Co należy kontrolować podczas hartowania smukłych kwadratowych i prostokątnych rur stalowych?

Hartowanie kwadratowej lub prostokątnej rury wygląda jak pojedyncza operacja od zewnątrz: - podgrzej ją, wrzuć do cieczy i mocno wyciągnij. W produkcji jest to sekwencja oddzielnych decyzji, a błąd w którejkolwiek z nich objawia się wygiętą rurką, nierównym odczytem twardości lub pęknięciem, które nie było widoczne do czasu awarii części. Jest to podsumowanie punktów kontrolnych, które faktycznie decydują o wyniku, zaczerpnięte z praktyki produkcyjnej, a nie z tabeli właściwości mechanicznych gatunku.

Smukła rura ogrzewana poziomo, czy to w piecu komorowym, czy w wannie, ugina się nieznacznie pod własnym ciężarem w momencie osiągnięcia temperatury i utraty sztywności. - stal traci znaczną część swojego modułu sprężystości-w temperaturze pokojowej na długo przed osiągnięciem typowej temperatury hartowania, a długa, niepodparta rozpiętość ugina się mierzalnie nawet pod własnym ciężarem.Zawieszenie rury pionowo w piecu solnym lub piecu-wgłębnym całkowicie eliminuje moment zginający- rura wisi pod naprężeniem osiowym, a nie opiera się na poziomej rozpiętości, więc nie występuje żadne ugięcie-pod ciężarem własnym, które należy później skorygować.

Ma to największe znaczenie w przypadku stosunków długości-do-przekroju-, gdzie w przeciwnym razie poziome punkty podparcia byłyby daleko od siebie w stosunku do sztywności przekroju. Krótka, krępa sekcja toleruje ogrzewanie poziome bez większych konsekwencji; długa, cienkościenna-rurka tego nie robi. Decyzję o kierunku ogrzewania należy podjąć w oparciu o smukłość konkretnej rury, a nie stosować się do ogólnych zasad dotyczących pieca.

Piece rzadko wytwarzają jedną część na raz w ramach wielkości produkcji. Kiedy sekcje o różnych-przekrojach poprzecznych współdzielą obciążenie pieca,mniejsze sekcje powinny znajdować się w kierunku zewnętrznego końca komory pieca, a nie być zakopane we wnętrzu- szybciej osiągają temperaturę, ponieważ mają mniejszą masę do przegrzania, a jeśli są ustawione w sposób umożliwiający łatwe wyjmowanie, można je wyciągnąć i hartować, gdy tylko osiągną temperaturę, bez zakłócania większych kawałków, które wciąż się nagrzewają.

Praktyczne konsekwencje błędnego zrozumienia tego problemu są proste: jeśli małe i duże części zostaną zmieszane bez planu usuwania, małe części albo się przegrzeją w oczekiwaniu na duże, albo duże części zostaną wcześnie wyciągnięte i hartowane w-temperaturze.Zarówno duże, jak i małe części należy ustawić w czasie i usunąć oddzielnie, z wsadem pieca fizycznie rozmieszczonym tak, aby umożliwić tę separację, a nie improwizowanym przy drzwiach pieca.

Piec ma stałą moc cieplną. Załaduj go powyżej tego, co może wytrzymać moc wyjściowa, a temperatura pieca spadnie po wprowadzeniu wsadu - piec musi mieć czas na powrót do wartości zadanej, zanim części faktycznie zaczną się nagrzewać z zamierzoną szybkością.Zbyt duży ładunek nie tylko nagrzewa się dłużej; oznacza to również, że części pozostają dłużej w temperaturze niższej-niż-zamierzona, co zmienia zachowanie austenityzacji w sposób trudny do skorygowania po fakcie.

Praktyczną zasadą jest dobieranie wsadu do rzeczywistej mocy znamionowej pieca, a nie objętości jego komory. - Piec często może fizycznie zmieścić więcej materiału, niż jest w stanie ogrzać z zamierzoną szybkością. Jeżeli nie da się uniknąć większego wsadu, należy wydłużyć czas nagrzewania, aby skompensować początkowy spadek temperatury, a wydłużenie to powinno zostać uwzględnione w planie procesu, a nie wykrywane przez wyciąganie-części o zbyt niskiej temperaturze.

Większość gatunków stali określa zakres temperatury hartowania, a nie pojedynczą liczbę, a wybór w tym zakresie powinien być zależny od medium hartującego, a nie ustalony, niezależnie od tego, w czym część jest hartowana.Hartowanie wodą lub solanką powoduje odprowadzenie ciepła na tyle szybko, że zwykle wystarczająca jest dolna granica zakresu temperatur- przejście do górnej części zakresu w połączeniu z już-poważnym hartowaniem zwiększa ryzyko pęknięć i zniekształceń bez zwiększenia znaczącej poprawy twardości.Hartowanie w oleju-lub stopionej soli usuwa ciepło w łagodniejszy sposób, dlatego zazwyczaj stosuje się górną granicę zakresuaby upewnić się, że wolniejsze tempo chłodzenia nadal osiąga pełną głębokość hartowania.

Jest to decyzja średnio-dopasowana i traktowanie jej jako pojedynczej stałej liczby, niezależnie od tego, do jakiego płynu trafia dana część, jest jednym z najczęstszych źródeł niespójnych wyników twardości pomiędzy dwiema partiami przetwarzanymi na papierze według tej samej specyfikacji.

Podwójne-średnie hartowanie - najpierw wodą lub solanką, a następnie olejem lub stopioną solą - stosuje się specjalnie w celu uzyskania dużej szybkości początkowego chłodzenia potrzebnej do uniknięcia przemiany perlitu, przy jednoczesnym uniknięciu ryzyka pękania wynikającego z przenoszenia tej dużej szybkości chłodzenia przez cały zakres przemiany martenzytu.Czas przebywania w pierwszym ośrodku jest zgodny z tą samą temperaturą-i-przekrojami, co w przypadku hartowania w pojedynczym-ośrodku; transfer pomiędzy mediami jest częścią wymagającą osobnej kontroli.

Transfer ten powinien zająć około 0,5 do 2 sekund- wystarczająco długo, aby przesunąć część bez jej upuszczenia, i wystarczająco krótko, aby powierzchnia nie miała czasu na odzyskanie temperatury (ponowna kalescencja) przed wejściem do drugiego ośrodka. Powolny transfer mija się z celem pierwszego medium, umożliwiając ponowne nagrzanie powierzchni przed rozpoczęciem drugiego etapu chłodzenia; zbyt gwałtowny transfer grozi wstrząsem mechanicznym części, która jest już w trakcie procesu hartowania. Poniższa oś czasu pokazuje, gdzie znajduje się ten transfer w stosunku do punktów początkowych (Ms) i końcowych (Mf) martenzytu, wokół których zbudowana jest cała sekwencja.

Ogrzewanie stali na wolnym powietrzu w temperaturze hartowania powoduje jednocześnie dwie rzeczy na powierzchni: tlen reaguje z powierzchnią, tworząc kamień, a węgiel dyfunduje z warstwy powierzchniowej szybciej, niż można ją uzupełnić, pozostawiając odwęglony naskórek o niższej zawartości węgla -, a zatem o niższej osiągalnej twardości - niż rdzeń.W przypadku powierzchni rur, których nie można to tolerować, ogrzewanie należy przeprowadzić w odpowiednio konserwowanym piecu do kąpieli solnej lub piecu z-atmosferą ochronną, które ograniczają ekspozycję powierzchni na wolny tlen.

Jeżeli żadne z tych rozwiązań nie jest dostępne, można nadal zastosować piec oporowy w atmosferze-atmosfery powietrznej, ale tylko po zastosowaniu środków ochronnych - powłoka pakowa, środek-przeciwutleniający lub folia protektorowa -, ponieważ ogrzewanie na wolnym powietrzu bez żadnego zabezpieczenia spowoduje odwęglenie warstwy powierzchniowej do głębokości zależnej od czasu i temperatury, a głębokość tę trudno dokładnie przewidzieć bez konkretnej próby procesu.

Gdy pionowo zawieszona rura wejdzie do medium gaszącego,należy go przesuwać małymi, kontrolowanymi ruchami w górę-i-w dół, a nie pozwalać mu się kołysaćz boku na bok. Ruch wahadłowy powoduje nierówny, lokalny przepływ czynnika chłodzącego na różnych powierzchniach rury podczas jego przemieszczania się w cieczy, co powoduje chłodzenie tych powierzchni z różną szybkością -, a nierówna szybkość chłodzenia wokół- przekroju poprzecznego jest bezpośrednią przyczyną odkształceń i braku równowagi naprężeń szczątkowych pomiędzy powierzchniami.

Z kolei kontrolowany skok pionowy utrzymuje przepływ czynnika hartującego względnie równomierny na całym obwodzie sekcji, gdy przechodzi on przez ciecz, co stanowi cały punkt ruchu części w ogóle. - mieszanie ma na celu usunięcie płaszcza parowego, który w przeciwnym razie utworzyłby się na nieruchomej powierzchni i nierównomierne spowolnienie szybkości chłodzenia, a nie przesuwanie części wokół zbiornika.

Niektóre części wymagają wyższej twardości w jednym miejscu - powierzchni zużycia, obszarze osadzenia łożyska - niż zapewnia samo hartowanie w masie, zazwyczaj dlatego, że masa lub geometria tej sekcji wolniej odprowadza ciepło z tej konkretnej strefy podczas zwykłego hartowania zanurzeniowego.Rozwiązanie polega na tym, aby cała część była normalnie zanurzona, ale skierowano dodatkowy strumień cieczy hartowniczej specjalnie na strefę, która wymaga szybszego lokalnego chłodzenia, zamiast pełnego zanurzenia.

Jest to ukierunkowany dodatek, a nie substytut prawidłowego ogólnego hartowania - pozostała część nadal wymaga standardowej sekwencji zanurzenia, aby osiągnąć własną wymaganą twardość i uniknąć niedopasowania twardości na tyle poważnego, aby wprowadzić własne stężenie naprężeń na granicy pomiędzy strefą natryskiwaną a resztą sekcji.

Piece do kąpieli solnej nagrzewają się poprzez opór elektryczny pomiędzy elektrodami zanurzonymi w stopionej soli, a część umieszczona zbyt blisko elektrody wychwytuje miejscowe przegrzanie ze ścieżki skoncentrowanego prądu w pobliżu tej elektrody - ogrzewanie nie jest idealnie równomierne w całej objętości kąpieli, a bliskość elektrody jest miejscem, w którym niejednorodność-jest największa.Odległość robocza od elektrod wynosząca co najmniej 50 mm to praktyczne minimum pozwalające uniknąć tego miejscowego efektu.

Ta sama logika dotycząca prześwitu ma zastosowanie do dwóch innych wymiarów wewnątrz pieca: odległość od ściany pieca i głębokość zanurzenia poniżej powierzchni cieczy w wannie - również powinny wynosić co najmniej 50 mm. Część znajdująca się blisko ściany lub zbyt blisko powierzchni cieczy jest wystawiona na działanie innego środowiska termicznego niż to, które jest prawidłowo wyśrodkowane w kąpieli, a różnica ta objawia się nierówną twardością lub zniekształceniem pomiędzy skądinąd identycznymi częściami przetwarzanymi w różnych pozycjach w ramach tego samego ładunku.

Stopniowe hartowanie -, zwane także hartowaniem -, utrzymuje część w temperaturze tuż powyżej punktu początkowego martenzytu, zamiast kontynuować ją bezpośrednio do temperatury pokojowej, co pozwala na wyrównanie temperatury w przekroju, zanim ostateczna przemiana nastąpi bardziej równomiernie.Nieznaczne podniesienie temperatury hartowania austenityzacji w tym procesie zwiększa stabilność austenitu szczątkowego, zmniejszając tendencję tego austenitu do rozkładu na perlit podczas etapu utrzymywania izotermicznego, zamiast czystego przekształcania się w martenzyt, gdy część kontynuuje chłodzenie.

Jest to celowe odejście od opisanego wcześniej wyboru-dopasowanej temperatury ośrodka - stopniowe hartowanie to odrębny proces posiadający własną logikę temperaturową, na którą wpływa stabilność austenitu podczas przetrzymywania, a nie intensywność chłodzenia pojedynczego ośrodka.

Konstrukcyjne i zwykłe stale węglowe tolerują ładowanie bezpośrednio do pieca już w temperaturze hartowania lub nawet o 20 do 30 stopni Celsjusza powyżej tej temperatury, bez etapu podgrzewania wstępnego -. Ich zawartość stopu jest na tyle niska, że ​​szok termiczny i wzrost ziaren podczas szybkiego nagrzewania nie stanowią większych problemów.Stale wysoko-węglowe i-wysokostopowe to inny przypadek: ładowanie ich bezpośrednio do gorącego pieca stwarza ryzyko nierównej rozszerzalności cieplnej w przekroju i nadmiernego wzrostu ziaren w osnowie ze stopu wyższego-.Gatunki te należy najpierw podgrzać do około 600 stopni C, a następnie podnieść do końcowej temperatury hartowaniaw drugim etapie, dając czas sekcji na wyrównanie, zanim zostanie ona przepuszczona przez wyższy-zakres temperatur, w którym ryzyko jest większe.

Obróbka każdego rodzaju stali za pomocą tej samej metody-ładowania bezpośredniego jest powszechnym skrótem w mniejszych zakładach, a szczególnie w przypadku gatunków wysoko-węglowych i wysokostopowych-skrót ten stwarza problemy, których konstrukcyjna stal węglowa nigdy nie wykazywałaby.

Tam, gdzie rura wymaga głęboko hartowanej obudowy, - gruby przekrój przenoszący obciążenie zużyciem przez większość- przekroju poprzecznego -, nieco wyższa temperatura hartowania w dopuszczalnym zakresie gatunku sprzyja większej głębokości hartowania. Tam, gdzie wymagana jest tylko płytka warstwa hartowana, lepszym wyborem jest niższa temperatura w tym zakresie, ponieważ ogranicza ona efekt utwardzania do powierzchni bliżej powierzchni i zmniejsza ryzyko kruchości rdzenia i ryzyka odkształcenia, które wynika z austenityzowania większej części przekroju, niż faktycznie wymaga tego zastosowanie.

Jest to trzecia, niezależna oś wyboru temperatury, obok logiki-dopasowanego medium i logiki stopniowanego-hartowania opisanej powyżej - przypadku-wymagań dotyczących głębokości, medium hartującego i rodzaju procesu (pojedyncze-medium czy stopniowane) mogą popchnąć wybór temperatury w innym kierunku, a ostateczny wybór musi pogodzić wszystkie trzy z rzeczywistymi wymaganiami eksploatacyjnymi części.

Aby zapewnić przewidywalne działanie, samo medium gaszące musi być czyste i mieć-kontrolowaną temperaturę.Olej, pozostałości mydła lub inne zanieczyszczenia w wodzie hartowniczej w nieprzewidywalny sposób zmieniają właściwości chłodzenia- zanieczyszczona kąpiel może utworzyć nierówną warstwę pary na powierzchni części, spowalniając tempo chłodzenia w sposób trudny do wykrycia, dopóki wynik twardości nie będzie nierówny.Temperatura wody powinna generalnie utrzymywać się poniżej 40 stopni C, a temperatura oleju poniżej 80 stopni C- oba media tracą intensywność chłodzenia w miarę nagrzewania się, a kąpiel, która w wyniku wielokrotnego użycia bez chłodzenia przekroczyła zamierzoną temperaturę, będzie schładzać stopniowo, mniej agresywnie, niż zaprojektowano proces.

Skontaktuj się teraz