El proceso de tratamiento térmico de metales que cambia las propiedades mecánicas de la superficie calentando y enfriando la superficie de las piezas de acero. El enfriamiento superficial es el contenido principal del tratamiento térmico superficial. Su propósito es obtener una capa superficial de alta dureza y una distribución de tensiones interna favorable para mejorar la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga de la pieza de trabajo.
Proceso de tratamiento térmico de metal reforzado en la superficie de la pieza de trabajo. Es ampliamente utilizado en piezas que requieren alta resistencia al desgaste, resistencia a la fatiga y gran carga de impacto en la superficie, pero que también tienen buena plasticidad y tenacidad en general, como cigüeñales, árboles de levas, engranajes de transmisión, etc. El tratamiento térmico superficial se divide en dos categorías: enfriamiento superficial y tratamiento térmico químico.
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endurecimiento superficial
La pieza de trabajo se calienta rápidamente a través de diferentes fuentes de calor, y se enfría rápidamente cuando la temperatura de la superficie de la pieza supera el punto crítico (en este momento, la temperatura del corazón de la pieza de trabajo está por debajo del punto crítico), de modo que la superficie de la pieza de trabajo se endurece y el corazón sigue siendo el tejido original. Para calentar solo la superficie de la pieza de trabajo, se requiere que la fuente de calor utilizada tenga una alta densidad de energía. De acuerdo con los diferentes métodos de calentamiento, el enfriamiento de la superficie se puede dividir en calentamiento por inducción (alta frecuencia, frecuencia intermedia, frecuencia de potencia), enfriamiento de la superficie, enfriamiento de la superficie de calentamiento por llama, enfriamiento de la superficie de calentamiento por contacto eléctrico, enfriamiento de la superficie de calentamiento por electrolito, enfriamiento de la superficie de calentamiento por láser, enfriamiento de la superficie de calentamiento por electrones. enfriamiento de la superficie del haz, etc. El enfriamiento de la superficie de calentamiento por llama y calentamiento por inducción industrial más utilizado.
Tratamiento térmico químico
La pieza de trabajo se calienta y se aísla en un medio que contiene elementos activos, de modo que los átomos activos del medio penetren en la superficie de la pieza de trabajo o formen una capa de un compuesto para cambiar el tejido y la composición química de la capa superficial, de modo que la superficie de la pieza tiene propiedades mecánicas o físicas y químicas especiales. Normalmente se requieren otros tratamientos térmicos adecuados antes y después de la permeación química para maximizar el potencial de la capa de infiltración y lograr el mejor ajuste entre el centro de la pieza y la superficie en términos de estructura, rendimiento, etc. Según las diferentes infiltraciones elementos, el tratamiento térmico químico se puede dividir en cementación, nitruración, boronización, siliconación, sulfurización, aluminización, cromización, zincización, cofiltración de nitruración de carbono, coósmosis de cromo y aluminio, etc.
Calentamiento por resistencia de contacto
El voltaje de menos de 5 voltios se agrega a la pieza de trabajo a través del electrodo, una gran corriente fluye a través del contacto entre el electrodo y la pieza de trabajo, y se genera una gran cantidad de resistencia al calor, de modo que la superficie de la pieza de trabajo se calienta a la temperatura de enfriamiento y luego se retira el electrodo. El calor se transfiere a la pieza de trabajo y la superficie se enfría rápidamente, lo que logra el propósito de enfriamiento. Cuando se trata de piezas de trabajo largas, el electrodo sigue avanzando y la parte que queda atrás se endurece constantemente.
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Las ventajas de este método son que el equipo es simple, fácil de operar, fácil de automatizar, la distorsión de la pieza de trabajo es mínima y no hay necesidad de templado, lo que puede mejorar significativamente la resistencia al desgaste y la resistencia a la abrasión de la pieza de trabajo, pero la capa de endurecimiento es delgada ({{0}}.15 a 0.35 mm). La uniformidad de la microestructura y la dureza es pobre. Este método se usa principalmente en el enfriamiento superficial de rieles de máquinas herramienta hechos de hierro fundido, y su rango de aplicación no es amplio.
Calentamiento y enfriamiento electrolítico
La pieza de trabajo se coloca en el electrolito de una solución acuosa de ácido, álcali o sal, la pieza de trabajo se conecta al cátodo y la celda electrolítica se conecta al ánodo. Después de conectar la CC, el electrolito se electroliza, el oxígeno se libera en el ánodo y el hidrógeno se libera en la pieza de trabajo. El hidrógeno forma una película de gas alrededor de la pieza de trabajo, convirtiéndose en una resistencia y generando calor. La superficie de la pieza de trabajo se calienta rápidamente a la temperatura de enfriamiento y luego se corta la energía. La película de gas desaparece inmediatamente. El electrolito se convierte en un medio de enfriamiento, de modo que la superficie de la pieza de trabajo se enfría y endurece rápidamente. El electrolito comúnmente usado es una solución acuosa que contiene 5-18 por ciento de carbonato de sodio. El método de calentamiento electrolítico es simple, el tiempo de tratamiento es corto, el tiempo de calentamiento es de solo 5-10s, la productividad es alta y la distorsión de extinción es pequeña. Es adecuado para la producción en masa de piezas pequeñas. Se ha utilizado para apagar la superficie al final del vástago de escape del motor.
Tratamiento térmico con láser
La aplicación del láser en el tratamiento térmico comenzó a principios de la década de 1970 y luego entró en la etapa de aplicación de producción desde la etapa de investigación de laboratorio. Cuando un láser enfocado con una alta densidad de energía (10 W/cm) brilla sobre la superficie metálica, la superficie metálica se eleva a la temperatura de extinción en un pequeño porcentaje o incluso en unos pocos segundos. Debido a que el punto de irradiación se calienta muy rápidamente y el calor no tiene tiempo de alcanzar los metales circundantes, cuando se detiene la irradiación láser, el metal alrededor del punto de irradiación actúa como un medio de extinción y absorbe una gran cantidad de calor, por lo que el punto de irradiación se enfría rápidamente y se obtiene un tejido muy fino, que tiene altas propiedades mecánicas. Si la temperatura de calentamiento es lo suficientemente alta como para derretir la superficie del metal, se puede obtener una superficie lisa después del enfriamiento, lo que se denomina glaminación.
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El calentamiento por láser también se puede usar para aleaciones locales, es decir, recubrir con una capa de metal resistente al desgaste o resistente al calor las partes de la pieza de trabajo que son fáciles de usar o necesitan ser resistentes al calor, o recubiertas con un recubrimiento que contiene metales resistentes al desgaste o al calor, y luego se funde rápidamente por irradiación láser para formar una capa de aleación resistente al desgaste o al calor. Coloque una capa de cromo en las piezas que necesitan resistencia al calor y luego derrítalo rápidamente con un láser para formar una superficie resistente al calor que contiene cromo templado duro, lo que puede mejorar en gran medida la vida útil y la resistencia al calor de la pieza de trabajo.
Tratamiento térmico con haz de electrones
La investigación y la aplicación comenzaron ya en la década de 1970. Al principio, se usaba para el recocido continuo de tiras de acero delgadas y alambres de acero, con una densidad de energía de hasta 10W/cm. Excepto que la extinción de la superficie del haz de electrones debe llevarse a cabo en el vacío, las demás características son las mismas que las de los láseres. Cuando el haz de electrones bombardea la superficie metálica, el punto de bombardeo se calienta rápidamente. La profundidad del haz de electrones que penetra en el material depende del voltaje de aceleración y de la densidad del material. Por ejemplo, la profundidad de penetración teórica de un haz de electrones de 150 kW en la superficie del hierro es de aproximadamente 0,076 mm; en la superficie de aluminio, puede llegar a 0,16 mm.
El haz de electrones bombardeó la superficie en poco tiempo y la temperatura de la superficie aumentó rápidamente, mientras que la matriz permaneció fría. Cuando el haz de electrones deja de bombardear, el calor se transmite rápidamente al metal frío de la matriz, de modo que la superficie de calentamiento se apaga automáticamente. Para llevar a cabo de manera efectiva el "apagado autoenfriado", se debe mantener al menos 5:1 entre el volumen de toda la pieza de trabajo y el volumen de la superficie apagada. La temperatura de la superficie y la profundidad de enfriamiento también están relacionadas con el tiempo de bombardeo. La velocidad de calentamiento del tratamiento térmico con haz de electrones es rápida y el tiempo de austenización es de solo unos segundos o menos, por lo que los granos en la superficie de la pieza de trabajo son muy finos, la dureza es más alta que el tratamiento térmico ordinario y tiene buena mecánica propiedades.
