Procesamiento termomecánico de metales. es un conjunto de operaciones de deformación, calentamiento y enfriamiento, como resultado de las cuales la formación de la estructura final y las propiedades del material ocurre en condiciones de mayor densidad y distribución óptima de las imperfecciones estructurales creadas por la deformación plástica.
El procesamiento termomecánico del acero se lleva a cabo principalmente según tres esquemas: alta temperatura (HTMT), baja temperatura (LTMT) y tratamiento termomecánico preliminar (PTMT).
Idea principal procesamiento a alta temperatura Consiste en seleccionar los modos de laminación y enfriamiento después de la laminación, lo que asegura la producción de grano fino y uniforme en el producto terminado.
Procesamiento a baja temperatura consiste en calentar el acero a 1000..L 100 ° C, un enfriamiento rápido a la temperatura del estado metaestable de austenita (400 ... 600 ° C) y un alto grado (hasta el 90% y más) de deformación en este temperatura. A continuación se realiza el enfriamiento con martensita y el revenido a 100...400 °C. El resultado es un aumento significativo de la resistencia en comparación con el HTMT, pero una menor ductilidad y resistencia al impacto. Este método es aplicable prácticamente sólo a aceros aleados.
Tratamiento termomecánico preliminar. Se caracteriza por la simplicidad del proceso tecnológico: deformación plástica en frío (aumenta la densidad de las dislocaciones), calentamiento previo a la recristalización (proporciona poligonización de la estructura de ferrita), enfriamiento y revenido.
19. Cobre y aleaciones a base de cobre. Marcado de bronce y latón. El uso de aleaciones a base de cobre en ingeniería sanitaria.
Cobre- metal viscoso maleable de color rojo (rosa en una fractura), en capas muy finas se ve azul verdoso a la luz.
Las propiedades obtenidas dependen de la pureza y el nivel de contenido de impurezas determina su marca: MOOC - al menos 99,99% de cobre, IOC - 99,97%, M1K - 99,95%, M2k - 99,93% de cobre, etc. grados después de la letra M ( cobre) indique el número condicional de pureza, y luego la letra del método y las condiciones para obtener cobre: k - cátodo; b - anóxico; p - desoxidado; f - desoxidado con fósforo. Las impurezas nocivas que reducen las propiedades mecánicas y tecnológicas del cobre y sus aleaciones son el plomo, el bismuto, el azufre y el oxígeno. Su contenido en cobre es estrictamente limitado: bismuto - no más del 0,005%, plomo - 0,05%, etc.
El cobre pertenece a los metales pesados no ferrosos. La densidad es de 8890 kg / m 3, el punto de fusión es de 1083 ° C. El cobre puro tiene una alta conductividad eléctrica y térmica.
El cobre tiene alta ductilidad y excelente trabajabilidad en frío y en caliente, buenas propiedades de fundición y maquinabilidad satisfactoria. Las propiedades mecánicas del cobre son relativamente bajas: la resistencia a la tracción es de 150...200 MPa, el alargamiento relativo es del 15...25%.
Las aleaciones dobles o multicomponentes de cobre con zinc y otros elementos se denominan latones.
El latón está marcado con la letra L (latón), seguida de números que indican el porcentaje de cobre. Por ejemplo, el latón L68 contiene un 68% de cobre y el resto es zinc. Si el latón es multicomponente, después de la letra L se colocan los símbolos de otros elementos (A - aluminio, F - hierro, H - níquel, K - silicio, T - titanio, Mts - manganeso, O - estaño, C - plomo, C - zinc y etc.) y cifras que indiquen su porcentaje medio en la aleación. El orden de las letras y números en latón forjado y fundido es diferente. En los latones de fundición, el contenido medio del componente de aleación se indica inmediatamente después de la letra que denota su nombre.
Bronce- una aleación de cobre con estaño, aluminio, plomo y otros elementos, entre los que el zinc y el níquel no son los principales. El zinc y el níquel sólo pueden introducirse en los bronces como elementos de aleación adicionales. Según su composición química, los bronces se clasifican en estaño a sin estaño.
El bronce está marcado con las letras Br, seguidas de designaciones alfabéticas y numéricas de los elementos contenidos, excepto el cobre. La designación de elementos en bronce es la misma que para marcar el latón. La presencia de cobre en el grado no está indicada y su contenido está determinado por la diferencia. En los grados de bronce tratado a presión, los nombres de los elementos de aleación se enumeran en orden descendente de su concentración, y al final del grado, en la misma secuencia, se enumeran sus concentraciones promedio. Por ejemplo, la marca de bronce BrOTsS4-4-2.5 contiene un 4% de estaño y zinc, un 2,5% de plomo y el resto es cobre. En los grados de bronce de fundición (GOST 613 y 493), después de cada designación de un elemento de aleación, se indica su contenido. Si las composiciones de bronces de fundición y tratados a presión se superponen, por ejemplo, BrA9ZhZL.
20. Aluminio y aleaciones a base de aluminio. El uso de aleaciones a base de aluminio en ingeniería sanitaria.
Aluminio es un metal ligero de color blanco plateado con una densidad de 2,7 g/cm3 y un punto de fusión de 660°C. Se caracteriza por una alta conductividad térmica y eléctrica y una buena resistencia a la corrosión en muchos ambientes agresivos. Cuanto más puro es el aluminio, mayor es su resistencia a la corrosión.
Dependiendo del contenido de impurezas, el aluminio se divide en grupos y grados: aluminio de alta pureza A999 - 99,999% aluminio, grados de alta pureza: A995 - 99,995%, A99 - 99,99%, A97 - 99,97%, A95 - 99,95% aluminio, técnico pureza con un contenido de impurezas de OD5 ... 1,0%: A85, A8, A7, A6, A5, AO. Por ejemplo, el grado A85 significa que el metal contiene 99,85% de aluminio y el grado AO significa 99% de aluminio. El aluminio forjado técnico está etiquetado como ADO y AD1. Fe, Si, Cu, Mn, Zn, etc. pueden estar presentes como impurezas en el aluminio.
Desde el punto de vista técnico, todas las aleaciones de aluminio se dividen en 2 clases:
Fundido e indeformable.
Duraluminio Son las aleaciones más comunes de este grupo, que tienen como base aluminio, cobre y magnesio. Los duraluminios se caracterizan por una combinación de alta resistencia y ductilidad; se deforman bien en estados fríos y calientes.
Siluminas- este es el nombre general de un grupo de aleaciones fundidas a base de aluminio que contienen silicio (4 ... 13% y en algunos grados hasta 23%) y algunos otros elementos. Las siluminas tienen altas propiedades de fundición, una resistencia suficientemente alta, una mayor resistencia a la corrosión y se procesan bien mediante corte.
El grado de influencia del medio metálico líquido sobre el material deformable depende de su tratamiento térmico y termomecánico. En gran medida, esta influencia está determinada por el nivel de resistencia y tamaño de grano que adquieren los materiales como resultado del procesamiento. El efecto del tratamiento térmico y termomecánico también está asociado con algunas características del estado estructural del material.VG Markov investigó el efecto del estaño líquido en aceros perlíticos de cromo-molibdeno-vanadio sometidos a revenido a distintas temperaturas. El endurecimiento en todos los casos se realizó a 990°C y el revenido a 270, 370, 470, 570, 670 y 770°C; la duración del templado a cada temperatura fue de 1,5 h. Se utilizaron piezas brutas de acero que se habían sometido a los regímenes de tratamiento térmico indicados para producir muestras con una parte de trabajo cilíndrica de 6 mm de diámetro, que luego se ensayaron a tracción a una velocidad de 1,25 mm/min. Las muestras se probaron en un baño con estaño líquido y al aire a una temperatura de 250/650°C.
Se ha establecido que el acero está expuesto al mayor efecto del metal líquido después de un templado bajo y medio (a una temperatura de 270/470 ° C). Las muestras que se han sometido a dicho tratamiento térmico son frágiles, sin deformación plástica, su resistencia a la tracción es 1,5-2 veces menor que el límite elástico en el aire. Las muestras templadas a 570°C fallan en estaño sin ninguna deformación plástica; su diagrama de tensión termina en la región de deformación uniforme. El templado a 670° C debilita aún más el efecto del estaño sobre el acero. En este caso, el límite elástico, la resistencia a la tracción y el alargamiento uniforme de las muestras ensayadas en aire y en estaño son los mismos; la influencia del metal líquido se expresa sólo en una disminución del alargamiento concentrado. Las muestras atemperadas a 770°C no mostraron ningún efecto del medio metálico líquido.
Por tanto, un aumento de la temperatura de templado conduce a una disminución del efecto del metal líquido sobre las propiedades mecánicas del acero perlítico. La razón principal del debilitamiento del efecto en este caso aparentemente se debe a una disminución de la resistencia del acero. Por lo tanto, la resistencia última al aire cambia continuamente de aproximadamente 130 kg/mm2 después del templado a 270°C a 55 kg/mm2 después del templado a 670°C.
En el trabajo se han establecido regularidades similares de la influencia del tratamiento térmico del acero 30KhGSA sobre la magnitud del efecto de la exposición al estaño líquido y a la soldadura de estaño-plomo; sus resultados se analizan anteriormente (ver Tabla 35). El artículo señala que el templado a alta temperatura de los aceros perlíticos al cromo-níquel y al carbono reduce su sensibilidad a la acción de las soldaduras fundidas.
Los autores del trabajo investigaron el efecto del mercurio a temperatura ambiente sobre las propiedades mecánicas de las aleaciones de aluminio que endurecen por precipitación en función de la duración del envejecimiento. En la fig. 88 muestra los resultados de la prueba de una aleación de aluminio aleado con 4,5% Cu, 0,6% Mn y 1,5% Mg. Se puede observar que un aumento en la duración del envejecimiento de la aleación, acompañado del endurecimiento en el aire, conduce a una fuerte caída de su resistencia en mercurio líquido. Curiosamente, incluso un ligero endurecimiento de la aleación al inicio del proceso de envejecimiento provoca una fuerte influencia del metal líquido. Esto indica la dependencia del efecto del medio metálico líquido del estado estructural del material.
Se observó una naturaleza algo diferente del efecto del metal líquido (mercurio con 2% de Na) durante el envejecimiento de la aleación Cu - 2% Be. De la fig. 89 se deduce que el ensayo de una aleación en un metal líquido no distorsiona (en un sentido cualitativo) la naturaleza del efecto del envejecimiento sobre su límite elástico. En este caso, se observan las etapas habituales de endurecimiento y luego ablandamiento (con exposición creciente), asociadas a un sobreenvejecimiento de la aleación. En cuanto al efecto del metal líquido sobre el alargamiento relativo del material, fue similar al efecto sobre la resistencia establecida en la obra, es decir, el efecto del medio, expresado en una disminución del alargamiento relativo, aumenta con el endurecimiento. de la aleación y tiene el mayor valor en el endurecimiento máximo. El sobreenvejecimiento de la aleación conduce a una disminución del efecto fragilizante del recubrimiento de metal líquido.
En la fig. 89 también muestra los resultados de las pruebas de una aleación de cobre-berilio sometida a endurecimiento mecánico después del endurecimiento. Dicho tratamiento contribuye a un fortalecimiento aún mayor de la aleación durante el envejecimiento, mientras que la disminución del alargamiento relativo es mucho menos pronunciada. Por ejemplo, la mayor disminución en el alargamiento después del templado y el endurecimiento por trabajo fue de aproximadamente el 60%, mientras que después de un templado fue cercana al 100%.
La aplicación de endurecimiento por trabajo después del tratamiento térmico de la aleación, como se muestra en las obras, generalmente no provoca un cambio en el grado de exposición al metal líquido. Por lo tanto, el endurecimiento de una aleación de cobre y berilio después del enfriamiento y envejecimiento a 370 ° C durante 0,5 y 12 horas, es decir, hasta y más allá del pico de endurecimiento (ver Fig. 89), no conduce ni a fortalecer ni a debilitar la influencia. del medio líquido-metal. La aleación sometida a endurecimiento máximo durante el tratamiento térmico (templado y envejecimiento a 370°C durante 1 h) mostró un aumento en el impacto del medio ambiente con un aumento en el grado de endurecimiento por trabajo.
El procesamiento termomecánico de un material en varios casos permite aumentar su resistencia en un medio metálico líquido. En las obras se estudió la influencia del tratamiento termomecánico sobre las propiedades mecánicas del acero 40X en aire y en contacto con eutéctico Pb-Sn. Se ensayaron probetas cilíndricas de 10 mm de diámetro con una muesca circular. El material se procesó en la zona del concentrador de tensiones. La muestra se instaló en una máquina especial y se calentó pasando una corriente eléctrica a través de ella hasta la temperatura de austenitización; luego se enfrió hasta una temperatura de 400/600°C, a la que se hizo rodar el concentrador con rodillos perfilados. La profundidad inicial de la incisión realizada en un torno fue de 1 mm, el radio en la parte superior fue de 0,2 mm y el ángulo fue de 0,8 rad. Al rodar con rodillos, la profundidad de la muesca aumentó a 1,5 mm, el radio se mantuvo sin cambios. Después del rodaje, la muestra se enfrió en aceite y luego se atemperó. Además del procesamiento termomecánico con rodillos, también se utilizó el procesamiento con deformación de la muestra por torsión. También se evaluó la influencia del endurecimiento por trabajo a temperatura ambiente sobre el efecto del metal líquido sobre el acero después del templado y la normalización.
De los que se muestran en la Fig. 90 diagramas de tracción muestran que a temperaturas de 400 y 500 ° C, las muestras que se han endurecido se destruyen bajo la acción del metal líquido en la región elástica, experimentando una disminución múltiple de su resistencia. Se logra cierto aumento en la resistencia mediante el endurecimiento por trabajo de las muestras, laminación a temperatura ambiente y tratamiento termomecánico mediante torsión. El mayor aumento de resistencia se obtiene mediante el tratamiento termomecánico con el uso de muestras rodantes con rodillos. Sin embargo, aunque este tratamiento conduce a un fuerte aumento de la plasticidad de las muestras cuando se prueban al aire, cuando se prueban en una masa fundida, las muestras fallan frágilmente. Cabe señalar que el método de tratamiento termomecánico, que resultó eficaz para el acero 40X, no dio un resultado positivo para el acero 2X13 ni cuando se probó al aire ni en una masa fundida eutéctica de Pb-Sn. El grado de influencia del metal líquido en este caso fue aproximadamente el mismo que después del templado y revenido, dando al acero el mismo nivel de resistencia y ductilidad.
Los datos anteriores muestran que un aumento en la resistencia de un material como resultado de un tratamiento térmico o termomecánico conduce, por regla general, a un aumento en el efecto del metal líquido. El efecto del endurecimiento del acero 40Kh en el eutéctico Pb-Bi después del funcionamiento del concentrador de tensiones con rodillos está obviamente asociado principalmente a la aparición de tensiones de compresión en la capa superficial de la muestra, ya que el tratamiento termomecánico se realiza del mismo modo, pero con la deformación. de la muestra por torsión, no conduce a resultados similares. El factor estructural aparentemente influye en el grado de acción del medio metálico líquido en el caso de ensayos de aleaciones reforzadas por dispersión. Es de esperar un aumento de la influencia del medio sobre estas aleaciones, ya que en ellas pueden aparecer importantes concentraciones de tensiones en la región de los precipitados finamente dispersos, que constituyen serios obstáculos para el movimiento de las dislocaciones.
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El procesamiento termomecánico incluye la deformación plástica, que afecta la formación de la estructura durante el tratamiento térmico del metal. La deformación plástica cambia la naturaleza de la distribución y aumenta la densidad de defectos en la red cristalina, lo que, a su vez, afecta fuertemente la naturaleza de la formación de estructuras durante las transformaciones de fase. Así, después de TMT, se forma en la aleación una estructura con una mayor densidad de defectos en la estructura cristalina, lo que conduce a la adquisición de nuevas propiedades mecánicas.
Para el acero se utilizan principalmente dos tipos de tratamiento termomecánico: baja temperatura y alta temperatura.
Durante la LTMT, la austenita sobreenfriada se deforma en la región de mayor estabilidad, pero necesariamente por debajo de la temperatura de inicio de la recristalización. Después de eso, se convierte en martensita (Fig. 53). Como tratamiento térmico final se realiza un bajo revenido.
La razón del endurecimiento del acero durante LTMT es la herencia de la estructura de dislocación de la austenita deformada por la martensita. Las dislocaciones no desaparecen durante la formación de martensita, sino que se transfieren de la fase inicial a la nueva, es decir. La martensita hereda la subestructura de austenita deformada. La alta densidad de dislocaciones fijadas por átomos de carbono e inclusiones de carburo da como resultado una alta resistencia con un nivel aceptable de plasticidad.
Arroz. 53 Esquema de baja temperatura (LTMO)
procesamiento termomecánico del acero
LTMT es aplicable solo para aceros aleados con un nivel suficiente de estabilidad de austenita sobreenfriada. Además, LTMT requiere potentes equipos deformantes.
Durante el HTMT, la austenita se deforma en la región de su estabilidad a alta temperatura y luego se templa para obtener martensita (Fig. 54). Al endurecimiento le sigue un revenido bajo.
Arroz. 54 Esquema de alta temperatura (HTMT)
Procesamiento termomecánico del acero.
El modo HTMT se elige de modo que al comienzo de la transformación martensítica, la austenita tenga una estructura poligonizada desarrollada. El grado de deformación no debe ser demasiado grande, para no provocar una recristalización que reduzca el endurecimiento. Una vez finalizada la deformación, es necesario un enfriamiento inmediato para evitar la recristalización estática y mantener la estructura deformada al comienzo de la transformación martensítica. Los cristales de martensita no traspasan los subgranos de austenita, lo que provoca su importante trituración y la obtención de un elevado conjunto de propiedades.
La ventaja más importante de HTMT es la capacidad de aumentar simultáneamente tanto la resistencia como la tenacidad a la fractura. Además, HTMT no requiere equipos especializados potentes.
6. Tratamiento químico-térmico del acero
6.1. características generales tratamiento químico-térmico del acero
El tratamiento químico-térmico (CHT) es la saturación de la superficie del acero con algunos elementos químicos, a saber, no metales y metales (por ejemplo, carbono, nitrógeno, aluminio, cromo, etc.) mediante su difusión en estado atómico desde el entorno externo. a alta temperatura. Durante estos procesos, necesariamente cambian la composición química, la microestructura y las propiedades de las capas superficiales de los productos. En CTO, las piezas de trabajo se calientan en cualquier entorno químicamente activo. Los principales parámetros de procesamiento son la temperatura de calentamiento y el tiempo de mantenimiento. La CTO suele llevarse a cabo durante un largo período de tiempo. La temperatura del proceso se elige específicamente para cada tipo de procesamiento.
Los procesos principales de cualquier tipo de CTO son la disociación, la absorción y la difusión.
Disociación - descomposición compuesto químico para obtener elementos químicos en un estado atómico más activo. Absorción: absorción por la superficie de una parte de los átomos de estos no metales. Difusión: movimiento del elemento absorbido profundamente en el producto. Las velocidades de los tres procesos deben necesariamente ser coherentes entre sí. Para la absorción y difusión es necesario que el elemento saturado interactúe con el metal base para formar una solución sólida o un compuesto químico, ya que en ausencia de este el tratamiento químico-térmico es imposible.
Los principales tipos de tratamiento químico-térmico del acero son la cementación, nitruración, nitrocarburación, cianuración y metalización por difusión.
La velocidad de difusión de los átomos en la red de hierro varía y depende de la composición y estructura de las fases resultantes. Cuando se satura con carbono o nitrógeno, que forman soluciones sólidas intersticiales con hierro, la difusión avanza más rápido que cuando se satura con metales que forman soluciones sólidas sustitutivas. Por lo tanto, en este caso se utilizan temperaturas más altas y tiempos de procesamiento más largos, pero a pesar de ello se obtiene un espesor de capa más fino que con la nitruración y especialmente con la cementación.
Al determinar el espesor de la capa de difusión obtenida al saturar acero con uno u otro elemento, generalmente no se indica su valor total con una composición modificada, sino solo la profundidad hasta una determinada dureza o estructura (espesor efectivo).
A diferencia de los tratamientos térmicos, químico-térmicos y termomecánicos propiamente dichos, además de los efectos térmicos, incluyen, respectivamente, efectos químicos y de deformación sobre el metal. Esto complica el panorama general de los cambios en la estructura y las propiedades durante el tratamiento térmico.
Los equipos para realizar tratamientos químico-térmicos y termomecánicos suelen ser más complicados que los del tratamiento térmico propiamente dicho. Además de los dispositivos de calefacción convencionales, incluye, por ejemplo, instalaciones para crear una atmósfera controlada y equipos para la deformación plástica.
A continuación consideramos los patrones generales de cambios en la estructura y propiedades durante los tratamientos químico-térmicos y termomecánicos y sus variedades.
"Teoría del tratamiento térmico de metales",
II Novikov
Durante HTMT, la austenita se deforma en el área de su estabilidad termodinámica y luego se enfría para obtener martensita (consulte la figura Esquema del procesamiento de acero aleado). Después del templado, se lleva a cabo un revenido bajo. El objetivo principal del tratamiento térmico convencional con calentamiento por deformación (forja por laminación) es eliminar el calentamiento especial para el endurecimiento y así obtener un efecto económico. El objetivo principal de HTMT es mejorar las propiedades mecánicas...
De gran interés es el fenómeno de herencia ("reversibilidad") del endurecimiento por HTMT descubierto por ML Bernstein durante repetidos tratamientos térmicos. Resultó que el endurecimiento HTMT se conserva si el acero se vuelve a endurecer con una breve exposición a la temperatura de calentamiento para el temple o si el acero endurecido con HTMT se somete primero a un alto revenido y luego se vuelve a endurecer. Por ejemplo, la resistencia a la tracción del acero 37XH3A después de HTMT según el régimen...
Los procesos de TMT de los aceros han sido intensamente estudiados desde mediados de los años 50 en relación con la búsqueda de nuevas formas de aumentar la resistencia estructural. Tratamiento termomecánico a baja temperatura (LTMT) Durante el LTMT, la austenita sobreenfriada se deforma en el área de su mayor estabilidad, pero necesariamente por debajo de la temperatura de inicio de la recristalización y luego (se convierte en martensita. Después de eso, se lleva a cabo un templado a baja temperatura (no se muestra en la figura) Esquema de procesamiento...
El uso de HTMT está limitado por los siguientes factores. La aleación puede diferir en un rango tan estrecho de temperaturas de calentamiento para el temple que es prácticamente imposible mantener la temperatura de trabajo en caliente dentro de límites tan estrechos (por ejemplo, dentro de ± 5 ° C para duraluminio D16). El rango de temperatura óptimo para la deformación en caliente puede ser significativamente menor que el rango de temperatura para el calentamiento para el enfriamiento. Por ejemplo, al prensar aleaciones de aluminio...
La esencia del PTMT radica en el hecho de que un producto semiacabado obtenido después de una deformación en caliente en un estado no recristalizado conserva una estructura no recristalizada incluso cuando se calienta para enfriarlo. PTMT se diferencia de HTMT en que las operaciones de deformación en caliente y calentamiento para enfriamiento están separadas (ver Figura Tratamiento termomecánico de aleaciones envejecidas). PTMT se utiliza ampliamente en la tecnología de producción de productos semiacabados a partir de aleaciones de aluminio. Ha sido un largo tiempo...
En HTMT se llevan a cabo la deformación en caliente, el enfriamiento por calentamiento por deformación y el envejecimiento (ver la figura del Esquema de tratamiento termomecánico de aleaciones envejecidas). Durante la deformación en caliente, la densidad de dislocaciones aumenta y se produce un endurecimiento por trabajo en caliente, que puede eliminarse parcial o completamente durante la propia deformación como resultado del desarrollo de la poligonización dinámica y la recristalización dinámica. La curva tensión-deformación tiene una sección de aumento de tensión de flujo,...
La figura muestra los principales esquemas de TMT de aleaciones envejecidas. Las líneas irregulares indican deformación plástica. Esquemas de procesamiento termomecánico de aleaciones envejecidas. Procesamiento termomecánico a baja temperatura (LTMT) El LTMT de aleaciones envejecidas es el primer tratamiento termomecánico (años 30) y el más utilizado en la industria. El objetivo principal de LTMT es aumentar las propiedades de resistencia. Con LTMT, la aleación se somete primero a un endurecimiento convencional,...
Consideremos primero el efecto de la deformación en frío sobre el envejecimiento de la zona. Parecería que la deformación, al aumentar la densidad de dislocaciones y la concentración de vacantes, debería acelerar el envejecimiento de la zona. Pero, en primer lugar, las zonas se generan de forma homogénea y no a partir de dislocaciones y, en segundo lugar, las dislocaciones son lugares eficaces para sumideros de vacantes. Una deformación plástica muy fuerte aumenta la concentración de vacantes (la relación entre el número de vacantes y el número de átomos) en solo 10-6, ...
La eficacia de la aplicación de LTMT está determinada por la fase de endurecimiento que se libera durante el envejecimiento. Así, por ejemplo, el endurecimiento adicional por la introducción de la deformación antes del envejecimiento artificial para las aleaciones de Al-Cu-Mg (endurecedor - fase S) es mayor que para las aleaciones de Al-Cu (endurecedor - fase θ´). Cuando se calienta para envejecer después de la deformación en frío, la recristalización, por regla general, no ocurre, pero ...
para poder cambiar especificaciones metal, puede crear una aleación basada en él y agregarle otros componentes. Sin embargo, existe otra forma de cambiar los parámetros de un producto metálico: el tratamiento térmico del metal. Con su ayuda, puedes influir en la estructura del material y cambiar sus características.
El tratamiento térmico del metal es una serie de procesos que le permiten eliminar la tensión residual de una pieza, cambiar la estructura interna del material y mejorar el rendimiento. La composición química del metal después del calentamiento no cambia. Con un calentamiento uniforme de la pieza de trabajo, el tamaño de grano de la estructura del material cambia.
Historia
La tecnología del tratamiento térmico del metal es conocida por la humanidad desde la antigüedad. Durante la Edad Media, los herreros calentaban y enfriaban con agua las piezas de espada. En el siglo XIX, el hombre aprendió a procesar el hierro fundido. El herrero puso el metal en un recipiente. lleno de hielo y cubierto con azúcar. A continuación comienza el proceso de calentamiento uniforme, que dura 20 horas. Después de eso, se podía forjar el tocho de hierro fundido.
A mediados del siglo XIX, el metalúrgico ruso D.K. Chernov documentó que cuando un metal se calienta, sus parámetros cambian. De este científico surgió la ciencia: la ciencia de los materiales.
¿Para qué sirve el tratamiento térmico?
Las piezas de equipos y unidades de comunicación fabricadas en metal suelen estar sometidas a fuertes tensiones. Además de estar sometidos a presión, pueden estar expuestos a temperaturas críticas. Para soportar tales condiciones, el material debe ser resistente al desgaste, fiable y duradero.
Las estructuras metálicas compradas no siempre pueden soportar cargas durante mucho tiempo. Para que duren mucho más, los maestros metalúrgicos utilizan un tratamiento térmico. Durante y después del calentamiento, la composición química del metal sigue siendo la misma, pero las características cambian. El proceso de tratamiento térmico aumenta la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste y la resistencia del material.
Ventajas del tratamiento térmico.
El tratamiento térmico de piezas metálicas es un proceso obligatorio cuando se trata de la fabricación de estructuras para uso a largo plazo. Esta tecnología tiene una serie de ventajas:
- Mayor resistencia al desgaste del metal.
- Las piezas terminadas duran más y se reduce el número de piezas en bruto defectuosas.
- Mejora la resistencia a los procesos de corrosión.
Las estructuras metálicas después del tratamiento térmico soportan cargas pesadas y su vida útil aumenta.
Tipos de tratamiento térmico del acero.
En metalurgia se utilizan tres tipos de procesamiento del acero: técnico, termomecánico y químico-térmico. Cada uno de los métodos presentados de tratamiento térmico debe discutirse por separado.
Recocido
Una variación u otra etapa del procesamiento técnico del metal. Este proceso implica el calentamiento uniforme de una pieza de metal hasta una determinada temperatura y su posterior enfriamiento de forma natural. Después del recocido, las tensiones internas del metal y su falta de homogeneidad desaparecen. El material se ablanda con el calor. Es más fácil de procesar más tarde.
Hay dos tipos de recocido:
- Primer tipo. Hay un ligero cambio en la red cristalina del metal.
- Segundo tipo. Comienzan los cambios de fase en la estructura del material. También se le llama recocido total de metales.
El rango de temperatura durante este proceso es de 25 a 1200 grados.
endurecimiento
Otra etapa del procesamiento técnico. El endurecimiento del metal se lleva a cabo para aumentar la resistencia de la pieza de trabajo y reducir su ductilidad. El producto se calienta a temperaturas críticas y luego se enfría rápidamente sumergiéndolo en un baño con varios líquidos. Tipos de endurecimiento:
- enfriamiento en dos etapas. Inicialmente, la pieza de trabajo se enfría a 300 grados con agua. Después de eso, la pieza se coloca en un baño lleno de aceite.
- Uso de un líquido. Si se procesan piezas pequeñas, se utiliza aceite. Las piezas grandes se enfrían con agua.
- Dio un paso. Después del calentamiento, la pieza de trabajo se enfría en sales fundidas. Después de eso, se coloca al aire libre hasta que se enfríe por completo.
También se puede distinguir un tipo de endurecimiento isotérmico. Es similar al paso a paso, pero el tiempo de retención de la pieza de trabajo en sales fundidas cambia.
Procesamiento termomecánico
Este es un modo típico de tratamiento térmico de aceros. Este proceso utiliza equipos presurizadores, elementos calefactores y tanques de enfriamiento. A diferentes temperaturas, la pieza de trabajo se calienta y luego se produce una deformación plástica.
Vacaciones
Esta es la etapa final del tratamiento térmico técnico del acero. Este proceso se realiza después del endurecimiento. La viscosidad del metal aumenta, se elimina la tensión interna. El material se vuelve más duradero. Se puede realizar a varias temperaturas. Esto cambia el proceso en sí.
Procesamiento criogénico
La principal diferencia entre el tratamiento térmico y la exposición criogénica es que esta última implica el enfriamiento de la pieza de trabajo. Al final de este procedimiento, las piezas se vuelven más fuertes, no requieren templado, están mejor esmeriladas y pulidas.
Al interactuar con los medios refrigerantes, la temperatura desciende a menos 195 grados. La velocidad de enfriamiento puede variar según el material. Para enfriar el producto a la temperatura deseada se utiliza un procesador que genera frío. La pieza de trabajo se enfría uniformemente y permanece en la cámara durante un cierto período de tiempo. Después de eso, se saca y se deja calentar solo a temperatura ambiente.
Tratamiento químico-térmico
Otro tipo de tratamiento térmico, en el que la pieza de trabajo se calienta y se expone a diversos elementos químicos. La superficie de la pieza de trabajo se limpia y se recubre con compuestos químicos. Este proceso se realiza antes del endurecimiento.
El maestro puede saturar la superficie del producto con nitrógeno. Para ello, se calientan hasta 650 grados. Cuando se calienta, la pieza de trabajo debe estar en una atmósfera criogénica.
Tratamiento térmico de aleaciones no ferrosas.
Los tipos presentados de tratamiento térmico de metales no son adecuados para varios tipos de aleaciones y metales no ferrosos. Por ejemplo, cuando se trabaja con cobre, se realiza un recocido por recristalización. El bronce se calienta hasta 550 grados. Trabajan con latón a 200 grados. El aluminio se endurece inicialmente, luego se recoce y envejece.
El tratamiento térmico del metal se considera un proceso necesario en la fabricación y uso posterior de estructuras y piezas para equipos industriales, máquinas, aviones, barcos y otros equipos. El material se vuelve más fuerte, duradero y resistente a los procesos de corrosión. La elección del proceso depende del metal o aleación utilizada.