Tratamiento térmico del acero: se refiere al proceso de calentamiento, mantenimiento y enfriamiento del acero sólido de manera adecuada para obtener la estructura y las propiedades deseadas. El tratamiento térmico se puede utilizar no solo para fortalecer el acero y mejorar el rendimiento de servicio de las piezas mecánicas, sino también para mejorar las propiedades técnicas del acero. El denominador común es que solo ha cambiado la estructura organizativa interna, no la forma o el tamaño de la superficie.
El proceso de tratamiento térmico mejora en gran medida las propiedades mecánicas del acero, aumenta la resistencia, la tenacidad y la vida útil de las piezas, y mejora la dureza y la resistencia al desgaste. Por lo tanto, las piezas y herramientas críticas de las máquinas deben someterse a un tratamiento térmico. El tratamiento térmico también mejora el rendimiento de mecanizado de la pieza de trabajo, aumentando la productividad y la calidad del mecanizado. Por lo tanto, el tratamiento térmico juega un papel muy importante en la industria de la construcción de maquinaria. Tome los aceros 45 y 40Cr como ejemplos.
En términos de fabricación, el revenido a alta temperatura después del templado y revenido se denomina “templado y revenido”. Las piezas templadas y revenidas tienen buenas propiedades mecánicas generales y se utilizan ampliamente en una variedad de piezas estructurales críticas, especialmente bielas, pernos, engranajes y ejes donde actúan cargas alternas. Sin embargo, tiene baja dureza superficial y no tiene resistencia al desgaste. El templado y el revenido + el templado superficial pueden mejorar la dureza superficial de las piezas.
1. Acero 45: acero estructural de carbono medio de alta calidad.
El acero 45 se llama S45C en GB, S45C en JIS, 1045080M46 en ASTM y C45 en DIN. Steel 45 es un acero estructural al carbono de alta calidad. Su composición química es: El contenido de carbono (C) es 0,42 ~ 0,50 %, el contenido de Si es 0,17 ~ 0,37 %, el contenido de Mn es 0,50 ~ 0,80 %, el contenido de Cr es <= 0,25 %.
Tiene buen rendimiento de trabajo en frío y en caliente, buen rendimiento mecánico, precio bajo y una amplia gama de fuentes, por lo que es ampliamente utilizado. Su mayor debilidad es que no se deben utilizar piezas de trabajo con baja templabilidad, grandes tamaños de sección transversal y altos requisitos.
Temperaturas recomendadas para el tratamiento térmico del acero 45: normalización 850, temple 840, revenido 600
(1) El acero 45 está certificado si su dureza después del templado y antes del revenido es HRC55 o superior (hasta HRC62). La dureza práctica máxima es HRC55 (enfriamiento de alta frecuencia HRC58).
(2) El acero 45 no tiene el proceso de tratamiento térmico de cementación y enfriamiento.
Enfriamiento y revenido de acero 45: La temperatura de enfriamiento del acero 45 es A3+(30-50)°C, y el límite superior generalmente se toma en la operación real. Cuanto mayor sea la temperatura de enfriamiento, más rápido se calentará la pieza de trabajo, menos oxidación de la superficie y mejor eficiencia de trabajo. Se requiere un tiempo de retención suficiente para homogeneizar la austenita en la pieza de trabajo. Si la cantidad real de carga es grande, el tiempo de espera debe extenderse en consecuencia. La dureza puede ser insuficiente debido a un calentamiento desigual. Sin embargo, si el tiempo de retención es demasiado largo, también se producirán granos gruesos y defectos de descarburación oxidativa, lo que afectará la calidad del enfriamiento.
Si la carga del horno es mayor que lo que especifica el documento del proceso, creemos que los tiempos de calentamiento y aislamiento deben extenderse en 1/5. Debido a la baja templabilidad del acero 45, se debe usar una solución de salmuera al 10 % con una velocidad de enfriamiento alta. Una vez que la pieza de trabajo se llena con agua, debe enfriarse, pero no enfriarse.
Enfriar la pieza de trabajo con salmuera puede hacer que la pieza de trabajo se agriete. Esto se debe a que la austenita se transforma rápidamente en martensita cuando la pieza de trabajo se enfría a aproximadamente 180 °C, lo que genera una tensión estructural excesiva. Por lo tanto, cuando se enfría una pieza de trabajo en este rango de temperatura, es necesario adoptar el método de enfriamiento lento. La temperatura del agua de salida es difícil de dominar y debe operarse con experiencia. Una vez que la pieza de trabajo en el agua deja de temblar, el agua de salida se puede enfriar con aire (el enfriamiento con aceite es mejor). Además, la pieza de trabajo debe ser dinámica en lugar de estática al entrar en el agua. Debe moverse periódicamente de acuerdo con la geometría de la pieza de trabajo. Un medio de refrigeración estático y una pieza de trabajo estática provocan durezas y tensiones desiguales, lo que provoca grandes deformaciones e incluso grietas en la pieza de trabajo.
La dureza de las piezas de acero 45 templadas y revenidas debe alcanzar HRC56-59, es menos probable que tengan secciones transversales grandes, pero no menos de HRC48. De lo contrario, significa que la pieza de trabajo no está completamente templada y pueden aparecer estructuras de sorbita o ferríticas en la textura.
Esta estructura se retiene en la matriz incluso mediante el templado, y no se puede lograr el objetivo de templado y templado. Para el templado a alta temperatura del acero 45 después del enfriamiento, la temperatura de calentamiento suele ser de 560-600 ℃ y la dureza debe ser HRC22-34. Dado que el templado y el revenido tienen como objetivo obtener propiedades mecánicas integrales, el rango de dureza es relativamente amplio. Sin embargo, si el dibujo tiene requisitos de dureza, la temperatura de revenido debe ajustarse de acuerdo con los requisitos del dibujo para garantizar la dureza.
Si algunas partes del eje requieren alta resistencia, la dureza debe ser alta. Sin embargo, algunas piezas de engranajes y ejes con chaveteros tienen requisitos de dureza más bajos, ya que deben fresarse e insertarse después del temple y el revenido. En cuanto a los tiempos de revenido y retención de calor, depende de los requisitos de dureza y el tamaño de la pieza de trabajo. Yo creo que la dureza después del templado depende de la temperatura de templado y poco tiene que ver con el tiempo de templado, pero debe ser por ósmosis inversa. Por lo general, el tiempo de templado y mantenimiento de la pieza de trabajo es de más de 1 hora.
Cuando se usa acero 45 para cementar, aparece martensita dura y quebradiza en el núcleo después del enfriamiento y se pierden los beneficios del proceso de cementación. En la actualidad, el contenido de carbono de los materiales que adoptan el proceso de cementación no es alto y la resistencia del núcleo es tan alta como 0.30%, lo cual es raro en las aplicaciones. El 0,35% nunca ha visto un ejemplo y solo lo ha introducido en un libro de texto. Se puede utilizar el proceso de enfriamiento y revenido + enfriamiento superficial de alta frecuencia, y la resistencia al desgaste es ligeramente inferior a la carburación.
2. Acero 40Cr – acero estructural aleado
40Cr pertenece a GB3077 “acero estructural de aleación”. El contenido de carbono del acero 40Cr es del 0,37 % al 0,44 %, ligeramente inferior al del acero 45. Los contenidos de Si y Mn son comparables y el contenido de Cr está entre 0,80% y 1,10%. Para alimentación laminada en caliente, 1%Cr es básicamente ineficaz y las propiedades mecánicas son casi las mismas. 40Cr cuesta aproximadamente la mitad del precio del acero 45, por lo que no hay necesidad de usar 40Cr económicamente.
Tratamiento de temple y revenido del acero 40Cr: La función principal del Cr en el tratamiento térmico es mejorar la templabilidad del acero. Debido a la mejora de la templabilidad, la resistencia, la dureza, la resistencia al impacto y otras propiedades mecánicas del 40Cr después del tratamiento de templado (o templado y revenido) también son significativamente más altas que las del acero 45. El 40Cr durante el templado es mayor que el acero 45. En las mismas condiciones, la tendencia al agrietamiento de las piezas de trabajo de 40Cr es mayor que la de las piezas de trabajo de acero 45.
Por lo tanto, para evitar el agrietamiento de la pieza de trabajo, el aceite con baja conductividad térmica se usa principalmente como medio de enfriamiento en el enfriamiento de 40Cr (a veces también se usa el método de enfriamiento de dos líquidos, comúnmente conocido como enfriamiento de aceite de enfriamiento por agua), se usa agua alta . Se utiliza como medio de enfriamiento para acero 45Cr. Por supuesto, la selección de agua y aceite no es absoluta y está estrechamente relacionada con la forma de la pieza de trabajo. El enfriamiento con agua también se puede usar para piezas simples de 40Cr, mientras que el enfriamiento con aceite o los baños de sal se pueden usar para piezas complejas de acero 45.
El templado y revenido de piezas de trabajo de 40Cr se especifican en varias tarjetas de proceso de parámetros. Nuestra experiencia en la operación real es la siguiente.
1) Las piezas de trabajo de 40Cr deben enfriarse con aceite después del enfriamiento. El acero 40Cr tiene buena templabilidad, se puede endurecer enfriándolo en aceite y hay poca tendencia a la deformación y agrietamiento de la pieza de trabajo. Sin embargo, cuando el suministro de aceite es escaso, las pequeñas empresas pueden templar piezas de trabajo de forma simple en agua sin que se agrieten, pero los operadores deben ajustar las temperaturas de entrada y salida del agua de acuerdo con su experiencia.
2) Después del templado y revenido, la dureza de la pieza de trabajo de 40Cr sigue siendo alta, y la segunda temperatura de revenido aumenta en 20~50℃. De lo contrario, es difícil reducir la dureza.
3) Después del revenido a alta temperatura, las piezas de trabajo de 40Cr de forma compleja se enfrían con aceite y simplemente con agua para evitar el segundo tipo de efecto de fragilización del revenido. La pieza de trabajo después del revenido y templado se somete a un tratamiento de relajación de tensión según sea necesario.
La dureza máxima del acero al carbono medio después del tratamiento térmico es aproximadamente HRC55 (HB538), y σ B es 600-1100MPa. Por lo tanto, los aceros de carbono medio se usan más ampliamente en una variedad de aplicaciones de resistencia media. Además de ser utilizado como material de construcción, también se usa ampliamente en la fabricación de diversas piezas de máquinas. Siempre que la temperatura del acero al carbono medio sea suficiente y el tiempo de retención sea suficiente, generalmente es posible alcanzar este valor de dureza. Imposible sin transformación. La primera sugerencia es eliminar el margen de mecanizado y luego tratarlo con una amoladora, y la segunda es el endurecimiento de la superficie.