Trong quá trình xử lý nhiệt nhôm và hợp kim nhôm, người ta thường gặp phải nhiều vấn đề như sau:
- Vị trí lắp đặt chi tiết không đúng: Điều này có thể dẫn đến biến dạng chi tiết, thường là do nhiệt tỏa ra từ môi trường tôi không đủ nhanh để đạt được các tính chất 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.
-Bề mặt bị đóng cặn/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.
- Sự thay đổi về thời gian/nhiệt độ/thông số làm nguội có thể gây ra sự 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 những kiến thức liên quan.
1. Tiền xử lý
Các quy trình xử lý trước cải thiện cấu trúc và giảm ứng suất trước khi tôi có lợi cho việc giảm biến dạng. Xử lý trước thường bao gồm các quy trình như ủ hình cầu và ủ giảm ứng suất, và một số cũng áp dụng phương pháp xử lý tôi và tôi hoặc chuẩn hóa.
Ủ giảm căng thẳng: Trong quá trình gia công, ứng suất dư có thể phát triển 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 tác động này, cần phải ủ giảm ứng suất trước khi tôi. Nhiệt độ ủ giảm ứng suất thường là 500-700°C. Khi nung trong môi trường không khí, nhiệt độ 500-550°C với thời gian giữ là 2-3 giờ được sử dụng để ngăn ngừa quá trình oxy hóa và khử cacbon. Biến dạng chi tiết do trọng lượng bản thân nên được xem xét trong quá trình 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: Cần thiết cho thép công cụ cacbon và thép công cụ hợp kim 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 làm nguội. Bằng cách điều chỉnh cấu trúc sau khi ủ, người ta có thể giảm biến dạng thường xuyên trong quá trình làm nguội.
- Các phương pháp xử lý trước khác: Có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để giảm biến dạng khi tôi, chẳng hạn như tôi và ram, xử lý chuẩn hóa. Việc lựa chọn các phương pháp xử lý trước thích hợp như tôi và ram, xử lý chuẩn hóa dựa trên nguyên nhân gây biến dạng và vật liệu của chi tiết có thể làm giảm hiệu quả biến dạng. Tuy nhiên, cần thận trọng đối với ứng suất dư và độ cứng tăng lên sau khi tôi, đặc biệt là xử lý tôi và ram có thể làm giảm sự giãn nở trong quá trình tôi đối với thép có 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 ra biến dạng dập tắt, cho dù là do ứng suất dư hay cấu trúc kém, là điều cần thiết để xử lý hiệu quả. Ủ giảm ứng suất nên được thực hiện đối với biến dạng do ứng suất dư gây ra, trong khi các phương pháp xử lý như tôi luyện làm thay đổi cấu trúc là không cần thiết và ngược lại. Chỉ khi đó mới có thể đạt được mục tiêu giảm biến dạng dập tắt để giảm chi phí và đảm bảo chất lượng.
2. Hoạt động gia nhiệt làm nguội
Nhiệt độ làm nguội: Nhiệt độ tôi có ảnh hưởng đáng kể đến độ 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 được giữ lại giống với nhiệt độ tôi để đạt được mục đích giảm biến dạng, hoặc lựa chọn và giữ lại hợp lý dung sai gia công và nhiệt độ tôi sau các thử nghiệm xử lý nhiệt, để giảm dung sai gia công tiếp theo. Ảnh hưởng của nhiệt độ tôi đối với 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 là như nhau, nhưng xu hướng biến dạng tôi khá khác nhau và người vận hành nên chú ý đến tình huống này trong sản xuất thực tế.
Thời gian giữ nhiệt: Việc lựa chọn thời gian giữ 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 tác động của nó đến sự biến dạng. Việc kéo dài thời gian giữ tôi về cơ bản 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 đùn lẫn nhau giữa các phôi, hoặc biến dạng do gia nhiệt và làm nguội không đều do xếp chồng các phôi quá mức.
Phương pháp sưởi ấm: 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, quá trình gia nhiệt chậm và đồng đều là rất quan trọng. Thường cần phải sử dụng quá trình gia nhiệt trước, đôi khi cần nhiều chu kỳ gia nhiệt trước. Đối với các phôi lớn hơn không được xử lý hiệu quả thông qua quá trình gia nhiệt trước, việc sử dụng lò điện trở hộp có gia nhiệt được kiểm soát có thể làm giảm sự biến dạng do gia nhiệt nhanh.
3. Hoạt động làm mát
Biến dạng dập tắt chủ yếu là kết quả của quá trình làm mát. Lựa chọn môi trường dập tắt thích hợp, thao tác khéo léo và từng bước của quá trình làm mát ảnh hưởng trực tiếp đến biến dạng dập tắt.
Lựa chọn môi trường dập tắt: Trong khi đảm bảo độ cứng mong muốn sau khi tôi, nên ưu tiên môi trường tôi nhẹ hơn để giảm thiểu sự biến dạng. Sử dụng môi trường bồn nước nóng để làm mát (để tạo điều kiện làm 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 không khí có hiệu quả trong việc giảm biến dạng khi làm nguội thép tốc độ cao, thép khuôn crom và thép biến dạng vi mô khi làm nguội bằng không khí. Đối với thép 3Cr2W8V không yêu cầu độ cứng cao sau khi làm nguội, tôi bằng không khí cũng có thể được sử dụng để giảm biến dạng bằng cách điều chỉnh nhiệt độ làm nguội thích hợp.
—Làm mát và làm nguội dầu: dầu 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 xu hướng biến dạng lớn, tốc độ làm nguội của dầu quá cao, nhưng đối với những phôi có kích thước nhỏ nhưng độ cứng kém, tốc độ làm nguội của dầu không đủ. Để giải quyết những mâu thuẫn trên và tận dụng tối đa quá trình tôi dầu để giảm 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 việc sử dụng dầu.
—Thay đổi nhiệt độ của dầu tôi: sử dụng cùng một nhiệt độ dầu để tôi luyện để giảm biến dạng tôi luyện vẫn có những vấn đề sau, đó là khi nhiệt độ dầu thấp, biến dạng tôi luyện vẫn lớn, và khi nhiệt độ dầu cao, khó có thể đảm bảo độ cứng của phôi sau khi tôi luyện. Dưới tác dụng kết hợp của hình dạng và vật liệu của một số phôi, việc tăng nhiệt độ của dầu tôi luyện cũng có thể làm tăng biến dạng của nó. Do đó, việc xác định nhiệt độ dầu của dầu tôi luyện sau khi vượt qua thử nghiệm theo các điều kiện thực tế của vật liệu phôi, kích thước mặt cắt ngang và hình dạng là rất cần thiết.
Khi sử dụng dầu nóng để tôi, để tránh nhiệt độ dầu cao do tôi và làm mát gây ra hỏa hoạn, cần trang bị thiết bị chữa cháy cần thiết gần bồn chứa dầu. Ngoài ra, cần kiểm tra chỉ số chất lượng của dầu tôi thường xuyên, bổ sung hoặc thay dầu mới kịp thời.
—Tăng nhiệt độ làm nguội: Phương pháp này phù hợp với các phôi thép cacbon có tiết diện nhỏ và các phôi thép hợp kim lớn hơn một chút không đáp ứng được yêu cầu về độ cứng sau khi nung và giữ nhiệt ở nhiệt độ tôi thông thường và tôi dầu. Bằng cách tăng nhiệt độ tôi thích hợp rồi 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 có thể đáp ứng được yêu cầu thiết kế, cần tận dụng tối đa việc phân loại và ủ trong môi trường tắm nước nóng để đạt được mục đích giảm biến dạng tôi. Phương pháp này cũng có hiệu quả đối với thép kết cấu cacbon tiết diện nhỏ, độ cứng thấp và thép dụng cụ, đặc biệt là thép khuôn chứa crom và phôi thép tốc độ cao có độ cứng cao. Phân loại môi trường tắm nước nóng và phương pháp làm nguội ủ trong môi trường tắm nước nóng là các phương pháp tôi cơ bản đối với loại thép này. Tương tự như vậy, phương pháp này cũng có hiệu quả đối với các loại 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 dầu tắm 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 tôi bằng muối nitrat, bể muối nitrat phải được trang bị các dụng cụ và thiết bị làm mát nước cần thiết. Đối với các biện pháp phòng ngừa khác, vui lòng tham khảo thông tin có liên quan và sẽ không lặp lại ở đây.
Thứ ba, nhiệt độ đẳng nhiệt phải 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 tôi, phải lựa chọn phương pháp treo phôi để tránh 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 của phôi khi phôi còn nóng, dụng cụ và đồ gá phải được trang bị đầy đủ, và hành động phải nhanh chóng trong quá trình vận hành. Ngăn ngừa tác động bất lợi 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 tôi, đặc biệt là khi sử dụng môi trường tôi bằng 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 bộ phận không đối xứng có thể được tôi theo một góc. Hướng chính xác nhằm đảm bảo làm mát đồng đều trên tất cả các bộ phận, với các khu vực làm mát chậm hơn đi vào môi trường trước, sau đó là các phần làm mát nhanh hơn. Việc xem xét hình dạng của phôi và ảnh hưởng của nó đến tốc độ làm mát là rất quan trọng trong thực tế.
- Chuyển động của phôi trong môi trường tôi: Các bộ phận làm nguội chậm phải hướng về môi trường tôi. Các phôi có hình dạng đối xứng phải đi theo đường cân bằng và đồng đều trong môi trường, duy trì biên độ nhỏ và chuyển động nhanh. Đối với các phôi mỏng và dài, tính ổn định trong quá trình tôi là rất quan trọng. Tránh đung đưa và cân nhắc sử dụng kẹp thay vì buộc dây để kiểm soát tốt hơn.
- Tốc độ dập tắt: Các phôi gia công phải được làm nguội nhanh chóng. Đặc biệt đối với các phôi mỏng, dạng thanh, tốc độ làm nguội chậm hơn có thể dẫn đến biến dạng uốn tăng lên và sự khác biệt về biến dạng giữa các phần được làm nguội tại 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 phôi chủ yếu bị biến dạng do ứng suất cấu trúc, hãy rút ngắn thời gian làm nguội trong nước. Đối với các phôi 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
