Warmtebehandeling is een proces waarbij de interne structuur van metalen materialen wordt gewijzigd door verwarming, vasthouden en koelen om de gewenste eigenschappen te bereiken.als gevolg van ongelijke temperatuurveranderingen, structurele transformaties en beperkingen binnen het materiaal,warmtebehandelingspanningwordt gegenereerd, wat een aanzienlijke invloed heeft op de materiaalprestaties, de dimensionale stabiliteit en de daaropvolgende verwerking.
Warmtebehandelingspanning verwijst naar interne spanning veroorzaakt door ongelijke thermische uitbreiding/contractie, ongecoördineerde volumeveranderingen tijdens structurele transformaties en externe beperkingen (bijv.schimmels, armaturen) of interne beperkingen (bijv. verschillen in eigenschappen in verschillende regio's) binnen het materiaal.
De essentie ervan is de wederzijdse kracht tussen atomen of korrels wanneer de atoomrangschikking of macroscopische volumeveranderingen worden belemmerd, die zich manifesteert als een neiging tot elastische of plastische vervorming.
De productie van warmtebehandelingspanning is hoofdzakelijk gerelateerd aan twee kernprocessen:
Wanneer materialen worden verwarmd of gekoeld, komen er onevenwichtige temperatuurveranderingen op verschillende delen van het werkstuk (bijv. oppervlak versus kern, dun versus dun) voor.(de dikke wanden) leiden tot verschillende graden van volume uitbreiding of samentrekking:
- VerwarmingsfaseHet oppervlak wordt eerst verwarmd en uitgestrekt, terwijl de kern koeler blijft met langzamere uitbreiding.drukspanning, en de kern wordt uitgerekt door het oppervlak, waardoortrekspanning.
- KoelfaseHet oppervlak koelt en samentrekken eerst, terwijl de kern blijft warmer met langzamere samentrekking.trekspanning, en de kern wordt door het oppervlak gecomprimeerd, waardoordrukspanning.
Een snellere afkoeling (bijv. afdoen) zorgt voor grotere temperatuurgradiaat, waardoor de thermische spanning toeneemt.
Tijdens transformaties van de vaste fase (bijv. austenite tot martensite of perliet) hebben verschillende structuren verschillende specifieke volumes (bijv. martensite heeft een groter specifiek volume dan austenite).Asynchrone faseveranderingen op het werkstuk veroorzaken structurele spanningen:
- Bijvoorbeeld, tijdens het afzuigen ondergaat het oppervlak eerst een transformatie van austenite→martensite (volume-uitbreiding), terwijl de kern austenitisch blijft.genererendrukspanningWanneer de kern zich later tijdens de fase-transformatie uitbreidt, beperkt het oppervlak dat reeds is getransformeerd en eventueel gehard is, de kern, wat leidt tot:trekspanning in de kernenextra trekspanning op het oppervlak.
Grotere verschillen in snelheid en omvang van de transformatie (bijv. geconcentreerde martensitvorming op het oppervlak tijdens het afdoen) verhogen de structurele spanning.
- Externe beperkingen: Bevestiging door middel van klemmen of contact met malen beperkt de vrije uitbreiding/contractie en verergert de spanning.
- Interne beperkingen: Complexe werkstukstructuren (bijv. groeven, scherpe hoeken) of ongelijke materiaalcompositie veroorzaken verschillen in eigenschappen tussen regio's, waardoor de spanningsconcentratie wordt versterkt.
Op basis van het generatiestadium en de bestaansstaat wordt de warmtebehandelingspanning in drie soorten ingedeeld:
Stressdynamisch aanwezigtijdens het verwarmen, houden of koelen, veranderen met temperatuur of fase-transformatie.
- thermische spanning door temperatuurgradiaat tijdens verwarming;
- Instantane structurele spanning door veranderingen in volume tijdens koelfase transformaties.
Als de tijdelijke spanning bij die temperatuur de opbrengststerkte van het materiaal overschrijdt, treedt er een plastische vervorming op; een overschrijding van de breuksterkte leidt tot onmiddellijk kraken (bijv. bluskraken).
Stressin het werkstuk blijvenna afkoeling tot kamertemperatuur, de restspanning na gedeeltelijke afgifte (bijv. plastische vervorming) van de tijdelijke spanning.
- Verdoofde werkstukken hebben doorgaansrestcompressieve spanningin het oppervlak (vanwege de door de kern gebonden uitbreiding van martensyt) en mogelijke resterende trekspanning in de kern;
- Het ontdooien of temperen vermindert de reststress, maar onjuiste processen kunnen nieuwe stressophopingen veroorzaken.
- Thermische spanning: Spanningen van ongelijke thermische uitbreiding/contractie alleen, niet gerelateerd aan structurele transformatie (bijv. in zuivere metalen of niet-transformerende legeringen).
- Structurele spanning: Spanning door volumeveranderingen alleen tijdens fasetransformaties, niet gerelateerd aan temperatuurgradiënten (bijv. fasetransformatiespanning bij ideale uniforme temperatuur).
In de praktijk bestaan thermische en structurele spanningen vaak naast elkaar en vormen ze gezamenlijk warmtebehandelingspanningen.
Warmtebehandelingsstress (vooral reststress) heeft meerdere effecten op materiaalprestaties, verwerking en toepassing, met zowel nadelige als gunstige effecten wanneer deze wordt gereguleerd.
- Residuele spanningen die de opbrengststerkte van het materiaal overschrijden, veroorzakenplastic vervorming(bijv. buigen, vervormen, afwijkingen in afmetingen);
- Overmatige restspanningen (met name oppervlakte-tanningsspanningen) kunnen rechtstreeks leiden totkraken(bijv. "vertraagd kraken" indien de tempering na het blussen vertraagd is).
Voorbeeld: koolstofrijk staal kan scheuren langs de korrelgrenzen als het niet wordt getemperd na afzuigen als gevolg van oppervlakte trekspanning.
- De residuele spanning ontstaat geleidelijk tijdens de daaropvolgende verwerking of het gebruik (bijv. bij snijden, lassen, temperatuursveranderingen), waardoorsecundaire vervormingen die van invloed zijn op precisieonderdelen (bijv. lagers, malen).
Voorbeeld: Onverminderde restspanning in precisieversnellingen kan na langdurig gebruik leiden tot afwijkingen van het tandprofiel als gevolg van spanningsvrijstelling.
- Reststress vermindert de trekspanningvermoeidheid(scheuren ontstaan gemakkelijk bij spanningsconcentratiepunten onder cyclische belasting);
- Overmatige interne spanning kan toenemenbreekbaarheiden de slagsterkte verminderen.
- Onregelmatige residuele spanningsverdeling veroorzaakt tijdens het snijden inconsistente vervorming (bijv. vervorming van dunwandige onderdelen na bewerking);
- Er kunnen gebieden van stressconcentratie ontstaanschroefspletentijdens het slijpen of polijsten.
Niet alle reststress is nadelig; de juiste processen kunnen het gebruiken om de prestaties te verbeteren:
- Oppervlakte restcompressieve spanning versterktvermoeidheid(bijv. gecarbureerde en gedoofde tandwielen met oppervlaktecompressieve spanning hebben een langere levensduur);
- Voorspanning (bijv. behoud van de juiste druk in veren na afzuigen en temperen) verbetert de vervormingsweerstand.
Om nadelige effecten te beperken, moet de opwekking van stress worden beheerd door middel van procesoptimalisatie en residuele stress worden geëlimineerd door middel van volgende behandelingen:
- Beheersverwarmings- en koelsnelheden: gebruik stapsgewijs verwarmen (langzame temperatuurstijging) of geleidelijk koelen (bijv. isothermisch afkoelen) om temperatuurgradiënten te verminderen;
- Optimaliseren van de werkstukstructuur: Vermijd scherpe hoeken of ongelijke wanddikte om de spanningsconcentratie tot een minimum te beperken;
- Selecteer de juiste media: gebruik olie-koeling (langzamer dan water) tijdens het afkoelen om de thermische spanning te verminderen;
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!