Apakah proses perlakuan panas sama untuk bahan logam yang berbeda?

一, Dasar untuk membedakan konsep proses
Ide utama di balik perlakuan panas logam adalah menggunakan medan suhu untuk mengatur pergerakan atom dan perubahan fase. Namun, berbagai logam memiliki cara yang cukup beragam dalam menyusun atom dan mengubah fasenya.
Paduan-berbahan dasar besi (baja): Menurut diagram fase karbon-besi, proses seperti austenitisasi dan transformasi martensit membuat material lebih kuat. Misalnya, untuk melakukan austenitisasi penuh pada struktur baja 45 #, baja tersebut perlu dipanaskan hingga 840–860 derajat dan kemudian didinginkan dengan cepat untuk membuat martensit, yang memiliki kekerasan HRC50–55.
Paduan aluminium: bergantung pada penguatan larutan padat dan mekanisme penguatan penuaan. Misalnya, saat bekerja dengan paduan aluminium 6061, perlakuan larutan berarti menahannya pada suhu 530–540 derajat selama 4–6 jam untuk melarutkan fase Mg ₂ Si sepenuhnya. Kemudian, didinginkan dalam air untuk membuat larutan padat lewat jenuh, dan terakhir, disimpan pada suhu 175 derajat untuk membuat fase penguatan skala nano. Kekuatan tarik dapat ditingkatkan dari 180MPa menjadi 310MPa.
Untuk paduan titanium, perlakuan panas di area fase beta mengontrol struktur mikro. Dengan paduan titanium TC4 berpendingin udara setelah perlakuan larutan padat di wilayah fase pada 980–1020 derajat, ia dapat memperoleh struktur berlapis + dengan kekuatan tarik 1100 MPa. Jika perlakuan isotermal dilakukan pada 850 derajat, fase alfa ekuivalen dapat terbentuk, dan laju pemanjangan dapat ditingkatkan hingga 15%.
2, Berbagai cara melakukan proses yang khas
Berbagai jenis logam telah mengembangkan metode proses perlakuan panasnya sendiri karena memiliki kebutuhan kinerja yang berbeda.
1. Berbagai cara bekerja dengan material baja
Quenching dan temper: Untuk mendapatkan kekerasan tinggi (HRC62-65) dan ketahanan aus, baja perkakas karbon tinggi (seperti T10A) perlu diquench pada suhu 1000–1050 derajat dan ditempa pada suhu 200 derajat. Untuk mendapatkan struktur martensit yang ditempa, baja yang dipadamkan dan ditempa 42CrMo perlu dipadamkan pada suhu 850 derajat dan ditempa pada suhu 550 derajat. Struktur ini menggabungkan kekuatan (σ b Lebih besar dari atau sama dengan 1080MPa) dan ketangguhan (ak Lebih besar dari atau sama dengan 39J).
Proses unik: Perlakuan kriogenik (pendinginan nitrogen cair -196 derajat) dapat mengubah sisa austenit menjadi martensit, membuat baja bantalan 9Cr18Mo menjadi 1-2HRC lebih keras; pendinginan permukaan pemanas induksi dapat membuat lapisan mengeras setebal 5 mm pada permukaan roda gigi sekaligus menjaga inti tetap kuat.
2. Proses yang hanya ditujukan untuk-logam nonferrous
Perawatan T6 (larutan padat+penuaan buatan) adalah cara umum untuk membuat paduan aluminium seri 6000 lebih kuat. Untuk menyeimbangkan kekuatan dan ketahanan terhadap korosi tegangan, paduan aluminium 7075 memerlukan penuaan dua-tahap T74 (120 derajat /24 jam → 160 derajat /8 jam).
Paduan tembaga: Berilium perunggu (QBe2) membentuk fase ketika berumur 320–340 derajat, dan memiliki kekerasan HRC38–42. Kuningan (H62) dihilangkan tegangannya-pada suhu 300–350 derajat untuk menghilangkan pengerasan kerja dingin.
Paduan magnesium: Setelah diolah dalam larutan pada suhu 415 derajat, paduan magnesium AZ91D membentuk fase - Mg ₁₇ Al ₁₂ dengan penuaan pada suhu 175 derajat. Hal ini membuat kekuatan luluh 30% lebih kuat.
3. Kebutuhan unik akan logam tahan api
Paduan tungsten: memerlukan anil rekristalisasi pada 1400–1600 derajat untuk menghilangkan pengerasan kerja dingin, dan ukuran butir harus dijaga kurang dari atau sama dengan 50 μm untuk menjaga kekuatan pada suhu tinggi.
Paduan molibdenum: Untuk memperbaiki kerusakan radiasi dan mengembalikan kinerja bahan struktur reaktor nuklirnya, bahan tersebut dianil pada suhu tinggi 1800–2000 derajat.
3, Hukum yang umum dalam proses desain
Sekalipun parameter prosesnya sangat beragam, desain perlakuan panas untuk berbagai jenis bahan logam mengikuti aturan dasar berikut:
Diagram fase adalah ide utama di balik semua desain proses. Suhu kritis (Ac ₁, Ac ∝, Ms, dll.) digunakan untuk memilih suhu pemanasan. Misalnya, untuk melarutkan karbida sepenuhnya dalam baja tahan karat 304, karbida perlu dipanaskan hingga 1050–1100 derajat.
Kontrol laju pendinginan: Pilih media yang tepat (air, minyak, polimer, dll.) untuk mengontrol laju pendinginan dan membuat jaringan berubah dengan cara tertentu. Pendinginan air dapat mengubah-baja karbon tinggi menjadi martensit, sedangkan pendinginan minyak dapat menjaga-baja paduan rendah agar tidak pecah.
Anil pelepas tegangan (misalnya, baja pada suhu 300–400 derajat dan paduan aluminium pada suhu 150–200 derajat) digunakan untuk menghilangkan tegangan pemrosesan dan menjaga benda agar tidak bengkok atau retak. Alih-alih perlakuan panas, penuaan getaran (VSR) banyak digunakan untuk mengurangi tekanan pada bagian paduan aluminium pesawat.
Modifikasi permukaan kolaboratif: Menggunakan perlakuan panas kimia (karburasi, nitridasi) dan pendinginan permukaan secara bersamaan untuk mendapatkan tingkat kinerja yang berbeda. Misalnya, roda gigi dikarburasi dengan 20CrMnTi (930 derajat × 8 jam), didinginkan, dan ditempa pada suhu rendah. Hal ini memberi mereka kekerasan permukaan sebesar HRC58-62 dan membuatnya tetap tangguh pada intinya.
4, Arah utama perbaikan proses
Seiring kemajuan ilmu material, teknik perlakuan panas telah menunjukkan tren inovatif berikut:
Perlakuan panas lokal sinar laser/elektron adalah cara tepat untuk mengontrol suhu area kecil jaringan. Ini digunakan untuk membuat lubang film gas di sekitar bilah mesin pesawat menjadi lebih kuat.
Sistem proses cerdas: Dapat memperkirakan bagaimana jaringan akan berubah dan meningkatkan parameter berdasarkan simulasi proses perlakuan panas kembar digital. Misalnya, GE menggunakan perangkat lunak ProCAST untuk menjaga agar cakram turbin tidak berubah bentuk lebih dari 0,1 mm selama pendinginan.
Teknologi untuk menciptakan sesuatu yang ramah lingkungan: Karburasi bertekanan rendah (LPC) menggantikan karburasi gas tradisional untuk mengurangi emisi CO₂. Teknologi penggantian oli quenching (seperti polimer PAG) mengurangi emisi VOC.