрезом – примерно на 25%. Эти результаты подчеркивают важность усовершенствованной термической обработки для улучшения этих критически важных свойств деталей, изготовленных методом порошковой металлургии, при циклических нагрузках.
Настройка прочности
Некоторые виды термической обработки применяются к металлическим деталям, чтобы повысить их прочность, сохраняя при этом мягкость внутренней сердцевины, например, индукционная закалка. Прочная сердцевина увеличивает срок службы деталей, делая их устойчивыми к износу, а прочная сердцевина позволяет им выдерживать высокие нагрузки без образования трещин. Типичные области применения включают шестерни масляных насосов и звёздочки газораспределительного механизма.
Снятие напряжения
Низкотемпературный отжиг обычно используется для снятия остаточных напряжений в деталях, изготовленных методом порошковой металлургии, которые могут образовываться при прессовании, спекании или механической обработке. Эта обработка стабилизирует микроструктуру, минимизирует риск коробления и повышает точность размеров.
Методы термической обработки деталей, изготовленных методом порошковой металлургии
Закалка
Закалка — это обработка, при которой порошковые металлические компоненты нагреваются до температуры аустенизации (часто 800–950 °C для сталей), а затем быстро охлаждаются в закалочной среде, например, в масле, воде или газе. Резкое охлаждение подавляет образование более мягких фаз, таких как перлит или бейнит, превращая аустенит в мартенсит и тем самым повышая твёрдость, прочность и износостойкость материала.
В результате повышаются прочность и износостойкость деталей. Хотя этот процесс повышает прочность и твёрдость металлической детали, быстрое охлаждение создаёт напряжения, увеличивая хрупкость или снижая вязкость. Поэтому закалку следует отпуск для восстановления вязкости. Закалка применяется к зубчатым передачам, режущим инструментам и станкам, где твёрдость и износостойкость играют ключевую роль.
Отпуск
Отпуску подвергаются, как правило, детали, подвергнутые закалке, при которой твёрдость и прочность повышаются, но вязкость снижается, что делает деталь более хрупкой. Отпуск позволяет сохранить баланс между вязкостью и пластичностью.
При отпуске детали сначала нагреваются до температуры ниже критической в течение определённого времени. Температура отпуска зависит от состава таких элементов, как:
- Инструментальные стали отпускают при температуре около 200–300 °C.
- Пружинные стали при 300-400°С и
- Конструкционные стали при 450-650°С
После специальной выдержки эти детали охлаждаются с контролируемой скоростью в соответствии с требуемыми механическими свойствами. Этот процесс повышает пластичность и гибкость, одновременно снижая хрупкость, гарантируя, что деталь сможет выдерживать ударные и циклические нагрузки без повреждений.
Отжиг
Отжиг — это процесс термической обработки, применяемый к изделиям, изготовленным методом порошковой металлургии, для улучшения обрабатываемости и снятия напряжений, возникающих при прессовании и спекании. В отличие от закалки, которая повышает твёрдость, отжиг формирует более мягкую и пластичную микроструктуру.
Для сталей, полученных методом порошковой металлургии, параметры отжига, такие как температурный диапазон, время выдержки и способ охлаждения, варьируются в зависимости от типа материала. Например, для низколегированной стали, если требуется отжиг, его обычно проводят при температуре 830–870 °C с последующим охлаждением в печи до температуры около 450 °C со скоростью 10–15 °C в час, а затем охлаждением на воздухе. Постепенное охлаждение преобразует микроструктуру, снижая твёрдость и повышая размерную стабильность и пластичность.
Отжиг обычно применяется для втулок, подшипниковых узлов и конструктивных элементов, где стабильность и прочность имеют приоритет над максимальной твердостью.
Индукционная закалка
Индукционная закалка — это метод поверхностной термической обработки, при котором изделия из порошковой металлургии быстро нагреваются электромагнитной индукцией, обычно до 800–950 °C для сталей. В этом процессе используется высокочастотный переменный ток, проходящий через медную катушку.
Этот ток создает вихревые токи на поверхности детали и нагревает ее до температуры выше температуры аустенизации. После достижения заданной температуры деталь немедленно закаливается, превращая нагретый слой в твердый мартенситный слой, сохраняя при этом прочность и пластичность сердцевины.
Упрочнение корпуса
Поверхностная закалка включает в себя различные процессы нагрева, которые закаляют металлические детали с поверхности, сохраняя при этом их сердцевину пластичной и прочной.
карбюризация
При цементации металлические детали подвергаются воздействию богатой углеродом атмосферы в печи при температуре 850–950 °C. Источником углерода обычно является метан или оксид углерода, которые диффундируют в поверхностный слой детали. Это изменяет микроструктуру поверхности и после закалки образует твёрдый мартенситный слой, значительно повышающий износостойкость и твёрдость поверхности.
Азотирование
При азотировании детали помещаются в богатую азотом среду, используя печь с аммиаком или установку плазменного азотирования. Температура в печах поддерживается ниже, чем при цементации, и составляет около 500–600 °C, что приводит к образованию нитридов. В результате азот соединяется с легирующими элементами, образуя твёрдые нитриды, повышая твёрдость поверхности, усталостную прочность и коррозионную стойкость. Азотирование обычно применяется для деталей, работающих под высокими нагрузками, таких как коленчатые и распределительные валы.
Карбонитрирование
Нитроцементация – это также процесс поверхностной закалки, при котором детали подвергаются одновременному воздействию углеродсодержащей и азотсодержащей атмосферы. Источником углерода служат углеводородные газы, а азота – аммиак. Температура печи поддерживается ниже температуры превращения материала, например, для стали она составляет 820–900 °C.
Это приводит к образованию твёрдых компонентов, таких как нитрид и карбид железа, которые отвечают за повышение поверхностной твёрдости, износостойкости и усталостной прочности. После нитроцементации детали обычно подвергаются закалке для фиксации закалённой микроструктуры, а затем отпуску для снижения хрупкости и достижения желаемого баланса твёрдости и вязкости.
Упрочнение спеканием
Упрочнение спеканием — это термическая обработка порошковых металлических деталей, при которой детали спекаются и закаливаются в одном и том же процессе. При этом детали сначала нагреваются до повышенной температуры для спекания, а затем подвергаются ускоренному охлаждению.
Ускоренное охлаждение преобразует микроструктуру непосредственно в мартенсит или мартенситно-бейнитную смесь, устраняя необходимость в отдельной закалке. В результате этот процесс сокращает время производства, снижает затраты на обработку и минимизирует деформацию. Эта термическая обработка применяется к зубчатым передачам, звёздочкам и другим конструктивным элементам, требующим высокой износостойкости и прочности, сразу после спекания.
Лечение старения
Старение – это процесс термической обработки, также называемый дисперсионным твердением, при котором мелкодисперсные частицы металла осаждаются в микроструктуре материала. Эти мелкодисперсные осадки служат барьерами для движения дислокаций, значительно повышая твёрдость и прочность. Этот процесс позволяет материалу противостоять деформациям при высоких температурах, делая его термически стабильным.
Ищете решения в области прецизионной порошковой металлургии?
СИНИЙ является ведущим производитель порошковой металлургии в Китае, поставляя высококачественные стандартные спеченные компоненты без затрат на оснастку. Ознакомьтесь с нашими КУПИТЬ Чтобы найти детали, точно соответствующие вашим требованиям. Мы предлагаем полный спектр вторичных операций, включая термообработку, прецизионную механическую обработку, калибровку, инфильтрацию медью и многое другое. Для особых потребностей наши индивидуальные услуги порошковой металлургии поставлять индивидуальные решения с жестким контролем размеров и постоянным качеством.