מה הקשר בין תהליך טיפול בחום, תפעול ועיוות?

במהלך טיפול בחום של אלומיניום וסגסוגות אלומיניום, נתקלים בדרך כלל בבעיות שונות, כגון:

-מיקום לא נכון של החלק: זה יכול להוביל לעיוות החלק, לרוב עקב סילוק חום לא מספק על ידי מדיום הכיבוי בקצב מהיר מספיק כדי להשיג את התכונות המכניות הרצויות.

חימום מהיר: זה יכול לגרום לעיוות תרמי; מיקום נכון של החלקים מסייע להבטיח חימום אחיד.

התחממות יתר: זה יכול להוביל להתכה חלקית או להתכה אוטקטית.

-קילוף פני השטח/חמצון בטמפרטורה גבוהה.

-טיפול הזדקנות מוגזם או לא מספק, שניהם עלולים לגרום לאובדן תכונות מכניות.

-תנודות בפרמטרי זמן/טמפרטורה/מרווה שעלולות לגרום לסטיות בתכונות מכניות ו/או פיזיקליות בין חלקים ואצוות.

בנוסף, אחידות טמפרטורה ירודה, זמן בידוד לא מספק וקירור לא מספק במהלך טיפול בחום בתמיסה יכולים לתרום לתוצאות לא מספקות.

טיפול בחום הוא תהליך תרמי מכריע בתעשיית האלומיניום, בואו נעמיק בידע קשור נוסף.

1. טיפול מקדים

תהליכי טיפול מקדים המשפרים את המבנה ומקלים על מתח לפני החימום מועילים להפחתת עיוות. טיפול מקדים בדרך כלל כולל תהליכים כמו חישול ספרואידיזציה וחישול להפגת מתח, וחלקם גם מאמצים חימום וריכוך או טיפול נרמול.

חישול להקלה על מתחיםבמהלך עיבוד שבבי, עלולים להיווצר מאמצים שיוריים עקב גורמים כמו שיטות עיבוד שבבי, שילוב הכלים ומהירויות חיתוך. פיזור לא אחיד של מאמצים אלה עלול להוביל לעיוות במהלך הקירור. כדי למתן השפעות אלה, יש צורך בחישול להפגת מאמצים לפני הקירור. הטמפרטורה לחישול להפגת מאמצים היא בדרך כלל 500-700 מעלות צלזיוס. בעת חימום במדיום אוויר, משתמשים בטמפרטורה של 500-550 מעלות צלזיוס עם זמן החזקה של 2-3 שעות כדי למנוע חמצון ודקרבוריזציה. יש לקחת בחשבון עיוות החלק עקב משקל עצמי במהלך הטעינה, והליכים אחרים דומים לחישול סטנדרטי.

טיפול קדם-חימום לשיפור מבנהזה כולל חישול ספרואידיזציה, מרווה וטיפוח, נרמול הטיפול.

חישול ספרואידיזציהחיוני לפלדת כלים פחמנית ופלדת כלים מסגסוגת במהלך טיפול בחום, המבנה המתקבל לאחר חישול ספרואידיזציה משפיע באופן משמעותי על מגמת העיוות במהלך הקירור. על ידי התאמת המבנה לאחר החישול, ניתן להפחית עיוות רגיל במהלך הקירור.

שיטות טיפול מקדים אחרותניתן להשתמש בשיטות שונות כדי להפחית עיוותים כתוצאה מרווה, כגון מרווה וריסוס, וטיפול נרמול. בחירת טיפולים מקדימים מתאימים כמו מרווה וריסוס, וטיפול נרמול המבוססים על סיבת העיוות וחומר החלק, יכולים להפחית ביעילות את העיוות. עם זאת, יש לנקוט משנה זהירות עקב עלייה במאמצים שיוריים ובקשיות לאחר הרפיה, במיוחד טיפול מרווה וריסוס יכול להפחית את ההתפשטות במהלך הרווה עבור פלדות המכילות W ו-Mn, אך יש לו השפעה מועטה על הפחתת עיוות עבור פלדות כגון GCr15.

בייצור מעשי, זיהוי הגורם לעיוות הקילוף, בין אם הוא נובע ממאמצים שיוריים או ממבנה לקוי, חיוני לטיפול יעיל. חישול להפגת מתח צריך להתבצע עבור עיוות הנגרם ממאמצים שיוריים, בעוד שטיפולים כמו הרפיה שמשנים את המבנה אינם נחוצים, ולהיפך. רק אז ניתן להשיג את המטרה של הפחתת עיוות הקילוף כדי להפחית עלויות ולהבטיח איכות.

2. פעולת חימום מרווה

טמפרטורת מרווהטמפרטורת השכבה משפיעה באופן משמעותי על העיוות. ניתן להשיג את מטרת הפחתת העיוות על ידי התאמת טמפרטורת השכבה, או שהקצאת העיבוד השמורה זהה לטמפרטורת השכבה כדי להשיג את מטרת הפחתת העיוות, או לבחור ולשמור באופן סביר את הקצאת העיבוד השמורה ואת טמפרטורת השכבה לאחר בדיקות טיפול בחום, כדי להפחית את הקצאת העיבוד השמורה לאחר מכן. השפעת טמפרטורת השכבה על עיוות השכבה אינה קשורה רק לחומר המשמש בחומר העבודה, אלא גם לגודל ולצורה של חומר העבודה. כאשר צורת וגודל חומר העבודה שונים מאוד, למרות שחומר חומר העבודה זהה, מגמת עיוות השכבה שונה למדי, ועל המפעיל לשים לב למצב זה בייצור בפועל.

זמן החזקת מרווהבחירת זמן ההחזקה לא רק מבטיחה חימום יסודי והשגת הקשיות או התכונות המכניות הרצויות לאחר החימום, אלא גם מתחשבת בהשפעתה על העיוות. הארכת זמן ההחזקה של החימום מגדילה באופן מהותי את טמפרטורת החימום, במיוחד בולטת עבור פלדות עתירות פחמן וכרום.

שיטות טעינהאם חומר העבודה מונח בצורה לא סבירה במהלך החימום, הדבר יגרום לעיוות עקב משקל חומר העבודה או לעיוות עקב שחול הדדי בין חומרי העבודה, או לעיוות עקב חימום וקירור לא אחידים עקב ערימה מוגזמת של חומרי העבודה.

שיטת חימוםעבור חומרי עבודה מורכבים ובעובי משתנה, במיוחד כאלה עם ריכוז גבוה של פחמן וסגסוגות, תהליך חימום איטי ואחיד הוא קריטי. שימוש בחימום מקדים הוא לעתים קרובות הכרחי, ולפעמים דורש מחזורי חימום מקדים מרובים. עבור חומרי עבודה גדולים יותר שלא טופלו ביעילות באמצעות חימום מקדים, שימוש בתנור התנגדות קופסה עם חימום מבוקר יכול להפחית עיוות הנגרם מחימום מהיר.

3. פעולת קירור

עיוות החימום נובע בעיקר מתהליך הקירור. בחירת מדיום חימום נכון, תפעול מיומן וכל שלב בתהליך הקירור משפיעים ישירות על עיוות החימום.

בחירת מדיום מרווהתוך הבטחת הקשיות הרצויה לאחר החימום, יש להעדיף חומרי חימום עדינים יותר כדי למזער עיוות. מומלץ להשתמש באמבט מחומם לקירור (כדי להקל על היישור בזמן שהחלק עדיין חם) או אפילו קירור באוויר. חומרים עם קצב קירור בין מים לשמן יכולים גם הם להחליף חומרים דו-פעמיים של מים-שמן.

—מרווה קירור אווירקירור אוויר יעיל להפחתת עיוות הקירור של פלדה מהירה, פלדת כרום לעיצוב ופלדת מיקרו-עיוות קירור אוויר. עבור פלדת 3Cr2W8V שאינה דורשת קשיות גבוהה לאחר הקירור, ניתן להשתמש בקירור אוויר גם כדי להפחית עיוות על ידי כוונון נכון של טמפרטורת הקירור.

—קירור ומרווה של שמןשמן הוא חומר קירור עם קצב קירור נמוך בהרבה ממים, אך עבור חומרי עבודה בעלי יכולת התקשות גבוהה, גודל קטן, צורה מורכבת ונטייה גדולה לעיוות, קצב הקירור של השמן גבוה מדי, אך עבור חומרי עבודה בעלי גודל קטן אך יכולת התקשות ירודה, קצב הקירור של השמן אינו מספיק. על מנת לפתור את הסתירות הנ"ל ולנצל באופן מלא את קירור השמן כדי להפחית את עיוות הקירור של חומרי העבודה, אנשים אימצו שיטות של התאמת טמפרטורת השמן והגברת טמפרטורת הקירור כדי להרחיב את ניצול השמן.

—שינוי טמפרטורת שמן המרווהשימוש באותה טמפרטורת שמן לכיבוי כדי להפחית את עיוות הכיבוי עדיין כרוך בבעיות הבאות, כלומר, כאשר טמפרטורת השמן נמוכה, עיוות הכיבוי עדיין גדול, וכאשר טמפרטורת השמן גבוהה, קשה להבטיח את קשיות חומר העבודה לאחר הכיבוי. תחת ההשפעה המשולבת של הצורה והחומר של חלק מחומרי העבודה, העלאת טמפרטורת שמן הכיבוי עלולה גם להגביר את העיוות שלו. לכן, יש צורך מאוד לקבוע את טמפרטורת שמן השמן של שמן הכיבוי לאחר שעבר את הבדיקה בהתאם לתנאים בפועל של חומר חומר העבודה, גודל חתך הרוחב וצורה.

בעת שימוש בשמן חם לכיבוי, על מנת למנוע שריפה הנגרמת מטמפרטורת שמן גבוהה הנגרמת כתוצאה מכיבוי וקירור, יש להצטייד בציוד כיבוי אש נחוץ ליד מיכל השמן. בנוסף, יש לבדוק באופן קבוע את מדד האיכות של שמן הכיבוי, ולמלא או להחליף שמן חדש בזמן.

— להגביר את טמפרטורת הכיבוישיטה זו מתאימה לחומרי עבודה מפלדת פחמן בעלי חתך רוחב קטן ולחומרי עבודה מפלדת סגסוגת מעט גדולים יותר שאינם יכולים לעמוד בדרישות הקשיות לאחר חימום ושימור חום בטמפרטורות מרווה רגילות ומרווה בשמן. על ידי העלאה מתאימה של טמפרטורת המרווה ולאחר מכן מרווה בשמן, ניתן להשיג את האפקט של התקשות והפחתת עיוות. בעת שימוש בשיטה זו למרווה, יש לנקוט משנה זהירות כדי למנוע בעיות כגון התעבות גרגירים, הפחתה של תכונות מכניות וחיי השירות של חומר העבודה עקב עלייה בטמפרטורת המרווה.

—סיווג ואי-התזהכאשר קשיות החימום יכולה לעמוד בדרישות התכנון, יש לנצל באופן מלא את הסיווג וההתחממות של מדיום האמבט החם כדי להשיג את המטרה של הפחתת עיוות החימום. שיטה זו יעילה גם עבור פלדות מבנה פחמן בעלות חתך קטן ופלדת כלים בעלי יכולת התקשות נמוכה, במיוחד פלדת תבנית המכילה כרום וחלקי עבודה מפלדה מהירה בעלי יכולת התקשות גבוהה. סיווג מדיום האמבט החם ושיטת הקירור של ההתחממות הן שיטות החימום הבסיסיות עבור סוג זה של פלדה. באופן דומה, היא יעילה גם עבור פלדות פחמן ופלדות מבנה בעלות סגסוגת נמוכה שאינן דורשות קשיות התחממות גבוהה.

בעת אמבט חם, יש לשים לב לנושאים הבאים:

ראשית, כאשר משתמשים באמבט שמן לדירוג ומרווה איזותרמי, יש לשלוט בקפדנות על טמפרטורת השמן כדי למנוע התרחשות שריפה.

שנית, בעת קירור עם סוגי מלח ניטראט, מיכל מלח הניטרט צריך להיות מצויד במכשירים הדרושים ובמכשירי קירור מים. לאמצעי זהירות נוספים, אנא עיינו במידע הרלוונטי, ולא נחזור עליהם כאן.

שלישית, יש לשלוט בקפדנות בטמפרטורה האיזותרמית במהלך כיבוי איזותרמי. טמפרטורה גבוהה או נמוכה אינה תורמת להפחתת עיוות הכיבוי. בנוסף, במהלך חיכוך, יש לבחור את שיטת התלייה של חומר העבודה כדי למנוע עיוות הנגרם ממשקל חומר העבודה.

רביעית, בעת שימוש בכיבוי איזותרמי או מדורג לתיקון צורת חומר העבודה בזמן שהוא חם, יש להצטייד בכלים ובמתקני עבודה במלואם, והפעולה צריכה להיות מהירה במהלך הפעולה. כדי למנוע השפעות שליליות על איכות הכיבוי של חומר העבודה.

פעולת קירורלתפעול מיומנת במהלך תהליך הקירור יש השפעה משמעותית על עיוות הכיבוי, במיוחד כאשר משתמשים במדיום כיבוי מים או שמן.

-כיוון נכון של כניסת מדיום מרווהבדרך כלל, חלקי עבודה מאוזנים סימטרית או מוארכים בצורת מוט צריכים להיות מרותקים אנכית לתוך המדיום. ניתן לקרר חלקים אסימטריים בזווית. הכיוון הנכון נועד להבטיח קירור אחיד על פני כל החלקים, כאשר אזורי קירור איטיים יותר נכנסים תחילה למדיום, ולאחר מכן מקטעי קירור מהירים יותר. התחשבות בצורת חומר העבודה והשפעתה על מהירות הקירור חיונית בפועל.

-תנועת חלקי עבודה במדיום מרווהחלקים המתקררים באיטיות צריכים לפנות אל תווך הקירור. חומרי עבודה בעלי צורה סימטרית צריכים לעקוב אחר מסלול מאוזן ואחיד בתווך, תוך שמירה על משרעת קטנה ותנועה מהירה. עבור חומרי עבודה דקים ומוארכים, יציבות במהלך הקירור היא קריטית. יש להימנע מתנדנדות ולשקול שימוש במלחציים במקום בקשירת חוט לשליטה טובה יותר.

-מהירות החימוםיש לקרר חלקי עבודה במהירות. במיוחד עבור חלקי עבודה דקים דמויי מוט, מהירויות קפיאה נמוכות יותר עלולות להוביל לעיוות כיפוף מוגבר ולהבדלים בעיוות בין מקטעים שעברו קפיאה בזמנים שונים.

קירור מבוקרעבור חלקי עבודה בעלי הבדלים משמעותיים בגודל חתך הרוחב, יש להגן על מקטעים שמתקררים מהר יותר בחומרים כמו חבל אסבסט או יריעות מתכת כדי להפחית את קצב הקירור שלהם ולהשיג קירור אחיד.

זמן קירור במיםעבור חומרי עבודה שחווים בעיקר עיוות עקב מאמץ מבני, יש לקצר את זמן הקירור שלהם במים. עבור חומרי עבודה שחווים בעיקר עיוות עקב מאמץ תרמי, יש להאריך את זמן הקירור שלהם במים כדי להפחית את עיוות הכיבוי.

נערך על ידי מאי ג'יאנג מ-MAT Aluminum