Durante il trattamento termico dell'alluminio e delle leghe di alluminio si riscontrano comunemente diverse problematiche, quali:
-Posizionamento improprio della parte: ciò può portare alla deformazione della parte, spesso a causa dell'insufficiente rimozione del calore da parte del mezzo di raffreddamento a una velocità sufficientemente rapida da ottenere le proprietà meccaniche desiderate.
-Riscaldamento rapido: ciò può provocare una deformazione termica; il corretto posizionamento delle parti aiuta a garantire un riscaldamento uniforme.
-Surriscaldamento: questo può portare alla fusione parziale o alla fusione eutettica.
-Squamazione superficiale/ossidazione ad alta temperatura.
-Trattamento di invecchiamento eccessivo o insufficiente, entrambi i quali possono comportare la perdita delle proprietà meccaniche.
-Fluttuazioni nei parametri di tempo/temperatura/tempra che possono causare deviazioni nelle proprietà meccaniche e/o fisiche tra parti e lotti.
-Inoltre, una scarsa uniformità della temperatura, un tempo di isolamento insufficiente e un raffreddamento inadeguato durante il trattamento termico della soluzione possono contribuire a risultati inadeguati.
Il trattamento termico è un processo termico cruciale nell'industria dell'alluminio, approfondiamo le conoscenze più correlate.
1.Pretrattamento
I processi di pretrattamento che migliorano la struttura e alleviano lo stress prima della tempra sono utili per ridurre la distorsione. Il pretrattamento prevede tipicamente processi come la ricottura sferoidizzante e la ricottura di distensione, e alcuni adottano anche trattamenti di tempra e rinvenimento o normalizzazione.
Ricottura antistress: Durante la lavorazione, possono svilupparsi tensioni residue dovute a fattori quali metodi di lavorazione, impegno dell'utensile e velocità di taglio. Una distribuzione non uniforme di queste sollecitazioni può portare a distorsioni durante la tempra. Per mitigare questi effetti, è necessaria la ricottura di distensione prima della tempra. La temperatura per la ricottura di distensione è generalmente di 500-700°C. Quando si riscalda in mezzo all'aria, viene utilizzata una temperatura di 500-550°C con un tempo di mantenimento di 2-3 ore per prevenire l'ossidazione e la decarburazione. Durante il caricamento è necessario tenere conto della distorsione della parte dovuta al peso proprio e altre procedure sono simili alla ricottura standard.
Trattamento di preriscaldamento per il miglioramento della struttura: Comprende la ricottura sferoidizzante, la bonifica, il trattamento normalizzante.
-Ricottura sferoidizzante: Essenziale per gli acciai da utensili al carbonio e legati durante il trattamento termico, la struttura ottenuta dopo la ricottura sferoidizzante influenza significativamente l'andamento della distorsione durante la tempra. Regolando la struttura post-ricottura, è possibile ridurre la distorsione regolare durante la tempra.
-Altri metodi di pretrattamento: Vari metodi possono essere impiegati per ridurre la distorsione da tempra, come tempra e rinvenimento, trattamento normalizzante. La selezione di pretrattamenti adeguati come tempra e rinvenimento, il trattamento di normalizzazione in base alla causa della distorsione e al materiale della parte possono ridurre efficacemente la distorsione. Tuttavia, è necessaria cautela per le tensioni residue e gli aumenti di durezza dopo la tempra, in particolare il trattamento di tempra e rinvenimento può ridurre l'espansione durante la tempra per gli acciai contenenti W e Mn, ma ha scarso effetto sulla riduzione della deformazione per acciai come GCr15.
Nella produzione pratica, identificare la causa della distorsione da raffreddamento, sia essa dovuta a tensioni residue o struttura inadeguata, è essenziale per un trattamento efficace. La ricottura di distensione dovrebbe essere condotta per distorsioni causate da tensioni residue, mentre non sono necessari trattamenti come la tempra che alterano la struttura, e viceversa. Solo allora sarà possibile raggiungere l’obiettivo di ridurre la distorsione dovuta all’estinzione, per abbassare i costi e garantire la qualità.
2. Operazione di riscaldamento di spegnimento
Temperatura di spegnimento: La temperatura di quench influisce in modo significativo sulla distorsione. Possiamo raggiungere lo scopo di ridurre la deformazione regolando la temperatura di tempra, oppure il sovrametallo di lavorazione riservato è uguale alla temperatura di tempra per raggiungere lo scopo di ridurre la deformazione, oppure selezionare e riservare ragionevolmente il sovrametallo di lavorazione e la temperatura di tempra dopo i test di trattamento termico , in modo da ridurre il sovrametallo di lavorazione successiva. L'effetto della temperatura di raffreddamento sulla deformazione da raffreddamento non è legato solo al materiale utilizzato nel pezzo, ma anche alle dimensioni e alla forma del pezzo. Quando la forma e le dimensioni del pezzo sono molto diverse, sebbene il materiale del pezzo sia lo stesso, la tendenza alla deformazione da raffreddamento è molto diversa e l'operatore dovrebbe prestare attenzione a questa situazione nella produzione effettiva.
Tempo di attesa del raffreddamento: La scelta del tempo di mantenimento non solo garantisce un riscaldamento completo e il raggiungimento della durezza o delle proprietà meccaniche desiderate dopo la tempra, ma considera anche il suo effetto sulla distorsione. L'estensione del tempo di attesa della tempra aumenta essenzialmente la temperatura di tempra, particolarmente pronunciata per l'acciaio ad alto contenuto di carbonio e ad alto contenuto di cromo.
Metodi di caricamento: Se il pezzo viene posizionato in una forma irragionevole durante il riscaldamento, causerà deformazione dovuta al peso del pezzo o deformazione dovuta all'estrusione reciproca tra i pezzi, o deformazione dovuta a riscaldamento e raffreddamento non uniformi a causa dell'eccessivo impilamento dei pezzi.
Metodo di riscaldamento: Per pezzi di forma complessa e di spessore variabile, in particolare quelli con elementi ad alto contenuto di carbonio e leghe, è fondamentale un processo di riscaldamento lento e uniforme. L'utilizzo del preriscaldamento è spesso necessario, talvolta richiedendo più cicli di preriscaldamento. Per i pezzi più grandi non trattati efficacemente tramite preriscaldamento, l'utilizzo di un forno a resistenza scatolata con riscaldamento controllato può ridurre la distorsione causata dal riscaldamento rapido.
3. Funzionamento in raffreddamento
La deformazione da raffreddamento deriva principalmente dal processo di raffreddamento. La corretta selezione del mezzo di tempra, il funzionamento abile e ogni fase del processo di raffreddamento influenzano direttamente la deformazione della tempra.
Selezione del mezzo di raffreddamento: pur garantendo la durezza desiderata dopo la tempra, si dovrebbero preferire mezzi di tempra più blandi per ridurre al minimo la distorsione. Si consiglia di utilizzare mezzi da bagno riscaldati per il raffreddamento (per facilitare la stiratura mentre la parte è ancora calda) o anche il raffreddamento ad aria. I mezzi con velocità di raffreddamento tra acqua e olio possono anche sostituire i mezzi doppi acqua-olio.
—Tempra con raffreddamento ad aria: La tempra con raffreddamento ad aria è efficace per ridurre la deformazione da tempra dell'acciaio rapido, dell'acciaio per stampi al cromo e dell'acciaio a microdeformazione con raffreddamento ad aria. Per l'acciaio 3Cr2W8V che non richiede elevata durezza dopo la tempra, è possibile utilizzare anche la tempra in aria per ridurre la deformazione regolando adeguatamente la temperatura di tempra.
—Raffreddamento e spegnimento dell'olio: l'olio è un mezzo di raffreddamento con una velocità di raffreddamento molto inferiore rispetto all'acqua, ma per pezzi con elevata temprabilità, dimensioni ridotte, forma complessa e grande tendenza alla deformazione, la velocità di raffreddamento dell'olio è troppo elevata, ma per pezzi di piccole dimensioni ma scadenti temprabilità, la velocità di raffreddamento dell'olio è insufficiente. Al fine di risolvere le contraddizioni di cui sopra e sfruttare appieno la tempra con olio per ridurre la deformazione dei pezzi in lavorazione, le persone hanno adottato metodi per regolare la temperatura dell'olio e aumentare la temperatura di tempra per espandere l'utilizzo dell'olio.
—Modifica della temperatura dell'olio di tempra: l'utilizzo della stessa temperatura dell'olio per l'estinzione per ridurre la deformazione da spegnimento presenta ancora i seguenti problemi, ovvero quando la temperatura dell'olio è bassa, la deformazione da spegnimento è ancora elevata e quando la temperatura dell'olio è elevata, è difficile garantire che il pezzo dopo aver temprato la durezza. Sotto l'effetto combinato della forma e del materiale di alcuni pezzi, l'aumento della temperatura dell'olio di tempra può anche aumentarne la deformazione. Pertanto, è assolutamente necessario determinare la temperatura dell'olio di tempra dopo aver superato il test in base alle condizioni reali del materiale del pezzo, alle dimensioni e alla forma della sezione trasversale.
Quando si utilizza olio caldo per la tempra, al fine di evitare incendi causati dall'elevata temperatura dell'olio causata dalla tempra e dal raffreddamento, è necessario equipaggiare le necessarie attrezzature antincendio vicino al serbatoio dell'olio. Inoltre, l'indice di qualità dell'olio di tempra dovrebbe essere testato regolarmente e il nuovo olio dovrebbe essere reintegrato o sostituito in tempo.
—Aumentare la temperatura di raffreddamento: Questo metodo è adatto per pezzi in acciaio al carbonio di piccola sezione trasversale e pezzi in acciaio legato leggermente più grandi che non possono soddisfare i requisiti di durezza dopo il riscaldamento e la conservazione del calore a temperature di tempra normali e tempra in olio. Aumentando opportunamente la temperatura di tempra e quindi la tempra in olio, è possibile ottenere l'effetto di indurimento e riduzione della deformazione. Quando si utilizza questo metodo di tempra, è necessario prestare attenzione per evitare problemi come l'ingrossamento del grano, la riduzione delle proprietà meccaniche e la durata del pezzo a causa dell'aumento della temperatura di tempra.
—Classificazione e austempering: Quando la durezza da tempra può soddisfare i requisiti di progettazione, la classificazione e la tempra del mezzo del bagno caldo dovrebbero essere pienamente utilizzate per raggiungere lo scopo di ridurre la deformazione da tempra. Questo metodo è efficace anche per acciaio strutturale e per utensili a bassa temprabilità, acciaio al carbonio di piccola sezione, in particolare acciaio per stampi contenente cromo e pezzi in acciaio rapido con elevata temprabilità. La classificazione del mezzo del bagno caldo e il metodo di raffreddamento dell'austemperatura sono i metodi di tempra di base per questo tipo di acciaio. Allo stesso modo, è efficace anche per gli acciai al carbonio e gli acciai strutturali bassolegati che non richiedono un'elevata durezza di tempra.
Quando si spegne con un bagno caldo, è necessario prestare attenzione ai seguenti problemi:
In primo luogo, quando si utilizza il bagno d'olio per la classificazione e la tempra isotermica, la temperatura dell'olio deve essere rigorosamente controllata per prevenire il verificarsi di incendi.
In secondo luogo, quando si spegne con gradi di sale nitrato, il serbatoio del sale nitrato deve essere dotato degli strumenti necessari e dei dispositivi di raffreddamento dell'acqua. Per altre precauzioni si prega di fare riferimento alle relative informazioni e non ripeterle qui.
In terzo luogo, la temperatura isotermica dovrebbe essere rigorosamente controllata durante la tempra isotermica. La temperatura alta o bassa non favorisce la riduzione della deformazione da tempra. Inoltre, durante la tempra, è necessario selezionare il metodo di sospensione del pezzo per evitare la deformazione causata dal peso del pezzo.
In quarto luogo, quando si utilizza la tempra isotermica o graduale per correggere la forma del pezzo mentre è caldo, gli utensili e le attrezzature devono essere completamente attrezzati e l'azione deve essere rapida durante il funzionamento. Prevenire effetti negativi sulla qualità di tempra del pezzo.
Operazione di raffreddamento: Un funzionamento abile durante il processo di raffreddamento ha un impatto significativo sulla deformazione da tempra, soprattutto quando si utilizzano mezzi di tempra ad acqua o olio.
-Direzione corretta dell'ingresso del mezzo di tempra: In genere, i pezzi in lavorazione simili ad aste bilanciati simmetricamente o allungati devono essere raffreddati verticalmente nel mezzo. Le parti asimmetriche possono essere temprate ad angolo. La direzione corretta mira a garantire un raffreddamento uniforme in tutte le parti, con le aree di raffreddamento più lente che entrano per prime nel mezzo, seguite da sezioni di raffreddamento più veloci. Nella pratica è fondamentale considerare la forma del pezzo e la sua influenza sulla velocità di raffreddamento.
-Movimento dei pezzi nel mezzo di tempra: Le parti a raffreddamento lento devono essere rivolte verso il mezzo di raffreddamento. I pezzi di forma simmetrica dovrebbero seguire un percorso equilibrato e uniforme nel mezzo, mantenendo un'ampiezza ridotta e un movimento rapido. Per pezzi sottili e allungati, la stabilità durante la tempra è fondamentale. Evitare di oscillare e considerare l'utilizzo di morsetti invece di legature metalliche per un migliore controllo.
-Velocità di tempra: I pezzi devono essere raffreddati rapidamente. In particolare per pezzi sottili, a forma di bastoncino, velocità di tempra più lente possono portare ad una maggiore deformazione da flessione e a differenze di deformazione tra sezioni temprate in tempi diversi.
-Raffreddamento controllato: Per pezzi con differenze significative nelle dimensioni della sezione trasversale, proteggere le sezioni a raffreddamento più rapido con materiali come corde di amianto o lamiere per ridurre la velocità di raffreddamento e ottenere un raffreddamento uniforme.
-Tempo di raffreddamento in acqua: Per pezzi che subiscono principalmente deformazioni dovute a sollecitazioni strutturali, ridurre il tempo di raffreddamento in acqua. Per i pezzi sottoposti principalmente a deformazione dovuta allo stress termico, prolungare il tempo di raffreddamento in acqua per ridurre la deformazione da raffreddamento.
A cura di May Jiang di MAT Aluminium
Orario di pubblicazione: 21 febbraio 2024
