Come componenti core dei collegamenti meccanici, le prestazioni a vite determinano direttamente l'affidabilità e la sicurezza delle attrezzature. Il trattamento termico è un processo critico che modifica la struttura interna delle viti controllando il riscaldamento, l'isolamento e i processi di raffreddamento per ottenere le proprietà meccaniche desiderate (come resistenza, durezza e resistenza). Le viti realizzate con materiali diversi (come acciaio al carbonio, acciaio in lega e acciaio inossidabile) richiedono soluzioni di trattamento termico su misura per soddisfare i requisiti di diverse applicazioni (come automobili, costruzione e aerospaziale).
Lo scopo principale del trattamento del calore a vite
Le viti devono resistere a carichi come tensione, taglio e impatto durante il funzionamento e alcuni devono anche resistere a ambienti duri come corrosione e alte temperature. L'obiettivo principale del trattamento termico è trovare un equilibrio tra forza e tenacità, che può essere classificato in tre categorie principali:
Miglioramento delle prestazioni (l'obiettivo più importante): Modificando la struttura interna (come la formazione di martensite o sorbite), la resistenza alla trazione, la resistenza alla snervamento e la durezza della vite sono aumentate, prevenendo la deformazione plastica o la frattura sotto carico. (Le applicazioni tipiche includono viti a blocco del motore automobilistico e viti di collegamento del ponte, che devono resistere a carichi elevati senza deformazione.)
Alleviare lo stress interno: Dopo l'intestazione fredda (formazione) e la lavorazione, lo stress residuo rimane all'interno della vite, che può facilmente portare a cracking o deformazione dimensionale durante l'uso successivo. Il trattamento termico, attraverso processi come la temperatura a bassa temperatura e la ricottura di sollievo da stress, può rilasciare queste sollecitazioni interne e garantire la stabilità dimensionale. (Caso di utilizzo tipico: le micro viti utilizzate negli strumenti di precisione richiedono una precisione dimensionale estremamente elevata (ad esempio tolleranze di ± 0,01 mm).)
Migliorare la lavorabilità: Alcuni materiali ad alta resistenza (come l'acciaio ad alto contenuto di carbonio) sono difficili da macchiare direttamente. La ricottura può ridurre la durezza e aumentare la plasticità, facilitando l'intestazione fredda o il filo. L'estinzione e il temperamento possono quindi essere utilizzati per aumentare la forza. (Caso di utilizzo tipico: le viti in acciaio 45# vengono ricotti prima della formazione (per ridurre la durezza a HB180-220), seguita da tempra e tempra dopo la lavorazione (per aumentare la durezza a HRC35-40).).
Materiali a vite comuni e processi di trattamento termico corrispondenti
La scelta del materiale a vite determina il percorso del trattamento termico. Le differenze nella composizione (come il contenuto di carbonio ed elementi legati) tra materiali diversi portano a caratteristiche di trasformazione di fase completamente diverse e requisiti di prestazione. Di seguito sono riportate combinazioni di processo per tre materiali tradizionali:
Acciaio a basso contenuto di carbonio Q235, acciaio 10#: processo di trattamento termico core (tempra a bassa temperatura in carburizzazione)
Acciaio a media carbonio 45# acciaio, 35# acciaio: temperamento mediante temperatura media
Acciaio strutturale in lega 40cr, 35 crmo: tempra e tempra (tempra temperatura ad alta temperatura)
Acciaio inossidabile martensitico 410, 420: tempra a bassa temperatura
Chiave Processo Collegamenti del trattamento del calore a vite
Il trattamento del calore a vite richiede un controllo rigoroso dei parametri a tre stadi di "riscaldamento - mantenimento - raffreddamento" per evitare difetti come durezza insufficiente, cracking e deformazione. Quanto segue è un'analisi dettagliata del processo di base:
Pretrattamento: ricottura/normalizzazione (preparazione per il successivo elaborazione o il trattamento termico finale)
Ricottura: scaldare lentamente la vite a 30-50 ° C sopra AC3 (acciaio ipoeutettoide) o AC1 (acciaio ipereutettoide), tenere per un periodo di tempo e quindi raffreddare lentamente nel forno (velocità di raffreddamento ≤ 50 ° C/h).
Scopo: ridurre la durezza (ad es. 45## durezza in acciaio ≤ hb229 dopo ricottura), alleviare le sollecitazioni di elaborazione e perfezionare la dimensione del grano in preparazione per la testa a freddo o la tempra.
Normalizzazione: riscaldamento a una temperatura simile alla ricottura, ma tenendo seguito da raffreddamento in aria (velocità di raffreddamento più veloce della ricottura).
Scopo: produrre una struttura di perle più fine con una durezza leggermente più alta rispetto alla ricottura (durezza in acciaio 45# HB170-230 dopo la normalizzazione). Adatto a viti non critiche con determinati requisiti di resistenza.
Trattamento di rafforzamento: tempra di tempra (determina le proprietà meccaniche finali della vite)
(Tempra) ottiene un'elevata durezza, ma anche fragilità: la vite viene riscaldata alla "temperatura di austenitizzazione" (ad esempio, 840-860 ° C per 45# acciaio, 830-850 ° C per acciaio 40cr), mantenuta a questa temperatura per consentire alla microstruttura di trasformarsi completamente in austnite. Il raffreddamento rapido (ad esempio, il raffreddamento dell'acqua o dell'olio) consente all'austenite di trasformarsi in martensite, aumentando significativamente la durezza.
(Tempering) Equilibrio durezza e tenacità (il nucleo "Tuning" Step): la vite finita viene riscaldata alla "temperatura sub-Ac1" (non superiore a 727 ° C per evitare l'austenitizzazione), tenuto a questa temperatura e poi si è raffreddato per decomporre parzialmente la riduzione.
Indurimento superficiale: carburizzazione/nitriding (per elevati requisiti di durezza superficiale)
Per le viti in acciaio a basse emissioni di carbonio (come 10# acciaio), a causa del loro basso contenuto di carbonio (≤0,15%), il pieno tempra non può ottenere un'elevata durezza. La carburizzazione superficiale è necessaria per aumentare la durezza superficiale mantenendo la tenacità del nucleo.
Processo di carburizzazione: la vite viene posizionata in un forno a carburi (contenente un agente di carburizzazione come metano o propano) a 900-950 ° C per 2-6 ore per aumentare il contenuto di carbonio superficiale allo 0,8%-1,2%. La vite viene quindi spento e temperato a bassa temperatura.
Difetti comuni e prevenzione del trattamento del calore a vite
Durante il processo di trattamento termico, un controllo dei parametri impropri o errori operativi causano la demolizione delle viti. I difetti comuni e le misure preventive sono i seguenti:
Durezza insufficiente
Cause: 1. Temperatura di estinzione troppo bassa; 2. Tempo di mantenimento insufficiente; 3. Tasso di raffreddamento lento
Misure preventive: 1. Set di tempra in base alle specifiche del materiale; 2. Assicurarsi tempo di mantenimento sufficiente; 3. Usa tempra dell'acqua per tempra in acciaio a basso contenuto di carbonio e olio per acciaio in lega
Spegnere il crack
Cause: 1. Tasso di riscaldamento eccessivo (grande differenza di temperatura interna ed esterna); 2. Velocità di raffreddamento eccessiva; 3. Angoli/crepe affilate nella vite
Misure preventive: 1. Riscaldamento lento (riscaldamento in scena); 2. Usa tempra dell'olio o austemperazione per l'acciaio in lega; 3. Rimuovere gli angoli affilati durante la lavorazione e ispezionare in anticipo i difetti di superficie
Deformazione dimensionale
Cause: 1. Riscaldamento/raffreddamento irregolare; 2. Forma della vite asimmetrica; 3. Temperatura insufficiente
Misure preventive: 1. Utilizzare un forno di riscaldamento uniforme e ruotare la vite durante il raffreddamento; 2. Ottimizzare il design della vite (ridurre le variazioni dello spessore della parete); 3. Temperando prontamente dopo l'estinzione.
Ossidazione e decarburizzazione
Causa: aria eccessiva nel forno di riscaldamento, portando all'ossidazione della superficie o alla perdita di carbonio.
Misure preventive: 1. Utilizzare un forno di atmosfera protettiva (azoto/idrogeno); 2. Applicare il rivestimento antiossidazione sulla superficie della vite prima del riscaldamento.
