Аустемперинг: технология термической обработки чёрных металлов

Аустемперинг: технология термической обработки чёрных металлов

Аустемперинг (Austempering) — технология термической обработки, применимая к чёрным металлам. Чаще всего используется для обработки стали, чугуна. Профессионалы называют этот процесс – изотермическая закалка на бейнит. Процесс производит бейнитную микроструктуру в сталях. В чугунах аустемперинг образует структуру игольчатого феррита в сочетании с высоко-углеродистым стабилизированным аустенитом (аусферрит). Аустемперинг, как правило, применяют с целью улучшения механических свойств, а также с целью уменьшения (устранения) дефектов. Технология определяется как непосредственно процессом, так и результирующей микроструктурой.

Особенности и результаты применения технологии аустемперинг

Базовые параметры технологии аустемперинга, применяющиеся к материалам иной структуры, исключают образование бейнита или аусферрита. Соответственно, получаемый конечный продукт уже не характеризуется аустемперированным продуктом.

Обе микроструктуры (бейнит и аусферрит) допустимо получать при помощи других способов обработки, не таких как аустемперинг. Так, упомянутые структуры допустимо изготовить в виде отливки с определённым содержанием сплава или процессом, где применяется воздушное охлаждение. Однако подобного рода материалы также не имеют в характеристики параметра изотермического отпуска.

Выраженное различие между процедурами:

  • строгой закалки,
  • обычной закалки,
  • отпуска,

отмечается моментом времени выдержки температурного воздействия на заготовку. Базовые этапы аустемперинга выглядят типичными для чугуна или стали.

Технологическая процедура аустенизации

Для достижения конкретного превращения, микроструктура металла должна иметь характер аустенитной структуры. Конкретные пограничные области аустенитной фазы определяются химическим составом сплава, который требуется подвергать термической     обработке.

Аустемперинг - технологическая промышленная установка
Технологическая промышленная установка под производство процесса аустемперинг – узел обработки температурой, соответствующей установленному диапазону

Технологически температура аустенизации обычно находится в диапазоне 790 — 915°C. Количество отводимого времени на выдержку при таких температурах напрямую зависит от сплава и особенностей процесса, применяемого к закаливаемой детали. Оптимальные результаты достигаются достаточно продолжительной процедурой аустемперинга, что приводит к получению полноценно аустенитной металлической микроструктуры с постоянным содержанием углерода.

Если для чугунов всё-таки характерным является остаточное присутствие графита, для обработки стали достаточно нескольких минут после достижения температуры аустенизации, чтобы достичь чистоты по всему сечению детали. Соответственно, для чугунов процедура занимает больше времени.

Обусловлено это проникновением углерод из графита до момента достижения равновесной концентрации, определяемой температурой и фазовой диаграммой. Такой процесс поддерживается многими типами печей:

Процедура относительно быстрого охлаждения

Аналогично обычному охлаждению и отпуску, материал, подвергаемый термической обработке по технологии аустемперинг, требует относительно «скоростного» охлаждения. Тем самым удаётся избежать образования перлита. Параметр скорости охлаждения, предотвращающей формирование перлита, связан с химией аустенитной фазы, а также особенностями структуры обрабатываемого сплава.

Аустемперинг - ванна под охлаждение деталей
Технологический процесс обработки чёрных металлов по технологии аустемперинг. Ванна для охлаждения в составе технологической линии обработки

Технологически скорость охлаждения при аустемперинге рассматривают как степень тяжести гашения, на которую оказывают влияние:

  • охлаждающая среда,
  • перемешивание,
  • нагрузка,
  • размер толщины,
  • геометрия детали.

Как результат, более массивные детали требуют большей степени прокаливаемости. Процесс выдержки предполагает гашение нагрузки термообработки до температуры, обычно выше начала мартенситного образования аустенита с последующим удержанием.

Согласно некоторым запатентованным процессам, детали закаливаются чуть ниже начала мартенсита, что приводит к получению микроструктуры, представленной смесью мартенсита и бейнита.

Наиболее важные аспекты процедуры закалки:

  1. Скорость охлаждения.
  2. Время, отпущенное на выдержку.

Широко распространённой практикой считается закалка жидкой нитрит-нитратной солью с последующей выдержкой. По причине ограниченного температурного диапазона, обычно невозможным видится охлаждение водой или рассолом. Поэтому для узкого температурного диапазона применяют высокотемпературные масла.

Ряд процессов аустемперинга отмечаются закалкой и последующим удалением из закалочной среды и последующей выдержкой в печи. Температурные параметры под закалку и выдержку являются основными параметрами температурной обработки, контролирующими конечную твердость, следовательно, свойства материала.

Процедура иного охлаждения

По завершении закалки и выдержки, опасность растрескивания структуры отсутствует. Обрабатываемые детали обычно охлаждаются воздухом или помещаются непосредственно в систему мойки при комнатной температуре.

Преимущественные стороны аустепмперинга

Технология аустемперинга сопровождается массой производственных (эксплуатационных) преимуществ. По сравнению с традиционно практикуемыми комбинациями материалов и процессов, разница ощутима. Технология аустемперинга применима к многочисленным материалам.

Детали после обработки технологией аустемперинг
Детали после обработки по технологии аустемперинг. Обработанный продукт отличается тем, что обладает уже совершенно иными физическими свойствами структуры

Явным преимуществом из ряда общих для многих материалов, подвергшихся аустемперингу, является более низкая степень деформаций, чем в случаях традиционного закаливания и отпуска. Соответственно, достигается значительная экономия средств путём корректировки всего производственного процесса.

Экономия средств на аустемперинг достигается путём механической обработки непосредственно перед началом термообработки. В каждом конкретном случае преобразования закалочной и отпущенной стальной детали в высокопрочный ковкий чугун, экономичная составляющая может иметь высокий процент.

Высокопрочный чугун имеет параметр плотности примерно на 10% ниже, чем сталь. Чугун допустимо отливать в форме, близкой к форме сетки. Обе характеристики снижают вес отливки. Почти чистая отливка из формы также снижает стоимость механической обработки.

Более легкая готовая деталь снижает транспортные расходы, а оптимизированный производственный поток, приводит к сокращению времени выполнения заказа. Нередко износостойкость и прочность остаются параметрами, допускающими улучшения.

Комбинации с преимуществами продукта

Каждая конкретная комбинация аустемперинга характерна преимуществами, перечисленными в конце публикации.  Комбинации (процесс / материал) позволяют получить продукты:

  • аустемперированную (отпущенную) сталь,
  • карбо-аустемперированную сталь,
  • марбейн сталь,
  • аустемпедный ковкий чугун,
  • локальное аустемпературное ковкое железо,
  • аустемперованное серое железо,
  • карбидный аустемпературный ковкий чугун,
  • межкритически аустемперированную сталь,
  • интеркритически аустемперированный ковкий чугун.

Рассматривая возможности улучшения рабочих характеристик, материалы, обработанные по технологии аустемперинга, обычно сравнивают с традиционно закалёнными и отпущенными материалами, обладающими микроструктурой закаленного мартенсита. В сталях 40Х и выше, улучшения отмечаются:

  • более высокой пластичностью, ударной вязкостью, износостойкостью для данной твердости;
  • малой степенью искажения, повторяемостью размерного отклика;
  • повышенной усталостной прочностью;
  • стойкостью к водородному и экологическому охрупчиванию;

Для чугунов 250Х-550Х улучшенные характеристики следующие:

  • повышенная пластичность и ударная прочность для данной твердости;
  • малый процент искажений, повторяемый размерный отклик;
  • усиленная усталостная прочность;
  • усиленная износостойкость для заданной твёрдости.

Видеоматериал: как проходит процесс аустемперинг

Видео выше демонстрирует производственную цепочку для организации процесса аустемперинга. На видео полностью автоматизированная система температурной обработки и отпуска в рамках производственного цикла:


При помощи информации: Wikipedia, Youtube