Le traitement inférieur à zéro des aides en acier d'alliages satisfont la demande de l'exécution

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Alliages et pièces en acier trempé qui résistent à l'usage mécanique et la mise en chauffage sont dans la forte demande pour des industries diverses, de des véhicules à moteur et d'aérospatial, à la métallurgie et à beaucoup d'autres processus de fabrication. La durée de vie prolongée peut être un facteur de conception critique dans des applications de transport. Par exemple, les alliages en acier trempé peuvent réduire des cycles et le temps de panne d'entretien à la fabrication. L'usage prolongé est également important pour outil-et-meurent industrie, où un simple meurt peut être employé pour former des dizaines de millions de pièces injection-moulées ou des dizaines de milliers de pièces en métal.

Le besoin de traitement inférieur à zéro se développera probablement avec la demande des matériaux de haute performance pour des pièces de précision, des outils et un nombre de plus en plus important des pièces et des ensembles en métal. Dans certains cas, ce traitement peut également aider à simplifier la production de la qualité existante, composants de gâcher-acier pour rendre des fabricants plus concurrentiels. Le traitement inférieur à zéro peut également être employé pour améliorer la force et la vie des pièces et des composants en métal non ferreux, y compris les alliages d'aluminium âge-durcis.

Cette technique bien connue et prouvée implique normalement d'abaisser la température entre à -94 et à -166°F (- 70 et -110°C). Cependant, la température peut être encore inférieure abandonné pour améliorer plus loin l'exécution de l'acier ? même aux températures approchant cela de l'azote liquide à -320°F (- 196°C). Ces températures ultra-froides sont particulièrement salutaires pour de hauts aciers alliés tels que des aciers à outils.

Beaucoup de métaux de mineur, y compris le chrome, tungstène, molybdène, titane, niobium, tantale et zirconium, sont employés comme alliages parce qu'ils forment les carbures forts qui augmentent la dureté et la force de l'acier. De tels aciers souvent sont employés pour faire l'acier à acier à coupe rapide et à outils de hot-work.

L'austénite est la phase douce en aciers qui est stabilisée à températures élevées. Par le refroidissement rapide, cette phase peut être convertie en phase martensitique dure, sursaturée avec le carbone. Pour beaucoup d'aciers à outils, la conversion en pleine structure martensitique exige le traitement inférieur à zéro après l'extinction.

Le traitement inférieur à zéro favorise la transformation de l'austénite maintenu à la martensite. Traitement cryogénique avec de l'azote aux températures au-dessous de -184°F (- 120°C) crée des conditions pour la nucléation suivante des carbures très fins en plus hauts aciers alliés. L'exécution matérielle souvent peut être encore améliorée avec encore les températures plus froides.

Le schéma 1 montre le de bas niveau de l'austénite maintenu après traitement thermique et extinction et après traitement cryogénique à -297°F (- 183°C). Le schéma 1 compare des échantillons soumis à un traitement thermique aux deux températures austenitizing différentes. Un volume beaucoup inférieur d'austénite maintenu a été réalisé dans l'échantillon qui était soumis à un traitement thermique un plein 144°F (80°C) refroidisseur que le 2012°F (1100°C) échantillon. Les résultats après cryotreatment étaient également plus stables.

L'austénite a une structure (FCC) cubique face au centre qui change en (BCT) structure cristalline tétragonale body-centered (martensite) avec le gâchage. C'est une transformation sans diffusion cette des résultats dans une remise en ordre rapide des positions atomiques. Les cristaux de martensite sont aciculaires, et la contrainte de cisaillement détermine la forme des plats. Le gâchage permet au carbone sursaturé de former des carbures de transition, qui soulage micro-soumet à une contrainte dans la matrice martensitique et empêche la fissuration de la cloison.

Le traitement inférieur à zéro offre un niveau important de commande comparé à le durcissement par trempe. Tandis qu'il est possible de convertir l'austénite maintenu dans un acier à outils en martensite par le multiple gâchant des étapes, des traitements inférieurs à zéro dans le -130 à -238°F (- 90 à -150°C) gamme peuvent réduire le nombre de trempes (le schéma 2). Ceci peut représenter des économies d'un temps significatif et dans le processus durcissant.

Quand la martensite suit un traitement inférieur à zéro profond, les dislocations forment des emplacements de nucléation où le précipité fin de carbures après l'acier est gâché. La formation des carbures logiques de transition dans tout le résultat en acier trempé de bidon dans des améliorations significatives de la vie d'usage (tableau 1).

Le tableau 2 montre des améliorations de l'outil-vie utilisant le traitement inférieur à zéro pour différents types d'outillage. Le progressif meurt, par exemple, a réalisé un rapport amélioré d'usage de 6.25 fois, avec une vie moyenne de 250.000 coups après que traitement inférieur à zéro contre 40.000 coups avant ce traitement.

Certains composants durcis de précision-acier tels que des vitesses, des roulements et des rouleaux sont sujets à des efforts mécaniques élevés durant toute leur durée de vie. Dans des conditions de fonctionnement, les petits changements dimensionnels du composant peuvent se produire avec le temps, et ceux-ci peuvent être critiques à l'exécution des parties avec des tolérances extrêmement précises. Les traitements inférieurs à zéro profonds peuvent aider à éliminer une cause de telles déformations au départ pour améliorer considérablement la stabilité dimensionnelle. À la température ambiante, l'austénite maintenu est instable et se décompose lentement avec le temps. Le traitement inférieur à zéro peut transformer pratiquement n'importe quel austénite maintenu actuel dans la microstructure à la martensite.

Selon l'alliage, froid-traitant des conditions et des buts désirés de conception, le gâchage répété peut ne pas être nécessaire pour produire une structure entièrement stable prête pour l'usinage. Cependant, quand des tolérances de précision sont exigées, des cycles multiples du traitement froid et le gâchage peuvent être exigés pour réaliser les niveaux les plus élevés de la stabilité microstructurale.

Le traitement froid est appliqué après l'extinction et avant le gâchage. L'étape de transformation finale doit toujours être un trempe pour transformer n'importe quelle martensite récemment formée et non trempée. Le traitement froid change l'austénite maintenu en structure martensitique, qui, lors du réchauffage, a comme conséquence la précipitation d'une distribution plus fine des carbures.

Le traitement froid dans le -94 à -184°F (- 70 à -120°C) gamme, et typiquement à un plus grand effet, cryogénique (en-dessous de -184°F) ou de traitement cryogénique profond (- 310°F [- 190°C]) peut de manière significative améliorer l'exécution matérielle. Le tableau 1 compare les pour cent augmentent dans la résistance à l'usure après le traitement froid à environ -112°F (- 80°C) et après traitement cryogénique profond à -310°F sur plusieurs types d'alliages en acier : l'acier à haut carbone/chrome (D2), l'acier à coupe rapide de tungstène (T1), huile-a durci froid-travaillent meurent l'acier (O1) et l'acier de roulement (52100). Quelques alliages répondent mieux que d'autres et aux différentes températures de traitement. Pour un autre acier de tungstène à grande vitesse (T2), l'amélioration de pourcentage après que traitement froid à -110°F (- 79°C) était seulement environ la moitié celui de l'acier T1. Les températures froides de traitement peuvent être réalisées par des méthodes de refroidissement directes ou indirectes. L'azote liquide (LIN) est employé dans les deux processus directs et indirects de traitement. Dans la méthode de refroidissement indirecte, le cryogen refroidit un réfrigérant utilisé pour un congélateur mécanique. Cependant, le refroidissement direct est le moyen le plus efficace de réaliser les températures cryogéniques cryogéniques et profondes plus basses de traitement pour le traitement commandé de l'acier froid-durci, et LIN peut fournir les températures beaucoup plus froides.

Dans le refroidissement direct, quand l'azote est déchargé dans un congélateur froid de chambre ou de tunnel de traitement à la pression normale, le gaz cryogénique de circulation entre en contact direct avec les composants en acier et enlève la température (BTUs) directement de la partie aussi bien que de l'atmosphère environnante.

Le traitement cryogénique et les processus cryogéniques profonds de traitement emploient les temps d'entreposage qui dépendent de la composition du matériel et de la pièce ? la masse et forme de s. La microstructure est essentiellement placée quand la température dans toute la pièce est uniforme. Ceci signifie que de plus petites pièces peuvent être traitées plus rapidement, souvent avec des temps d'entreposage de juste 1 à 2 heures. De plus grands ou plus épais composants peuvent exiger 4 à 6 heures ou plus.

Les facteurs nombreux effectuent comment les traitements inférieurs à zéro (froid, cryo et traitement profond de cryo) affectent un alliage en métal. Traitant factorise comme le temps, le profil de température, nombre de répétitions et le gâchage de la pratique, en même temps que des paramètres matériels tels que la composition antérieure en traitement thermique et en alliage changera les résultats finaux.

Les métaux augmentent si heated et contrat lors du refroidissement. L'ajustage de précision cryogénique de rétrécissement est une technique commode pour assembler des pièces quand les tolérances entre les morceaux sont très étroites ou il y a un ajustage avec serrage (tolérances négatives). Généralement, une part est refroidie afin de diminuer ses dimensions. Elle est alors assemblée avec l'autre partie et permise de chauffer à la température ambiante. Quand elle vient à la température ambiante, elle revient à sa dimension et équiper initiaux de l'autre composant.

Les congélateurs cryogéniques pour le traitement inférieur à zéro des pièces et des composants en métal viennent dans beaucoup de tailles et de configurations pour répondre à des exigences variables de production. En outre, l'équipement est disponible pour adapter au groupe ou au traitement en continu. Les dispositifs de commande et de sûreté diffèrent, mais ce qui suit récapitule les quatre configurations principales machinées pour les températures de traitement au moins à -166°F (- 110°C).