De ce tratamentul la rece al țevilor din oțel fără sudură trebuie să urmeze o secvență strictă?

Tratamentul la rece (uneori numit sub{0}}tratament la zero sau criogenic) este o etapă urmatoare-aplicată după călirea anumitor tipuri de țevi și tuburi din oțel fără sudură - cel mai frecvent oțel aliat, oțel pentru rulmenți și tuburi trasate cu precizie-, unde stabilitatea dimensională pe durata de viață contează mai mult decât pentru țevile structurale obișnuite. Făcut corect, transformă austenita reținută în martensită și ameliorează stresul intern pe care îl lasă în urmă stingerea. Făcută în ordine greșită sau cu un pas sărit, poate lăsa o țeavă care arată bine dimensional pe podea și apoi se fisurează, se deformează sau crește în afara toleranței luni mai târziu în funcționare.

Procesul nu este complicat în concept, darfuncționează doar ca o secvență- fiecare pas există pentru a gestiona stresul creat de pasul anterior. Mai jos vom prezenta metalurgia din spatele motivului pentru care este necesară tratarea la rece, procesul în patru-etape în ordinea în care trebuie să se întâmple și ce să verificați atunci când cumpărați o țeavă care se presupune că a trecut prin aceasta.

Când un oțel călibil este stins, austenita din structura sa se transformă în martensită pe măsură ce materialul se răcește peste o temperatură numită Ms (martensite start). Această transformare continuă pe măsură ce temperatura continuă să scadă, până la o temperatură mai scăzută numită Mf (finisare martensite) - punctul în care transformarea este în esență completă. Problema este căpentru multe oțeluri aliate și pentru rulmenți, Mf se află cu mult sub temperatura camerei. O stingere care se oprește la temperatura camerei (sau este-răcit cu aer înapoi la temperatura camerei) oprește, prin urmare, transformarea parțial, lăsând o parte din austenita originală netransformată. Aceasta esteaustenita retinuta.

Austenita reținută este metastabilă - nu este o fază permanent stabilă, este austenită care pur și simplu nu s-a răcit niciodată suficient pentru a termina transformarea. Lăsat singur, se poate transforma lent în timp în funcțiune, în special sub sarcină, vibrații sau cicluri de temperatură. Deoarece martensita ocupă mai mult volum decât austenita din care se formează, acea transformare lentă se arată cacreșterea dimensională și creșterea tensiunii interne după ce piesa este deja în funcțiune- exact modul de eroare pe care tratamentul la rece trebuie să îl prevină.

Acesta este motivul pentru care tratamentul la rece apare cel mai des petub fără sudură de precizie, piste de rulmenți, componente de măsurare și piese{0}}de oțel pentru scule- aplicații în care o fracțiune de milimetru de derive dimensională după instalarea piesei reprezintă o problemă reală, nu una cosmetică. Nu este aplicat ca o etapă de rutină pe conducta simplă din oțel-carbon sau pe conducta structurală fără sudură, deoarece acele grade nu sunt întărite-în primul rând și pur și simplu nu conțin austenită reținută semnificativă după călire. Dacă un cumpărător este standard de aprovizionareA106sauAPI 5Lconductă fără sudură, tratarea la rece nu este ceva de întrebat; dacă comanda este pentru un tub fără sudură de precizie-măcinat destinat unei carcase de rulment, unei căptușeli de cilindru hidraulic sau unui bloc de măsurare, merită să întrebați dacă procesul furnizorului îl include și cum.

Pasul 1: De ce să pre-înmuiați mai întâi în apă clocotită?

Înainte ca conducta să se apropie de temperatura sub-zero, este mai întâi pusă în apă clocotită și menținută acolo timp deaproximativ 30 de secunde. Acest pas face două lucruri deodată. În primul rând, eaameliorează aproximativ 15% din stresul internrămas de la stresul de stingere inițial - care altfel s-ar stivui peste noul stres pe care tratamentul la rece urmează să îl introducă. În al doilea rând, eastabilizează austenita reținutăîn starea sa actuală înainte ca piesa să fie expusă variației mult mai mari de temperatură care urmează. Omiterea acestui pas nu oprește funcționarea tratamentului la rece, dar elimină un tampon pe care se bazează etapele ulterioare și este una dintre comenzile rapide mai frecvente luate atunci când un magazin încearcă să economisească timpul ciclului.

Pasul 2: De ce tratați în două etape - subzero, apoi criogenic adânc?

Tratamentul la rece în sine se face în două etape de temperatură mai degrabă decât în ​​unul singur. Conducta merge mai întâi la atemperatura convențională sub zero de aproximativ -60 grade C, și numai după aceea se reduce latratament criogenic profund la aproximativ -120 °C. Făcând acest lucru în doi pași, în loc să plonjăm direct la -120 de grade C, există din același motiv pentru care pre-imuierea cu apă clocotită: gestionează rata șocului termic, deoarece o delta-T mare, necontrolată este exact ceea ce tinde să deschidă fisurarea într-o parte deja tensionată{6}.

Cu cât temperatura de tratament este mai mică, cu atât austenita reținută se transformă în martensită- acesta este punctul complet de a ajunge la -120 de grade C, mai degrabă decât de a se opri la -60 de grade C. Dar transformarea nu este niciodată completă. Testarea arată în mod constant căaustenită reținută în proporție de aproximativ 2%.chiar și după un tratament criogenic profund la -120 °C, indiferent de cât timp este prelungit timpul de reținere. Acel reziduu nu este un defect de urmărit până la zero - o cantitate mică și controlată de austenită reținută rămasă în structură acționează ca untampon care absoarbe stresulmai degrabă decât să o transmită direct în martensita din jur, care este unul dintre motivele pentru care specificațiile de tratament criogenic profund vizează o temperatură și un timp de reținere, mai degrabă decât un rezultat de austenită zero-reținut-.

Pasul 3: De ce să reîncălziți în apă caldă înainte de temperare?

Odată ce reținerea criogenică profundă este completă, țeava este scoasă înapoi și încălzităapă caldă, nu lăsat să se egalizeze singur cu aerul ambiental. Acest pas de reîncălzireameliorează aproximativ 40% din stresul introdus de tratamentul la rece în sine- noua martensită formată în timpul stadiilor de criogenizare sub zero și adâncime poartă propriul stres intern, pe lângă orice a rămas din stingerea inițială. Încălzirea treptată în apă gestionează călătoria de întoarcere în același mod în care -apa clocotită pre-a gestionat călătoria în jos: menținând controlată schimbarea temperaturii, mai degrabă decât bruscă.

Pasul 4: De ce trebuie să se întâmple călirea imediat?

Secvența se închide cu temperare șitemperarea trebuie să aibă loc imediat după reîncălzirea-apei calde, nu într-un moment convenabil ulterior în programul de producție. Călirea îndepărtează marea majoritate a stresului de tratament-la rece care rămâne după pasul de-apă caldă și este ceea ce previne de fapt fisurarea întârziată - martensita proaspăt formată din etapele criogenice este tare și fragilă și este cea mai predispusă la fisurare-în fereastra de tratament rece și de călire. O țeavă ținută prea mult în acea fereastră, chiar și la temperatura camerei, prezintă un risc real de a dezvolta micro-fisuri înainte ca temperarea să aibă vreodată șansa de a ameliora stresul care le provoacă.

Făcut corect, acest pas final este cel care oferă beneficiul practic al întregului proces: o parte cudimensiuni finale stabile, nici un stres rezidual care provoacă o distorsiune lentă în funcționare și nici un risc latent de fisurare în structura călită care așteaptă să apară după ce piesa a fost deja expediată.

Fiecare pas din această secvență există pentru a gestiona stresul creat de pasul anterior, motiv pentru care comanda nu este o chestiune de comoditate:

• Sari peste-apa clocotită înainte-înmuiarea, iar etapele de crio{0}}subzero/profunzime pornesc de la un stres intern de bază mai mare, crescând riscul de fisurare în timpul etapelor reci.
• Treceți direct la -120 °C fără etapa intermediară de -60 °C, iar conducta suferă un șoc termic unic mult mai mare, crescând din nou riscul de fisurare în loc să-l scadă.
• Omiteți sau scurtați-reîncălzirea cu apă caldă, iar aproximativ 40% din stresul-tratamentului la rece rămâne blocat în piesa care trece în revenire, lucrând împotriva a ceea ce încearcă să realizeze călirea.
• Întârzierea temperării după reîncălzire, iar piesa se află în starea sa cea mai predispusă la fisuri-mai mult decât este necesar, fără nicio garanție că întârzierea va fi iertatoare.

Un furnizor care comprimă acest lucru într-o singură înmuiere la rece și într-o singură temperare, fără abordarea gradată la ambele capete, poate produce o piesă care trece printr-un control dimensional imediat și prezintă totuși riscul de stres sau fisurare care apare abia mai târziu.

Un lot de tuburi de precizie fără sudură pentru o aplicație de rulmenți a fost tratat la rece-de către un subcontractant care lucrează la un ciclu scurt: o singură pătrundere directă la -120 °C fără o etapă intermediară de -60 °C, urmată de călire a doua zi și nu imediat după reîncălzire. Tuburile au trecut inspecția dimensională la primire. La câteva săptămâni de la utilizare, un subset al lotului a arătat crăparea firului de păr urmărită înapoi la ciclul de tratament comprimat - combinația unui șoc termic unic mai mare în timpul răcirii și o întârziere extinsă înainte de revenire a lăsat stres latent în material pe care inspecția dimensională nu a putut-o detecta. Lotul a fost reluat cu secvența completă în patru etape, iar documentația de proces a furnizorului a fost revizuită pentru a înregistra timpii de reținere și intervalul dintre reîncălzire și revenire pentru fiecare lot în viitor, nu doar dimensiunile finale.

Tratarea la rece este un proces, nu o linie de specificații, iar un certificat de moară care raportează doar duritatea finală sau dimensiunile finale nu vă va spune dacă secvența a fost de fapt respectată. Înainte de a comanda o țeavă sau un tub fără sudură unde tratamentul la rece contează pentru aplicația dvs., merită să cereți:

1. Confirmare că gradul are de fapt nevoie de tratament la rece.Nu toate tipurile de țevi din oțel fără sudură beneficiază de acest proces -, contează pentru oțelurile aliate, pentru rulmenți și pentru scule cu un punct Mf scăzut, nu pentru țevi structurale din carbon simplu sau conducte care nu sunt niciodată întărite-.
2. Timpi și temperaturi de păstrare documentate pentru fiecare etapă, nu doar o notă că s-a efectuat „tratament criogenic”. Întrebați în mod specific dacă procesul a folosit abordarea gradată -60 °C / -120 °C sau o singură înmuiere directă la rece.
3. Diferența dintre reîncălzirea-apei calde și revenirea la temperare.Un furnizor care nu poate declara acest decalaj sau care se temperează cu un program de lot întârziat, mai degrabă decât imediat după reîncălzire, prezintă un risc de fisurare mai mare decât arată certificatul.
4. Datele de testare cu austenită sau microstructură reținute în cazul în care aplicația este sensibilă la aceasta- este de așteptat un nivel rezidual cu o singură cifră inferioară și, în general, este benefic; un nivel rezidual mult mai ridicat sugerează că etapele tratamentului la rece au fost scurtate sau sărite.
5. Dacă etapa de-apă clocotită înainte de-înmuiere face parte din procedura standard a furnizorului, deoarece este unul dintre cei mai simpli pași să scadă în liniște fără ca acesta să apară într-un raport final de inspecție.
6. Trasabilitatea lotului, astfel încât, dacă o problemă dimensională sau de fisurare apare mai târziu, aceasta poate fi urmărită până la ciclul de tratament specific, mai degrabă decât tratată ca un defect de material generic.

Un furnizor care poate răspunde la toate cele șase fără ezitare descrie un proces controlat. Cel care poate indica doar un număr final de duritate descrie un rezultat, nu un proces -, iar pentru țevile fără sudură tratate la rece-, rezultatul din prima zi nu vă spune ce va face piesa la șase luni de funcționare.

Contactați acum