O processo de tratamento térmico é o mesmo para diferentes materiais metálicos?

一, A base para diferenciar conceitos de processo
A ideia principal por trás do tratamento térmico de metais é usar campos de temperatura para regular o movimento dos átomos e a mudança de fases. No entanto, vários metais têm formas bastante diversas de organizar seus átomos e mudar de fase.
Ligas à base de-ferro (aço): de acordo com o diagrama de fases do ferro-carbono, processos como austenitização e transformação martensítica tornam o material mais resistente. Por exemplo, para austenitizar totalmente a estrutura do aço 45 #, ela precisa ser aquecida a 840–860 graus e depois resfriada rapidamente para produzir martensita, que tem uma dureza de HRC50–55.
Liga de alumínio: depende de mecanismos de fortalecimento por solução sólida e envelhecimento. Por exemplo, ao trabalhar com liga de alumínio 6061, o tratamento em solução significa mantê-la a 530–540 graus por 4–6 horas para dissolver completamente a fase Mg ₂ Si. Em seguida, é temperado em água para formar uma solução sólida supersaturada e, finalmente, é envelhecido a 175 graus para formar fases de fortalecimento em nanoescala. É possível aumentar a resistência à tração de 180MPa para 310MPa.
Para ligas de titânio, o tratamento térmico na área da fase beta controla a microestrutura. Ao resfriar a liga de titânio TC4 a ar após tratamento com solução sólida na região de fase em 980–1020 graus, ela pode obter uma estrutura em camadas + com uma resistência à tração de 1100 MPa. Se o tratamento isotérmico for feito a 850 graus, uma fase alfa equiaxial pode ser formada e a taxa de alongamento pode ser elevada para 15%.
2, Diferentes maneiras de executar processos típicos
Diferentes tipos de metal desenvolveram seus próprios métodos de processo de tratamento térmico porque possuem diferentes necessidades de desempenho.
1. Diferentes maneiras de trabalhar com materiais de aço
Têmpera e revenido: Para obter alta dureza (HRC62-65) e resistência ao desgaste, o aço para ferramentas com alto teor de carbono (como T10A) precisa ser temperado a 1000–1050 graus e revenido a 200 graus. Para obter uma estrutura de martensita revenida, o aço 42CrMo temperado e revenido precisa ser temperado a 850 graus e revenido a 550 graus. Esta estrutura combina resistência (σ b Maior ou igual a 1080MPa) e tenacidade (ak Maior ou igual a 39J).
Processo exclusivo: O tratamento criogênico (resfriamento com nitrogênio líquido de -196 graus) pode transformar sobras de austenita em martensita, tornando o aço para rolamentos 9Cr18Mo 1-2HRC mais duro; a têmpera da superfície de aquecimento por indução pode formar uma camada endurecida de 5 mm de espessura na superfície da engrenagem, mantendo o núcleo resistente.
2. Processos destinados apenas a metais-não ferrosos
O tratamento T6 (solução sólida + envelhecimento artificial) é a maneira típica de tornar as ligas de alumínio da série 6000 mais resistentes. Para equilibrar a resistência e a resistência à corrosão sob tensão, a liga de alumínio 7075 precisa de envelhecimento T74 em dois-estágios (120 graus /24h → 160 graus /8h).
Liga de cobre: ​​O bronze-berílio (QBe2) forma a fase 'quando envelhece a 320–340 graus e tem uma dureza de HRC38–42. O latão (H62) tem alívio de tensão-de 300 a 350 graus para eliminar o endurecimento por trabalho a frio.
Liga de magnésio: Depois de ser tratada em uma solução a 415 graus, a liga de magnésio AZ91D forma a fase - Mg ₁₇ Al ₁₂ envelhecendo a 175 graus. Isso torna a resistência ao escoamento 30% mais forte.
3. Necessidades exclusivas de metais refratários
Liga de tungstênio: precisa de recozimento de recristalização a 1400–1600 graus para eliminar o endurecimento por trabalho a frio, e o tamanho do grão deve ser mantido menor ou igual a 50 μm para manter a resistência em altas temperaturas.
Liga de molibdênio: Para reparar os danos da radiação e restaurar o desempenho dos materiais estruturais do reator nuclear, ela é recozida a uma alta temperatura de 1.800 a 2.000 graus.
3, Leis comuns ao design de processos
Mesmo que os parâmetros do processo sejam muito diversos, o projeto de tratamento térmico para diferentes tipos de materiais metálicos segue estas regras básicas:
O diagrama de fases é a ideia principal por trás de todos os projetos de processos. A temperatura crítica (Ac ₁, Ac ∝, Ms, etc.) é usada para escolher a temperatura de aquecimento. Por exemplo, para dissolver completamente os carbonetos no aço inoxidável 304, ele precisa ser aquecido a 1050–1100 graus.
Controle da taxa de resfriamento: Escolha o meio certo (água, óleo, polímero, etc.) para controlar a taxa de resfriamento e fazer com que o tecido mude de uma determinada maneira. A têmpera em água pode transformar aços de alto{2}}carbono em martensita, enquanto a têmpera em óleo pode evitar que aços de baixa{3}}liga se quebrem.
O recozimento de alívio de tensão (por exemplo, aço a 300–400 graus e liga de alumínio a 150–200 graus) é usado para eliminar a tensão de processamento e evitar que as coisas dobrem ou quebrem. Em vez de tratamento térmico, o envelhecimento por vibração (VSR) é amplamente utilizado para reduzir o estresse em peças de liga de alumínio de aeronaves.
Modificação colaborativa de superfície: Usando tratamento térmico químico (cementação, nitretação) e têmpera de superfície juntos para obter diferentes níveis de desempenho. Por exemplo, as engrenagens são carburadas com 20CrMnTi (930 graus × 8h), temperadas e revenidas em baixas temperaturas. Isso lhes confere uma dureza superficial de HRC58-62 e os mantém resistentes no núcleo.
4, A direção principal da melhoria de processos
À medida que a ciência dos materiais avançou, as técnicas de tratamento térmico exibiram as seguintes tendências inovadoras:
O tratamento térmico local por feixe de laser/elétrons é uma maneira precisa de controlar a temperatura de pequenas áreas de tecido. É usado para tornar mais fortes os orifícios da película de gás ao redor das pás dos motores das aeronaves.
Sistema de processo inteligente: Ele pode prever como o tecido mudará e melhorará os parâmetros com base em uma simulação digital de processo de tratamento térmico duplo. Por exemplo, a GE usa o software ProCAST para evitar que o disco da turbina se deforme em mais de 0,1 mm durante a têmpera.
Tecnologia para fazer coisas de forma ecológica: A cementação de baixa pressão (LPC) substitui a tradicional cementação a gás para reduzir as emissões de CO₂. A tecnologia de substituição de óleo de têmpera (como o polímero PAG) reduz as emissões de COV.