Som kernekomponenter i mekaniske forbindelser bestemmer skrueydelsen direkte pålideligheden og sikkerheden af udstyr. Varmebehandling er en kritisk proces, der ændrer den interne struktur af skruer ved at kontrollere opvarmning, isolering og afkølingsprocesser for at opnå de ønskede mekaniske egenskaber (såsom styrke, hårdhed og sejhed). Skruer lavet af forskellige materialer (såsom kulstofstål, legeringsstål og rustfrit stål) kræver skræddersyede varmebehandlingsløsninger for at imødekomme kravene til forskellige anvendelser (såsom bilindustri, konstruktion og rumfart).
Det centrale formål med skruevarmebehandling
Skruer skal modstå belastninger såsom spænding, forskydning og påvirkning under drift, og nogle skal også modstå hårde miljøer såsom korrosion og høje temperaturer. Det centrale mål for varmebehandling er at skabe en balance mellem styrke og sejhed, som kan kategoriseres i tre hovedkategorier:
Ydelse forbedring (det vigtigste mål): Ved at modificere den interne struktur (såsom dannelse af martensit eller sorbit) øges trækstyrken, udbyttestyrken og hårdheden af skruen, hvilket forhindrer plastisk deformation eller brud under belastning. (Typiske applikationer inkluderer biler med bilblokke og broforbindelsesskruer, som skal modstå høje belastninger uden deformation.)
Lindre intern stress: Efter kold overskrift (formning) og bearbejdning forbliver resterende stress inden i skruen, hvilket let kan føre til revner eller dimensionel deformation under efterfølgende anvendelse. Varmebehandling, gennem processer som lav temperatur temperering og stresslindring, kan frigive disse interne spændinger og sikre dimensionel stabilitet. (Typisk brugssag: Mikroskruer, der bruges i præcisionsinstrumenter, kræver ekstremt høj dimensionel nøjagtighed (f.eks. Tolerancer på ± 0,01 mm).)
Forbedring af bearbejdelighed: Nogle materialer med høj hårdhed (såsom stål med højt kulstofindhold) er vanskelige at maskine direkte. Udglødning kan reducere hårdheden og øge plasticiteten, lette kold overskrift eller gevind. Slukning og temperering kan derefter bruges til at øge styrken. (Typisk brugssag: 45# stålskruer anneales, før de dannes (for at reducere hårdheden til HB180-220), efterfulgt af slukning og temperering efter bearbejdning (for at øge hårdheden til HRC35-40).)
Almindelige skruematerialer og tilsvarende varmebehandlingsprocesser
Valget af skruemateriale bestemmer varmebehandlingsruten. Forskellene i sammensætning (såsom kulstofindhold og legeringselementer) mellem forskellige materialer fører til helt forskellige fasetransformationsegenskaber og ydelseskrav. Følgende er proceskombinationer for tre mainstream -materialer:
Low-carbon stål Q235, 10# stål: kerne varmebehandlingsproces (karburering af slukning af lavtemperatur temperering)
Medium-carbon stål 45# stål, 35# stål: gennemhærdende medium-temperatur temperering
Alloy Structural Steel 40cr, 35crmo: slukning og temperering (slukning af høj temperatur temperering)
Martensitisk rustfrit stål 410, 420: slukning af lav temperatur temperering
Nøgleprocesslink til skruevarmebehandling
Skruevarmebehandling kræver streng kontrol af tre -trins parametre for "opvarmning - holdning - afkøling" for at undgå defekter såsom utilstrækkelig hårdhed, revner og deformation. Følgende er en detaljeret analyse af kerneprocessen:
Forbehandling: udglødning/normalisering (forberedelse til efterfølgende behandling eller endelig varmebehandling)
Udglødning: opvarm langsomt skruen til 30-50 ° C over AC3 (hypoeutectoid stål) eller AC1 (hypereutektoid stål), hold i en periode og afkøles derefter langsomt i ovnen (kølehastighed ≤ 50 ° C/h).
Formål: Reducer hårdhed (f.eks. 45# stålhårdhed ≤ HB229 efter annealing), lindre behandlingsspændinger og forfine kornstørrelsen som forberedelse til kold overskrift eller slukning.
Normalisering: Opvarmning til en temperatur, der ligner udglødning, men holder efterfulgt af afkøling i luft (kølehastighed hurtigere end udglødning).
Formål: Fremstil en finere perlitstruktur med en lidt højere hårdhed end annealing (45# stålhårdhed HB170-230 efter normalisering). Velegnet til ikke-kritiske skruer med visse styrkebehov.
Styrkelse af behandling: slukning af temperering (bestemmer skruens endelige mekaniske egenskaber)
(Quenching) opnår høj hårdhed, men også spredning: skruen opvarmes til den "austenitiserende temperatur" (f.eks. 840-860 ° C for 45# stål, 830-850 ° C for 40Cr stål), der holdes ved denne temperatur for at lade mikrostrukturen være fuldstændig omdanne til austenit. Hurtig afkøling (f.eks. Vand eller oliekøling) gør det muligt for austenit at omdanne til martensit, hvilket øger hårdheden markant.
(Temperering) Afbalancering af hårdhed og sejhed (kernen "tuning" -trin): Den slukkede skrue genopvarmes til "sub-AC1-temperatur" (ikke højere end 727 ° C for at undgå austenitisering), der holdes ved denne temperatur og derefter afkøles for delvist at nedbryde martensiten til tempereret martensit, troostit og troostit, hvilket reducerer en vis grad af en vis grad af en vis grad af en vis grad af en vis grad af en vis grad af en vis grad af en vis grad af en vis grad af en grad af grad af hårdt.
Overfladehærdning: karburering/nitriding (til krav til høj overfladehårdhed)
Ved skruer med lavt kulstofindhold (såsom 10# stål) på grund af deres indhold med lavt kulstofindhold (≤0,15%) kan fuld slukning ikke opnå høj hårdhed. Overfladekarburering er påkrævet for at øge overfladehårdheden, mens kernen bevares.
Karbureringsproces: Skruen anbringes i en karburerende ovn (indeholdende et karbureringsmiddel, såsom metan eller propan) ved 900-950 ° C i 2-6 timer for at hæve overfladekarbonindholdet til 0,8%-1,2%. Skruen slukkes derefter og tempereres ved lav temperatur.
Almindelige defekter og forebyggelse af skruevarmebehandling
Under varmebehandlingsprocessen vil forkert parameterkontrol eller operationelle fejl forårsage, at skruerne skrotes. Almindelige defekter og forebyggende foranstaltninger er som følger:
Utilstrækkelig hårdhed
Årsager: 1. slukningstemperatur for lav; 2. utilstrækkelig opbevaringstid; 3. langsom kølehastighed
Forebyggende foranstaltninger: 1. Indstil slukningstemperatur i henhold til materialespecifikationer; 2. Sørg for tilstrækkelig opbevaringstid; 3. Brug vand, der slukker for vand til lavt kulstofindhold og olie, der slukker for legeringsstål
Slukning af krakning
Årsager: 1. overdreven opvarmningshastighed (stor intern og ekstern temperaturforskel); 2. Overdreven kølehastighed; 3. skarpe hjørner/revner i skruen
Forebyggende foranstaltninger: 1. langsom opvarmning (iscenesat opvarmning); 2. Brug olie -slukning eller austempering til legeringsstål; 3. Fjern skarpe hjørner under forarbejdning og inspicér for overfladefejl på forhånd
Dimensionel deformation
Årsager: 1. ujævn opvarmning/afkøling; 2. asymmetrisk skrueform; 3. utilstrækkelig temperering
Forebyggende foranstaltninger: 1. Brug en ensartet opvarmningsovn og drej skruen under afkøling; 2. Optimer skruedesign (Reducer variationer i vægtykkelse); 3. temperatur straks efter slukning.
Oxidation og dekarburisering
Årsag: Overdreven luft i opvarmningsovnen, hvilket fører til overfladeoxidation eller kulstoftab.
Forebyggende foranstaltninger: 1. Brug en beskyttende atmosfæreovn (nitrogen/brint); 2. Påfør anti-oxidationsbelægning på skrueoverfladen inden opvarmning.
