Tratamiento térmico del acero: Se refiere al proceso de calentamiento, preservación del calor y enfriamiento del acero sólido de manera adecuada para obtener la estructura y propiedades requeridas.
El tratamiento térmico se puede utilizar no sólo para fortalecer el acero y mejorar el rendimiento de servicio de las piezas mecánicas, sino también para mejorar el rendimiento tecnológico del acero.
El punto en común es que sólo se cambia la estructura organizativa interna, sin cambiar la forma y tamaño de la superficie.
El proceso de tratamiento térmico puede mejorar significativamente las propiedades mecánicas del acero, aumentar la resistencia, la tenacidad y la vida útil de las piezas y mejorar la dureza y la resistencia al desgaste.
Por lo tanto, las piezas importantes de las máquinas y las herramientas deben tratarse térmicamente.
El tratamiento térmico también puede mejorar el rendimiento del procesamiento de la pieza, mejorando así la productividad y la calidad del procesamiento.
Por tanto, el tratamiento térmico juega un papel muy importante en la industria de fabricación de maquinaria.
Tomemos como ejemplos el acero n.º 45 y el acero 40Cr.
El templado a alta temperatura después del templado se denomina en producción "temple y revenido". Las piezas después del templado y revenido tienen buenas propiedades mecánicas integrales y se utilizan ampliamente en varias piezas estructurales importantes, especialmente bielas, tornillos, engranajes y ejes que trabajan bajo carga alterna.
Sin embargo, la dureza de la superficie es baja y no es resistente al desgaste.
La dureza superficial de las piezas se puede mejorar mediante temple y revenido + templado superficial.
1. Acero n.° 45: acero estructural de medio carbono de alta calidad
El acero #45 se denomina en GB, se denomina S45C en JIS, 1045080M46 en ASTM y C45 en DIN;
El acero #45 es un acero estructural al carbono de alta calidad, con composición química: contenido de carbono (C) de 0,42 ~ 0,50%, contenido de Si de 0,17 ~ 0,37%, contenido de Mn de 0,50 ~ 0,80%, contenido de Cr <= 0,25%.
El rendimiento del procesamiento en frío y en caliente es bueno, el rendimiento mecánico es bueno, el precio es bajo y la oferta es amplia, por lo que se utiliza ampliamente.
Su mayor debilidad es que no se deben utilizar piezas con baja templabilidad, grandes dimensiones de sección y altos requisitos.
La temperatura recomendada para el tratamiento térmico del acero #45: normalización a 850°C, enfriamiento a 840°C, revenido a 600°C.
① El acero #45 está calificado si su dureza es mayor que HRC55 (hasta HRC62) después del templado y antes del revenido.
La dureza más alta en aplicaciones prácticas es HRC55 (enfriamiento de alta frecuencia HRC58).
② El proceso de tratamiento térmico de cementación y enfriamiento no se adopta para el acero #45.
Temple y revenido del acero #45: la temperatura de enfriamiento del acero #45 es A3+(30~50) ℃. En la práctica, generalmente se considera el límite superior.
Una temperatura de enfriamiento más alta puede acelerar la velocidad de calentamiento de la pieza de trabajo, reducir la oxidación de la superficie y mejorar la eficiencia del trabajo.
Para homogeneizar la austenita de la pieza se requiere un tiempo de retención suficiente.
Si la cantidad real de carga es grande, es necesario ampliar el tiempo de retención de forma adecuada.
De lo contrario, puede producirse una dureza insuficiente debido a un calentamiento desigual.
Sin embargo, si el tiempo de espera es demasiado largo, también se producirán defectos de grano grueso y descarburación por oxidación severa, lo que afectará la calidad del enfriamiento.
Creemos que el tiempo de calentamiento y mantenimiento debe ampliarse en 1/5 si la cantidad de carga es mayor a la especificada en el documento del proceso.
Como la templabilidad del acero #45 es baja, se debe utilizar una solución salina al 10% con una alta velocidad de enfriamiento.
Después de enfriar la pieza de trabajo en agua, se debe templar pero no enfriar por completo.
Si la pieza de trabajo se enfría en agua salada, puede agrietarse.
Esto se debe a que cuando la pieza se enfría a aproximadamente 180 ℃, la austenita se transforma rápidamente en martensita, lo que genera una tensión estructural excesiva.
Por lo tanto, cuando la pieza enfriada se enfría rápidamente a este rango de temperatura, se debe adoptar el método de enfriamiento lento.
Debido a que la temperatura del agua de salida es difícil de controlar, se debe operar con experiencia. Cuando la pieza de trabajo en el agua deja de temblar, el agua de salida se puede enfriar con aire (si es posible, es mejor enfriar con aceite).
Además, la pieza de trabajo debe moverse en lugar de permanecer estática al entrar al agua. Debe moverse regularmente según la forma geométrica de la pieza de trabajo.
El medio de enfriamiento estático más la pieza de trabajo estática provocarán una dureza y tensión desiguales, lo que provocará una gran deformación e incluso agrietamiento de la pieza de trabajo.
La dureza de las piezas de acero n.° 45 templadas y revenidas debe alcanzar HRC56 ~ 59, y la posibilidad de una sección grande es menor, pero no puede ser inferior a HRC48.
De lo contrario, significa que la pieza no se ha templado completamente y puede haber una estructura de sorbita o incluso ferrita en la estructura, que aún se retiene en la matriz después del templado, y no se puede lograr el propósito del templado y el revenido.
Templado a alta temperatura del acero #45 después del templado, la temperatura de calentamiento es generalmente de 560 ~ 600 ℃ y el requisito de dureza es HRC22 ~ 34.
Dado que el propósito del templado es obtener propiedades mecánicas integrales, el rango de dureza es relativamente amplio.
Sin embargo, si el dibujo tiene requisitos de dureza, la temperatura de templado debe ajustarse de acuerdo con los requisitos del dibujo para garantizar la dureza.
Por ejemplo, algunas piezas del eje requieren gran resistencia y dureza;
Sin embargo, para algunos engranajes y piezas de eje con chaveteros, los requisitos de dureza son menores debido al fresado y ranurado después del templado y revenido.
El tiempo de conservación del calor de templado depende de los requisitos de dureza y del tamaño de la pieza de trabajo.
Creemos que la dureza después del templado depende de la temperatura de templado y tiene poca relación con el tiempo de templado, pero debe penetrarse hacia atrás.
Generalmente, el tiempo de conservación del calor de templado de la pieza de trabajo es de más de una hora.
Si se utiliza acero #45 para la cementación, aparecerá martensita dura y quebradiza en el núcleo después del enfriamiento y se perderán las ventajas del tratamiento de cementación.
En la actualidad, el contenido de carbono de los materiales carburizados no es alto y la resistencia del núcleo puede alcanzar el 0,30%, lo cual es poco común en la aplicación.
El 0,35% nunca ha visto ejemplos, sólo introducidos en los libros de texto.
Se puede adoptar el proceso de templado y revenido + templado superficial de alta frecuencia, y la resistencia al desgaste es un poco peor que la de la cementación.
2. Acero 40Cr – aleación de acero estructural
40Cr pertenece al GB3077 “Acero de aleación estructural”.
El contenido de carbono del acero 40Cr es del 0,37% al 0,44%, que es ligeramente inferior al del acero n.º 45. El contenido de Si y Mn es equivalente, con 0,80%~1,10% Cr.
En el caso del suministro de laminación en caliente, el 1% de Cr básicamente no funciona y las propiedades mecánicas de los dos son prácticamente las mismas.
Dado que el precio del 40Cr es aproximadamente la mitad del precio del acero #45, es innecesario para quienes pueden usar acero #45 por razones económicas.
Tratamiento de enfriamiento 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, dureza, resistencia al impacto y otras propiedades mecánicas del 40Cr después del tratamiento de enfriamiento (o revenido) también son significativamente más altas que las del acero #45.
Sin embargo, debido a su fuerte templabilidad, la tensión interna del 40Cr durante el enfriamiento también es mayor que la del acero #45.
En las mismas condiciones, la pendiente de grieta del material 40Cr también es mayor que la del acero #45.
Por lo tanto, para evitar el agrietamiento de las piezas de trabajo, se utiliza principalmente aceite con baja conductividad térmica como medio de enfriamiento durante el enfriamiento con 40Cr (a veces también se usa el método de enfriamiento con doble líquido, comúnmente conocido como enfriamiento con agua y enfriamiento con aceite), mientras que se usa agua con alta conductividad térmica. Se utiliza como medio de enfriamiento para acero 45Cr.
Por supuesto, la elección del agua y del aceite no es absoluta y también está muy relacionada con la forma de la pieza.
El enfriamiento con agua también se puede usar para piezas de 40Cr con formas simples, mientras que el enfriamiento con aceite o incluso el baño de sal se pueden usar para piezas de acero #45 con formas complejas.
Para el templado y revenido de la pieza de 40Cr, se especifican varios parámetros en la hoja de proceso.
Nuestra experiencia operativa real es la siguiente:
(1) Se debe adoptar enfriamiento de aceite para piezas de 40Cr después del enfriamiento.
El acero 40Cr tiene buena templabilidad, se puede templar cuando se enfría en aceite y la tendencia de las piezas a deformarse y agrietarse es pequeña.
Sin embargo, en el caso del suministro de aceite compacto, las pequeñas empresas pueden enfriar la pieza de trabajo de forma sencilla en agua sin agrietarse, pero el operador debe controlar estrictamente la temperatura de entrada y salida del agua según su experiencia.
(2) La dureza de la pieza de trabajo de 40Cr sigue siendo alta después del templado y la temperatura del segundo templado aumentará entre 20 y 50 ℃; de lo contrario, será difícil reducir la dureza.
(3) Después del revenido a alta temperatura, las piezas de 40Cr con formas complejas se enfrían en aceite y simplemente en agua para evitar el impacto del segundo tipo de fragilidad del revenido.
Las piezas después del templado y enfriamiento rápido se someterán a un tratamiento de alivio de tensiones, si es necesario.
La dureza máxima del acero al carbono medio después del tratamiento térmico es de aproximadamente HRC55 (HB538), σb es 600~1100MPa.
Por tanto, el acero medio al carbono es el más utilizado en diversas aplicaciones con un nivel de resistencia medio.
Además de utilizarse como material de construcción, también es muy utilizado en la fabricación de diversas piezas mecánicas.
Siempre que el acero con medio carbono tenga suficiente temperatura y tiempo de retención, generalmente es posible alcanzar este valor de dureza, y es imposible si no se deforma.
El primero es tener margen de mecanizado y luego utilizar una rectificadora para el mecanizado, y el segundo es el endurecimiento de la superficie.
