Johdatus rullaketjujen yleisiin lämpökäsittelyprosesseihin

Johdatus rullaketjujen yleisiin lämpökäsittelyprosesseihin
Rullaketjujen valmistusprosessissa lämpökäsittely on keskeinen osa niiden suorituskyvyn parantamista. Lämpökäsittelyn avulla rullaketjujen lujuutta, kovuutta, kulutuskestävyyttä ja sitkeyttä voidaan parantaa merkittävästi, mikä pidentää niiden käyttöikää ja täyttää käyttövaatimukset erilaisissa monimutkaisissa käyttöolosuhteissa. Seuraavassa on yksityiskohtainen johdanto useisiin yleisiin rullaketjujen lämpökäsittelyprosesseihin:

I. Sammutus- ja päästöprosessi
(I) Sammutus
Sammutus on prosessi, jossa rullaketju lämmitetään tiettyyn lämpötilaan (yleensä yli Ac3:n tai Ac1:n), pidetään lämpimänä tietyn ajan ja sitten jäähdytetään nopeasti. Sen tarkoituksena on saada rullaketjusta korkea kovuus ja lujuus martensiittinen rakenne. Yleisesti käytettyjä sammutusaineita ovat vesi, öljy ja suolavesi. Vesi jäähtyy nopeasti ja sopii yksinkertaisille ja pienille rullaketjuille; öljy jäähtyy suhteellisen hitaasti ja sopii monimutkaisille ja suurille rullaketjuille.
(II) Karkaisu
Päästö on prosessi, jossa sammutettu rullaketju lämmitetään uudelleen tiettyyn lämpötilaan (yleensä alle Ac1:n), pidetään lämpimänä ja sitten jäähdytetään. Sen tarkoituksena on poistaa sammutusprosessin aikana syntyvä sisäinen jännitys, säätää kovuutta ja parantaa sitkeyttä. Päästölämpötilan mukaan se voidaan jakaa matalan lämpötilan päästöön (150–250 °C), keskilämpötilan päästöön (350–500 °C) ja korkean lämpötilan päästöön (500–650 °C). Matalan lämpötilan päästöllä voidaan saada karkaistu martensiittirakenne, jolla on korkea kovuus ja hyvä sitkeys; keskilämpötilan päästöllä voidaan saada karkaistu troostiittirakenne, jolla on korkea myötölujuus sekä hyvä plastisuus ja sitkeys; korkean lämpötilan päästöllä voidaan saada karkaistu troostiittirakenne, jolla on hyvät kokonaisvaltaiset mekaaniset ominaisuudet.

2. Hiiletysprosessi
Hiiletys tarkoittaa hiiliatomien tunkeutumista rullaketjun pintaan muodostaen runsashiilisen hiiletyskerroksen, mikä parantaa pinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä samalla, kun ydin säilyttää vähähiilisen teräksen sitkeyden. Hiiletysprosesseihin kuuluvat kiinteä hiiletys, kaasuhiiletys ja nestehiiletys. Näistä kaasuhiiletys on yleisimmin käytetty. Asettamalla rullaketju hiiletysatmosfääriin hiiliatomit tunkeutuvat pintaan tietyssä lämpötilassa ja ajassa. Hiiletyksen jälkeen tarvitaan yleensä sammutusta ja matalan lämpötilan päästöä pinnan kovuuden ja kulutuskestävyyden parantamiseksi entisestään.

3. Nitridausprosessi
Nitridointi tarkoittaa typpiatomien tunkeutumista rullaketjun pintaan nitrideiksi, mikä parantaa pinnan kovuutta, kulutuskestävyyttä ja väsymislujuutta. Nitridointiprosessiin kuuluvat kaasunitridointi, ionnitridointi ja nestenitridointi. Kaasunitridoinnissa rullaketju asetetaan typpipitoiseen ilmakehään tietyssä lämpötilassa ja ajassa, jolloin typpiatomit tunkeutuvat pintaan. Nitridoinnin jälkeen rullaketjulla on korkea pinnan kovuus, hyvä kulutuskestävyys ja pieni muodonmuutos, mikä sopii monimutkaisten muotoisten rullaketjujen valmistukseen.

4. Hiilinitridointiprosessi
Hiilinitraus tarkoittaa hiilen ja typen samanaikaista tunkeutumista rullaketjun pintaan karbonitridien muodostamiseksi, mikä parantaa pinnan kovuutta, kulutuskestävyyttä ja väsymislujuutta. Hiilinitrausprosessiin kuuluu kaasu- ja nestehiilinitraus. Kaasu-hiilinitraus tarkoittaa rullaketjun asettamista hiiltä ja typpeä sisältävään ilmakehään tietyssä lämpötilassa ja ajassa, jolloin hiili ja typpi tunkeutuvat pintaan samanaikaisesti. Hiilinitraustuksen jälkeen rullaketjulla on korkea pinnan kovuus, hyvä kulutuskestävyys ja hyvä purennankestävyys.

5. Hehkutusprosessi
Hehkutus on prosessi, jossa rullaketju kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan (yleensä 30–50 ℃ yli Ac3:n), pidetään lämpimänä tietyn ajan, jäähdytetään hitaasti uunissa alle 500 ℃:n lämpötilaan ja sitten ilmassa. Sen tarkoituksena on vähentää kovuutta, parantaa plastisuutta ja sitkeyttä sekä helpottaa prosessointia ja sitä seuraavaa lämpökäsittelyä. Hehkutuksen jälkeen rullaketjulla on tasainen rakenne ja kohtalainen kovuus, mikä voi parantaa leikkausominaisuuksia.

6. Normalisointiprosessi
Normalisointi on prosessi, jossa rullaketju kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan (yleensä yli Ac3- tai Acm-lämpötilan), pidetään lämpimänä, otetaan ulos uunista ja jäähdytetään ilmassa. Sen tarkoituksena on jauhaa rakeita, tehdä rakenteesta tasainen, parantaa kovuutta ja lujuutta sekä parantaa leikkausominaisuuksia. Normalisoinnin jälkeen rullaketjulla on tasainen rakenne ja kohtalainen kovuus, jota voidaan käyttää viimeisenä lämpökäsittelynä tai alustavana lämpökäsittelynä.

7. Ikääntymisen hoitoprosessi
Vanhennuskäsittely on prosessi, jossa rullaketju kuumennetaan tiettyyn lämpötilaan, pidetään lämpimänä tietyn ajan ja sitten jäähdytetään. Sen tarkoituksena on poistaa jäännösjännitys, vakauttaa koko sekä parantaa lujuutta ja kovuutta. Vanhennuskäsittely jaetaan luonnolliseen vanhentamiseen ja keinotekoiseen vanhentamiseen. Luonnollisessa vanhentamisessa rullaketju pidetään huoneenlämmössä tai luonnollisissa olosuhteissa pitkään, jolloin jäännösjännitys vähitellen poistuu; keinotekoisessa vanhentamisessa rullaketju kuumennetaan korkeampaan lämpötilaan ja vanhennuskäsittely suoritetaan lyhyemmässä ajassa.

8. Pinnan sammutusprosessi
Pinnan sammutus on prosessi, jossa rullaketjun pinta lämmitetään tiettyyn lämpötilaan ja jäähdytetään nopeasti. Sen tarkoituksena on parantaa pinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä samalla, kun ydin säilyttää hyvän sitkeyden. Pinnan sammutusprosesseihin kuuluvat induktiolämmityspinnan sammutus, liekkilämmityspinnan sammutus ja sähköinen kontaktilämmityspinnan sammutus. Induktiolämmityspinnan sammutuksessa käytetään indusoidun virran tuottamaa lämpöä rullaketjun pinnan lämmittämiseen, minkä etuna on nopea lämmitysnopeus, hyvä sammutuslaatu ja pieni muodonmuutos.

9. Pinnanvahvistusprosessi
Pinnanvahvistusprosessissa rullaketjun pinnalle muodostetaan fysikaalisilla tai kemiallisilla menetelmillä erityisominaisuuksilla varustettu vahvistuskerros, mikä parantaa pinnan kovuutta, kulutuskestävyyttä ja väsymislujuutta. Yleisiä pinnanvahvistusprosesseja ovat kuulapuhallus, valssauslujitus ja metallin tunkeutumislujitus. Kuulapuhalluksessa rullaketjun pintaan kohdistetaan suurnopeuskuulia, jolloin pinnalle syntyy jäännöspuristusjännitys, mikä parantaa väsymislujuutta. Valssauslujituksessa rullaketjun pintaa valssataan valssityökaluilla, jolloin pintaan syntyy plastista muodonmuutosta, mikä parantaa pinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä.

10. Porausprosessi
Borauksessa booriatomit tunkeutuvat rullaketjun pintaan boridien muodostamiseksi, mikä parantaa pinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä. Boraukseen kuuluvat kaasuboraukset ja nesteboraukset. Kaasuborauksessa rullaketju asetetaan booria sisältävään ilmakehään, ja tietyssä lämpötilassa ja ajassa booriatomit tunkeutuvat pintaan. Borauksen jälkeen rullaketjulla on korkea pinnan kovuus, hyvä kulutuskestävyys ja hyvä purennankestävyys.

11. Komposiittimateriaalien toissijainen sammutuslämpökäsittelyprosessi
Yhdistetty toissijainen sammutuslämpökäsittely on edistynyt lämpökäsittelyprosessi, joka parantaa merkittävästi rullaketjujen suorituskykyä kahden sammutus- ja päästöprosessin avulla. Tämä prosessi sisältää yleensä seuraavat vaiheet:
(I) Ensimmäinen sammutus
Rullaketju kuumennetaan korkeampaan lämpötilaan (yleensä korkeampaan kuin tavanomainen sammutuslämpötila) sen sisäisen rakenteen täydelliseksi austenisoimiseksi ja sitten jäähdytetään nopeasti martensiittisen rakenteen muodostamiseksi. Tämän vaiheen tarkoituksena on parantaa rullaketjun kovuutta ja lujuutta.
(II) Ensimmäinen karkaisu
Ensimmäisen sammutuksen jälkeen rullaketju kuumennetaan keskilämpötilaan (yleensä 300–500 °C), pidetään lämpimänä tietyn ajan ja sitten jäähdytetään. Tämän vaiheen tarkoituksena on poistaa sammutusprosessin aikana syntyvä sisäinen jännitys samalla säätäen kovuutta ja parantaen sitkeyttä.
(III) Toinen sammutus
Ensimmäisen päästön jälkeen rullaketju kuumennetaan uudelleen korkeampaan lämpötilaan, mutta hieman alempaan kuin ensimmäinen sammutuslämpötila, ja sitten jäähdytetään nopeasti. Tämän vaiheen tarkoituksena on hienosäätää martensiittista rakennetta ja parantaa rullaketjun kovuutta ja kulutuskestävyyttä.
(IV) Toinen päästö
Toisen sammutuksen jälkeen rullaketju kuumennetaan alempaan lämpötilaan (yleensä 150–250 °C), pidetään lämpimänä tietyn ajan ja sitten jäähdytetään. Tämän vaiheen tarkoituksena on poistaa sisäinen jännitys, vakauttaa koko ja ylläpitää korkea kovuus ja kulutuskestävyys.

12. Nestemäinen hiiletysprosessi
Nestemäinen hiiletys on erityinen hiiletysprosessi, jossa hiiliatomit pääsevät tunkeutumaan pintaan upottamalla rullaketju nestemäiseen hiiletysväliaineeseen. Tämän prosessin etuna on nopea hiiletysnopeus, tasainen hiiletyskerros ja hyvä hallittavuus. Se sopii monimutkaisille rullaketjuille, joilla on korkeat mittatarkkuusvaatimukset. Nestemäisen hiiletyksen jälkeen tarvitaan yleensä sammutusta ja matalan lämpötilan päästöä pinnan kovuuden ja kulutuskestävyyden parantamiseksi entisestään.

13. Karkaisuprosessi
Karkaisulla tarkoitetaan rullaketjun kovuuden ja kulutuskestävyyden parantamista parantamalla sen sisäistä rakennetta. Tarkat vaiheet ovat seuraavat:
(I) Lämmitys
Rullaketju kuumennetaan kovettumislämpötilaan, jotta ketjun alkuaineet, kuten hiili ja typpi, liukenevat ja diffundoituvat.
(ii) Eristys
Kovettumislämpötilan saavuttamisen jälkeen eristä ainekset tiettyyn aikaan diffundoituvat tasaisesti ja muodostavat kiinteän liuoksen.
(iii) Jäähdytys
Jäähdytä ketju nopeasti, jolloin kiinteä liuos muodostaa hienorakeisen rakenteen, parantaa kovuutta ja kulutuskestävyyttä.

14. Metallin tunkeutumisprosessi
Metallin tunkeutumisprosessissa metallielementtejä tunkeudutaan rullaketjun pintaan metalliyhdisteiden muodostamiseksi, mikä parantaa pinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä. Yleisiä metallin tunkeutumisprosesseja ovat kromaus ja vanadiinin tunkeutuminen. Kromausprosessissa rullaketju asetetaan kromia sisältävään ilmakehään, ja tietyssä lämpötilassa ja ajassa kromiatomit tunkeutuvat pintaan muodostaen kromiyhdisteitä, mikä parantaa pinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä.

15. Alumiinisointiprosessi
Alumiinisointiprosessissa alumiiniatomeja tunkeutuu rullaketjun pintaan alumiiniyhdisteiden muodostamiseksi, mikä parantaa pinnan hapettumiskestävyyttä ja korroosionkestävyyttä. Alumiinisointiprosesseihin kuuluvat kaasualuminointi ja nestealuminointi. Kaasualuminointi tarkoittaa rullaketjun asettamista alumiinia sisältävään ilmakehään, ja tietyssä lämpötilassa ja ajassa alumiiniatomit tunkeutuvat pintaan. Alumiinin tunkeutumisen jälkeen rullaketjun pinnalla on hyvä hapettumiskestävyys ja korroosionkestävyys, ja se soveltuu käytettäväksi korkeissa lämpötiloissa ja syövyttävissä ympäristöissä.

16. Kuparin tunkeutumisprosessi
Kuparin tunkeutumisprosessissa kupariatomeja tunkeudutaan rullaketjun pintaan kupariyhdisteiden muodostamiseksi, mikä parantaa pinnan kulutuskestävyyttä ja purennanestokykyä. Kuparin tunkeutumisprosessiin kuuluu kaasukuparin tunkeutuminen ja nestemäisen kuparin tunkeutuminen. Kaasukuparin tunkeutumisessa rullaketju asetetaan kuparia sisältävään ilmakehään, ja tietyssä lämpötilassa ja ajassa kupariatomit tunkeutuvat pintaan. Kuparin tunkeutumisen jälkeen rullaketjun pinnalla on hyvä kulutuskestävyys ja purennanestokyky, ja se soveltuu käytettäväksi suurilla nopeuksilla ja raskaissa kuormitusolosuhteissa.

17. Titaanin tunkeutumisprosessi
Titaanin tunkeutumisprosessissa titaaniatomeja tunkeudutaan rullaketjun pintaan titaaniyhdisteiden muodostamiseksi, mikä parantaa pinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä. Titaanin tunkeutumisprosessiin kuuluu kaasutitaanin tunkeutuminen ja nestemäisen titaanin tunkeutuminen. Kaasutitaanin tunkeutumisessa rullaketju asetetaan titaania sisältävään ilmakehään, ja tietyssä lämpötilassa ja ajassa titaaniatomit tunkeutuvat pintaan. Titaanin tunkeutumisen jälkeisellä rullaketjun pinnalla on hyvä kovuus ja kulutuskestävyys, ja se soveltuu työskentelyolosuhteisiin, joissa on korkea kovuus- ja kulutuskestävyysvaatimukset.

18. Koboltointiprosessi
Koboltointiprosessissa kobolttiatomeja tunkeutuu rullaketjun pintaan kobolttiyhdisteiden muodostamiseksi, mikä parantaa pinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä. Koboltointiprosessiin kuuluu kaasukoboltointi ja nestekoboltointi. Kaasukoboltoinnissa rullaketju asetetaan kobolttipitoiseen ilmakehään, ja tietyssä lämpötilassa ja ajassa kobolttiatomit tunkeutuvat pintaan. Koboltoinnin jälkeisellä rullaketjun pinnalla on hyvä kovuus ja kulutuskestävyys, ja se soveltuu työskentelyolosuhteisiin, joissa on korkea kovuus- ja kulutuskestävyysvaatimukset.

19. Zirkonointiprosessi
Zirkonisointiprosessissa zirkoniumatomit tunkeutuvat rullaketjun pintaan muodostaen zirkoniumyhdisteitä, mikä parantaa pinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä. Zirkonisointiprosessiin kuuluu kaasuzirkonisointi ja nestezirkonisointi. Kaasusirkonisoinnissa rullaketju asetetaan zirkoniumia sisältävään ilmakehään, ja tietyssä lämpötilassa ja ajassa zirkoniumatomit tunkeutuvat pintaan. Zirkonisoinnin jälkeen rullaketjun pinnalla on hyvä kovuus ja kulutuskestävyys, ja se soveltuu työskentelyolosuhteisiin, joissa on korkea kovuus- ja kulutuskestävyysvaatimukset.

20. Molybdeenin tunkeutumisprosessi
Molybdeenin tunkeutumisprosessissa molybdeeniatomit tunkeutuvat rullaketjun pintaan molybdeeniyhdisteiden muodostamiseksi, mikä parantaa pinnan kovuutta ja kulutuskestävyyttä. Molybdeenin tunkeutumisprosessiin kuuluu kaasumolybdeenin tunkeutuminen ja nestemäisen molybdeenin tunkeutuminen. Kaasumolybdeenin tunkeutumisessa rullaketju asetetaan molybdeenia sisältävään ilmakehään tietyssä lämpötilassa ja ajassa, jolloin molybdeeniatomit tunkeutuvat pintaan. Molybdeenin tunkeutumisen jälkeen rullaketjun pinnalla on hyvä kovuus ja kulutuskestävyys, ja se soveltuu työskentelyolosuhteisiin, jotka vaativat suurta kovuutta ja kulutuskestävyyttä.