Операции термообработки: Основные операции термообработки – Помощь рабочему-инструментальщику

alexxlab | 04.03.2023 | 0 | Разное

5.2. Операции термической обработки

Отжигом называется операция термической обработки, связанная с на­гревом стали, выдержкой и медленным охлаждением (с печью). Скорость охлаждения при отжиге угле­родистых сталей должна быть не более 100 – 200°С/ч, легированных – 30 – 40°С/ч. Ее регулируют охлаждением печи с закрытой или открытой двер­цей, с полностью или частично выключенным обогревом.

Отжиг – операция предварительная или промежуточная. Основное назна­чение ее – снятие внутреннего напряжения и улучшение или исправление струк­туры металла (снижение твердости, повышение пластичности, измельчение зерна, устранение ликвации (неоднородности), улучшение обрабатываемости резанием). Различают семь видов отжига.

Рекристаллизационный отжиг (рис. 29, а) применяют для снятия наклепа (после холодной пластической деформации), восстановления пластич­ности и ударной вязкости.

Упрочнение металла под действием холодной пластической деформации называется наклепом, или нагартовкой.

В металле искажается кристаллическая решетка и образуется определенная ориентировка зерен – текстура. Зерна де­формируются, сплющиваются и из равноосных превращаются в неравноосные (в виде лепешки, блина).

Исправление кристаллической решетки в процессе нагрева называется возвратом, или отдыхом. Твердость и прочность металла при возврате несколько понижаются (на 20 – 30 %), а пластичность возрастает. При более высокой тем­пературе происходит рекристаллизация – рост новых равноосных зерен за счет исходных деформированных. После завершения рекристаллизации строение ме­талла и его свойства становятся прежними (которые он имел до деформации).

Рис. 29. Виды отжига стали: а – рекристаллизационный и

низкотемпе­ратурный; б – диффузионный; в – полный;

г – изотермический; д – неполный; е – циклический

Рекристаллизационный отжиг углеродистых и низколегированных сталей проводится при температуре 550 – 700°С с выдержкой после прогрева от 0,5 до 1,5 ч, в зависимости от состава стали.

Низкотемпературный отжиг (рис. 29, а) проводят для снятия внут­реннего остаточного напряжения при температуре 600 – 650°С в течение не­скольких часов. Степень снятия напряжения определяется главным образом тем­пературой нагрева, а не временем выдержки. В результате отжига уменьшается особенно опасное остаточное растягивающее напряжение. Отжиг позволяет повысить внешние нагрузки, снижает склонность к хрупкому разрушению, по­вышает сопротивление усталости, стабилизирует размеры и предотвращает короб­ление изделий.

Низкотемпературному отжигу подвергают отливки, поковки, сварные изделия и детали, в которых из-за неравномерного охлаждения и по другим причинам возникло внутреннее напряжение, которое, если его не уст­ранить, может вызвать коробление и появление трещин.

Гомогенизация (высокотемпературный, или диффузионный отжиг) (рис. 29, б) применяется для устранения дендритной ликвации (неоднородности) в фасонных отливках главным образом из легированных сталей. Ликвация усиливает анизотропию свойств, карбидную неоднородность, снижает относительное удлинение и ударную вязкость.

Для ускорения диффузии и получения однородного (гомогенного) метал­ла производят нагрев до температуры 1100 – 1200°С с выдержкой после нагрева от 8 до 20 ч. В результате такого высокотемпературного нагрева происходит интенсивный рост зерна. Перегрев устраняется дополнительным отжигом на мел­кое зерно.

Диффузионный отжиг увеличивает загрузку печного оборудования и расход топлива, сопровождается большими потерями металла на окалину и яв­ляется малопроизводительной операцией.

Полный отжиг, или отжиг на мелкое зерно (рис. 29, в), проводится только для доэвтектоидных сталей при температуре на 30 – 50°С выше точки А₃. При этом время нагрева и продолжительность выдержки зависят от состава ста­ли, типа нагревательной печи, способа укладки в печь и т. п.

Назначение полного отжига – измельчение зерна, исправление структу­ры, максимальное снижение твердости и повышение пластичности, снятие внутреннего напряжения. При этом отжиге происходит полная фазовая перекри­сталлизация. Медленное охлаждение обеспечивает распад аустенита при малых степенях переохлаждения, получение высокой пластичности и минимальной твердости. Мелкое начальное зерно аустенита способствует получению при ох­лаждении мелкозернистой структуры с равномерным распределением феррита и перлита. Полному отжигу обычно подвергают сортовой прокат, поковки и отливки сложной формы. Эта операция длительная и малопроизводительная.

Изотермический отжиг (рис. 29, г) имеет преимущество перед полным – сокращается время отжига и получается более однородная структура, так как распад аустенита происходит при постоянной температуре во время вы­держки, поэтому полный отжиг часто заменяют изотермическим.

Неполный отжиг (рис. 29, д) используют для снижения твердо­сти стали и улучшения обрабатываемости резанием. Заэвтектоидные стали полному от­жигу с полной перекристаллизацией подвергать нельзя, так как при медленном охлаждении (ниже линии ES) из аустенитного состояния вторичный цементит выделяется по границам зерен в виде сплошной сетки и сталь становится хрупкой.

Заэвтектоидные стали подвергают только неполному отжигу с нагревом до 750 – 770°С (несколько выше А₁), выдерживают для прогрева по сечению и охлаждают. При таком нагреве в аустените остается большое число нерастворивших­ся включений цементита, которые служат центрами кристаллизации при охлаж­дении во время аустенитно-перлитного превращения. В результате образуется структура зернистого перлита, твердость и прочность снижаются, а пластичность значительно увеличивается. Этот отжиг часто называют отжигом на зерни­стый перлит, или сфероидизацией.

Для сокращения времени отжиг на зернистый перлит можно произве­сти с изотермической выдержкой. После нагрева сталь быстро охлаждают до 650 – 680°С и выдерживают 1 – 3 ч. для распада переохлажденного аустенита и сфероидизации карбидов. Последующее охлаждение про­изводят на воздухе. Сталь со структурой зернистого перлита обладает наи­меньшей твердостью, наилучшей обрабатываемостью резанием и менее склонна к перегреву при закалке, поэтому инструментальные стали, как более твердые, должны поставляться со структурой зернистого перлита.

Доэвтектоидные стали отжигают на зернистый перлит для получения максимальной пластичности перед холодной обработкой давлением (штампов­кой, волочением и т. п.). Нагрев при неполном отжиге до более высокой темпе­ратуры (800°С) приводит к получению структуры пластинчатого перлита.

Циклический, или маятниковый, отжиг (рис. 29, е) применяют для полной сфероидизации цементита и сфероидизации карбидной фазы легиро­ванных сталей. Этот вид отжига рекомендуется применять для трудноотжигае­мых высоколегированных сталей. Сталь несколько раз попеременно нагревают выше А₁ на 10 – 15°С и охлаждают ниже А₁ на 10 – 15°С. Количество циклов нагрева и охлаждения зависит от химического состава стали. Пластинка карби­да при каждом нагреве частично растворяется в аустените, а при охлаждении начинает расти. Растворяясь и подрастая, кристалл карбида из пластинчатой принимает зернистую форму – происходит его сфероидизация.

Нормализацией называется операция термической обработки, при которой сталь нагревают до аустенитного состояния, выдерживают и охлажда­ют на воздухе. По сравнению с отжигом она более производительна и экономична.

Нормализация связана с полной перекристаллизацией и у горячекатаной стали измельчает структуру, повышает циклическую прочность, понижает по­рог хладноломкости.

Нормализация как промежуточная обработка аналогична отжигу, ее при­меняют для низкоуглеродистых сталей вместо полного отжига, но она не мо­жет заменить смягчающего отжига для среднеуглеродистых сталей, которые при охлаждении на воздухе имеют большую твердость и прочность. Ее часто ис­пользуют для общего измельчения структуры перед закалкой.

Исправить структуру заэвтектоидной стали можно только нормализацией. Она измельчает зерно, и при ускоренном охлаждении на воздухе цементит вто­ричный не успевает образовать грубую сетку по границам зерен аустенита, а затем – перлита.

Иногда нормализацию используют как окончательную обработку для получения структуры сорбита. Следует отметить, что скорость охлаждения на воздухе зависит от массы изделия и отношения его поверхности к объему. Эти факторы сказываются на структуре и свойствах нормализованной стали.

Закалка стали – основной упрочняющий способ термической обработки кон­струкционных и инструментальных сталей. Закалкой называется термическая операция, связанная с нагревом ста­ли выше температуры фазовых превращений, выдержкой и последующим быстрым охлаждением (в каком-либо охладителе). Цель закалки – придание стали высокой твердости и прочности путем об­разования неравновесных структур: мартенсита или бейнита (игольчатого троостита).

Основными технологическими свойствами при закалке стали являются закаливаемость и прокаливаемость. Закаливаемость – свойство стали приобре­тать высокую твердость в результате закалки. Прокаливаемость – свойство ста­ли воспринимать закалку на определенную глубину от поверхности.

Доэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30 – 50°С выше кри­тической точки А₃, т. е. выше линии GS диаграммы. При таком нагреве исход­ная ферритно-перлитная структура превращается в аустенит, происходит полная перекристаллизация стали.

Охлаждение со скоростью больше критической приводит к мартенситному превращению (А  М). Такая закалка называется полной.

Эвтектоидные и заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке, т. е. нагревают до температуры на 30 – 50°С выше критической точки А₁ (линия PSK диаграммы на рис. 22). Эта температура постоянная, и интервал ее значений будет 760 – 780°С.

Для легированных сталей, содержащих специальные карбиды, температура нагрева под закалку выбирается по справочнику в зависимости от состава стали и намного превышает критические точки.

Скорость охлаждения стали после нагрева и выдержки оказывает ре­шающее влияние на результат закалки. Режим охлаждения должен быть таким, чтобы не возникали большие напряжения, приводящие к короблению изделия и образованию закалочных трещин. Эти напряжения складываются из термиче­ских и структурных.

При закалке углеродистых и некоторых низколегированных сталей в ка­честве охлаждающей среды применяют воду и водные растворы. Холодная во­да – самый дешевый и интенсивный охладитель. К недостаткам воды относится образование «паровой рубашки». Кроме того, с повы­шением температуры воды резко снижается ее охлаждающая способность. Стабильность охлаждающей способности воды достигается при использовании струйного или душевого (спрейерного) охлаждения. Для крупногабаритных из­делий (рельсы, трубы и т. п.) применяется водовоздушная охлаждающая среда – смесь воды с воздухом, подаваемая в камеру под давлением через фор­сунки (водяной туман).

Для легированных сталей при закалке применяют минеральное масло. Оно не изменяет охлаждающей способности при нагреве (20 – 150°С), не обра­зует «паровой рубашки». Перепад температуры между поверхностью и цен­тром изделия при закалке в масле меньше, чем при охлаждении в воде, а следо­вательно, меньше термическое напряжение. Недостатками масла, как охладите­ля, при закалке являются образование пригара на поверхности изделия, потеря с течением времени закаливающей способности (загустевшее масло требует за­мены), легкая возгораемость. Различают четыре основных способа закалки.

Закалка в одном охладителе. Изделия из печи по конвейеру (транспортеру) поступают в закалочный бак с охлаждающей средой, где и находятся до полного охлаждения (рис. 30, а).

Рис. 30. Режимы закалки: а – в одном охладителе; б – прерывистая

в двух охладителях; в – ступенчатая; г – изотермическая

Этот способ применяется для изделий простых форм, изготовленных из углеродистых (охлаждение в воде) и легированных (охлаждение в масле) ста­лей, и является простым и наиболее распространенным способом как в единич­ном, так и в массовом производстве. Недостатком его является то, что в результате большой разницы значений температуры нагретого металла и охлаж­дающей среды в закаленной стали наряду со структурным возникает значительное термическое напряжение, вызывающее коробление детали, появление трещин и других дефектов.

Прерывистая закалка(в двух охладителях). Изделие сначала быстро охлаждают до 400 – 300°С в воде, а затем для окончательного охлаждения переносят в масло – «через воду – в масло». В мартенситном интервале температур сталь охлаждается более медленно, что способствует уменьшению закалочного напряжения (рис. 30, б).

Ступенчатая закалка. Нагретое изделие охлаждается погружением в ванну с температурой зака­лочной среды (расплавленные соли, селитры, щелочи) немного выше темпера­туры начала мартенситного превращения (на 20 – 30°С выше точки М_н) для данной стали. После выдержки, необходимой для выравнивания температуры по сечению, изделие охлаждают на воздухе. Продолжительность выдержки строго контролируется, чтобы не про­изошло промежуточного превращения аустенита (рис. 30, в). Изотермическая выдержка для выравнивания температуры по сечению способствует снижению термического напряжения, а охлаждение на воздухе – структурного. Основное достоинство ступенчатой закалки – получение мартенситной структуры при минимальном закалочном напряжении.

Изотермическая закалка. В отличие от ступенчатой изотермическая закалка обеспечивает образование не мартенситной, а бейнитной структуры. Ее целесообразно применять для деталей из легированных сталей, склонных к короблению и образованию трещин. Так же, как и при ступенчатой закалке, охлаждение проводится в соляных ваннах с температурой выше точки мартенситного превращения М_н(рис. 30, г). Де­тали выдерживают в ванне в течение времени, необходимого для полного рас­пада аустенита. При этом происходит превращение с образованием бейнита (игольчатого троостита). После изотермической выдержки и окончания пре­вращения детали охлаждают на воздухе. Структура стали – бейнит (игольчатый троостит), твер­дость –HRC45 – 55. Повышаются конструктивная прочность (на 25 – 30 %) и ударная вязкость.

Нагрев сталей в жидких средах, не вызывающих окисления, и охлажде­ние в расплавах щелочей позволяют получить без очистки или травления чистую поверхность изделий светло-серого цвета. Такую закалку называют светлой.

Закалка с самоотпуском. Охлаждение изделия, нагретого под закалку, ведут не до полного охлаж­дения и затем извлекают его из охладителя. За счет тепла внутренних слоев верхний охлажденный слой разогревается до 200 – 250°С, в результате чего происхо­дит самоотпуск. Закалку с самоотпуском применяют для деталей ударного слесарного и кузнечного инструмента, который должен иметь достаточно вы­сокую твердость на поверхности и сравнительно вязкую сердцевину. Темпера­туру отпуска определяют по цветам побежалости (цвет слоя окисла поверхно­сти зависит от его толщины). Старый (точнее – древний) способ закалки с са­моотпуском нашел применение в механизированном и автоматизированном производстве.

Отпуск – операция термической обработки, связанная с нагревом зака­ленной стали ниже температуры фазовых превращений, выдержкой и охлаждением. Цель отпуска – снижение или снятие внутреннего напряжения, возник­шего при закалке стали, и получение структуры с заданными свойствами (проч­ностью, твердостью, упругостью, вязкостью и пластичностью).

Закалка и отпуск неразделимы. Отпуск необходимо проводить непосредственно после закалки, так как закалочное напряжение через некоторое время может вызвать появление тре­щин. Кроме того, остаточный аустенит стабилизируется, его устойчивость к от­пуску повышается.

Температура отпуска – самый существенный фактор, который влияет на свойства закаленной стали. Твердость и прочность с повышением температуры отпуска снижаются, а пластичность и вязкость повышаются. Свойства углеродистых сталей в отличие от легированных не зависят от условий охлаждения при от­пуске.

В легированных сталях все процессы отпуска происходят, как правило, в области более высоких температур, так как легирующие элементы замедляют диффузионные процессы. Так, распад мартенсита завершается при температуре 450 – 500°С, а коагуляция специальных карбидов – при 600 – 680°С. При неко­торых условиях отпуска закаленных легированных сталей происходит их «охрупчивание» – потеря пластичности (отпускная хрупкость).

В зависимости от температуры различают несколько видов отпуска.

Низкотемпературный(низкий) отпуск. Температура нагрева – 150 – 200°С, выдержка – 1 – 1,5 ч. Снижается внутреннее напряжение. Мартенсит закалки переходит в мартенсит отпуска. Этот отпуск обеспечивает максимальную твердость стали и некоторое повы­шение прочности и вязкости. Твердость (HRC60 – 64) зависит от содержания углерода в стали. Низкому отпуску подвергают режущий и измерительный ин­струмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали после поверхностной закалки или химико-термической обработки.

Среднетемпературный(средний) отпуск. Температура нагрева – 350 – 500°С (чаще – 380 – 420°С), выдержка – от 1 – 2 до 3 – 8 ч. Значительно снижается внутреннее напряжение, мартенсит за­калки переходит в троостит отпуска. Твердость –HRC40 – 45. Обеспечивается наилучшее сочетание предела упругости с пределом выносливости.Этот отпуск проводят в основном для пружин, рессор, мембран и подобных деталей, а также для штампового инструмента. Охлаждение после отпуска рекомендуется проводить в воде, что способствует образованию на поверхно­сти изделий сжимающего остаточного напряжения, повышающего усталостную прочность.

Высокотемпературный(высокий) отпуск. Температура нагрева – 500 – 680°С, выдержка – от 1 до 8 ч. Полностью сни­мается внутреннее напряжение. Структура стали сорбит отпуска, твердость –HRC25 – 35. Создается наилучшее соотношение проч­ности, пластичности и вязкости стали.Термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, на­зывают улучшением (термическим). Она проводится для деталей (в основном из среднеуглеродистых конструкционных сталей), которые должны обладать повышенной конструктивной прочностью. Сорбит отпуска и троостит отпуска отличаются от сорбита и троостита тем, что в этих структурах кристаллы цементита имеют не пластинчатую, а зернистую форму, что повышает пластичность и вязкость закаленной стали.

Искусственное старение. Закалка приводит к образованию пересыщенного твердого раствора – мартенсита. Всякий пересыщенный раствор неустойчив и будет распадаться с выделением избыточных фаз. Распад пересыщенного твердого раствора связан с фазо­выми, а следовательно, с объемными или линейными изменениями стали. Это вызовет коробление изделий или изменение их размеров в эксплуатации.

Для предупреждения коробления и изменения размеров точных инстру­ментов, деталей станков, распределительных валов и т. п. проводят искусствен­ное старение при температуре 120 – 150°С. Выдержка составляет от 2 до 20 ч. Такой режим позволяет, не снижая твердости закаленной стали, стабилизиро­вать структуру за счет выделения углерода в виде дисперсных карбидов.

Библиографический список

1. КузьминБ. А. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы / Б. А.Кузьмин, А. И.Самохоцкий, Т. Н.Кузнецова. М.: Высшая школа, 1977.

2. Гуляев А. П. Металловедение / А. П.Гуляев. М.: Металлургия, 1977.

3. БерлинВ. И. Транспортное материаловедение / В. И.Берлин, Б. В.Захаров, П. А.Мельниченко. М.: Транспорт, 1982.

4. ЛахтинЮ. М. Металловедение и термическая обработка металлов / Ю. М.Лахтин. М.: Металлургия, 1984.

5. Материаловедение / Под ред. Б. Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1986.

6. ТравинО. В. Материаловедение / О. В.Травин, Н. Т.Травина. М.: Металлургия, 1989.

7. МозбергР. К. Материаловедение / Р. К.Мозберг. М.: Высшая школа, 1991.

8. Металловедение и технология металлов: Учебник для вузов / Г. П. Фетисов, М. Г.Кариман, В. М.Матюнин и др. М.: Высшая школа, 2002.

9. ЗолоторевскийВ. С. Механические испытания и свойства металлов / В. С.Золоторевский.М.: Металлургия, 1974.

Учебное издание

Бычков Георгий Владимирович,

РАЖКОВСКИЙ Александр Алексеевич,

Смольянинов Антон Владимирович

Термическая обработка

Завод «Сибгазстройдеталь» предоставляет услуги по термической обработке соединительных деталей трубопроводов и деталей различного технического назначения с применением современных технологий. Предприятие оснащено оборудованием, позволяющим оказывать услуги по термообработке деталей из углеродистых, низколегированных и коррозионностойких сталей аустенитного класса.

Завод гарантирует соблюдение технологической дисциплины, а также проверку качества проведенных операций термообработки путем обеспечения температурного режима, что подтверждается диаграммами термообработки.

Предприятие обладает следующими термическими мощностями:

1. Печь высокого отпуска №1 с газовым нагревом.
   Рабочие температуры до 650°С. Проводятся операции отпуска. Размеры рабочего пространства печи: длина 5900 мм, ширина 4400 мм, высота 2000 мм.
2. Печь высокого отпуска №2 с газовым нагревом.
   Рабочие температуры до 650°С. Проводятся операции отпуска. Размеры рабочего пространства печи: длина 3900 мм, ширина 2600 мм, высота 1600 мм.
3. Автоматический закалочный комплекс с газовым нагревом.
   Рабочие температуры до 1100°С. Проводятся операции отжига, нормализации, закалки в воду, отпуска. Размеры рабочего пространства печи: длина 1100 мм, ширина 1000мм, высота 600 мм, допустимая масса одной садки 300 кг.
4. Комплекс «Cooperheat 16050»для локальной термообработки сварных соединений с применением гибких керамических электронагревателей. Рабочие температуры до 650°С. Проводятся операции отпуска кольцевых стыковых сварных соединений деталей трубопроводов диаметрами от 219 мм до 630 мм и толщиной до 35 мм.

Отжиг
Отжиг – термическая обработка металла, при которой производится нагревание металла, а затем медленное охлаждение. В процессе отжига достигается однородная зернистая микроструктура материала, происходит растворение микровключений, при охлаждении образуется неравновесная структура мартенситного типа.

Твердость металла снижается, растут пластичность и ударная вязкость, снимается наклеп. При отжиге происходят процессы гомогенизации, отдыха металла и рекристаллизации.

Закалка
Закалка – термическая обработка стали (сплавов), основанная на перекристаллизации стали (сплавов) при нагреве до температуры выше критической; после достаточной выдержки при критической температуре для завершения термической обработки следует быстрое охлаждение.

Нагрев и охлаждение осуществляется с повышенной скоростью в воде, масле или других жидкостях. Происходит увеличение твердости и прочности, ударная вязкость снижается.

Отпуск
Отпуск – термическая обработка стали (сплавов), повышающая вязкость, уменьшающая твердость и хрупкость металла, проводимая после закалки для уменьшения или снятия остаточных напряжений в стали и сплавах или для снижения напряжений после сварки в сварных швах деталей.

В зависимости от требований к изделиям, отпуск проводят при различных температурах:

Низкий отпуск (150÷200 °С)
Применяется для инструментальных сталей, деталей, работающих на истирание, структура – отпущенный мартенсит.

Средний отпуск (300÷500 °С)
Применяется для рессор, пружин, штампов, пил и сверл по дереву, структура – тростит отпуска.

Высокий отпуск (500÷680 °С) или улучшение
Применяется для сварных соединительных деталей трубопроводов и деталей из нержавеющих и прочих легированных сталей для оптимального соотношения прочности и ударной вязкости.

Нормализация
Нормализация – термическая обработка, при которой материал нагревают до температуры закалки, выдерживают при этой температуре, а потом охлаждают на воздухе. Сталь в итоге получается более мелкозернистая, а ударная вязкость, прочность и твердость выше, чем при отжиге.

Термическая обработка | Определение и виды процессов термической обработки

Производственная наука

20 октября 2018 г. 2 января 2023 г. 6 комментариев к записи Термическая обработка | Определение и виды процессов термической обработки

Содержание

Что такое термическая обработка?

Процесс термической обработки представляет собой контролируемый нагрев или охлаждение простой углеродистой или легированной стали. Термическая обработка стали проводится для изменения ее молекулярной структуры с целью получения определенных механических свойств. Этими механическими свойствами могут быть твердость, прочность или пластичность. Различные типы процессов термообработки выполняются для получения различных типов механических свойств.

Примечание: Для термической обработки в железе должно быть некоторое количество углерода.

Существует четыре основных типа процессов термообработки.

Виды процессов термической обработки

1. Отжиг

При отжиге сталь нагревают до температуры, несколько превышающей критическую, с последующим медленным охлаждением.

Отжиг используется для снижения твердости, улучшения структуры зерна и повышения пластичности.

2. Нормализация

Нормализация аналогична отжигу, но при нормализации нагретая сталь охлаждается на воздухе. Нормализация применяется для устранения влияния всех предшествующих процессов термической обработки.

Снимает внутренние напряжения в материале и улучшает структуру зерна. Это также улучшает обрабатываемость материала.

3. Закалка

При закалке сталь нагревают до критической температуры и затем быстро охлаждают в воде или на воздухе.

Закалка используется для повышения твердости и износостойкости. При этом сталь становится хрупкой, а ее пластичность снижается. Для устранения некоторой хрупкости закаленного материала может быть проведен отпуск.

4. Отпуск

Отпуск – это повторный нагрев закаленной детали до температуры ниже диапазона превращения с последующим охлаждением с заданной скоростью.

Отпуск применяют для восстановления пластичности и снижения хрупкости вследствие закалки.

Выбор подходящего процесса термообработки всегда зависит от требуемых свойств стали.

Дефекты процессов термической обработки

• Обезуглероживание

Потеря углерода с поверхности металла из-за длительного нагревания называется обезуглероживанием.

• Перегрев

Нагрев металла в течение длительного времени при высокой температуре приводит к потере пластичности и ударной вязкости материала.

• Окисление

Окисление поверхности металла также является дефектом, который обычно возникает в результате процессов термической обработки. Этого можно избежать, используя инертную атмосферу.

• Мягкие места

Локальное обезуглероживание и образование пузырей в металле приводит к появлению мягких пятен.

• Закалка трещин

Трещины, возникающие на металлических поверхностях из-за более высоких скоростей охлаждения, известны как трещины закалки.

• Деформация

Неравномерный нагрев или охлаждение металла вызывает коробление.

Преимущества различных процессов термической обработки

• Может снизить напряжения в металле, что упрощает его обработку или сварку.
• Может изменять механические свойства металла, что делает его пригодным для дальнейшей обработки.
• Повышает прочность металлов.
• Может сделать металлы более пластичными.
• Может сделать металлы более гибкими.
• Повышает износостойкость (твердость) металлов.
• Может увеличивать или уменьшать хрупкость металлов.
• Может улучшить электрические свойства металлов.
• Может улучшить магнитные свойства металлов.

Читайте также:

Что такое горячая обработка?

Что такое пластмассы, армированные волокном?

Что такое керамика?

Что такое муфта?

Атрибуция избранного изображения: Лоренс Сандерс — Industrial Gears Watteeuw, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=41262166

Процесс термообработки

: этапы, различные типы0014 представляет собой комбинацию операций нагрева и охлаждения, применяемых к стали.

Для улучшения механических свойств стали использовали некоторые легирующие элементы. Однако свойствами стали можно управлять и без добавления других элементов. Это достигается за счет процесса термообработки стали, при котором выполняются контролируемые операции нагрева и охлаждения.

История оружейного и ножовочного ремесел совершенно очевидно, что точный процесс закалки стали путем погружения твердой раскаленной стали в воду (с получением мартенсита) и закалки стали путем отпуска закаленной стали при умеренная температура, были экспериментально известны и использовались в течение тысяч лет. Искусство процесса термической обработки стали должно было быть известно именно людям во многих регионах мира несколько сотен лет назад, потому что изготавливаемые ими стальные предметы, такие как кинжалы, ножи, мечи и т. д., могли выгодно сравниться с лучшее, что может быть произведено с использованием новейших технологий и оборудования.

Содержание

• 1. Что такое процесс термообработки?
• 2. Этапы процесса термообработки
• 3. Различные типы процесса термообработки

Прочитать статью полностью

Что такое процесс термообработки?

Термическая обработка металлов и сплавов проводится с целью повышения их обрабатываемости, снижения внутренних напряжений или улучшения механических свойств. Термическая обработка стали также может значительно изменить свойства углеродистой стали.

Термическая обработка стали направлена ​​на максимальное повышение ее эффективности в суровых условиях эксплуатации. Сталь — превосходный универсальный конструкционный материал, используемый во многих продуктах. Тот факт, что характеристики стали можно контролировать и изменять по желанию (в разумных пределах) путем термической обработки, объясняет значительную часть универсальности стали.

Этапы процесса термообработки

Процесс термообработки состоит из трех основных этапов. Все эти процедуры термической обработки схожи тем, что все они включают нагрев и охлаждение стали. Однако методы различаются с точки зрения используемых температур нагрева, используемых скоростей охлаждения и результатов.

1. Нагрев стали до заданной температуры: Большинство термообработок начинается с нагрева стали до заданной температуры, обычно температуры аустенизации, которая зависит от:

• Состава стали
• Применяется термообработка к стали, такие как отжиг, нормализация, закалка и т. д.

Требуемые качества стали определяют тип используемой термической обработки.

2. Выдержка: Удерживает сталь при определенной минимальной температуре аустенизации без образования зерна. Время выдержки — это кратчайшее время, необходимое для достижения желаемой микроструктуры всего сечения (включая центр) детали, т. е. перехода существовавших ранее фаз в мелкозернистый и однородный аустенит без развития зерна.

3. Охлаждение с заданной скоростью: Скорость охлаждения, установленная для детали, зависит от:

• Термическая обработка сплава, которая фиксируется на основе свойств, которые в конечном итоге приобретет сталь,
• Состав стали и
• Толщина детали.

Различные типы процессов термической обработки

Для улучшения свойств стали используются различные процессы термической обработки в зависимости от температуры, времени нагревания, охлаждения и характера используемых стадий. Ниже приведены пять основных процессов термической обработки стали:

• Отжиг
• Нормализация
• Закалка
• Отпуск
• Цементация

Отжиг

Отжиг – это термическая обработка используемого материала для размягчения стали. Вместе с размягчением будут сняты любые внутренние напряжения.

Содержание углерода определяет примерную температуру нагрева стального образца.

Время замачивания должно быть установлено на 3-4 минуты на мм толщины поперечного сечения материала. Заготовке разрешается остывать внутри печи только после отключения электроэнергии или подачи масла. В результате заготовка остывает относительно медленно. Благодаря развитию зерна этот процесс размягчает материал и повышает его пластичность.

Отжиг – это процесс термической обработки, обычно используемый для:

• снятия внутренних напряжений
• повышения мягкости, пластичности и ударной вязкости
• получения определенной микроструктуры.

Он состоит из трех стадий:

• Стадия I – Нагрев до желаемой температуры
• Стадия II – Выдержка или выдержка при этой температуре
• Стадия III – Охлаждение обычно до комнатной температуры.

Применяется для низко- и среднеуглеродистых сталей, подвергающихся пластической деформации при штамповке.

(a) Полный отжиг

Доэвтектоидная сталь и заэвтектоидная сталь нагреваются выше 50°C верхней и нижней критических линий соответственно. Затем деталь медленно охлаждают в печи. Следовательно, получаются крупные зерна, что приводит к снижению прочности и твердости.

(b) Технологический отжиг

Доэвтектоидная сталь нагревается ниже нижней критической линии. Это снимает напряжения со спины, и микроструктура не меняется. Только для низкоуглеродистой стали.

(c) Spherodise Annealing

Улучшает обрабатываемость средне- и высокоуглеродистой стали. Образец нагревают чуть ниже нижней критической температуры. Карбид в стали переходит в глобулярную форму.

(d) Диффузионный отжиг

Делает химический состав однородным. Далее образец нагревают до 1150°С, выдерживают при этой температуре 6-8 часов и медленно охлаждают в печи.

Нормализация

Нормализация – это вид термической обработки стали, требующий нагрева до тех же температур, которые указаны для отжига (за исключением образцов из высокоуглеродистой стали, которые необходимо нагревать до гораздо более высоких температур, чем рекомендуется для отжига, тем более, что процентное содержание углерода в образце увеличивается), замачивание и, наконец, охлаждение в неподвижном воздухе. Основными целями нормализации являются измельчение зерна и устранение внутренних напряжений.

• Стали, подвергшиеся пластической деформации, например, при прокатке, состоят из зерен перлита и проэвтектоидной фазы, которые имеют неправильную форму, относительно большие и различаются по размеру.
• Нормализация используется для измельчения этих зерен (т. е. для уменьшения среднего размера зерен) и получения более однородного и желательного распределения по размерам.
• Образовавшаяся микроструктура представляет собой мелкозернистый перлит с проэвтектоидной фазой.
• Осуществляется нагревом сплава (от 55°С до 85°С) выше верхней критической температуры; по истечении времени, достаточного для полного превращения сплава в аустенит, обработку заканчивают охлаждением на воздухе. Повышает твердость и прочность сплава, но снижает пластичность стали.

Закалка

Закалка – это термическая обработка стали, осуществляемая путем нагрева (до тех же температур, что и отжиг) и выдержки. Заготовка вынимается из печи и быстро охлаждается в резервуаре с холодной водой или маслом при интенсивном перемешивании в воде/масле. (Этот процесс охлаждения известен как «тушение»). В результате заготовка твердеет. Однако содержание углерода в заготовке должно быть не менее 0,25% для закалки. Следовательно, этот метод не может быть использован для упрочнения низкоуглеродистой стали.

Кроме того, низкоуглеродистая сталь станет значительно более сложной для образцов с содержанием углерода более 0,25%. Результирующая твердость будет выше доли углерода. Закаленные детали становятся очень хрупкими, что является существенным недостатком. Они часто выходят из строя при использовании.

Отпуск

Отпуск – это тип термической обработки стали, который означает снижение твердости при одновременном избавлении от значительной части хрупкости, полученной в процессе закалки. Твердость и хрупкость компенсируются тем, что закаленный компонент хорошо работает с течением времени. Закалка включает в себя нагрев детали из углеродистой стали до температуры от 150° до 600° C (в зависимости от того, насколько необходим компромисс) и охлаждение компонента в масляной или соляной ванне или даже на воздухе.

Сделано:

• Для снятия остаточного напряжения
• Для улучшения гибкости
• Прочность повышена.

(a) Высокотемпературный отпуск (500-700°C)

Полученная структура – ​​сорбит; остаточное напряжение полностью исчезло.

Отпуск мартенсита.

(b) Среднетемпературный отпуск (300-500°C)>

• В результате образуется троостит.
• После отпуска изделие охлаждается до воды, что повышает износостойкость.
• Из-за увеличения предела выносливости используется для изготовления «пружинной и штамповой стали».

(c) Низкотемпературный отпуск (150°C-300°C):

• Время выдержки 1-3 часа.
• Помимо достигнутых свойств при отпуске, этот процесс обеспечивает дополнительную «износостойкость».
• В небольшой степени увеличивает истинную прочность на растяжение и изменение твердости.
• Используется для измерения режущих инструментов. Закалка

  Цементация – это термическая обработка стали, при которой упрочняются только углеродистые стали с содержанием углерода 0,25% или более. Заготовка упаковывается в древесный уголь и нагревается аналогично отжигу в этой технике. В течение нескольких часов его выдерживают при такой высокой температуре. В результате, в зависимости от того, как долго нагревается заготовка, углерод проникает в поверхность на глубину от одного до двух мм.

  • Его основной целью является получение твердых поверхностей с относительно мягким ядром, а твердая поверхность называется корпусом.
  • Твердая поверхность обеспечивает хорошую износостойкость, а хорошая прочность достигается за счет мягкого ядра. Существуют различные виды обработки для придания поверхностной твердости, которые обсуждаются ниже:

  (a) Науглероживание

  • Применяется к низкоуглеродистым сталям с содержанием углерода до 0,18%.
  • Диапазон температур составляет 870-950° C и приводит к образованию аустенитной фазы, имеющей максимальную растворимость углерода.

  (и). Пакет науглероживания:

  • Здесь детали, подлежащие закалке, покрывают науглероживающей смесью, а затем упаковывают в стальной ящик.
  • Нагревается примерно до 870-950°C.
  • Carburizing mixture: 50% charcoal + 20% BaCO ₃ + 5% CaCO ₃ + 5-12% Na ₂ CO ₃

  Pack carburizing

  (ii) . Науглероживание газом

  • Здесь рабочая деталь обрабатывается в атмосфере углеродных и углеводородных газов, таких как CH ₄ , бутан и др.
  • Здесь заготовку нагревают до температуры 950°С и выдерживают в течение 3-12 часов.
    CH ₄ → 2H ₂ + C (атомный)

  (iii). Жидкая цементация

  • Здесь деталь нагревают до 950°C и выдерживают в ванне с расплавленной солью с 20% NaCN, что дает углерод (C) и азот (N).
  • Углерод и небольшое количество азота диффундируют в поверхность при этой температуре.
  • При науглероживании углерод может проникать на глубину до 0,3 мм с получением твердости около (55-65 HRC).

  (б) Азотирование

  • Проводится путем нагрева стали в атмосфере газа NH ₃ .
  • Детали, подлежащие азотированию, помещают в герметичный контейнер. Заготовки нагревают до температуры в диапазоне (500-600°С), при которой NH ₃ диссоциирует на 2NH ₃ → 2N + 3H ₂
  • Этот атомарный азот диффундирует к поверхности, делая корпус закаленный.

  (c) Цианирование

  • Здесь рабочая часть погружается в ванну с расплавленной солью, содержащей цианид натрия (NaCN), которая нагревается до 820-860°C.
  • Обычно за этим следует закалка водой.
  • Цианид состоит из: 20-30% NACN + 25-50% NaCl + 25-50% NA ₂ CO ₃

  (D) Пламена или индикатор. нагревают в индукционной печи, окруженной медными змеевиками, охлаждаемыми водой. Высокочастотный переменный ток проходит через медные катушки и, таким образом, создается переменное магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи на поверхностях.

• Тепло генерируется на поверхности вихревыми токами.
• Поверхность заготовки нагревается в аустенитной области, а затем немедленно закаливается с образованием мартенсита.
• Структура ядра остается неизменной, поскольку на нее не влияет тепло.
• Скорость нагрева 300°/сек для доэвтектоидной стали; в дальнейшем время нагрева минимально (2-50 сек.). Температура закалки зависит от скорости нагрева. Если скорость 500°С/сек, то это 1000°С; если 250°С, то 900°С.
• Процесс заключается в нагреве поверхности высокоуглеродистой стали высокотемпературным газовым пламенем при 2400-3500°С с последующим немедленным охлаждением на воздухе или в воде.
• Кислородно-ацетиленовая горелка обеспечивает тепло. Тепло поступает к поверхности так быстро, что ядро ​​остается незатронутым.
• Толщина упрочненного слоя 2-4 мм, структура его мартенситная.

Часто задаваемые вопросы о процессе термообработки

• Что такое процесс термообработки?

  Процесс термообработки представляет собой комбинацию операций нагрева и охлаждения и применяется к металлу или сплаву в твердом состоянии таким образом, чтобы получить желаемые свойства.

• Какие этапы термической обработки стали?

  При термической обработке стали используются следующие этапы:

  • Этап I — Нагрев стали до заданной температуры
  • Этап II — Выдержка
  • Этап III — Охлаждение с заданной скоростью

• Какие существуют виды термообработки стали?

  Существует 5 различных процессов термической обработки стали, которые перечислены ниже:

  • Отжиг
  • Нормализация
  • Завершение
  • . Обработка
  • Корпус. Утверждение

• Essentive Ormance of Essentient Stiledient Stiledient of Assient Stiledient of Siled of Assured at of Assured at of Assureted of Assured at of Assured at of Assured at at of Sileding of Siled аустенит?

  Основным компонентом любой закаленной стали является мартенсит. Он образуется при быстром распаде аустенита и получается при быстрой закалке углеродистых сталей.

• Для стальных отливок укажите название процесса термической обработки.

  Нормализация используется для улучшения структуры стального литья и поковок, улучшения обрабатываемости и прочности на растяжение, а также снижения напряжений, вызванных процессами холодной обработки, такими как прокатка, ковка, волочение, ковка, гибка и т. д.

• Удаляет ли отжиг стали внутренние напряжения?

  Да, отжиг стали снимает внутренние напряжения. Это один из видов термообработки стали, при котором сталь равномерно нагревается, а затем медленно охлаждается. Он изменяет внутреннее расположение атомов, что снимает внутреннее напряжение.

• Сравните отпуск с отжигом.

  По сравнению с отжигом закалка включает в себя нагрев детали до температуры ниже критической (низкая температура) и последующее охлаждение с помощью воздуха. В результате не сильно теряется твердость, но снижается хрупкость и несколько повышается пластичность.