Điều trị nhiệt là một quá trình thay đổi cấu trúc bên trong của vật liệu kim loại thông qua làm nóng, giữ và làm mát để đạt được các tính chất mong muốn.do thay đổi nhiệt độ không đồng đều, biến đổi cấu trúc và hạn chế trong vật liệu,áp lực xử lý nhiệtđược tạo ra, ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất vật liệu, sự ổn định kích thước và chế biến tiếp theo.
Căng thẳng xử lý nhiệt đề cập đến căng thẳng bên trong được tạo ra bởi sự mở rộng / co lại nhiệt không đồng đều, thay đổi thể tích không phối hợp trong quá trình biến đổi cấu trúc và các hạn chế bên ngoài (ví dụ:nấm mốc, thiết bị cố định) hoặc các hạn chế nội bộ (ví dụ, sự khác biệt về tính chất ở các khu vực khác nhau) trong vật liệu.
Bản chất của nó là lực tương tác giữa các nguyên tử hoặc hạt khi sự sắp xếp nguyên tử hoặc thay đổi khối lượng vĩ mô bị cản trở, biểu hiện như một xu hướng biến dạng đàn hồi hoặc nhựa.
Việc tạo ra căng thẳng xử lý nhiệt chủ yếu liên quan đến hai quy trình cốt lõi:
Khi vật liệu được làm nóng hoặc làm mát, thay đổi nhiệt độ không đồng đều ở các bộ phận khác nhau của mảnh (ví dụ: bề mặt so với lõi, mỏng so với lõi).tường dày) dẫn đến mức độ mở rộng hoặc co thắt khối lượng khác nhau:
- Giai đoạn làm nóng: Bề mặt nóng lên và mở rộng đầu tiên, trong khi lõi vẫn còn mát hơn với sự mở rộng chậm hơn.áp lực nén, và lõi được kéo dài bởi bề mặt, tạo racăng thẳng kéo.
- Giai đoạn làm mát: bề mặt làm mát và co lại đầu tiên, trong khi lõi vẫn còn nóng hơn với co lại chậm hơn.căng thẳng kéo, và lõi được nén bởi bề mặt, tạo raáp lực nén.
Tốc độ làm mát nhanh hơn (ví dụ: làm nguội) tạo ra độ dốc nhiệt độ lớn hơn, tăng cường căng thẳng nhiệt.
Trong quá trình chuyển đổi pha trạng thái rắn (ví dụ, austenite thành martensite hoặc pearlite), các cấu trúc khác nhau có thể thay đổi khối lượng cụ thể (ví dụ, martensite có khối lượng cụ thể lớn hơn austenite).Sự thay đổi pha không đồng bộ trên các mảnh làm việc tạo ra căng thẳng cấu trúc:
- Ví dụ, trong quá trình làm nguội, bề mặt đầu tiên trải qua biến đổi austenite→martensite (sự mở rộng khối lượng), trong khi lõi vẫn là austenit.tạo raáp lực nénKhi lõi mở rộng sau đó trong quá trình biến đổi pha, bề mặt đã được biến đổi và có thể cứng lại làm hạn chế lõi, dẫn đếncăng thẳng kéo trong lõivàáp lực kéo thêm ở bề mặt.
Sự khác biệt lớn hơn về tốc độ và mức độ chuyển đổi (ví dụ, sự hình thành martensite tập trung trên bề mặt trong quá trình dập tắt) làm tăng căng thẳng cấu trúc.
- Các hạn chế bên ngoài: Việc cố định bằng kẹp hoặc tiếp xúc với khuôn hình hạn chế mở rộng / co lại tự do, làm trầm trọng thêm căng thẳng.
- Các hạn chế nội bộ: Các cấu trúc phức tạp của mảnh làm việc (ví dụ: rãnh, góc sắc nét) hoặc thành phần vật liệu không đồng đều gây ra sự khác biệt về tính chất giữa các vùng, làm tăng nồng độ căng thẳng.
Dựa trên giai đoạn sản xuất và trạng thái tồn tại, căng thẳng xử lý nhiệt được phân loại thành ba loại:
Căng thẳnghiện diện năng độngtrong quá trình sưởi ấm, giữ hoặc làm mát, thay đổi theo nhiệt độ hoặc chuyển đổi pha. Ví dụ:
- Áp lực nhiệt từ gradient nhiệt độ trong quá trình sưởi ấm;
- Căng thẳng cấu trúc tức thời từ thay đổi thể tích trong quá trình chuyển đổi pha làm mát.
Nếu căng thẳng thoáng qua vượt quá độ bền năng suất của vật liệu ở nhiệt độ đó, biến dạng nhựa xảy ra; vượt quá độ bền gãy dẫn đến nứt ngay lập tức (ví dụ: nứt tắt).
Căng thẳngcòn lại trong mảnh làm việcsau khi làm mát đến nhiệt độ phòng, căng thẳng còn lại sau khi giải phóng một phần (ví dụ, biến dạng nhựa) của căng thẳng thoáng qua. Phân bố của nó phụ thuộc vào các quy trình xử lý nhiệt:
- Các mảnh làm việc bị tắt thường cóÁp lực nén còn lạiở bề mặt (do sự giãn nở martensite bị hạn chế bởi lõi) và căng thẳng kéo còn lại có thể trong lõi;
- Lửa hoặc làm nóng làm giảm căng thẳng còn lại, nhưng các quy trình không phù hợp có thể gây ra sự tích lũy căng thẳng mới.
- Áp lực nhiệt: Áp lực từ sự mở rộng nhiệt không đồng đều / co lại, không liên quan đến biến đổi cấu trúc (ví dụ, trong kim loại tinh khiết hoặc hợp kim không biến đổi).
- Áp lực cấu trúc: Căng thẳng từ thay đổi khối lượng chỉ trong quá trình chuyển đổi pha, không liên quan đến gradient nhiệt độ (ví dụ, căng thẳng chuyển đổi pha dưới nhiệt độ đồng nhất lý tưởng).
Trong thực tế, căng thẳng nhiệt và cấu trúc thường tồn tại song song, cùng nhau tạo ra căng thẳng xử lý nhiệt.
Căng thẳng xử lý nhiệt (đặc biệt là căng thẳng dư thừa) có nhiều tác động đến hiệu suất vật liệu, chế biến và ứng dụng, với cả tác dụng bất lợi và có lợi khi được điều chỉnh.
- Áp lực dư thừa vượt quá sức chịu của vật liệu gây rabiến dạng nhựa(ví dụ: uốn cong, cong, sai chiều);
- Căng thẳng dư thừa quá mức (đặc biệt là căng thẳng kéo bề mặt) có thể trực tiếp dẫn đếnnứt(ví dụ, "đánh nứt chậm" nếu làm nóng chậm sau khi dập tắt).
Ví dụ: Thép carbon cao có thể nứt dọc theo ranh giới hạt nếu không được làm nóng sau khi làm nguội do căng thẳng kéo bề mặt.
- Căng thẳng dư thừa dần dần được giải phóng trong quá trình chế biến hoặc sử dụng tiếp theo (ví dụ như cắt, hàn, thay đổi nhiệt độ), gây rabiến dạng thứ cấpvà ảnh hưởng đến các bộ phận chính xác (ví dụ như vòng bi, khuôn).
Ví dụ: Căng thẳng dư thừa không được giảm trong bánh răng chính xác có thể gây ra sai lệch hồ sơ răng sau khi sử dụng lâu dài do giải phóng căng thẳng.
- Áp lực kéo còn lại giảmsức chịu mệt mỏi(cái nứt dễ dàng bắt đầu ở các điểm tập trung căng thẳng dưới tải trọng chu kỳ);
- Áp lực nội bộ quá mức có thể tăng lênmỏng manhvà giảm độ dẻo dai khi va chạm.
- Phân phối căng thẳng dư thừa không đồng đều gây ra biến dạng không nhất quán trong quá trình cắt (ví dụ: biến dạng của các bộ phận tường mỏng sau khi gia công);
- Các vùng tập trung căng thẳng có thể phát triểnrạn nứt màitrong quá trình nghiền hoặc đánh bóng.
Không phải tất cả các căng thẳng còn lại đều bất lợi; các quy trình thích hợp có thể sử dụng nó để cải thiện hiệu suất:
- Áp lực nén dư thừa bề mặt tăng cườngsức chịu mệt mỏi(ví dụ, các bánh răng được cacbon hóa và dập tắt với căng thẳng nén bề mặt có tuổi thọ lâu hơn);
- Động lực trước (ví dụ: giữ lại căng thẳng nén thích hợp trong các suối sau khi dập tắt và làm nóng) cải thiện khả năng chống biến dạng.
Để giảm thiểu tác dụng bất lợi, việc tạo ra căng thẳng phải được kiểm soát thông qua tối ưu hóa quy trình, và căng thẳng còn lại phải được loại bỏ thông qua các phương pháp điều trị tiếp theo:
- Kiểm soát tốc độ sưởi ấm / làm mát: Sử dụng làm nóng theo từng bước (tăng nhiệt độ chậm) hoặc làm mát theo từng giai đoạn (ví dụ, làm nguội bằng nhiệt đồng) để giảm gradient nhiệt độ;
- Tối ưu hóa cấu trúc đồ đạc: Tránh các góc sắc nhọn hoặc độ dày tường không đồng đều để giảm thiểu nồng độ căng thẳng;
- Chọn phương tiện thích hợp: Sử dụng làm mát dầu ( chậm hơn nước) trong quá trình dập tắt để giảm căng thẳng nhiệt;
