Uvod v običajne postopke toplotne obdelave valjčnih verig

Uvod v običajne postopke toplotne obdelave valjčnih verig
V proizvodnem procesu valjčnih verig je toplotna obdelava ključni člen za izboljšanje njihove učinkovitosti. S toplotno obdelavo se lahko znatno izboljša trdnost, trdota, odpornost proti obrabi in žilavost valjčnih verig, s čimer se podaljša njihova življenjska doba in izpolnijo zahteve uporabe v različnih kompleksnih delovnih pogojih. Sledi podroben uvod v več običajnih postopkov toplotne obdelave valjčnih verig:

I. Postopek kaljenja in popuščanja
(I) Kaljenje
Kaljenje je postopek segrevanja valjčne verige na določeno temperaturo (običajno nad Ac3 ali Ac1), ohranjanja toplote določen čas in nato hitrega hlajenja. Njegov namen je doseči visoko trdoto in visoko trdnost martenzitne strukture valjčne verige. Pogosto uporabljeni kalilni mediji vključujejo vodo, olje in slano vodo. Voda ima hitro hitrost hlajenja in je primerna za valjčne verige preprostih oblik in majhnih dimenzij; olje ima relativno počasno hitrost hlajenja in je primerno za valjčne verige kompleksnih oblik in velikih dimenzij.
(II) Kaljenje
Popuščanje je postopek ponovnega segrevanja kaljene valjčne verige na določeno temperaturo (običajno pod Ac1), ohranjanja toplote in nato hlajenja. Njegov namen je odpraviti notranje napetosti, ki nastanejo med postopkom kaljenja, prilagoditi trdoto in izboljšati žilavost. Glede na temperaturo popuščanja se lahko razdeli na nizkotemperaturno popuščanje (150 ℃–250 ℃), srednjetemperaturno popuščanje (350 ℃–500 ℃) in visokotemperaturno popuščanje (500 ℃–650 ℃). Z nizkotemperaturnim popuščanjem se lahko doseže popuščena martenzitna struktura z visoko trdoto in dobro žilavostjo; s srednjetemperaturnim popuščanjem se lahko doseže popuščena troostitna struktura z visoko mejo tečenja ter dobro plastičnostjo in žilavostjo; z visokotemperaturnim popuščanjem se lahko doseže popuščena troostitna struktura z dobrimi celovitimi mehanskimi lastnostmi.

2. Postopek cementiranja
Cementiranje pomeni, da atomi ogljika prodrejo v površino valjčne verige in tvorijo visokoogljično cementirano plast, s čimer se izboljša trdota površine in odpornost proti obrabi, medtem ko jedro še vedno ohranja žilavost nizkoogljičnega jekla. Postopki cementiranja vključujejo trdno cementiranje, plinsko cementiranje in tekoče cementiranje. Med njimi je plinsko cementiranje najpogosteje uporabljeno. Z namestitvijo valjčne verige v cementirno atmosfero se atomi ogljika infiltrirajo v površino pri določeni temperaturi in času. Po cementiranju sta običajno potrebna kaljenje in nizkotemperaturno popuščanje za nadaljnje izboljšanje trdote površine in odpornosti proti obrabi.

3. Postopek nitriranja
Nitriranje pomeni infiltracijo atomov dušika v površino valjčne verige, da se tvorijo nitridi, s čimer se izboljša trdota površine, odpornost proti obrabi in utrujenostna trdnost. Postopek nitriranja vključuje plinsko nitriranje, ionsko nitriranje in tekoče nitriranje. Plinsko nitriranje pomeni, da se valjčna veriga postavi v atmosfero, ki vsebuje dušik, in pri določeni temperaturi in času omogoči, da atomi dušika infiltrirajo površino. Valjčna veriga po nitriranju ima visoko površinsko trdoto, dobro odpornost proti obrabi in majhno deformacijo, kar je primerno za valjčne verige kompleksnih oblik.

4. Postopek karbonitriranja
Karbonitriranje pomeni hkratno infiltracijo ogljika in dušika v površino valjčne verige, da se tvorijo karbonitridi, s čimer se izboljša trdota površine, odpornost proti obrabi in utrujenostna trdnost. Postopek karbonitriranja vključuje plinsko karbonitriranje in tekoče karbonitriranje. Plinsko karbonitriranje pomeni, da se valjčna veriga postavi v atmosfero, ki vsebuje ogljik in dušik, in pri določeni temperaturi in času omogoči hkratno infiltracijo ogljika in dušika v površino. Valjčna veriga po karbonitriranju ima visoko površinsko trdoto, dobro odpornost proti obrabi in dobro odpornost proti ugrizom.

5. Postopek žarjenja
Žarjenje je postopek, pri katerem se valjčna veriga segreje na določeno temperaturo (običajno 30–50 ℃ nad Ac3), se določen čas ohranja topla, nato se v peči počasi ohladi pod 500 ℃ in nato ohladi na zraku. Njegov namen je zmanjšati trdoto, izboljšati plastičnost in žilavost ter olajšati obdelavo in nadaljnjo toplotno obdelavo. Valjčna veriga ima po žarjenju enakomerno strukturo in zmerno trdoto, kar lahko izboljša rezalno zmogljivost.

6. Normalizacija procesa
Normalizacija je postopek, pri katerem se valjčna veriga segreje na določeno temperaturo (običajno nad Ac3 ali Acm), se ohladi, vzame iz peči in ohladi na zraku. Njen namen je prečiščevanje zrn, poenotenje strukture, izboljšanje trdote in trdnosti ter izboljšanje rezalnih lastnosti. Valjčna veriga ima po normalizaciji enakomerno strukturo in zmerno trdoto, kar se lahko uporabi kot končna toplotna obdelava ali kot predhodna toplotna obdelava.

7. Postopek zdravljenja staranja
Staranje je postopek, pri katerem se valjčna veriga segreje na določeno temperaturo, se določen čas ohranja topla in nato ohladi. Njegov namen je odpraviti preostale napetosti, stabilizirati velikost ter izboljšati trdnost in trdoto. Staranje se deli na naravno staranje in umetno staranje. Naravno staranje pomeni, da se valjčna veriga za dolgo časa zadrži pri sobni temperaturi ali v naravnih pogojih, da se postopoma odpravijo preostale napetosti; umetno staranje pomeni, da se valjčna veriga segreje na višjo temperaturo in se nato stara v krajšem času.

8. Postopek površinskega kaljenja
Površinsko kaljenje je postopek segrevanja površine valjčne verige na določeno temperaturo in nato hitrega hlajenja. Njegov namen je izboljšati trdoto površine in odpornost proti obrabi, hkrati pa jedro ohrani dobro žilavost. Postopki površinskega kaljenja vključujejo indukcijsko segrevanje površinskega kaljenja, plamensko segrevanje površinskega kaljenja in električno kontaktno segrevanje površinskega kaljenja. Indukcijsko segrevanje površinskega kaljenja uporablja toploto, ki jo ustvarja inducirani tok, za segrevanje površine valjčne verige, kar ima prednosti hitre hitrosti segrevanja, dobre kakovosti kaljenja in majhne deformacije.

9. Postopek površinske utrjevanja
Postopek površinske krepitve je namenjen oblikovanju ojačevalne plasti s posebnimi lastnostmi na površini valjčne verige s fizikalnimi ali kemičnimi metodami, s čimer se izboljša trdota površine, odpornost proti obrabi in utrujenostna trdnost. Med pogoste postopke površinske krepitve spadajo udarno mikrokovanje, valjanje, infiltracija kovin itd. Kuhanje je uporaba visokohitrostnega krogelnega udarca za udarjanje po površini valjčne verige, tako da se na površini ustvari preostala tlačna napetost, s čimer se izboljša utrujenostna trdnost; valjčna krepitev je uporaba valjčnih orodij za valjanje površine valjčne verige, tako da površina ustvari plastično deformacijo, s čimer se izboljša trdota površine in odpornost proti obrabi.

10. Postopek vrtanja
Boriranje pomeni infiltracijo atomov bora v površino valjčne verige, da se tvorijo boridi, s čimer se izboljša trdota površine in odpornost proti obrabi. Postopki boriranja vključujejo plinsko in tekoče boriranje. Plinsko boriranje pomeni, da se valjčna veriga postavi v atmosfero, ki vsebuje bor, in pri določeni temperaturi in času omogoči, da atomi bora infiltrirajo površino. Valjčna veriga ima po boriranju visoko površinsko trdoto, dobro odpornost proti obrabi in dobro odpornost proti ugrizom.

11. Postopek toplotne obdelave s sekundarnim kaljenjem kompozita
Sekundarno kaljenje je napreden postopek toplotne obdelave, ki znatno izboljša delovanje valjčnih verig z dvema postopkoma kaljenja in popuščanja. Ta postopek običajno vključuje naslednje korake:
(I) Prvo kaljenje
Valjčna veriga se segreje na višjo temperaturo (običajno višjo od običajne temperature kaljenja), da se njena notranja struktura popolnoma avstenitizira, nato pa se hitro ohladi, da se tvori martenzitna struktura. Namen tega koraka je izboljšati trdoto in trdnost valjčne verige.
(II) Prvo kaljenje
Valjčna veriga se po prvem kaljenju segreje na srednjo temperaturo (običajno med 300 ℃ in 500 ℃), se nekaj časa ogreva in nato ohladi. Namen tega koraka je odpraviti notranje napetosti, ki nastanejo med kaljenjem, hkrati pa prilagoditi trdoto in izboljšati žilavost.
(III) Drugo kaljenje
Valjčna veriga se po prvem popuščanju ponovno segreje na višjo temperaturo, vendar nekoliko nižjo od temperature prvega kaljenja, nato pa se hitro ohladi. Namen tega koraka je nadaljnje izboljšanje martenzitne strukture ter izboljšanje trdote in odpornosti valjčne verige proti obrabi.
(IV) Drugo kaljenje
Valjčna veriga se po drugem kaljenju segreje na nižjo temperaturo (običajno med 150 ℃ in 250 ℃), se nekaj časa ogreva in nato ohladi. Namen tega koraka je dodatno odpraviti notranje napetosti, stabilizirati velikost ter ohraniti visoko trdoto in odpornost proti obrabi.

12. Postopek tekočega cementiranja
Tekoče cementiranje je poseben postopek cementiranja, ki omogoča, da atomi ogljika prodrejo v površino tako, da se valjčna veriga potopi v tekoči cementirni medij. Ta postopek ima prednosti visoke hitrosti cementiranja, enakomerne plasti cementiranja in dobrega nadzora. Primeren je za valjčne verige kompleksnih oblik in z visokimi zahtevami glede dimenzijske natančnosti. Po tekočem cementiranju sta običajno potrebna kaljenje in nizkotemperaturno popuščanje za nadaljnje izboljšanje trdote površine in odpornosti proti obrabi.

13. Postopek kaljenja
Kaljenje se nanaša na izboljšanje trdote in odpornosti proti obrabi z izboljšanjem notranje strukture valjčne verige. Specifični koraki so naslednji:
(I) Ogrevanje
Valjčna veriga se segreje na temperaturo kaljenja, da se v verigi raztopijo in razpršijo elementi, kot sta ogljik in dušik.
(ii) Izolacija
Po doseganju temperature strjevanja vzdržujte določen čas izolacije, da se elementi enakomerno razpršijo in tvorijo trdno raztopino.
(iii) Hlajenje
Verigo hitro ohladite, trdna raztopina bo oblikovala drobnozrnato strukturo, izboljšala trdoto in odpornost proti obrabi.

14. Postopek infiltracije kovin
Postopek infiltracije kovin je postopek infiltracije kovinskih elementov v površino valjčne verige, da se tvorijo kovinske spojine, s čimer se izboljša trdota površine in odpornost proti obrabi. Pogosti postopki infiltracije kovin vključujejo kromiranje in infiltracijo vanadija. Postopek kromiranja je postopek, pri katerem se valjčna veriga postavi v atmosfero, ki vsebuje krom, kjer se pri določeni temperaturi in času atomi kroma infiltrirajo v površino in tvorijo kromove spojine, s čimer se izboljša trdota površine in odpornost proti obrabi.

15. Postopek aluminizacije
Postopek aluminizacije je infiltracija atomov aluminija v površino valjčne verige, s čimer se tvorijo aluminijeve spojine, s čimer se izboljša odpornost površine proti oksidaciji in koroziji. Postopki aluminizacije vključujejo plinsko aluminizacijo in tekočo aluminizacijo. Plinska aluminizacija je namestitev valjčne verige v atmosfero, ki vsebuje aluminij, kjer se pri določeni temperaturi in času atomi aluminija infiltrirajo v površino. Površina valjčne verige po infiltraciji aluminija ima dobro odpornost proti oksidaciji in koroziji ter je primerna za uporabo v visokotemperaturnih in korozivnih okoljih.

16. Postopek infiltracije bakra
Postopek infiltracije bakra je namenjen infiltraciji atomov bakra v površino valjčne verige, da se tvorijo bakrove spojine, s čimer se izboljša odpornost površine proti obrabi in odpornost proti ugrizom. Postopek infiltracije bakra vključuje infiltracijo plinskega bakra in infiltracijo tekočega bakra. Infiltracija plinskega bakra pomeni, da se valjčna veriga postavi v atmosfero, ki vsebuje baker, in pri določeni temperaturi in času se atomi bakra infiltrirajo v površino. Površina valjčne verige po infiltraciji bakra ima dobro odpornost proti obrabi in odpornost proti ugrizom ter je primerna za uporabo pri visokih hitrostih in obremenitvah.

17. Postopek infiltracije titana
Postopek infiltracije titana je postopek infiltracije atomov titana v površino valjčne verige, da se tvorijo titanove spojine, s čimer se izboljša trdota površine in odpornost proti obrabi. Postopek infiltracije titana vključuje infiltracijo plinskega titana in infiltracijo tekočega titana. Infiltracija plinskega titana je postopek, pri katerem se valjčna veriga postavi v atmosfero, ki vsebuje titan, in se pri določeni temperaturi in času atomi titana infiltrirajo v površino. Površina valjčne verige po infiltraciji titana ima dobro trdoto in odpornost proti obrabi ter je primerna za delovne pogoje z visokimi zahtevami glede trdote in visoke odpornosti proti obrabi.

18. Postopek kobaltiranja
Postopek kobaltiranja je infiltracija atomov kobalta v površino valjčne verige, s čimer se tvorijo kobaltove spojine, s čimer se izboljša trdota in odpornost površine proti obrabi. Postopek kobaltiranja vključuje plinsko in tekoče kobaltiranje. Plinsko kobaltiranje je namestitev valjčne verige v atmosfero, ki vsebuje kobalt, kjer se pri določeni temperaturi in času atomi kobalta infiltrirajo v površino. Površina valjčne verige po kobaltiranju ima dobro trdoto in odpornost proti obrabi ter je primerna za delovne pogoje z visokimi zahtevami glede trdote in visoke odpornosti proti obrabi.

19. Postopek cirkonizacije
Postopek cirkonizacije je infiltracija atomov cirkonija v površino valjčne verige, da se tvorijo cirkonijeve spojine, s čimer se izboljša trdota in odpornost površine proti obrabi. Postopek cirkonizacije vključuje plinsko cirkonizacijo in tekočo cirkonizacijo. Plinska cirkonizacija je namestitev valjčne verige v atmosfero, ki vsebuje cirkonij, kjer se pri določeni temperaturi in času atomi cirkonija infiltrirajo v površino. Površina valjčne verige po cirkonizaciji ima dobro trdoto in odpornost proti obrabi ter je primerna za delovne pogoje z visokimi zahtevami glede trdote in visoke odpornosti proti obrabi.

20. Postopek infiltracije molibdena
Postopek infiltracije molibdena je postopek infiltracije atomov molibdena v površino valjčne verige, da se tvorijo molibdenove spojine, s čimer se izboljša trdota in odpornost površine proti obrabi. Postopek infiltracije molibdena vključuje infiltracijo plinskega molibdena in infiltracijo tekočega molibdena. Infiltracija plinskega molibdena je postopek, pri katerem se valjčna veriga postavi v atmosfero, ki vsebuje molibden, in pri določeni temperaturi in času omogoči, da se atomi molibdena infiltrirajo na površino. Površina valjčne verige po infiltraciji molibdena ima dobro trdoto in odpornost proti obrabi ter je primerna za delovne pogoje, ki zahtevajo visoko trdoto in visoko odpornost proti obrabi.