Jako základní součásti mechanických připojení, výkon šroubu přímo určuje spolehlivost a bezpečnost zařízení. Tepelné zpracování je kritický proces, který modifikuje vnitřní strukturu šroubů ovládáním procesů zahřívání, izolace a chlazení k dosažení požadovaných mechanických vlastností (jako je síla, tvrdost a houževnatost). Šrouby vyrobené z různých materiálů (jako je uhlíková ocel, ocel z slitiny a nerezová ocel) vyžadují roztoky tepelného zpracování navačené, aby splňovaly požadavky rozmanitých aplikací (jako je automobilový průmysl, konstrukce a letectví).
Hlavní účel tepelného zpracování šroubu
Šrouby musí vydržet zatížení, jako je napětí, smyk a dopad během provozu, a některé musí také odolat tvrdým prostředím, jako je koroze a vysoké teploty. Hlavním cílem tepelného ošetření je dosáhnout rovnováhy mezi silou a houževnatostí, kterou lze rozdělit do tří hlavních kategorií:
Vylepšení výkonu (nejdůležitější cíl): Úpravou vnitřní struktury (jako je formování martenzitu nebo sorbitu) se zvyšuje pevnost v tahu, výnosová síla a tvrdost šroubu, což zabraňuje plastické deformaci nebo zlomenině při zatížení. (Typické aplikace zahrnují šrouby automobilového bloku motoru a šrouby mostu, které musí vydržet vysoké zatížení bez deformace.)
Uvolnit vnitřní stres: Po studeném směru (formování) a obrábění zůstává zbytkové napětí uvnitř šroubu, což může snadno vést k praskání nebo rozměrové deformaci během následného použití. Tepelné zpracování prostřednictvím procesů, jako je nízkoteplotní temperování a napětí na stres, může uvolnit tato vnitřní napětí a zajistit rozměrovou stabilitu. (Typický případ použití: mikro šrouby používané v přesných nástrojích vyžadují extrémně vysokou přesnost rozměru (např. Tolerance ± 0,01 mm).)
Zlepšení majitelnosti: Některé materiály s vysokou tvrdou cestou (jako je vysoká uhlíková ocel) je obtížné přímo stroj. Žíhání může snížit tvrdost a zvýšit plasticitu, usnadnit směr chladu nebo navlékání. Pro zvýšení síly pak lze použít zhášení a temperování. (Typický případ použití: 45# Ocelové šrouby se před vytvořením žíhají (pro snížení tvrdosti HB180-220), následované zhášením a temperováním po obrábění (pro zvýšení tvrdosti HRC35-40).)
Běžné materiály šroubování a odpovídající procesy tepelného zpracování
Výběr materiálu šroubu určuje trasu tepelného zpracování. Rozdíly ve složení (jako je obsah uhlíku a prvky legací) mezi různými materiály vedou k zcela odlišným charakteristikám fázové transformace a požadavkům na výkon. Následuje kombinace procesů pro tři mainstreamové materiály:
Nízkohlíková ocel Q235, 10# Ocel: Proces tepelného zpracování jádra (karburizační zhášení nízkoteplotního temperování)
Středně uhlíková ocel 45# ocel, 35# ocel: skrz tvrdnutí středně teplotního temperování
Strukturální ocel z slitiny 40cr, 35crmo: zhášení a temperování (zhášení vysokoteplotního temperování)
Martensitická nerezová ocel 410, 420: zhášení nízkoteplotního temperování
Klíčové procesní vazby tepelného zpracování šroubu
Tepelné zpracování šroubu vyžaduje přísnou kontrolu třístupňových parametrů „vytápění - držení - chlazení“, aby nedošlo k defektům, jako je nedostatečná tvrdost, praskání a deformace. Následuje podrobná analýza základního procesu:
Předběžné ošetření: žíhání/normalizace (příprava na následné zpracování nebo konečné tepelné zpracování)
Žíhání: Pomalu zahřejte šroub na 30-50 ° C nad AC3 (hypoeutektoidní ocel) nebo AC1 (hypereutektoidní ocel), držte po určitou dobu a poté pomalu ochlaďte v peci (rychlost chlazení ≤ 50 ° C/h).
Účel: Snižte tvrdost (např. 45# Tvrdost oceli ≤ HB229 po žíhání), uvolněte zpracování napětí a zdokonalujte velikost zrna při přípravě na chladný směr nebo zhášení.
Normalizace: Vytápění na teplotu podobné žíhání, ale držení následované chlazením ve vzduchu (rychlost chlazení rychleji než žíhání).
Účel: Vytvořte jemnější pearlitovou strukturu s mírně vyšší tvrdostí než žíhání (45# ocelová tvrdost HB170-230 po normalizaci). Vhodné pro nekritické šrouby s určitými požadavky na pevnost.
Posílení léčby: Hodnocení zhášení (určuje konečné mechanické vlastnosti šroubu)
(Zhášení) dosahuje vysoké tvrdosti, ale také křehkost: šroub se zahřívá na „austenitizační teplotu“ (např. 840-860 ° C pro 45# oceli, 830-850 ° C pro 40cr ocel), který je držen při této teplotě, aby umožnil mikrostrukturu úplně na austenitu. Rychlé chlazení (např. Voda nebo chlazení oleje) umožňuje austenitu transformovat na martenzitu, což výrazně zvyšuje tvrdost.
(Temperování) Vyvážení tvrdosti a houževnatosti (krok „ladění“ jádra): Vytvářený šroub se znovu zahřívá na „teplotu sub-AC1“ (ne vyšší než 727 ° C, aby se zabránilo austenitizaci), udržovala se při této teplotě a poté se ochladila, zatímco se ubytuje určitým stupněm tvrdosti.
Kalení povrchu: karburizace/nitriding (pro požadavky na vysokou tvrdost povrchu)
U nízkohlíkových ocelových šroubů (jako je 10# ocel), díky jejich nízkému obsahu uhlíku (≤ 0,15%) nemůže plné zhášení dosáhnout vysoké tvrdosti. K zvýšení tvrdosti povrchu je nutná povrchová karburizace při zachování houževnatosti jádra.
Proces karburizace: Šroub je umístěn do karburizační pece (obsahující karburizační činidlo, jako je metan nebo propan) při 900-950 ° C po dobu 2-6 hodin, aby se obsah povrchu uhlíku zvýšil na 0,8%-1,2%. Šroub je poté uhasit a zmírněn při nízké teplotě.
Běžné vady a prevence tepelného zpracování šroubu
Během procesu tepelného zpracování způsobí nesprávné řízení parametrů nebo provozních chyb. Běžné vady a preventivní opatření jsou následující:
Nedostatečná tvrdost
Příčiny: 1. Teplota zhášení příliš nízké; 2. Nedostatek doba držení; 3. Pomalý rychlost chlazení
Preventivní opatření: 1. nastavení teploty zhášení podle specifikací materiálu; 2. Zajistěte dostatečnou dobu držení; 3. Použijte zhášení vody pro nízkouhlíkovou ocel a olejové zhášení pro slitinovou ocel
Zhášení praskání
Příčiny: 1. Nadměrná rychlost vytápění (velký vnitřní a vnější teplotní rozdíl); 2. nadměrná rychlost chlazení; 3. ostré rohy/praskliny v šroubu
Preventivní opatření: 1. pomalé zahřívání (inscenované zahřívání); 2. Použijte zhášení oleje nebo austempering pro slitinovou ocel; 3. Odstraňte ostré rohy během zpracování a předem zkontrolujte povrchové vady
Rozměrová deformace
Příčiny: 1. nerovnoměrné vytápění/chlazení; 2. asymetrický tvar šroubu; 3. nedostatečné temperování
Preventivní opatření: 1. Použijte rovnoměrnou topnou pec a během chlazení otočte šroub; 2. Optimalizujte návrh šroubu (snížit změny tloušťky stěny); 3. Po zhášení okamžitě temperamentní.
Oxidace a dekarburizace
Příčina: Nadměrný vzduch v topné peci, což vede k oxidaci povrchu nebo ztrátě uhlíku.
Preventivní opatření: 1. použijte ochrannou atmosféru pec (dusík/vodík); 2. Před zahříváním naneste antioxidační povlak na povrch šroubu.
