Что такое термообработка металла: Для чего нужна термообработка? – ООО «НОРД-Инжиниринг»

alexxlab | 04.02.2023 | 0 | Разное

Термообработка металлов и сплавов | Блог о металлообработке

Термическая обработка (ТО) металлов и сплавов представляет собой технологический процесс, в ходе которого происходит их нагрев и последующее охлаждение с определенной скоростью. При этом меняются физические свойства материалов без изменения их химического состава.

Виды термообработки и применяемое оборудование подбираются исходя из производственных целей, марки металла или сплава, толщины и конфигурации изделий. Теоретической основой ТО металлов является диаграмма фазового равновесия (состояния) «железо-углерод».

Цель проведения термообработки металлов

Целью проведения ТО является придание металлическим заготовкам, образцам либо деталям определенной прочности, твердости, вязкости, износостойкости, упругости, обрабатываемости. Выделяют несколько основных способов термообработки сталей:

• объемная;

• поверхностная;

• электротермическая;

• химико-термическая;

• термомеханическая.

Объемная термообработка приводит к микроструктурным изменениям по всему объему металлических изделий. К основным видам объемной термообработки относятся: закалка, отжиг, отпуск, нормализация.

Поверхностная ТО вызывает изменения только в относительно небольшом, поверхностном слое заготовки или детали.

Технология электротермической обработки металлов предполагает использование для повышения их температуры индукционного тока высокой частоты. Реализуется данный метод либо контактным нагревом, либо с использованием специальных электропечей.

При химико-термических способах обработки сталей и сплавов используются вещества (углерод, азот, хром, алюминий и т.д.), способствующие качественному изменению как состава, так и структуры поверхностного слоя детали или заготовки.

Целью термомеханической обработки металлических деталей является их упрочнение при сохранении необходимых показателей пластичности. Она часто используется в прокатном производстве для обработки труб, пружин, штанг, рессорных полос.

Виды термообработки металлов

Существует несколько технологий по термической обработке металлов и металлических сплавов. Выбор зависит от исходного материала и требуемого результата.

Отжиг

Отжиг является технологической операцией позволяющей добиться нормализации структуры в металлических образцах которые получены технологией ковки, литья, сварки. Процесс обычно включает в себя три этапа:

Различают отжиг первого и второго рода.

Нормализация

Нормализация представляет собой процесс нагревания деталей и заготовок до критических точек, термической выдержки и охлаждения на воздухе. Она часто применяется для горячекатаных изделий. В результате нормализации металлов и сплавов увеличивается их механическая прочность, вязкость, сопротивление излому, технологическая обрабатываемость.

Закалка

Производственный процесс закалки состоит из этапа нагрева заготовок выше критических точек, термовыдержки и быстрого охлаждения, как правило, в воде либо масляной ванной. Чаще всего закалке подвергаются углеродистые и легированные стали. Преобразования в структуре металла вызванные закалкой могут приводить к изменениям механических (твердость, ударная вязкость), физических (электросопротивление, магнитные характеристики) и химических (коррозиестойкость, химсостав) параметров.

Отпуск

Отпуск является операцией часто используемой после закалки металлических деталей. Он позволяет снизить жесткость и хрупкость стали путем увеличения ударной вязкости. Отпуск также используется для снятия внутренних напряжений в ответственных деталях используемых в различных машинах и механизмах.

Различают низкий, средний и высокий отпуск. Охлаждение деталей при отпуске может происходить как на воздухе, так и в масле.

Старение

Различные режимы термообработки металла могут приводить к изменению одних, и приданию других (необходимых) свойств.

Старение, или дисперсионное твердение, является одним из видов заключительной термической обработки. Оно может проводится для различных марок чугуна, сталей, цветных металлов, сплавов.

Результатом искусственного старения металла или сплава обычно является увеличение прочности и твердости детали при снижении показателей вязкости и пластичности.

Термообработка токами высокой частоты

Процесс термообработки сталей и сплавов с применением ТВЧ основывается на их индукционном нагреве под воздействием электрического тока. При закалке изделий с использованием ТВЧ оборудования удается добиться высокой производительности, максимальной автоматизации процесса, точности регулирования обрабатываемого слоя. 

Какие материалы подвергаются термообработке

Процесс термообработки применяется для низко- и высокоуглеродистых, легированных, жаростойких (хромоникелевых), конструкционных, инструментальных, специальных сталей.

С целью устранения негативных эффектов, вызванных различными видами сварки также производится термообработка сварных соединений деталей машин, труб, коллекторов.

какие бывают способы и технологии для стали

Содержание

• 1 Основные виды термической обработки
• 2 Отжиг металлов в печи
• 3 Технология закалки
• 4 Отпуск и старение сплавов
• 5 Криогенное воздействие
• 6 Термомеханическое воздействие
• 7 Химическая обработка
• 8 Цветные сплавы

Термообработка — основополагающий химический процесс, проводимый при работе со сплавами. В черной и цветной металлургии методика берется за основу и имеет огромное количество различных вариаций. От правильного проведения операции зависят химические, технические и механические свойства металла. Все виды термообработки стали подразделяются на определённые группы, что позволяет подбирать рациональные вариации.

Основные виды термической обработки

На промышленных предприятиях все процессы автоматизированы и человек принимает в них лишь косвенное участие. Все технологии практически идентичные, но имеют отличия по условиям температуры и другим факторам. В первую очередь сплав нагревается до определённой температуры, далее его выдерживают в этих температурных режимах. На последнем этапе происходит моментальное охлаждение. Таким образом, термообработанная сталь будет иметь уникальные технические характеристики. Основные типы технологий:

1. Термическое воздействие включает в себя закалку, старение, отпуск, криогенный нагрев.
2. Термомеханические методики. Сопровождаются не только нагревом, но и механическими воздействиями.
3. Термохимические технологии. После воздействия температурой происходит обработка различными типами жидкостей или газов, что может упрочнять сплав.

Любой способ подразумевает под собой получение требуемых условий, поэтому в случае возникновения сложностей вторичная обработка будет неприемлемой. Каждая технология по-своему уникальна, но при этом основывается на нагревании металлов.

Поэтому требуется более основательно разобраться с различиями и другими факторами. Это позволит получить более конкретную информацию обо всех интересующих аспектах.

Отжиг металлов в печи

Стандартная методика, при которой заготовки отправляют в печь и нагревают. В дальнейшем остывание происходит не в отдельных камерах, а в той же печи. Таким образом, начинается естественный процесс остывания за счет температуры окружающей среды. Если рассматривать виды термообработки металлов, то представленная технология — одна из самых простых. Технология позволяет получить следующие свойства:

1. Уменьшается твердость, в дальнейшем легко перерабатывать сплавы.
2. Повышается зернистость структуры.
3. Исчезают неоднородные сегменты.
4. Исчезает внутреннее напряжение.

В настоящее время представленная технология реализуется в нескольких разнообразных вариациях. Как указывает технологический справочник, для различных нужд создаются оптимальные условия. На промышленных предприятиях данные работы должны проводиться в специальных печах. Сегодня отжиг стальных заготовок применяется для получения высококачественной стали.

Такие методики очень важны для промышленности и развития индустрии в этом сегменте.

Технология закалки

Один из самых распространённых методов термической обработки — это закалка. Технология представляет собой термические манипуляции с металлами и нагрев их до критических температур. Результатом технологии становится повышение пластичности и прочности сплавов. Отличием закалки от отжига является довольно быстрое охлаждение. Для этих целей применяются ванны с водой, что в значительной степени ускоряет процессы. С технической точки зрения это уникальная методика. Существует несколько основных разновидностей закалки:

1. Технология, где используют только один тип жидкости для охлаждения.
2. Прерывистая методика. Сначала металл нагревают до критического показателя и опускают в воду. После остывания до температуры 300 градусов оставляют на воздухе или в масле.
3. Ступенчатая. В этом случае применяется методика охлаждения в воде, потом в специальных солях и на последнем этапе оставляют остывать на воздухе.
   Таким образом, на каждом этапе металл приобретает более уникальные технические характеристики.
4. Изотермическая — практически идентична ступенчатой закалке.
5. Частичная закалка. Охлаждение происходит только по краям металла, в середине он остается горячим. Такая методика применяется при изготовлении отбойных инструментов, так как сплав получается вязким в середине и прочным по краям.

Технология закалки очень часто используется в кузницах как основной метод термообработки. Его эффективность подтверждается многими годами использования и указывает на невероятные преимущества. В настоящее время на каждом этапе технологического процесса нужно контролировать показатели. Это позволит получить металл с требуемыми характеристиками.

Отпуск и старение сплавов

Если нет информации о том, какая обработка стальных изделий характеризуется улучшением технических показателей, то можно выбрать любую методику. Все связано с тем, что каждая технология имеет определённые преимущества и достоинства. Отпуск — это методика, используемая на последнем этапе обработки металлов, таким образом, за счет нее придаются различные физические свойства конечного формата. Для этого металлическую деталь нагревают до температуры, которая должна быть ниже критической, и проводят охлаждения. В настоящее время известно несколько основных типов отпуска:

• высокий;
• средний;
• низкий.

Процесс старения применяется для обработки чугуна и различных типов цветных металлов. Технология очень распространена, так как позволяет увеличивать пределы текучести и прочности металлов. Проводят старение после отжига при нормальной температуре, это позволяет добиться требуемого эффекта без каких-либо сторонних технологий.

Особенность любого типа термической обработки заключается в профессионализме исполнителей. У каждого специалиста, работающего с металлом, есть свои секреты, которые он применяет на практике. Удается получать металл с уникальными техническими характеристиками. В заводских условиях нужно придерживаться технического регламента, поэтому металл всегда одинакового формата, это иногда является большой проблемой. Технические стандарты остаются постоянными.

Криогенное воздействие

В настоящее время техника и технология постоянно развиваются, появляются новые варианты воздействий на сплавы. Сегодня можно использовать не только высокие температуры, но и низкие. То есть холод также улучшает качество материалов. Существуют специальные криогенные камеры, в которых и проводятся технологические процедуры. Температура, при которой находятся детали и заготовки, равна -196 градусов Цельсия. Преимущество технологии заключается в том, что не требуется повторная обработка.

Конечно же, технология не всегда бывает подходящей и имеет множество различных нюансов. Рекомендуется пользоваться технологическими регламентами, что позволит в значительной степени повысить качество продукта. Также при такой обработке в значительной степени снижаются затраты. Достаточно использовать холодильник, при высоких температурах нужны сторонние ресурсы на разогрев печи и так далее.

Термомеханическое воздействие

Из всех перечисленных технологий представленная методика в промышленных масштабах используется уже давно. Суть заключается в предварительном нагревании металла до пластичного состояния и в дальнейшем механическом воздействии. Термомеханическая обработка может быть нескольких видов:

1. Низкотемпературная обработка. Ее отличие заключается в том, что металл нагревается до аустенитного состояния. Технология включает в себя пластическую деформацию, закалку и отпуск. Все делается в соответствии с техническим регламентом.
2. Высокотемпературная обработка. Металл нагревается до мартенситного состояния, проводится пластическая деформация.
3. Предварительная обработка.

Выбрать нужный метод позволяют практика и те цели, которые вы преследуете. С технологической точки зрения каждый метод любого типа термической обработки подходит только для определённых металлов и сплавов. Именно этим фактором обусловлено разнообразие. То есть ни в коем случае нельзя подвергать сталь воздействию определенного типа, если оно не подходит. Это приведет к ухудшению качества материалов.

Химическая обработка

Химические реакции с металлами в совокупности с термическими воздействием приводят к повышению износостойкости, устойчивости к воздействию кислот и щелочей. В настоящее время существуют специализированные промышленные условия для проведения большого количества процессов. Важно различать методики и использовать их в нужный момент. Типы термохимических реакций:

1. Цианирование — металл подвергают одновременному воздействию углерода и азота. Основа методики заключается в насыщении сплава данными элементами.
2. Азотирование — технология, позволяющая повысить коррозионную устойчивость металлов до максимальных показателей, также повышается прочность. Для этого сплавы погружают в азотную среду.
3. Диффузионная металлизация — очень сложная технология, но схожая с предыдущими. Благодаря ее проведению металл становится более прочным, износостойким и не подвергается воздействию агрессивных средств. Для этого поверхность сплавов обрабатывают бромом, хромом, алюминием.
4. Цементация — методика, повышающая прочность металла. Для этого используют углерод, который в газовом состоянии непрерывно подается на металл в печи.

В каждом отдельном случае важно соблюдать все правила технологического сопровождения. Сплав при неправильном воздействии может потерять свои технические характеристики и будет отправлен на дополнительную переплавку. В таких ситуациях используются контрольно-измерительные приборы, исключающие нарушение технологии.

Цветные сплавы

Каждый отдельный цветной металл или сплав отличается от других физическими и химическими свойствами, что не скажешь о черных металлах. Поэтому рекомендуется для каждого отдельного случая подбирать свои методики, чтобы не потерять качество. Рекристализационный отжиг проводится для меди, что в значительной степени повышает качество, и происходит термоупрочнение. Различают такие особенности:

1. Латунь ни в коем случае нельзя сильно нагревать, предел — 250−300 градусов Цельсия. При неправильной обработке либо высоких температурах происходит растрескивание структуры.
2. Бронзу нужно гомогенизировать и в последующем нагревать до 600 градусов Цельсия.
3. Магний можно обрабатывать различными методами: старение, отжиг и так далее.
4. Титановые сплавы можно закаливать, отжигать, подвергать старению, цементации.

В настоящее время существуют специальные справочники и технические пособия, позволяющие подбирать соответствующие методики для повышения технических свойств металлов. Специалисты, работающие на промышленных предприятиях, действуют по заранее заложенным планам и техническим документам. Таким образом, каждая методика по-своему уникальна и делает металлы и сплавы более качественными и подходящими для технических и промышленных нужд.

Промышленные компании применяют практически все существующие методы, что дает возможность получить сплавы различного формата. Очень важно придерживаться регламентов и стандартов ГОСТ. Каждая рассмотренная термическая обработка имеет свои стандарты и технические нормативы. Любое отклонение приведет к получению некачественного материала, и, следовательно, будет брак.

Услуги по термообработке металлов | Technox Machine & Manufacturing Inc.

Термическая обработка — это процесс, при котором металл нагревается или охлаждается в строго контролируемой среде для управления физическими свойствами, такими как его ковкость, долговечность, технологичность, твердость и прочность. Термически обработанные металлы необходимы во многих отраслях, включая аэрокосмическую, автомобильную, компьютерную и тяжелую промышленность. Термическая обработка металлических деталей (таких как винты или кронштейны двигателя) создает ценность за счет повышения их универсальности и применимости.

Термическая обработка представляет собой трехэтапный процесс . Сначала металл нагревают до определенной температуры, необходимой для достижения желаемого изменения. Далее температуру поддерживают до тех пор, пока металл не будет равномерно прогрет. Затем источник тепла удаляют, позволяя металлу полностью остыть.

Сталь является наиболее распространенным термообработанным металлом, но этот процесс выполняется на других материалах :

• Алюминий
• Латунь
• Бронза
• Чугун
• Медь
• Хастеллой
• Инконель
• Никель
• Пластик
• Нержавеющая сталь

---

---

Общие проблемы термообработки

При неправильной термической обработке металлов этот процесс может ослабить или повредить металл. Большинство общих проблем можно избежать с помощью надлежащей закалки, надлежащего отпуска, вакуумных печей и расплавленных солей.

. Хрупкость

Металлы, подвергшиеся неправильной термической обработке, могут стать хрупкими, что делает их более склонными к поломке и образованию осколков. Хрупкость возникает из-за того, что было применено слишком много тепла или тепло было применено неправильно. Чтобы избежать хрупкости, металл отпускают в течение более короткого промежутка времени или при более низкой температуре.

. Деформация

Коробление и другие деформации могут возникать из-за неравномерной или нерегулируемой температуры при термообработке или из-за того, что сам металл был неправильно подготовлен и не подходит для термообработки. Вы можете избежать коробления, проверяя качество металла перед началом процесса и правильно повышая, поддерживая и понижая температуру металла во время термообработки.

. Охлаждение переломов

Трещины при охлаждении чаще всего вызываются быстрым охлаждением металла. Во избежание изломов при охлаждении все инструменты перед контактом с обрабатываемым металлом прогреваются, а металл не перегревается.

 

---

Типы термической обработки

Четыре основных типа термообработки : закалка/отпуск, снятие напряжения, отжиг и цементация.

. Закалка/отпуск

Обычно выполняемая на хрупких металлах, таких как сталь, закалка и отпуск представляют собой двухэтапный тщательно контролируемый процесс, включающий постепенный нагрев, а затем быстрое охлаждение металла для изменения его прочности, твердости и пластичности, часто повышая твердость до 600 BHN или выше. . При отпуске и закалке металлы нагревают в печи или другом аппарате, а затем обливают маслом или водой для охлаждения. Металлы, подвергнутые закалке и отпуску, используются в тяжелых условиях, таких как ковши тракторов, прицепы, резервуары для хранения и многое другое.

. снятие стресса

Снятие напряжения используется для сведения к минимуму или, если возможно, устранения внутренних напряжений в металлах, которые естественным образом формируют напряжения в процессах механической обработки и резки. Обычно применяемый после черновой обработки, снятие напряжений осуществляется путем нагревания металла в печи (при необходимости с защитным газом для защиты от окисления), выдержки до двух часов, а затем медленного охлаждения на воздухе. Металлы со снятым напряжением можно найти в различных областях, включая столовые приборы, шестерни, инструменты, коленчатые валы и многое другое.

. Отжиг

Отжиг, часто выполняемый после холодной обработки или закалки, в первую очередь используется для снижения твердости металла и повышения его пластичности, улучшения формуемости и обрабатываемости металла, а также для снятия остаточных напряжений. Металлы отжигают, нагревая их в печи или другом аппарате до температуры выше их температуры рекристаллизации (но не выше их точки плавления), а затем охлаждая их с использованием различных методов в зависимости от металла и его предполагаемого использования. Металлы, прошедшие отжиг, можно найти в горнодобывающем оборудовании, огнестрельном оружии, компонентах клапанов и многом другом.

. Цементация

Цементация может быть выполнена с использованием таких методов, как науглероживание (введение углерода в поверхность металла) и азотирование (введение азота в поверхность металла). В обоих методах металл нагревают в вакуумной печи и подвергают воздействию либо углерода, либо атомарного азота. После выдержки металл быстро охлаждают с помощью масла или воды. Металлы, прошедшие поверхностную закалку, можно найти в скобах, сковородах, балках и многом другом.

---

Качественные услуги по термообработке

В Technox Machine & Manufacturing у нас есть механический цех с полным спектром услуг, который готов удовлетворить все ваши потребности в механической обработке. Для получения дополнительной информации об услугах по термообработке свяжитесь с нами или запросите расценки сегодня.

 

 

 

Краткий обзор процессов термической обработки металлов

Стали и другие металлы стали благом для инженеров. Инженеры, в свою очередь, научились улучшать многие металлы и приспосабливать их свойства к поставленной задаче. Вот некоторые из процессов термообработки, на которые полагаются металлурги, чтобы гарантировать, что металлы, которые они получают, обладают свойствами, необходимыми клиентам.

Отжиг. Нагрев и медленное охлаждение металла (обычно стали) для снятия напряжений, размягчения металла, улучшения структуры или изменения его пластичности.

Науглероживание. Добавление углерода к поверхности сплавов на основе железа путем нагревания металла до температуры ниже его точки плавления (обычно 1560 и 1740°F) и помещения его в контакт с твердыми, жидкими или газообразными веществами, богатыми углеродом. Это увеличивает прочность металла и делает поверхность более твердой и устойчивой к истиранию, но также снижает ее ударную вязкость. Науглероживание обычно производится на готовых деталях.

Цементация. Это упрочняет поверхность железного сплава путем сначала науглероживания, а затем закалки, чтобы зафиксировать процесс, так что центр становится относительно мягким. Таким образом, деталь состоит из упрочненного корпуса вокруг мягкого сердечника.

Цианидное отверждение. Это вариант наплавки, при котором поверхность металла контактирует с расплавленной цианидной солью. Затем деталь закаливают.

Обезуглероживание. Это включает удаление углерода с поверхности стали либо путем нагревания, либо посредством обычного процесса старения путем окисления.

Волочение (закалка). Металл повторно нагревают после закалки, затем выдерживают при определенной температуре и, наконец, закаливают. Этот процесс снижает твердость и увеличивает ударную вязкость.

Азотирование. Это процесс закалки, при котором к поверхности металла добавляется азот в результате контакта с газообразным аммиаком. Производит цементацию без закалки.

Дисперсионное твердение. Это процесс закалки (также известный как старение), при котором некоторые металлы выдерживаются при повышенных температурах без закалки.