Som kjernekomponenter i mekaniske tilkoblinger, bestemmer skrueytelsen direkte påliteligheten og sikkerheten til utstyret. Varmebehandling er en kritisk prosess som modifiserer den indre strukturen til skruer ved å kontrollere oppvarming, isolasjon og kjøleprosesser for å oppnå de ønskede mekaniske egenskapene (for eksempel styrke, hardhet og seighet). Skruer laget av forskjellige materialer (for eksempel karbonstål, legeringsstål og rustfritt stål) krever skreddersydde varmebehandlingsløsninger for å oppfylle kravene til forskjellige bruksområder (for eksempel bilindustri, konstruksjon og romfart).
Kjerneformålet med skruevarebehandling
Skruer må tåle belastninger som spenning, skjær og påvirkning under drift, og noen må også tåle tøffe miljøer som korrosjon og høye temperaturer. Kjernemålet med varmebehandling er å oppnå en balanse mellom styrke og seighet, som kan kategoriseres i tre hovedkategorier:
Resultatforbedring (det viktigste målet): Ved å modifisere den interne strukturen (for eksempel å danne martensitt eller sorbitt) økes strekkfastheten, flytestyrken og hardheten til skruen, og forhindrer plastisk deformasjon eller brudd under belastningen. (Typiske applikasjoner inkluderer bilblokkskruer og brokoblingsskruer, som må tåle høye belastninger uten deformasjon.)
Avlaste internt stress: Etter kald overskrift (forming) og maskinering, forblir gjenværende stress i skruen, noe som lett kan føre til sprekker eller dimensjonell deformasjon under etterfølgende bruk. Varmebehandling, gjennom prosesser som temperering av lav temperatur og annealing av stressavlastning, kan frigjøre disse interne påkjenningene og sikre dimensjonsstabilitet. (Typisk brukstilfelle: Mikroskruer brukt i presisjonsinstrumenter krever ekstremt høy dimensjons nøyaktighet (f.eks. Toleranser på ± 0,01 mm).)
Forbedring av maskinbarhet: Noen materialer med høy hardhet (for eksempel stål med høyt karbon) er vanskelig å maskinere direkte. Annealing kan redusere hardheten og øke plastisiteten, lette kaldt overskrift eller gjenging. Slukking og temperering kan deretter brukes til å øke styrken. (Typisk brukstilfelle: 45# stålskruer er annealert før de dannes (for å redusere hardheten til HB180-220), etterfulgt av slukking og temperering etter maskinering (for å øke hardheten til HRC35-40).)
Vanlige skruematerialer og tilsvarende varmebehandlingsprosesser
Valget av skruemateriale bestemmer varmebehandlingsveien. Forskjellene i sammensetning (for eksempel karboninnhold og legeringselementer) mellom forskjellige materialer fører til helt forskjellige fase transformasjonsegenskaper og ytelseskrav. Følgende er prosesskombinasjoner for tre mainstream -materialer:
Lavkarbon stål Q235, 10# stål: kjernevarmebehandlingsprosess (forgassisering av slukking av lavtemperatur temperering)
Medium-karbon stål 45# stål, 35# stål: gjennomgående herding av middels temperatur
Alloy Structural Steel 40cr, 35crmo: bråkjøling og temperering (slukking av høye temperaturer)
Martensitic rustfritt stål 410, 420: slukking av lavtemperatur temperering
Nøkkelprosesskoblinger av skruevarmebehandling
Skruevarmebehandling krever streng kontroll av tretrinns parametere for "oppvarming - hold - kjøling" for å unngå defekter som utilstrekkelig hardhet, sprekker og deformasjon. Følgende er en detaljert analyse av kjerneprosessen:
Forbehandling: Annealing/Normalizing (forberedelse til etterfølgende prosessering eller endelig varmebehandling)
Annealing: Varm skruen sakte til 30-50 ° C over AC3 (hypoeutektoidstål) eller AC1 (hypereutektoidstål), hold i en periode, og avkjøl deretter sakte i ovnen (kjølehastighet ≤ 50 ° C/t).
Formål: Reduser hardhet (f.eks. 45# stålhardhet ≤ HB229 etter annealing), avlaste prosesseringsspenninger og avgrense kornstørrelsen som forberedelse til kald overskrift eller slukking.
Normalisering: Oppvarming til en temperatur som ligner annealing, men holder etterfulgt av avkjøling i luft (kjølehastighet raskere enn annealing).
Formål: Produser en finere perlittstruktur med litt høyere hardhet enn annealing (45# stålhardhet HB170-230 etter normalisering). Passer for ikke-kritiske skruer med visse styrkekrav.
Styrking av behandling: slukking av temperering (bestemmer skruens endelige mekaniske egenskaper)
(Bråkjøling) oppnår høy hardhet, men også sprøhet: Skruen varmes opp til "austenitiserende temperatur" (f.eks. 840-860 ° C for 45# stål, 830-850 ° C for 40Cr stål), holdt ved denne temperaturen for å la mikrostrukturen fullstendig forvandle seg til austenitt. Rask avkjøling (f.eks. Vann eller oljekjøling) gjør at austenitten kan transformere til martensitt, noe som øker hardheten betydelig.
(Temperering) Balanserende hardhet og seighet (kjernen "Tuning" -trinnet): Den slukkede skruen blir oppvarmet til "Sub-AC1-temperatur" (ikke høyere enn 727 ° C for å unngå austenitisering), ved denne temperaturen, og deretter avkjølt til delvis dekomponerer martensittet til temperert martens, tropp, og trekostitt.
Overflateherding: forgasselse/nitriding (for krav til høy overflatehardhet)
For skruer med lavt karbonstål (for eksempel 10# stål), på grunn av deres lave karboninnhold (≤0,15%), kan ikke full slukking oppnå høy hardhet. Overflateforgassering er nødvendig for å øke overflatens hardhet mens du beholder kjernenes seighet.
Forgasseringsprosess: Skruen plasseres i en forgassende ovn (som inneholder et forgasseringsmiddel som metan eller propan) ved 900-950 ° C i 2-6 timer for å heve overflatekarboninnholdet til 0,8%-1,2%. Skruen blir deretter slukket og herdet ved lav temperatur.
Vanlige feil og forebygging av skruevarmebehandling
Under varmebehandlingsprosessen vil feil parameterkontroll eller driftsfeil føre til at skruene blir skrotet. Vanlige feil og forebyggende tiltak er som følger:
Utilstrekkelig hardhet
Årsaker: 1. Slukningstemperatur for lav; 2. utilstrekkelig holdetid; 3. Sakte avkjølingshastighet
Forebyggende tiltak: 1. Sett slukkingstemperatur i henhold til materialspesifikasjoner; 2. Sørg for tilstrekkelig holdetid; 3. Bruk vannslukking for stål med lite karbon og olje for legering av legeringsstål
Slukende sprekker
Årsaker: 1. Overdreven oppvarmingshastighet (stor intern og ekstern temperaturforskjell); 2. overdreven kjølehastighet; 3. skarpe hjørner/sprekker i skruen
Forebyggende tiltak: 1. Sakte oppvarming (iscenesatt oppvarming); 2. Bruk oljeslukking eller austempering for legeringsstål; 3. Fjern skarpe hjørner under prosessering og inspiser for overflatefekter på forhånd
Dimensjonal deformasjon
Årsaker: 1. ujevn oppvarming/kjøling; 2. Asymmetrisk skrueform; 3. utilstrekkelig herding
Forebyggende tiltak: 1. Bruk en jevn oppvarmingsovn og roter skruen under avkjøling; 2. Optimaliser skruedesign (reduser variasjoner av veggtykkelse); 3. Temper omgående etter slukking.
Oksidasjon og dekarburisering
Årsak: Overdreven luft i varmeovnen, noe som fører til overflateoksidasjon eller tap av karbon.
Forebyggende tiltak: 1. Bruk en beskyttende atmosfæreovn (nitrogen/hydrogen); 2. Påfør antioksidasjonsbelegg på skrueoverflaten før oppvarming.
