Kao temeljne komponente mehaničkih spojeva, performanse vijka izravno određuju pouzdanost i sigurnost opreme. Toplinska obrada je kritični postupak koji modificira unutarnju strukturu vijaka kontrolirajući procese grijanja, izolacije i hlađenja kako bi se postigla željena mehanička svojstva (poput čvrstoće, tvrdoće i žilavosti). Vijci izrađeni od različitih materijala (poput ugljičnog čelika, legiranog čelika i nehrđajućeg čelika) zahtijevaju prilagođene otopine toplinske obrade kako bi se ispunili zahtjevi različitih primjena (poput automobila, konstrukcija i zrakoplovstva).
Svrha jezgre toplinske obrade vijaka
Vijci moraju izdržati opterećenja poput napetosti, smicanja i utjecaja tijekom rada, a neki moraju izdržati i teška okruženja poput korozije i visokih temperatura. Osnovni cilj toplinske obrade je uspostavljanje ravnoteže između snage i žilavosti, koja se može kategorizirati u tri glavne kategorije:
Poboljšanje performansi (najvažniji cilj): Izmjenom unutarnje strukture (poput formiranja martenzita ili sorbita) povećavaju se vlačna čvrstoća, čvrstoća prinosa i tvrdoća vijka, sprječavajući plastičnu deformaciju ili lom pod opterećenjem. (Tipične aplikacije uključuju vijke za blok automobila automobilskih motora i vijke za priključak mosta, koji moraju izdržati velika opterećenja bez deformacije.)
Oslobodite unutarnji stres: Nakon hladnog naslova (formiranja) i obrade, zaostali stres ostaje unutar vijaka, što lako može dovesti do pucanja ili dimenzionalne deformacije tijekom naknadne uporabe. Toplinska obrada, kroz procese poput temperiranja niskotemperatura i zračenja ublažavanja stresa, može osloboditi ta unutarnja naprezanja i osigurati dimenzionalnu stabilnost. (Tipična upotreba slučaja: mikro vijci koji se koriste u preciznim instrumentima zahtijevaju izuzetno visoku dimenzionalnu točnost (npr. Tolerancije od ± 0,01 mm).)
Poboljšanje obradivosti: Neke materijale s visokom tvrdnjom (poput čelika visokog u ugljiku) teško je izravno strogo strojno strojno strojno strojno strojno strojno stromiti. Žarenje može smanjiti tvrdoću i povećati plastičnost, olakšati hladno glavu ili navođenje. Ustizanje i kaljenje se tada može koristiti za povećanje čvrstoće. (Tipična upotreba slučaja: 45# čelični vijci se žale prije formiranja (kako bi se smanjila tvrdoća na HB180-220), nakon čega slijedi gašenje i ublažavanje nakon obrade (radi povećanja tvrdoće na HRC35-40).)
Uobičajeni vijak i odgovarajući postupci toplinske obrade
Izbor vijčanog materijala određuje put toplinske obrade. Razlike u sastavu (poput sadržaja ugljika i legirajućih elemenata) između različitih materijala dovode do potpuno različitih karakteristika transformacije faze i zahtjeva za izvedbu. Slijede kombinacije procesa za tri glavna materijala:
Čelik s niskim udjelom ugljika Q235, 10# čelik: Proces toplinske obrade jezgre (karburizacija ugašenja niskotemperaturom)
Čelik srednjeg ugljika 45# čelik, 35# čelik: kroz izmučenje srednje temperature
Legura konstrukcija čelika 40CR, 35CRMO: Ugašenje i kaljenje (gašenje visokih temperatura)
Martenzitski nehrđajući čelik 410, 420: Ustizanje temperiranja niske temperature
Ključne procesne veze vijčane toplinske obrade
Vijačna toplinska obrada zahtijeva strogu kontrolu trostupanjskog parametara „grijanja - držanje - hlađenje“ kako bi se izbjegli nedostaci poput nedovoljne tvrdoće, pucanja i deformacije. Slijedi detaljna analiza temeljnog procesa:
Prethodna obrada: žarenje/normalizacija (priprema za naknadnu obradu ili konačnu toplinsku obradu)
Žarenje: Polako zagrijte vijak na 30-50 ° C iznad AC3 (hipoeutektoidni čelik) ili AC1 (hipereutektoidni čelik), držite neko vrijeme, a zatim se polako ohladiti u peći (brzina hlađenja ≤ 50 ° C/H).
Svrha: Smanjite tvrdoću (npr. 45# čelična tvrdoća ≤ HB229 nakon žarenja), ublažite naprezanja za obradu i pročistite veličinu zrna u pripremi za hladno glavu ili gašenje.
Normalizacija: zagrijavanje na temperaturu sličnu žarulju, ali zadržavanje nakon hlađenja u zraku (brzina hlađenja brže od žarenja).
Svrha: proizvesti finu bisernu strukturu s nešto većom tvrdoćom od žarenja (45# čelična tvrdoća HB170-230 nakon normalizacije). Pogodno za nekritične vijke s određenim zahtjevima čvrstoće.
Osnaživanje liječenja: Ustizanje kaljenja (određuje konačna mehanička svojstva vijka)
(Gašenje) postiže visoku tvrdoću, ali i krhkost: vijak se zagrijava na "temperaturu austenitizacije" (npr. 840-860 ° C za 45# čelik, 830-850 ° C za čelik 40CR), zadržana na ovoj temperaturi kako bi se mikrostruktura omogućila da se mikrostruktura potpuno pretvori u austenit. Brzo hlađenje (npr. Voda ili hlađenje ulja) omogućuje Austenitu da se pretvori u martenzit, značajno povećavajući tvrdoću.
(Ublažavanje) Uravnotežavanje tvrdoće i žilavosti (korak jezgre "ugađanje"): Ugušeni vijak preplavljen je na "pod-AC1 temperaturu" (ne veće od 727 ° C kako bi se izbjegla austenitizacija), držana na ovoj temperaturi, a zatim se ohladila kako bi se djelomično razdvojila martsit u tempanje, trostruko, trostruko i trostruko.
Otvaranje površine: karburizacija/nitriranje (za visoke zahtjeve površinske tvrdoće)
Za čelične vijke s niskim udjelom ugljika (poput 10# čelika), zbog njihovog niskog sadržaja ugljika (≤0,15%), potpuno gašenje ne može postići visoku tvrdoću. Površinsko karbinizacija potrebno je povećati površinsku tvrdoću uz zadržavanje žilavosti jezgre.
Proces karburizacije: vijak se stavlja u peć za karburiranje (koji sadrži karbinizirajuće sredstvo poput metan ili propan) na 900-950 ° C tijekom 2-6 sati kako bi se povećao sadržaj površinskog ugljika na 0,8%-1,2%. Vijak se zatim ugasi i temperira na niskoj temperaturi.
Uobičajene nedostatke i sprječavanje toplinske obrade vijaka
Tijekom postupka toplinske obrade, nepravilna kontrola parametara ili operativne pogreške uzrokovat će da se vijci ukinu. Uobičajene nedostatke i preventivne mjere su sljedeće:
Nedovoljna tvrdoća
Uzroci: 1. Temperatura u gašenju prenisko; 2. nedovoljno vremena zadržavanja; 3. Sporo stopa hlađenja
Preventivne mjere: 1. Postavite temperaturu gašenja prema specifikacijama materijala; 2. Osigurajte dovoljno vremena zadržavanja; 3. Upotrijebite gašenje vode za čelik s niskim udjelom u ugljiku i gašenje nafte za legiranje čelika
Ustizanje pucanja
Uzroci: 1. Prekomjerna brzina zagrijavanja (velika unutarnja i vanjska temperaturna razlika); 2. prekomjerna brzina hlađenja; 3. Oštri kutovi/pukotine u vijku
Preventivne mjere: 1. sporo grijanje (inscenirano grijanje); 2. Koristite gašenje ulja ili austempering za leguru čelika; 3. Uklonite oštre uglove tijekom obrade i pregledajte ima li oštećenja površine unaprijed
Deformacija dimenzija
Uzroci: 1. Neravnomjerno grijanje/hlađenje; 2. asimetrični oblik vijka; 3. Nedovoljno temperiranje
Preventivne mjere: 1. Upotrijebite jednoličnu peć za grijanje i zakrenite vijak tijekom hlađenja; 2. Optimizirajte dizajn vijka (smanjite varijacije debljine stijenke); 3. Temperatura odmah nakon gašenja.
Oksidacija i dekarburizacija
Uzrok: prekomjerni zrak u peći za grijanje, što dovodi do površinske oksidacije ili gubitka ugljika.
Preventivne mjere: 1. Koristite zaštitnu atmosferu peć (dušik/vodik); 2. Nanesite premaz protiv oksidacije na površinu vijaka prije zagrijavanja.
