Trong quá trình xử lý nhiệt nhôm và hợp kim nhôm, người ta thường gặp phải nhiều vấn đề như sau:
- Vị trí đặt chi tiết không đúng: Điều này có thể dẫn đến biến dạng chi tiết, thường là do nhiệt lượng tỏa ra từ môi trường làm nguội không đủ nhanh để đạt được các đặc tính cơ học mong muốn.
- Làm nóng nhanh: Điều này có thể dẫn đến biến dạng nhiệt; việc đặt bộ phận thích hợp sẽ giúp đảm bảo làm nóng đều.
- Quá nhiệt: Điều này có thể dẫn đến nóng chảy một phần hoặc nóng chảy eutectic.
-Tẩy rửa bề mặt/oxy hóa ở nhiệt độ cao.
- Xử lý lão hóa quá mức hoặc không đủ, cả hai đều có thể dẫn đến mất các tính chất cơ học.
- Biến động về thời gian/nhiệt độ/thông số làm nguội có thể gây ra sai lệch về tính chất cơ học và/hoặc vật lý giữa các bộ phận và lô hàng.
-Ngoài ra, nhiệt độ không đồng đều, thời gian cách nhiệt không đủ và làm mát không đủ trong quá trình xử lý nhiệt dung dịch đều có thể dẫn đến kết quả không như mong muốn.
Xử lý nhiệt là một quá trình nhiệt quan trọng trong ngành công nghiệp nhôm, chúng ta hãy cùng tìm hiểu thêm về kiến thức liên quan.
1. Tiền xử lý
Các quy trình tiền xử lý giúp cải thiện cấu trúc và giảm ứng suất trước khi tôi có lợi cho việc giảm biến dạng. Tiền xử lý thường bao gồm các quy trình như ủ cầu hóa và ủ giảm ứng suất, và một số quy trình cũng áp dụng phương pháp tôi và ram hoặc thường hóa.
Ủ giảm căng thẳng: Trong quá trình gia công, ứng suất dư có thể phát sinh do các yếu tố như phương pháp gia công, sự ăn khớp của dụng cụ và tốc độ cắt. Sự phân bố không đều của các ứng suất này có thể dẫn đến biến dạng trong quá trình tôi. Để giảm thiểu những ảnh hưởng này, cần ủ khử ứng suất trước khi tôi. Nhiệt độ ủ khử ứng suất thường là 500-700°C. Khi nung trong môi trường không khí, nhiệt độ 500-550°C với thời gian giữ nhiệt 2-3 giờ được sử dụng để ngăn ngừa quá trình oxy hóa và thoát cacbon. Biến dạng chi tiết do trọng lượng bản thân cần được xem xét trong quá trình gia tải, và các quy trình khác tương tự như ủ tiêu chuẩn.
Xử lý gia nhiệt trước để cải thiện cấu trúc: Bao gồm ủ cầu hóa, làm nguội và ram, xử lý thường hóa.
-Ủ hình cầu: Trong quá trình xử lý nhiệt, cấu trúc thu được sau khi ủ cầu hóa ảnh hưởng đáng kể đến xu hướng biến dạng trong quá trình tôi. Bằng cách điều chỉnh cấu trúc sau khi ủ, có thể giảm biến dạng thường xuyên trong quá trình tôi.
-Các phương pháp xử lý trước khác: Có nhiều phương pháp khác nhau có thể được sử dụng để giảm biến dạng tôi, chẳng hạn như tôi và ram, xử lý thường hóa. Việc lựa chọn các phương pháp xử lý trước phù hợp như tôi và ram, xử lý thường hóa dựa trên nguyên nhân gây biến dạng và vật liệu của chi tiết có thể giảm biến dạng một cách hiệu quả. Tuy nhiên, cần thận trọng với ứng suất dư và sự gia tăng độ cứng sau khi ram, đặc biệt là xử lý tôi và ram có thể làm giảm độ giãn nở trong quá trình tôi đối với thép chứa W và Mn, nhưng ít có tác dụng giảm biến dạng đối với thép như GCr15.
Trong sản xuất thực tế, việc xác định nguyên nhân gây biến dạng dập tắt, dù là do ứng suất dư hay kết cấu kém, là rất quan trọng để xử lý hiệu quả. Ủ khử ứng suất nên được thực hiện đối với biến dạng do ứng suất dư gây ra, trong khi các phương pháp xử lý như ram làm thay đổi kết cấu là không cần thiết, và ngược lại. Chỉ khi đó mới có thể đạt được mục tiêu giảm biến dạng dập tắt, từ đó giảm chi phí và đảm bảo chất lượng.
2. Hoạt động gia nhiệt dập tắt
Nhiệt độ dập tắt: Nhiệt độ tôi có ảnh hưởng đáng kể đến biến dạng. Chúng ta có thể đạt được mục đích giảm biến dạng bằng cách điều chỉnh nhiệt độ tôi, hoặc dung sai gia công dự phòng bằng với nhiệt độ tôi để đạt được mục đích giảm biến dạng, hoặc lựa chọn và dự phòng hợp lý dung sai gia công và nhiệt độ tôi sau khi thử nghiệm xử lý nhiệt, để giảm dung sai gia công sau đó. Ảnh hưởng của nhiệt độ tôi đến biến dạng tôi không chỉ liên quan đến vật liệu được sử dụng trong phôi mà còn liên quan đến kích thước và hình dạng của phôi. Khi hình dạng và kích thước của phôi rất khác nhau, mặc dù vật liệu của phôi giống nhau, nhưng xu hướng biến dạng tôi khá khác nhau, và người vận hành cần chú ý đến tình huống này trong sản xuất thực tế.
Thời gian giữ nguội: Việc lựa chọn thời gian giữ nhiệt không chỉ đảm bảo quá trình gia nhiệt kỹ lưỡng và đạt được độ cứng hoặc tính chất cơ học mong muốn sau khi tôi mà còn xem xét ảnh hưởng của nó đến biến dạng. Việc kéo dài thời gian giữ nhiệt làm tăng nhiệt độ tôi, đặc biệt là đối với thép cacbon cao và thép crom cao.
Phương pháp tải: Nếu phôi được đặt ở hình dạng không hợp lý trong quá trình gia nhiệt, sẽ gây ra biến dạng do trọng lượng của phôi hoặc biến dạng do sự đùn lẫn nhau giữa các phôi, hoặc biến dạng do quá trình gia nhiệt và làm nguội không đều do các phôi xếp chồng quá mức.
Phương pháp gia nhiệt: Đối với các phôi có hình dạng phức tạp và độ dày khác nhau, đặc biệt là các phôi có hàm lượng cacbon và hợp kim cao, quy trình gia nhiệt chậm và đồng đều là rất quan trọng. Việc gia nhiệt sơ bộ thường là cần thiết, đôi khi đòi hỏi nhiều chu kỳ gia nhiệt. Đối với các phôi lớn hơn không được xử lý hiệu quả bằng phương pháp gia nhiệt sơ bộ, việc sử dụng lò điện trở hộp với hệ thống gia nhiệt có kiểm soát có thể làm giảm biến dạng do gia nhiệt nhanh.
3. Hoạt động làm mát
Biến dạng tôi chủ yếu là kết quả của quá trình làm nguội. Việc lựa chọn môi trường tôi phù hợp, thao tác khéo léo và từng bước của quá trình làm nguội đều ảnh hưởng trực tiếp đến biến dạng tôi.
Lựa chọn môi trường dập tắt: Trong khi vẫn đảm bảo độ cứng mong muốn sau khi tôi, nên ưu tiên sử dụng môi trường tôi nhẹ hơn để giảm thiểu biến dạng. Nên sử dụng môi trường làm mát bằng bể gia nhiệt (để dễ dàng nắn thẳng khi chi tiết vẫn còn nóng) hoặc thậm chí làm mát bằng không khí. Các môi trường có tốc độ làm mát giữa nước và dầu cũng có thể thay thế môi trường kép nước-dầu.
—Làm nguội bằng không khí: Làm nguội bằng khí có hiệu quả trong việc giảm biến dạng khi làm nguội thép gió, thép khuôn crom và thép biến dạng vi mô khi làm nguội bằng khí. Đối với thép 3Cr2W8V không yêu cầu độ cứng cao sau khi làm nguội, tôi bằng khí cũng có thể được sử dụng để giảm biến dạng bằng cách điều chỉnh nhiệt độ làm nguội hợp lý.
—Làm mát và làm nguội dầuDầu là môi trường tôi có tốc độ làm nguội thấp hơn nhiều so với nước, nhưng đối với những phôi có độ cứng cao, kích thước nhỏ, hình dạng phức tạp và khả năng biến dạng lớn, tốc độ làm nguội của dầu là quá cao, còn đối với những phôi có kích thước nhỏ nhưng độ cứng kém, tốc độ làm nguội của dầu là không đủ. Để giải quyết những mâu thuẫn trên và tận dụng tối đa khả năng tôi bằng dầu, giảm thiểu biến dạng tôi của phôi, người ta đã áp dụng các phương pháp điều chỉnh nhiệt độ dầu và tăng nhiệt độ tôi để mở rộng phạm vi sử dụng dầu.
—Thay đổi nhiệt độ của dầu tôi: Việc sử dụng cùng một nhiệt độ dầu để tôi nhằm giảm biến dạng tôi vẫn còn tồn tại những vấn đề sau: Khi nhiệt độ dầu thấp, biến dạng tôi vẫn lớn; khi nhiệt độ dầu cao, khó có thể đảm bảo độ cứng của chi tiết sau khi tôi. Dưới tác động kết hợp của hình dạng và vật liệu của một số chi tiết, việc tăng nhiệt độ dầu tôi cũng có thể làm tăng biến dạng của chi tiết. Do đó, việc xác định nhiệt độ dầu của dầu tôi sau khi tôi đạt yêu cầu là rất cần thiết dựa trên điều kiện thực tế của vật liệu chi tiết, kích thước và hình dạng mặt cắt ngang.
Khi sử dụng dầu nóng để tôi, để tránh cháy do nhiệt độ dầu cao trong quá trình tôi và làm mát, cần trang bị thiết bị chữa cháy cần thiết gần bồn chứa dầu. Ngoài ra, cần thường xuyên kiểm tra chỉ số chất lượng dầu tôi, bổ sung hoặc thay dầu mới kịp thời.
—Tăng nhiệt độ làm nguội: Phương pháp này phù hợp với phôi thép cacbon tiết diện nhỏ và phôi thép hợp kim lớn hơn một chút, không đáp ứng được yêu cầu về độ cứng sau khi gia nhiệt và giữ nhiệt ở nhiệt độ tôi thông thường và tôi dầu. Bằng cách tăng nhiệt độ tôi một cách thích hợp và sau đó làm tôi dầu, có thể đạt được hiệu quả làm cứng và giảm biến dạng. Khi sử dụng phương pháp này để tôi, cần lưu ý tránh các vấn đề như hạt thô, giảm tính chất cơ học và tuổi thọ của phôi do nhiệt độ tôi tăng.
—Phân loại và ủ: Khi độ cứng tôi đạt yêu cầu thiết kế, cần tận dụng tối đa việc phân loại và ram nóng của môi trường tôi để đạt được mục đích giảm biến dạng tôi. Phương pháp này cũng hiệu quả đối với thép kết cấu cacbon tiết diện nhỏ và thép dụng cụ có độ tôi thấp, đặc biệt là thép khuôn chứa crom và phôi thép tốc độ cao có độ tôi cao. Phân loại môi trường tôi nóng và phương pháp ram nóng làm nguội là các phương pháp tôi cơ bản cho loại thép này. Tương tự, phương pháp này cũng hiệu quả đối với thép cacbon và thép kết cấu hợp kim thấp không yêu cầu độ cứng tôi cao.
Khi làm nguội bằng nước nóng cần lưu ý những vấn đề sau:
Đầu tiên, khi sử dụng bể dầu để phân loại và tôi đẳng nhiệt, nhiệt độ dầu phải được kiểm soát chặt chẽ để tránh xảy ra hỏa hoạn.
Thứ hai, khi làm nguội bằng muối nitrat, bể chứa muối nitrat cần được trang bị các dụng cụ và thiết bị làm mát bằng nước cần thiết. Các biện pháp phòng ngừa khác, vui lòng tham khảo thông tin liên quan và sẽ không được nhắc lại ở đây.
Thứ ba, nhiệt độ đẳng nhiệt cần được kiểm soát chặt chẽ trong quá trình tôi đẳng nhiệt. Nhiệt độ cao hay thấp đều không có lợi cho việc giảm biến dạng khi tôi. Ngoài ra, trong quá trình ram, nên lựa chọn phương pháp treo phôi để ngăn ngừa biến dạng do trọng lượng của phôi gây ra.
Thứ tư, khi sử dụng phương pháp tôi đẳng nhiệt hoặc tôi phân cấp để hiệu chỉnh hình dạng phôi khi phôi còn nóng, dụng cụ và đồ gá phải được trang bị đầy đủ, thao tác phải nhanh chóng để tránh ảnh hưởng xấu đến chất lượng tôi của phôi.
Hoạt động làm mát: Thao tác khéo léo trong quá trình làm mát có tác động đáng kể đến biến dạng dập tắt, đặc biệt là khi sử dụng môi trường dập tắt là nước hoặc dầu.
- Hướng đi đúng của môi trường dập tắt: Thông thường, các phôi dạng thanh cân bằng đối xứng hoặc dài nên được tôi theo chiều dọc vào môi trường. Các chi tiết không đối xứng có thể được tôi theo một góc. Hướng làm nguội chính xác nhằm đảm bảo làm nguội đồng đều trên tất cả các chi tiết, với các vùng làm nguội chậm hơn đi vào môi trường trước, sau đó là các vùng làm nguội nhanh hơn. Việc xem xét hình dạng của phôi và ảnh hưởng của nó đến tốc độ làm nguội là rất quan trọng trong thực tế.
- Chuyển động của phôi trong môi trường tôi: Các chi tiết làm nguội chậm nên hướng về môi trường tôi. Các phôi có hình dạng đối xứng nên di chuyển theo đường thẳng cân bằng và đồng đều trong môi trường, duy trì biên độ nhỏ và chuyển động nhanh. Đối với các phôi mỏng và dài, độ ổn định trong quá trình tôi là rất quan trọng. Tránh lắc lư và cân nhắc sử dụng kẹp thay vì buộc dây để kiểm soát tốt hơn.
- Tốc độ dập tắt: Phôi cần được tôi nhanh. Đặc biệt đối với phôi mỏng, dạng thanh, tốc độ tôi chậm hơn có thể dẫn đến biến dạng uốn tăng lên và biến dạng khác biệt giữa các phần được tôi ở các thời điểm khác nhau.
- Làm mát có kiểm soát:Đối với các phôi có sự khác biệt đáng kể về kích thước mặt cắt ngang, hãy bảo vệ các phần nguội nhanh hơn bằng các vật liệu như dây amiăng hoặc tấm kim loại để giảm tốc độ nguội và đạt được độ nguội đồng đều.
- Thời gian làm mát trong nước: Đối với các chi tiết gia công chủ yếu bị biến dạng do ứng suất kết cấu, hãy rút ngắn thời gian làm nguội trong nước. Đối với các chi tiết gia công chủ yếu bị biến dạng do ứng suất nhiệt, hãy kéo dài thời gian làm nguội trong nước để giảm biến dạng dập tắt.
Biên tập bởi May Jiang từ MAT Aluminum
Thời gian đăng: 21-02-2024
