Термическая и химико термическая обработка металлов: Электрохимическое и химико термическое воздействие на металлы и сплавы с целью их обработки

alexxlab | 08.10.1975 | 0 | Разное

Содержание

Химико-термическая обработка стали, металлов и сплавов: виды, назначение

Существуют различные способы воздействия на сталь с целью придания ей требуемых свойств. Один из комбинированных методов — химико-термическая обработка стали.

Химико-термическая обработка

Общие принципы

Суть данной технологии состоит в преобразовании внешнего слоя материала насыщением. Химико-термическая обработка металлов и сплавов осуществляется путем выдерживания при нагреве обрабатываемых материалов в средах конкретного состава различного фазового состояния. То есть, это совмещение пластической деформации и температурного воздействия.

Это ведет к изменению параметров стали, в чем состоит цель химико-термической обработки. Таким образом, назначение данной технологии — улучшение твердости, износостойкости, коррозионной устойчивости. В сравнении с прочими технологиями химико-термическая обработка выгодно отличается тем, что при значительном росте прочности пластичность снижается не так сильно.
Основные ее параметры — температура и длительность выдержки.

Рассматриваемый процесс включает три этапа:

  • диссоциацию;
  • адсорбцию;
  • диффузию.

Интенсивность диффузии увеличивается в случае формирования растворов внедрения и снижается, если вместо них формируются растворы замещения.

Количество насыщающего элемента определяется притоком его атомов и скоростью диффузии.

На размер диффузионного слоя влияют температура и длительность выдержки. Данные параметры связаны прямой зависимостью. То есть с ростом концентрации насыщающего элемента возрастает толщина слоя, а повышение интенсивности теплового воздействия приводит к ускорению диффузии, следовательно, за тот же промежуток времени она распространится на большую глубину.

Большое значение для протекания процесса диффузии имеет растворимость в материале обрабатываемой детали насыщающего элемента. В данном случае играют роль пограничные слои. Это объясняется тем, что ввиду наличия у границ зерен множества кристаллических дефектов диффузия происходит более интенсивно. Особенно это проявляется в случае малой растворимости насыщающего элемента в материале. При хорошей растворимости это менее заметно. Кроме того, диффузия ускоряется при фазовых превращениях.

Классификация

Химико-термическая обработка стали подразделяется на основе фазового состояния среды насыщения на жидкую, твердую, газовую.

В первом случае диффузия происходит на фрагментах контакта поверхности предмета со средой. Ввиду низкой эффективности данный способ мало распространен. Твердую фазу обычно используют с целью создания жидких или газовых сред.

Химико-термическая операция в жидкости предполагает помещение предмета в расплав соли либо металла.

При газовом методе элемент насыщения формируют реакции диссоциации, диспропорционирования, обмена, восстановления. Наиболее часто в промышленности для создания газовой и активной газовой сред используют нагрев твердых. Удобнее всего проводить работы в чисто газовой среде ввиду быстрого прогрева, легкого регулирования состава, отсутствия необходимости повторного нагрева, возможности автоматизации и механизации.

Как видно, классификация по фазе среды не всегда отражает сущность процесса, поэтому была создана классификация на основе фазы источника насыщения. В соответствии с ней химико-термическая обработка стали подразделена на насыщение из твердой, паровой, жидкой, газовой сред.

Кроме того, химико-термическая технология подразделена по типу изменения состава стали на насыщение неметаллами, металлами, удаление элементов.

По температурному режиму ее классифицируют на высоко- и низкотемпературную. Во втором случае производят нагрев до аустенитного состояния, а в первом — выше и оканчивают отпуском.

Наконец, химико-термическая обработка деталей включает следующие методы, выделяемые на основе технологии выполнения: цементацию, азотирование, металлизацию, нитроцементацию.

Диффузионная металлизация

Это поверхностное насыщение стали металлами.

Возможно проведение в жидкой, твердой, газовой средах. Твердый метод предполагает использование порошков из ферросплавов. Жидкой средой служит расплав металла (алюминий, цинк и т. д.). Газовый метод предполагает использование хлористых металлических соединений.

Металлизация

Металлизация дает тонкий слой. Это объясняется малой интенсивностью диффузии металлов в сравнении с азотом и углеродом, так как вместо растворов внедрения они формируют растворы замещения.

Такая химико-термическая операция производится при 900 — 1200°С. Это дорогостоящий и длительный процесс.

Основное положительное качество — жаростойкость продуктов. Ввиду этого металлизацию применяют для производства предметов для эксплуатационных температур 1000 — 1200°С из углеродистых сталей.

По насыщающим элементам металлизацию подразделяют на алитирование (алюминием), хромирование, борирование, сицилирование (кремнием).

Первая химико-термическая технология придает материалу стойкость к окалине коррозии, однако на поверхности после нее остается алюминий. Алитирование возможно в порошковых смесях либо в расплаве при меньшей температуре. Второй способ быстрее, дешевле и проще.

Хромирование тоже увеличивает стойкость к коррозии и окалине, а также к воздействию кислот и т. д. У высоко- и среднеуглеродистых сталей оно также улучшает износостойкость и твердость. Данная химико-термическая операция в основном производится в порошковых смесях, иногда в вакууме.

Основное назначение борирования состоит в улучшении стойкости к абразивному износу. Распространена электролизная технология с применением расплавов боросодержащих солей. Существует и безэлектролизный метод, предполагающий использование хлористых солей с ферробором или карбидом бора.

Сицилирование увеличивает стойкость к коррозии в соленой воде и кислотах, к износу и окалине некоторых металлов.

Науглероживание (цементация)

Это насыщение поверхности стальных предметов углеродом. Данная операция улучшает твердость, износостойкость, а также выносливость поверхности материала. Нижележащие слои остаются вязкими.

Данная химико-термическая технология подходит для предметов из низкоуглеродистых сталей (0,25%), подверженных контактному износу и переменным нагрузкам.

Предварительно необходима механическая обработка. Не цементируемые участки покрывают слоем меди либо обмазками.

Температурный режим определяется содержанием углерода в стали. Чем оно ниже, тем больше температура. Для адсорбирования углерода и диффузии в любом случае она должна составлять 900 — 950°С и выше.

Цементация стали

Таким образом, путем насыщения поверхности стальных деталей углеродом достигают концентрации данного элемента в верхнем слое 0,8 — 1%. Большие значения ведут к повышению хрупкости.

Цементацию осуществляют в среде, называемой карбюризатором. На основе ее фазы технологию подразделяют на газовую, вакуумную, пастами, в твердой среде, ионную.

При первом способе применяют каменноугольный полукокс, древесный уголь, торфяной кокс. С целью ускорения используют активизаторы и повышают температуру. По завершении материал нормализуют. Ввиду длительности и малой производительности данная химико-термическая технология используется в мелкосерийном выпуске.

Вторая технология предполагает использование суспензий, обмазок либо шликеров.

Газовую среду наиболее часто применяют при цементации ввиду скорости, простоты, возможности автоматизации, механизации и достижения конкретной концентрации углерода. В таком случае используют метан, бензол или керосин.

Более совершенный способ — вакуумная цементация. Это двухступенчатый процесс при пониженном давлении. От прочих методов отличается скоростью, равномерностью и светлой поверхностью слоя, отсутствием внутреннего окисления, лучшими условиями производства, мобильностью оборудования.

Ионный метод подразумевает катодное распыление.

Цементация — промежуточная химико-термическая операция. Далее осуществляют закалку и отпуск, определяющие свойства материала, такие как износостойкость, выносливость при контакте и изгибе, твердость. Главный недостаток — длительность.

Азотирование

Данным термином называют насыщение материала азотом. Этот процесс производят в аммиаке при 480 — 650°С.

С легирующими данный элемент формирует нитриды, характеризующиеся дисперсностью, температурной устойчивостью и твердостью.

Такая технология химико-термической обработки увеличивает твердость, стойкость к коррозии и износу.

Необходима предварительная механическая и термическая обработка для придания окончательных размеров. Не азотируемые фрагменты покрывают оловом либо жидким стеклом.

Обычно используют температурный интервал от 500 до 520°С. Это дает за 24 — 90 ч. 0,5 мм слой. Толщина определяется длительностью, составом материала, температурой.

Азотирование

Азотирование приводит к увеличению обрабатываемых деталей вследствие возрастания объема верхнего слоя. Величина роста напрямую определяется его толщиной и температурным режимом.

При жидком способе применяют цианосодержащие, реже бесцианитные и нейтральные соли. Ионная химико-термическая операция отличается повышенной скоростью.

Азотирование подразделяют по целевым свойствам: им достигается или улучшение устойчивости к коррозии, либо повышение стойкости к износу и твердости.

Цианирование, нитроцементация

Это технология насыщения стали азотом и углеродом. Таким способом обрабатывают стали с количеством углерода 0,3 — 0,4%.

Соотношение между углеродом и азотом определяется температурным режимом. С его ростом возрастает доля углерода. В случае пересыщения обоими элементами слой обретает хрупкость.

На размер слоя влияет длительность выдержки и температура.

Цианирование проводится в жидкой и газовой средах. Первый способ называют также нитроцементацией. Кроме того, по температурному режиму оба типа подразделяют на высоко- и низкотемпературные.

При жидком способе используют соли с цианистым натрием. Основной недостаток — их токсичность. Высокотемпературный вариант отличается от цементации быстротой, большими износостойкостью и твердостью, меньшей деформацией материала. Нитроцементация дешевле и безопаснее.

Нитроцементация стали

Предварительно производят окончательную механическую обработку, а не подлежащие цианированию фрагменты покрывают слоем меди в 18 — 25 мкм толщиной.

Сульфидирование, сульфоцианирование

Это новая химико-термическая технология, направленная на улучшение износостойкости.

Первый метод состоит в насыщении материала серой и азотом путем нагрева в серноазотистых слоях.

Сульфоцианирование подразумевает насыщение углеродом, помимо названных элементов.

Химико-термическая обработка металлов | Термообработка металла

 

Химико-термическая обработка металлов и сплавов заключается в нагреве и выдержке их при высокой температуре в активных средах, в результате чего изменяются химический состав, структура и свойства поверхностных слоев металлов и сплавов. Для создания такой среды используют твердые, жидкие и газообразные вещества, химический состав н свойства которых определяют изменение химического состава поверхностных слоев обрабатываемого металла. В промышленности широко применяют насыщение углеродом, азотом, совместное насыщение азотом и углеродом, хромом, алюминием. Все шире применяют насыщение бором, кремнием, вольфрамом, а также совместное насыщение несколькими элементами.

Химико-термической обработке подвергаются самые различные металлы и сплавы для придания им специальных свойств: усталостной прочности, износо-, коррозийно- и жаростойкости и пр. За счет применения химико-термической обработки дефицитные металлы можно заменять на более дешевые, легируя соответствующим образом их поверхность. Химико-термическая обработка применяется для тугоплавких металлов, металлокерамических конструкционных материалов и твердых сплавов. Ведутся работы по разработке агрегатов для этой обработки. Продолжаются теоретические и экспериментальные исследования для создания научных основ управления процессами, происходящими при химико-термической обработке.

Химико-термическая обработка состоит из следующих стадий:

  1. образование активных веществ в окружающей среде или отдельном реакционном объеме;
  2. транспортировка веществ к поверхности металла, если они возникли в стороне от поверхности насыщаемого металла.
  3. абсорбция активных атомов или молекул поверхностью металла;
  4. отвод продуктов реакции в окружающее пространство;
  5. диффузия.

Абсорбционный процесс

Абсорбционный процесс может включать простую физическую абсорбцию, при которой полнатомиый абсорбционный слой на всей поверхности изделия или в ее активных участках образуется вследствие действия ваи-дер-ваальсовых сил притяжения. Возможна химсорбция с возиикновеиием сильных химических связей между абсорбированными атомами и атомами металлической поверхности.

Условием абсорбции является наличие растворимости и образование химического соединения. Имеются две точки зрения на первичные образования. По первой вначале образуется химическое соединение, а затем идут процессы растворения и диффузии, по второй вначале происходит растворение абсорбирующих атомов, а затем возможно образование химического соединения. Экспериментально наблюдается второй случай.

Ускорение процесса

Для ускорения процессов химико-термической обработки перспективно применение электрического тока (электро-химико- термическая обработка ЭХТО): метод тлеющего разряда, метод цементации с применением ТВЧ, ТПЧ и электроконтактного нагрева.

Это позволяет повысить скорость процессов химико-термической обработки, во много раз сократить время (часто до нескольких минут). Применение ЭХТО позволяет управлять структурой диффузионного слоя, повышать его пластичность и работоспособность. По методу тлеющего разряда электрический ток пропускается через слой частиц проводящих материалов, находящихся в недосжиженном состоянии, и изделие. Применение тлеющего разряда, например при азотировании, приводит к расщеплению молекулы азота. Образовавшиеся атомы азота абсорбируются поверхностью стали. Метод тлеющего -разряда в небольшом размере применяется на практике и при других видах насыщения. Возникновение тлеющего разряда

Происходит при включении тока высокого напряжения (900 - 1100 В) между изделиями, которые служат катодом и крышкой (анодом). При этом в контейнере, где находятся изделия, поддерживается низкое давление (1 - 10 мм рт. ст.). При использовании тлеющего разряда интенсифицируются химические -реакции в окружающей среде, ускоряются процессы абсорбции, хемсорбции, диффузии, изменяются активность и структурное состояние поверхностных слоев металла.

Диффузионное насыщение

Для диффузионного насышения металлов и сплавов применяют порошковый (твердофазный), жидкий (жидкофазный), безэлектролизный, электролизный, газовый (газофазный) методы. Разрабатывают также вакуумный, гальвано-диффузионный, шликерный методы (из паст и суспензий) в кипящем или виброкипящем слое, в тлеющем разряде и другие методы насыщения.

При твердофазном насыщении могут протекать два процесса: а) образование и доставка (перенос) активных атомов, насыщающих элементов через газовую фазу, заполняющую все зазоры между частицами порошковой смеси; б) твердофазная диффузия в местах контакта (плотного соприкосновения) частиц порошковой смеси с насыщаемым металлом. Эффект насыщения зависит от размера частиц насыщающей порошковой смеси и активатора процесса. Скорость насыщения зависит от площади контактной поверхности взаимодействующих составляющих смеси и растет с повышением ее. Толщина слоя увеличивается с уменьшением размеров зерна. Однако, вероятно, значение твердофазной диффузии при насыщении в порошковых смесях мало.

Перспективным методом диффузионного насыщения, особенно многокомпонентного, является электронно-лучевое напыление с последующим диффузионным отжигом Предварительно изготавливаются заготовки из материала, имеющего в своей' составе требуемые для насыщения элементы, затем при помощи электронной пушки напыляют на деталь слой, состоящий из; требуемых компонентов. Деталь с напыленным слоем отжигают для получения заданной глубины слоя.

Похожие материалы

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА | Гурьев

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2015-8-578-582

Аннотация

Аннотация. Исследована возможность повышения износостойкости твердых сплавов, быстрорежущей стали, высокоуглеродистой стали, которые применяются для создания режущего инструмента. Упрочнение проведено методами химико-термической обработки путем комплексного диффузионного насыщения бором и хромом – борохромированием для вольфрам-кобальтового спеченного материала ВК8, а также бором и титаном – боротитанированием для быстрорежущей стали Р6М5. Выбор вольфрам-кобальтового спеченного материала ВК8 и быстрорежущей стали Р6М5 в качестве объектов изучения обусловлен все более широким спектром применения высокопрочных малоизнашивающихся материалов в народном хозяйстве. Исследован химический состав и микротвердость, измерена микротвердость полученных диффузионных покрытий на упрочняемых материалах. По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что химико-термическая обработка является перспективным способом повышения прочностных и эксплуатационных характеристик материалов исследуемых классов.

Ключевые слова


Об авторах

А. М. Гурьев
Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Россия

д.т.н., профессор, директор института развития Большого Алтая 

656038, Россия, г. Барнаул, пр. Ленина, 46

С. Г. Иванов

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Россия

к.т.н., инженер кафедры физики

656038, Россия, г. Барнаул, пр. Ленина, 46

М. А. Гурьев

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Россия

к.т.н., докторант кафедры физики

656038, Россия, г. Барнаул, пр. Ленина, 46

Е. В. Черных

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Россия

к.ф.-м.н., доцент кафедры физики, докторант кафедры начертательной геометрии и графики

656038, Россия, г. Барнаул, пр. Ленина, 46

Т. Г. Иванова

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Россия

аспирант кафедры начертательной геометрии и графики

656038, Россия, г. Барнаул, пр. Ленина, 46

ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА • Большая российская энциклопедия

  • В книжной версии

    Том 34. Москва, 2017, стр. 54

  • Скопировать библиографическую ссылку:


Авторы: Ю. В. Левинский

ХИ́МИКО-ТЕРМИ́ЧЕСКАЯ ОБРАБО́ТКА ме­тал­лов и спла­вов, од­но­вре­мен­ное хи­мич. и те­п­ло­вое воз­дей­ст­вие гл. обр. на ме­тал­лич. де­та­ли (из­де­лия), при­во­дя­щее к из­ме­не­нию хи­мич. со­ста­ва и струк­ту­ры в по­верх­но­ст­ных сло­ях (ино­гда во всём объ­ё­ме из­де­лия). При­ме­ня­ют для соз­да­ния оп­ти­маль­но­го со­че­та­ния по­верх­но­ст­ных и объ­ём­ных свойств ма­те­риа­ла (напр., для соз­да­ния твёр­дой, из­но­со­стой­кой по­верх­но­сти при со­хра­не­нии вяз­кой, пла­стич­ной ос­но­вы, а так­же для по­вы­ше­ния кор­ро­зи­он­ной стой­ко­сти).

Х.-т. о. осу­ще­ст­в­ля­ют при на­гре­ва­нии из­де­лия в хи­ми­че­ски ак­тив­ной сре­де в те­че­ние не­сколь­ких ча­сов при темп-ре, со­став­ляю­щей 0,5–0,8 темп-ры плав­ле­ния осн. ком­по­нен­та ме­тал­лич. из­де­лия. Во вре­мя вы­держ­ки по­верх­ность из­де­лия вслед­ст­вие диф­фу­зии из внеш­ней сре­ды обо­га­ща­ет­ся хи­мич. эле­мен­та­ми. Вы­бор эле­мен­та (или ком­плек­са эле­мен­тов) оп­ре­де­ля­ет­ся тре­буе­мы­ми свой­ст­ва­ми по­верх­но­сти де­та­ли. В за­ви­си­мо­сти от аг­ре­гат­но­го со­стоя­ния внеш­ней сре­ды раз­ли­ча­ют Х.-т. о. в твёр­дой, жид­кой и га­зо­вой фа­зах. Х.-т. о. клас­си­фи­ци­ру­ют по вво­ди­мым эле­мен­там при диф­фу­зи­он­ном на­сы­ще­нии: С (це­мен­та­ция), N (азо­ти­ро­ва­ние), N и С (нит­ро­це­мен­та­ция, кар­бо­нит­ри­ро­ва­ние или циа­ни­ро­ва­ние), S (суль­фи­ди­ро­ва­ние), Si (си­ли­ци­ро­ва­ние), Al (али­ти­ро­ва­ние), Cr (хро­ми­ро­ва­ние), Zn (цин­ко­ва­ние) и др.

Открытый урок "Химико-термическая обработка металлов" | План-конспект урока по химии (10 класс) на тему:

Вопросы:

1.Определение  термической обработки стали и чугуна

- термической обработки стали и чугуна называют процессы теплового воздействия по определенным режима с целью изменения структуры и свойств сплава.

2.Назовите основные факторы термической обработки?

-температура, время, скорость нагрева и охлаждения.

          3.Объясните  понятие слова:   Диффузия

-диффузия   –    этоперемещение адсорбированных атомов вглубь изделия

4.Назовите виды термической обработки металлов?

- собственно термическая обработка; химико-термическая обработка; термомеханическая обработка.

5.  С какой целью проводится термическая обработка?

-для изменения механических свойств стали (прочности, твердости, пластичности, вязкости).

6.Назовите основные виды термической обработки стали.

-отжиг, закалка, отпуск.

7. Чем отличаются между собой отжиг, закалка и  отпуск?

-температурой нагрева, временем выдержки и способом охлаждения (вместе с печью или на воздухе).

Тема: Химико-термическая обработка стали

Группа делится на четыре подгруппы. Каждая подгруппа подробно изучает один из видов химико-термической обработки: 1 группа – цементацию, 2 группа – азотирование, 3 группа – нитроцементацию, 4 группа – диффузионную  металлизацию.  Обучающиеся изучают виды химико-термической обработки стали по плану, записывая ответы в тетрадь, и составляют презентации.

План составления презентации

  1. Определение
  2.  Цель
  3.  Ход процесса (среда, температура, время)
  4.  Преимущества, недостатки

В ходе урока включаются слайды презентации.  После просмотра презентации студенты заполняют таблицу (приложение 1).

- Вопрос: Чем термическая обработка стали отличается от химико-термической?

Химико-термической обработкой называется процесспредставляющий собой сочетание термического и химического воздействия.

Химико-термическая обработка предназначена для повышения твёрдости, износостойкости в поверхностных слоях при сохранении вязкой сердцевины.

Химико-термическая обработка основана на диффузии, т.е. проникновении в сталь атомов различных элементов.

Существует несколько видов химико-термической обработки сталей.

Насыщение поверхностного слоя детали углеродом называют цементацией, азотом — азотированием, одновременно углеродом и азотом — нитроцементацией, металлом — диффузионной металлизацией.

Толщина диффузионного слоя зависит от:температуры нагрева, продолжительности   выдержки при насыщении, концентрации диффундирующего элемента на поверхности.                 После процесса  диффузии  детали могут быть  сразу готовы к использованию или должны подвергаться дополнительной

Цементация (презентация)

Цементация  - процесс химико-термической обработки, представляющий собой диффузионное насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в соответствующей среде (древесный уголь, природные газы и др.).

Цель цементации — получить высокую поверхностную  твердость и износостойкости при вязкой сердцевине, что достигается обогащением поверхностного слоя стали углеродом в пределах 0,8-1,0% и последующей термической обработкой.Цементации подвергают детали, изготовленные из малоуглеродистых сталей (0,1...0,3 % С) марок 10, 15, 20 или легированных малоуглеродистых сталей 15Х, 20Х, 18ХГТ и др. После цементации  производят  закалку изделия.

Цементацию проводят в твердых и газообразных  и жидких углеродсодержащих средах.          

Цементация в твердой среде (карбюризаторе) состоит в следующем. Карбюризатором служат мелкие куски  древесного угля, покрытые углекислыми солями бария и натрия, которые ускоряют процесс цементации. Детали помещают в специальный стальной ящик,  засыпают со всех сторон карбюризатором и ящик накрывают крышкой. Расстояние между деталями и стенками ящика должно быть не менее 10...15 мм. Чтобы не было доступа воздуха, разъем ящика обмазывают глиной. Затем ящик, помещают в термическую печь и нагревают до

Т=900...950°С

Выдержка  7...10 ч.

Толщина слоя0,7..,1,5 мм.

При этой температура древесный уголь разлагается и атомы углерода насыщают поверхности деталей. Ящик после цементации охлаждают на воздухе до температуры 300...400°С, извлекают из него детали, после чего про изводят термическую обработку деталей, как правило, закалку с последующим низким отпуском.

Печь  для твердой цементации

 Газовая цементация осуществляется нагреванием изделий в среде углеродсодержащих газов (природный газ или пропан-бутановая смесь). Газовая цементация— более эффективный процесс, чем цементация в твердом карбюризаторе, так как отпадает необходимость в ящиках, которые следует нагревать, процесс легче автоматизируется и более экономичен. Кроме того, можно непосредственно из печи, где производится цементация, выполнять термообработку деталей. Время на цементацию и термообработку сокращается более чем в два раза. Цементации подвергаются стальные детали, работающие на истирание и испытывающие ударные нагрузки: валики, зубчатые колеса, поршневые пальцы, кулачки, пальцы звеньев гусениц и др.

Т=920-930°С

       Выдержка 3-4 часа

       Охлаждение –воздух

Печь  для газовой цементации

Жидкая цементация- она предназначена для мелких деталей(например болты, винты и т.д.)
Жидкая цементация проводиться путём погружения детали в печь с раствором бензина(керосина)+BaCl2=CnHm.
Т-840-860°С
Время выдержки6часов
Охлаждение-воздух

Печь для жидкой цементации

Азотирование (презентация)

Азотирование–процесс химико-термической обработки, представляющий собой диффузионное насыщение поверхностного слоя стали азотом.

Цель  азотирования - получение поверхности деталей высокой твердости, износостойкости,  высокой коррозионной стойкостью.         

Азотированию подвергаются  детали, изготовленные  из  среднеуглеродистых легированных сталей марок 35ХМЮА и 38ХМЮА (цилиндров двигателя, насосы, зубчатых колес, валов, гильз и детали штампов шейки коленчатых валов, многие детали станков).  

Азотирование проводят по одноступенчатому режиму при нагреве   детали до

Т= 500...700°С   в атмосфере   аммиака  

выдержка  90 часов  

 или по двухступенчатому режиму:

 Т =  500...520°С

выдержкой 15-20 часов,  

 Т =  550...570°С,  

выдержка  20-25 часов.

Толщина слоя  0,3-0,6 мм.

Твердость, азотированного слоя сохраняется при нагревании до температуры 600...650°С.

Цианирование и нитроцементация(презентация)

Поверхностное насыщение стали одновременно углеродом и азотом в расплавленной цианистой соли называется цианированием, а в газовой среде – нитроцементацией.

Цель цианирования(нитроцементации)- получение высокой твердости и износостойкости поверхности деталей с сохранением пластичной сердцевины.

Цианирование в зависимости от используемой      среды цианирование проводят: в твердых средах;  жидких средах; газовых средах.В зависимости от температуры нагрева цианирование подразделяется нанизкотемпературное  и высокотемпературное.Цианирование в жидких средах производят с расплавленными солями в ваннах.

Газовое цианирование производится в специально герметически закрытых печах.  

Высокотемпературное цианирование  проводят  при

  Т= 800…950 С.

Выдержка  от 1,5  до 6 часов.

Толщина слоя  от  0,5 до 2мм.

После высокотемпературного цианирования детали подвергают закалке и  низкому отпуску.

Применяют  в автомобильной и тракторной промышленности длямелких деталей из среднеуглеродистых сталей, работающих при небольших удельных нагрузках, а также для режущего инструмента из быстрорежущей стали.Для упрочнения  валов, осей, зубчатых колёс и других деталей, работающих при значительных знакопеременных нагрузках.

Основным недостатком цианирования является ядовитость цианистых солей.

При нитроцементации  изделия нагревают при

          Т=840—860°С    в  среде природного газа и аммиака.

Выдержка в течении 8-10часов

Толщинаслоя 0,25-1мм.

  Глубина слоя зависит от температуры и продолжительности выдержки. Посленитроцементации   следует   закалка,  затем  проводят  отпуск  при   160 – 180 ˚С.Нитроцементации подвергают детали сложной конфигурации,  всевозможные  шестерни  склонные  к короблению, шестерни привода масляного насоса в автомобилестроении, пальцы задних рессор, валики и т.д.

Диффузионная металлизация (презентация)

Диффузионная металлизация — насыщение поверхностного слоя деталей металлами (легирующими элементами)

Цель диффузионной металлизации — повышение жаростойкости, коррозионной стойкости, износостойкости и твердости. Его осуществляют путём нагрева и выдержки стальных изделий в контакте с одним из перечисленных элементов, которые могут быть в твёрдом, жидком и газообразном состоянии.

Процессы осуществляются при температуре 900...1150°С

Более эффективно диффузионная металлизация проходит при использовании вместо порошкообразных смесей железа с легирующими элементами соответствующих хлористых соединений легирующих металлов (А1С1з, СгCl2, SiCl4 и т.д.), которые при высоких температурах диссоциируют, и поверхность изделий насыщается легирующими металлами. Продолжительность металлизации составляет 6... 12 ч.

В зависимости от насыщающего элемента процесс диффузионной металлизации имеет определенное название, так, насыщение хромом — хромирование, алюминием — алитирование, кремнием - силицирование, бором — борирование и т. д..

Алитирование

Алитирование -  это процесс  диффузионного насыщения поверхностного слоя  стали алюминием.

Алитирование проводят в  средах:твердых и жидких.

 Цель: для повышения  жаростойкости, окалиностойкости и коррозионной  стойкости  в  атмосфере  и  морской  воде.

Алитирование в твердой среде при

Т =  850 -900 С0

Время выдержки  от 3-12часов

Толщина слоя  0,3 – 0,5 мм

Алитирование в твердой среде при

Т =  750 -800 С0

Время выдержки  от  45 – 90 минут

Толщина слоя  0,20  – 0,35 мм

Алитированию подвергают трубы, инструмент для литья цветных сплавов, чехлы термопар, детали газогенераторных   машин   и   т.д

Хромирование

Хромирование  - это процесс  диффузионного насыщения поверхностного слоя  стали хромом.

Цель: получение высокой твердости, износостойкости,  жаростойкости  и  коррозионной стойкости поверхности стальных изделий.

Хромирование проходит  в твердой, жидкой и газовой средах.Жидкостное хромирование  проводят путем нагрева детали в ванне:

Т =  900 -1100 С0

Время выдержки  от 5-20часов

Глубина слоя  0,1 – 0,3 мм.Хромирование применяют для пароводяной арматуры, клапанов, вентилей.

Силицирование

Силицирование–процесс    химико-термической  обработки,  заключающийся  в диффузионном  насыщении поверхностного  слоя стали кремнием.

Цель-   получение коррозионной  стойкости  и жаростойкости   поверхности стальных деталей.

Силицирование проводят в газовых средах   при

Т = 950—1100 °C,

выдержка 2-5 часов,

глубина слоя 0,6- 1,4 мм.

Борирование

Борирование- это процесс химико-термической обработки   заключающийся в диффузионном  насыщении поверхностного слоя стали бором.

Цель: повышение износостойкости  (в условиях сухого трения, скольжения со смазкой и без смазки, абразивного  изнашивания), повышение   коррозийной   стойкости железоуглеродистых    сплавов   во   многих агрессивных   средах   и   жаростойкости  при температурах   ниже   850 С0

Борированию подвергают детали, применяемые в оборудовании нефтяной промышленности: втулки нефтяных насосов. Недостаток – слой обладает хрупкостью.Газовоеборирование проводят в специальных установках  за счет  разложения газообразных соединений бора. Газовое  борирование   проводят   при

 Т=800-850°С.  

Время выдержки от 2 до 6 ч.

Толщина слоя  от  0,5 -1мм.

Автоматическая  линия служит для термической и химико-термической обработки

1-В чём отличие химико-термической обработки от термической?

2-Какие химико-физические свойства обеспечиваются при химико-термической обработке?

3-Виды химико-термической обработки?

4-Что называется твёрдостью, износостойкостью, прочностью, вязкостью, пластичностью, упругостью?

5-Чем обусловлена высокая твёрдость цементационного слоя?

6-Напишите марки углеродистой стали для цементации?

7-Что называется карбюризатором?

Обучающимся предлагается тест, который состоит из 10 вопросов

Проверка: на экран выводится эталон ответов и критерии оценки, обучающиеся сами проверяют свои работы и выставляют себе оценки (Приложение 2)

Процессы термической обработки

Процессы термической и химико-термической обработки металлов.

Процесс термической обработки придает стальному изделию требуемые свойства во всем его объеме или в части объема.

Процесс термической (или химико-термической) обработки стали состоит из трех последовательных этапов

  • нагрев до требуемой температуры с определенной скоростью;
  • выдержки при этой температуре в течении требуемого времени;
  • охлаждения с заданной скоростью.

Измерение этих факторов определяет различные свойства стали.

К химико-термической обработке относятся

  • азотирование;
  • цианирование;
  • сульфидирование;
  • сульфоцианирование;
  • алитирование;
  • хромирование;
  • силицирование;
  • цинкование;
  • борирование.

К процессам термической обработки относятся

  • отжиг
  • нормализация
  • закалка
  • отпуск
  • старение
  • обработка холодом

Отжиг применяется преимущественно для отливок, проката и поковок из углеродистой и легированной стали (например: стали марок 40 Х, 45Х, 40XC, 40XH) с целью понижения твердости или уменьшения внутренних напряжений в отливках, поковках и сварных изделиях, подготовки структуры к последующей термообработке и улучшения структуры неоднородности.

Например: для улучшения обрабатываемости резанием и получения повышенной чистоты поверхности при зубодолблении, фрезеровании и протягивании шлицев у деталей, изготовленных из стали 40ХНМА, применяется изотермический отжиг при 760 ºС с быстрым охлаждением до 635 ºС, при этой температуре в течении 4-6 часов и дальнейшим охлаждении на воздухе (изотермический отжиг).

Нормализация отличается от полного отжига характером охлаждения, которое после выдержки деталей при температуре процесса производится на воздухе. При этом получатся сталь несколько более высокой твердостью и мелкозернистой структурой, чем при отжиге. Нормализация используется для исправления структуры сварного шва, выравнивания структурной неоднородности получения мелкозернистой структуры.

Закалка стали — процесс термической обработки, обуславливающий получение структур аустенита, мартенсита, троостита. Закалка применяется для отливок, поковок, штамповок и механически обработанных деталей с целью повышения твердости, прочности, износостойкости, коррозионной стойкости.

Закалка состоит из нагрева стали до температуры выше или в интервале превращений, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения обычно с большой скоростью (в водных растворах солей NaOH, NaCl в воде, масле, в расплавленных солях, на воздухе)

Механические свойства закаленной стали марки 40 в зависимости от типа закалочной среды и температуры отпуска

Показатель прочностиТемпература отпуска в ºСЗакалка
При 850 ºС в масле 45 ºСПри 820 ºС в воде 35 ºСПри 820 ºС в 8% растворе NaOH 35 ºС
σ T
в кГ/мм²
300
400
500
68
62
55
100
90
75
112
95
80
σ
в кГ/мм²
300
400
500
88
78
68
105
100
85
126
110
100
δ
в %
300
400
500
16
18
20
9
12
14
5
12
14
Примечание. Термообработка заготовок диаметром 25 мм; разрывные образцы диаметром 20 мм вырезались из центральной части заготовок.

Поверхностной закалке подвергают гильзы цилиндров, поршневые пальцы двигателей внутреннего сгорания, зубья шестерен, валики, пальцы трака и другие детали.

Отпуск — процесс термообработки предварительно закаленной стали, обуславливающей получение более равновесных структур. Отпуск применяется после закалки (нормализации) стальных отливок, поковок, проката, и механически обработанных деталей, при этом повышаются вязкие свойства, уменьшаются внутренние напряжения и хрупкости.

Старение — процесс термообработки, предназначенный для ускорения завершения превращений в стали и стабилизации размеров изделий. Старение заключается в нагреве закаленных изделий до 150-180 ºС и выдержке при этой температуре в течении 5-25 часов.

Старение применяется для инструментов и точных деталей (игла распылителя, плунжер, втулка и другие)

Температура закалки и отпуска, а также получаемые твердости для стали марок 40XH и 40X

Марка сталиЗакалкаОтпускТвердость
После цианирования при температуре в ºСОбъемная при температуре в ºСОхлаждающая средаТемпература в ºСОхлаждающая средаCердцевиныПоверхности HRC
HBHRC
40X820-830-масло180-200---48-56
-820-830вода580-600вода~302--
-840-860масло180-200
350-400
550-600
600-650
вода-
-
341-415
269-302
46-53
35-40
-
-
-
-
-
-
40XH-820-840масло550-600
600-650
-
-
255-286
230-260
-
-
-
-
810-830-масло190-200----50-54

38. Химико-термическая обработка стали. Назначение, виды и общие закономерности. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами

38. Химико-термическая обработка стали. Назначение, виды и общие закономерности. Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами

Химико-термической обработка (ХТО) – обработка с сочетанием термического и химического воздействия для изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя детали в необходимом направлении, при котором происходит поверхностное насыщение металлического материала соответствующим элементом (С, Т, В, Аl, Сг, Si, Т и др.) путем его диффузии в атомарном состоянии из внешней среды при высокой температуре.

ХТО металлов и сплавов как с целью их поверхностного упрочнения, так и для зашиты от коррозии повышает надежность и долговечность деталей машин.

ХТО включает основные взаимосвязанные стадии:

1) образование активных атомов в насыщающей среде и диффузию их к поверхности обрабатываемого металла;

2) адсорбционно-образовавшихся активных атомов поверхностью насыщения;

3) диффузионно-перемещение адсорбированных атомов внутри металла. Развитие процесса диффузии приводит к образованию диффузионного слоя – материала детали у поверхности насыщения, отличающегося от исходного по химическому составу, структуре и свойствам.

Материал детали под диффузионным слоем, не затронутый воздействием насыщающей активной среды, называется сердцевиной. Общая толщина диффузионного слоя – кратчайшее расстояние от поверхности насыщения до сердцевины. Эффективная толщина диффузионного слоя – кратчайшее расстояние от поверхности насыщения до мерного участка, которое отличается установленным предельным номинальным значением базового параметра.

Базовый параметр диффузионного слоя – параметр материала, служащий критерием изменения качества в зависимости от расстояния от поверхности насыщения. Переходная зона диффузионного слоя – прилегающая к сердцевине внутренняя часть диффузионного слоя, протяженность которой определяется разностью общей и эффективной толщин.

Этап ХТО – диффузия. В металлах при образовании твердых растворов замещения диффузия в основном происходит по вакансионному механизму. При образовании твердых растворов внедрения реализуется механизм диффузии по междоузлиям.

Цементация стали – ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагревании в карбюризаторе, проводят при 930–950 °C, когда устойчив аустенит, растворяющий углерод в больших количествах.

Для цементации используют низкоуглеродистые, легированные стали. Детали поступают на цементацию после механической обработки с припуском на шлифование.

Основные виды цементации – твердая и газовая. Газовая цементация является более совершенным технологическим процессом, чем твердая. В случае газовой цементации можно получить заданную концентрацию углерода в слое; сокращается длительность процесса; обеспечивается возможность полной механизации и автоматизации процесса; упрощается термическая обработка деталей.

Термическая обработка необходима чтобы: исправить структуру и измельчить зерно сердцевины и цементованного слоя; получить высокую твердость в цементованном слое и хорошие механические свойства сердцевины. После цементации термическая обработка состоит из двойной закалки и отпуска. Недостаток такой термообработки – сложность технологического процесса, возможность окисления и обезуглероживания.

Заключительная операция – низкий отпуск при 160–180 °C, переводящий мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит, снимающий напряжения и улучшающий механические свойства.

Азотирование стали – ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали азотом при нагревании в соответствующей среде. Твердость азотированного слоя стали выше, чем цементованного, и сохраняется при нагреве до высоких температур (450–500 °C), тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется до 200–225 °C. Азотирование чаще проводят при 500–600 °C.

Диффузионное насыщение сплавов металлами и неметаллами

Борирование – насыщение поверхности металлов и сплавов бором с целью повышения твердости, износостойкости, коррозионной стойкости. Борированию подвергают стали перлитного, ферритного и аустенитного классов, тугоплавкие металлы и никелевые сплавы.

Силицирование. В результате диффузионного насыщения поверхности кремнием повышаются коррозионная стойкость, жаростойкость, твердость и износостойкость металлов и сплавов.

Хромирование – насыщение поверхности изделий хромом. Диффузионному хромированию подвергают чугуны, стали различных классов, сплавы на основе никеля, молибдена, вольфрама, ниобия, кобальта и метал-локерамические материалы. Хромирование производят в вакуумных камерах при 1420 °C.

Алитирование – процесс диффузионного насыщения поверхности изделий алюминием с целью повышения жаростойкости, коррозионной и эрозионной стойкости. При алитировании железа и сталей наблюдается плавное падение концентрации алюминия по толщине слоя.

Назначение поверхностной закалки – повышение твердости, износостойкости и предела выносливости поверхности обрабатываемых изделий. При этом сердцевина остается вязкой и изделие воспринимает ударные нагрузки.

39. Старение. Назначение, изменение микроструктуры и свойств сплавов при старении

Отпуск и старение – это разновидности термической обработки, в результате которой происходит изменение свойств закаленных сплавов.

Термин отпуск принято применять только к тем сплавам, которые были подвергнуты закалке с полиморфным превращением, а термин старение – в случае закалки без полиморфного превращения (после такой закалки фиксируется пересыщенный твердый раствор).

Цель отпуска стали – улучшение ее свойств. Отпуск стали смягчает действие закалки, уменьшает или снимает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева деталей, закаленных на мартенсит до температуры ниже критической.

В отличие от отпуска после старения увеличиваются прочность, твердость, уменьшается пластичность.

Главный процесс при старении – это распад пересыщенного твердого раствора, который получается в результате закалки.

Таким образом, старение сплавов связано с переменной растворимостью избыточной фазы, а упрочнение при старении происходит в результате дисперсных выделений при распаде пересыщенного твердого раствора и возникающих при этом внутренних напряжений.

В стареющих сплавах выделения из пересыщенных твердых растворов встречаются в следующих основных формах: тонкопластинчатой (дискообразной), равноосной (обычно сферической или кубической) и игольчатой. Энергия упругих искажений минимальна для выделений в форме тонких пластин – линз. Основное назначение старения – повышение прочности и стабилизация свойств.

Различают старение естественное, искусственное и после пластической деформации.

Естественное старение – это самопроизвольное повышение прочности (и уменьшение пластичности) закаленного сплава, которое происходит в процессе его выдержки при нормальной температуре. Нагрев сплава увеличивает подвижность атомов, что ускоряет процесс.

Твердые растворы при низких температурах чаще всего распадаются до стадии образования зон. Данные зоны являются дисперсными областями, которые обогащены избыточным компонентом. Они сохраняют ту кристаллическую структуру, которую имел первоначальный раствор. Зоны носят название в честь Гинье и Престона. При использовании электронной микроскопии данные зоны можно наблюдать в сплавах Al – Ag, которые имеют вид сферических частиц диаметром ~10А. Спалавы Al – Cu имеют зоны-пластины, которые имеют толщину <10А.

Искусственное старение – это повышение прочности, происходящее в процессе выдержки при повышенных температурах. Если закаленный сплав, имеющий структуру пересыщенного твердого раствора, подвергнуть пластической деформации, то это ускоряет протекающие при старении процессы. Этот вид старения носит название деформационного. Термическая обработка алюминиевых сплавов состоит из двух циклов – закалки и старения. Старение охватывает все процессы, происходящие в пересыщенном твердом растворе, – процессы, подготавливающие выделение, и процессы выделения. Превращение, при котором происходят только процессы выделения, называется дисперсионным твердением.

Для практики большое значение имеет инкубационный период – время, в течение которого в закаленном сплаве совершаются подготовительные процессы, время, в течение которого закаленный сплав сохраняет высокую пластичность. Это позволяет проводить холодную деформацию непосредственно после закалки.

Если при старении происходят только процессы выделения, без сложных подготовительных процессов, то такое явление называют дисперсионным твердением.

Практическое значение явления старения сплавов очень велико. Так, после старения увеличивается прочность и уменьшается пластичность низкоуглеродистой стали в результате дисперсных выделений в феррите цементита третичного и нитридов.

Старение является основным способом упрочнения алюминиевых сплавов, некоторых сплавов меди, а также многих жаропрочных и других сплавов. В настоящее время все более широко используют мартенситностарею-щие сплавы.

Сегодня достаточно часто вместо термина «естественное старение» используют термин – «низкотемпературное старение», а вместо «искусственного старения» – «высокотемпературное старение». Самыми первыми металлами, которые были упрочнены при помощи старения, были алюминиевые сплавы. Упрочнение проводилось при температурах выше 100 °C.

В разных температурных интервалах наблюдаются различия в процессе распада. Поэтому для получения оптимального комплекса свойств в сплавах применяется сложное старение, проходящее в определенной последовательности, при низких и более высоких температурах.

Старение сплавов, вызванное процессом распада пресыщенного твердого раствора, является наиболее важным. После охлаждения сплавов появляется состояние пресыщения твердого раствора. Это вызвано тем, что при высокой температуре увеличивается растворимость примесей и легирующих компонентов.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Обзор процессов и преимуществ

Несколько лет назад кузнецы использовали тепло для придания металлической формы деталям повозок, подковам и многому другому. После придания желаемой формы металлу быстро охлаждали. Обычно это делает металл намного более твердым и менее хрупким. Это основной процесс, называемый термической обработкой металлов. Современные процессы механообработки и металлообработки стали более точными и сложными.

Форму металлов для различных целей можно использовать с помощью множества различных методов. Процессы термообработки изменяют реакцию металлов на прецизионную обработку.Термическая обработка может изменить несколько свойств металлов. К таким свойствам относятся твердость, прочность, формуемость, эластичность, обрабатываемость и многое другое.

Сегодня существует несколько методов термообработки. Металлурги постоянно работают над повышением рентабельности и результативности методов. При правильном соблюдении эти методы могут дать вам металлы с замечательными химическими и физическими свойствами. Здесь мы более подробно рассмотрим виды термической обработки стали и металлов и их назначение.

Что такое термическая обработка ?

Обычно термическая обработка стали включает нагрев и охлаждение материала. Металл или сплав нагревают до определенной температуры. Затем происходит охлаждение для отверждения нагретого материала. Процесс направлен на изменение микроструктуры металла. Кроме того, это помогает выявить желаемые механические, химические и физические характеристики.

Изменение этих свойств увеличивает срок службы задействованного компонента.Например, может быть повышенная пластичность, прочность, твердость поверхности или термостойкость. Термическая обработка - один из важнейших аспектов процесса производства металла. Это потому, что это помогает улучшить металлическую деталь, чтобы лучше противостоять износу.

Общее определение термической обработки может заключаться в нагреве и охлаждении металлов. Однако процесс термообработки более контролируемый. Пока идут процессы нагрева и охлаждения, форма рабочего металла остается неизменной.

Во время этого процесса структурные и физические свойства материала изменяются, чтобы служить желаемой цели. Также может быть для дальнейших работ по металлу. Термическая обработка стали или металлов играет важную роль на различных этапах производства.

Как работает Термическая обработка металлов ?

Несмотря на то, что существует много видов термообработки, они следуют схожим процессам. Первый этап предполагает нагрев металла или сплава до необходимой температуры.Иногда температура поднимается до 2400 ° F. Перед охлаждением его выдерживают при температуре определенное время.

Пока металл горячий, его микроструктура меняется. Это физическая структура металла. Изменение структуры в конечном итоге приводит к изменению физических свойств металла. «Время выдержки» - это время, необходимое для нагрева металла.

Время выдержки является важным фактором в процессе термообработки. Металл, пропитанный в течение более длительного периода времени, будет иметь больше изменений микроструктуры, чем металл, пропитанный в течение более короткого периода.Охлаждение металла также играет решающую роль в конечном результате.

Процесс охлаждения может быть быстрым. В других случаях охлаждение можно проводить в печи медленно. Лучший тип охлаждения зависит от конечного результата, ожидаемого от процесса. Поэтому важно учитывать эти факторы, прежде чем начинать термическую обработку стали и металлов.

Другой фактор также определяет, какие свойства металла изменяются. Это определенное время для термообработки во время производственного процесса.Некоторые металлы могут даже потребовать нагревания несколько раз во время производства. Поэтому важно понимать, как лучше всего выполнять операции правильно.

Преимущества Термическая обработка металлов

Без термической обработки металлов не может быть ничего лучше металлических деталей для устройств и оборудования. Даже если бы они существовали, они не работали бы должным образом. Например, детали из цветных металлов будут слишком непрочными для нескольких применений.

Упрочнение металлов и сплавов, таких как сталь и алюминий, происходит путем термической обработки. Многие из этих металлов используются в самолетах, автомобилях, компьютерах и т. Д. В этих изделиях используются металлы с высокой повышенной прочностью. Это необходимо для обеспечения надлежащей безопасности и повышения производительности.

Основным механическим свойством, которое изменилось после термообработки, является прочность на сдвиг. Другие включают прочность на разрыв и ударную вязкость. Металлы с термообработкой обычно прочнее, что обеспечивает долговечность.Таким образом, отпадет необходимость в замене то и дело дорогих металлических деталей.

Эффективное использование термообработанных металлических деталей обеспечивает эффективную и экономичную работу машин. Кроме того, продукт будет намного эффективнее даже для самых сложных приложений. Кроме того, для некоторых применений могут потребоваться чрезвычайно твердые металлы. Приложения могут требовать четко определенных краев.

Термическая обработка металлов - один из лучших способов добиться желаемых характеристик.Это также помогает создавать твердые поверхности из пластичных материалов основы. Помимо преимуществ применения, термическая обработка также выгодна производителям.

Правильный процесс термообработки помогает снять внутренние напряжения. Следовательно, это облегчает сварку или обработку металла. Такие процессы, как горячая штамповка, со временем могут создавать напряжения в стальных материалах. Таким образом, эти материалы сильно выигрывают от термической обработки. Вкратце, преимущества термической обработки металлов включают:

  • Повышает прочность, делая материал пластичным или более гибким.
  • Придает металлу износостойкие свойства.
  • Снимает напряжения, облегчая обработку или сварку детали.
  • Улучшает хрупкость.
  • Может улучшить электрические и магнитные свойства металла.

Типы термической обработки и их цели при обработке

Как упоминалось ранее, каждый процесс термообработки включает нагрев и охлаждение. В этом разделе мы обсудим четыре основных типа термообработки.Вы также поймете их уникальное предназначение в обработке.

Закалка

Закалка включает нагрев металлического материала до определенной температуры. Эта температура является точкой, при которой элементы, присутствующие в металле, переходят в раствор. Структура кристаллической решетки металла может иметь дефекты, которые являются источником пластичности. Термическая обработка помогает устранить эти дефекты.

Это достигается путем растворения металла в растворе мелких частиц.Это работает для укрепления металлического материала. После того, как металл был полностью нагрет до необходимой температуры, его как можно быстрее закаливают. Закалка помогает металлу задерживать частицы в растворе. В некоторых случаях техники могут добавлять в сплав примеси для дальнейшего повышения прочности.

Целью закалки является повышение прочности металла. В то же время это делает металл более хрупким и снижает пластичность. Поэтому поможет отпустить металл после процесса закалки.

Закалка

Это еще один процесс термообработки, который помогает повысить упругость стали. Сплавы на основе железа обычно твердые, но часто слишком хрупкие для определенных применений. Отпуск помогает изменить твердость, хрупкость и пластичность металла. Это сделано для того, чтобы упростить процесс обработки.

В этом случае нагрев происходит при температуре ниже критической точки. Более низкие температуры снижают хрупкость и сохраняют твердость.Закалка помогает снизить твердость, вызванную закалкой. Таким образом, вы можете развить новые физические свойства вашего металла. Поэтому отпуск часто следует за закалкой во время термообработки.

Отжиг

Этот процесс подходит для таких металлов, как сталь, алюминий, медь, серебро или латунь. Отжиг предполагает нагрев металла до определенной температуры. Затем вы держите металл при этой температуре в течение некоторого времени для превращения. Затем происходит воздушное охлаждение.

Охлаждение серебра, меди и латуни может происходить медленно или быстро. Однако для эффективного отжига охлаждение стали должно быть постепенным. Отжиг делает обратное закалке. Это снижает твердость металла, увеличивая его пластичность. Тем самым упрощается работа с металлом. Это также отличный способ закрепить слабый металл. В то же время он помогает снять внутренние напряжения в металлах.

Нормализация

Нормализация - это еще одна форма отжига.В этом случае металлический материал нагревается до 200 ° F, что выше, чем при отжиге. Техник выдерживает металл при критической температуре до тех пор, пока не произойдет превращение. Этот процесс термообработки требует охлаждения на воздухе после нагрева.

Процесс литья металла с использованием высокотемпературного огня на заводе металлических деталей

Этот процесс приводит к более мелким аустенитным зернам. Воздушное охлаждение помогает производить более мелкие ферритные зерна. Он снимает любые внутренние напряжения с металлов.Внутренние напряжения могут привести к разрушению металла. Поэтому очень важно нормализовать металл. Затем закалка может обеспечить успех производственных процессов.

Заключение

Термическая обработка металлов - отличный способ улучшить механические свойства металлов. Помимо физических свойств, он также может улучшить электрические и магнитные свойства металла. Это дополнительно улучшает совместимость детали с другими материалами.

Как вы уже знаете, различные процессы термообработки могут помочь улучшить ваши продукты.Однако вам нужны лучшие руки, чтобы работать над вашим проектом и получить желаемые результаты. RapidDirect - мировой лидер в области технологий термообработки. Мы располагаем оборудованием, которое выполняет широкий спектр операций термической обработки.

Наши процессы термообработки выполняются лучшими техниками и инженерами в отрасли. Мы готовы использовать наши знания и опыт, чтобы предлагать лучшие услуги. Вы можете быть уверены в адекватной поддержке и продуктах, соответствующих вашим уникальным требованиям.Все это вы получаете по конкурентоспособным ценам.

FAQ - Термическая обработка металлов Повышает ли термическая обработка металлов их прочность?

Нагревание до определенного диапазона температур позволяет получить более чистый и твердый металл. Термическая обработка обычно делает металлы более прочными. Однако также возможно, что некоторые виды обработки могут сделать металл более слабым.

Что происходит при термической обработке металлов?

Повышение температуры металла увеличивает его площадь поверхности, объем и длину.Следовательно, термическая обработка приводит к расширению металла (тепловому расширению). Степень расширения будет зависеть от типа используемого металла.

При какой температуре сталь становится слабой?

Каждый стальной материал имеет свой верхний и нижний предел вязкости. Температура, при которой падает ударная вязкость стали, называется «температурой перехода от пластичности к хрупкости». Обычно она составляет около 75 ° C для стали с содержанием углерода 0,01%. Температура различается для разных типов стальных материалов.

Обзор методов термообработки и их преимуществ

Термическая обработка - это процесс нагрева и охлаждения металлов с использованием определенных заранее определенных методов для получения желаемых свойств . Как черные, так и цветные металлы перед использованием проходят термическую обработку.

Со временем было разработано множество различных методов. Даже сегодня металлурги постоянно работают над улучшением результатов и рентабельности этих процессов.

Для этого они разрабатывают новые графики , или циклов, для производства различных марок. Каждый график относится к разной скорости нагрева, выдержки и охлаждения металла.

При тщательном соблюдении этих методов можно производить металлы различных стандартов с удивительно специфическими физическими и химическими свойствами.

Преимущества

Есть разные причины для проведения термообработки. Некоторые процедуры делают металл мягким, а другие повышают твердость.Они также могут влиять на электрическую и теплопроводность этих материалов.

Некоторые методы термообработки снимают напряжения, возникшие в более ранних процессах холодной обработки. Другие придают металлам желаемые химические свойства. Выбор идеального метода зависит от типа металла и требуемых свойств.

В некоторых случаях металлическая деталь может пройти несколько процедур термообработки. Например, некоторые суперсплавы, используемые в авиастроении, могут пройти до шести различных этапов термообработки, чтобы оптимизировать их для применения.

Этапы процесса термообработки

Проще говоря, термическая обработка - это процесс нагрева металла, выдержки его при этой температуре и последующего охлаждения. В процессе обработки металлическая деталь претерпевает изменения своих механических свойств. Это связано с тем, что высокая температура изменяет микроструктуру металла. И микроструктура играет важную роль в механических свойствах материала.

Конечный результат зависит от множества различных факторов.К ним относятся время нагрева, время выдержки металлической детали при определенной температуре, скорость охлаждения, окружающие условия и т. Д. Параметры зависят от метода термообработки, типа металла и размера детали.

В ходе этого процесса свойства металла изменятся. Среди этих свойств - электрическое сопротивление, магнетизм, твердость, ударная вязкость, пластичность, хрупкость и коррозионная стойкость.

Отопление

Детали реактивного двигателя, поступающие в печь

Как мы уже говорили, микроструктура сплавов будет изменяться в процессе термообработки.Нагрев осуществляется в соответствии с заданным термическим профилем.

Сплав может находиться в одном из трех различных состояний при нагревании. Это может быть механическая смесь, твердый раствор или их комбинация.

Механическая смесь аналогична бетонной смеси, в которой цемент связывает песок и гравий. Песок и гравий все еще видны как отдельные частицы. В случае металлических сплавов механическая смесь удерживается основным металлом.

С другой стороны, в твердом растворе все компоненты смешиваются гомогенно.Это означает, что их невозможно идентифицировать индивидуально даже под микроскопом.

Каждый штат приносит с собой разные качества. По фазовой диаграмме возможно изменение состояния путем нагрева. Однако охлаждение определяет конечный результат. Сплав может оказаться в одном из трех состояний, в зависимости только от метода.

Холдинг

Во время выдержки или выдержки металл поддерживается при достигнутой температуре. Продолжительность зависит от требований.

Например, поверхностная закалка требует только структурных изменений поверхности металла для увеличения твердости поверхности. В то же время для других методов требуются единые свойства. В этом случае период владения больше.

Время замачивания также зависит от типа материала и размера детали. Для более крупных деталей требуется больше времени, если целью является единообразие свойств. Просто требуется больше времени, чтобы сердцевина большой детали достигла необходимой температуры.

Охлаждение

После завершения стадии пропитывания металл необходимо охладить в установленном порядке.На этом этапе тоже происходят структурные изменения. Твердый раствор при охлаждении может оставаться неизменным, полностью или частично превращаться в механическую смесь, в зависимости от различных факторов.

Различные среды, такие как рассол, вода, масло или принудительный воздух, регулируют скорость охлаждения. Вышеупомянутая последовательность охлаждающих сред находится в порядке убывания эффективной скорости охлаждения. Рассол быстрее всего поглощает тепло, а воздух - медленнее всего.

Также можно использовать печи в процессе охлаждения. Контролируемая среда обеспечивает высокую точность, когда необходимо медленное охлаждение.

Фазовые диаграммы

Каждый металлический сплав имеет свою фазовую диаграмму. Как уже было сказано ранее, термическая обработка проводится по этим схемам. Они показывают структурные изменения, происходящие при разных температурах и различном химическом составе.

Давайте возьмем фазовую диаграмму железо-углерод в качестве примера, так как это наиболее известная и широко используемая в университетах диаграмма.

Фазовая диаграмма железо-углерод является важным инструментом при изучении поведения различных углеродистых сталей при термообработке.По оси абсцисс показано содержание углерода в сплаве, а по оси ординат - температура.

Обратите внимание, что 2,14% углерода - это предел, при котором сталь превращается в чугун,

На диаграмме показаны различные области, где металл находится в различных микросостояниях, таких как аустенит, цементит, перлит. Эти области отмечены границами A1, A2, A3 и Acm. На этих границах раздела фазовые изменения происходят при прохождении через них значения температуры или содержания углерода.

A1: Верхний предел фазы цементита / феррита.

A2: Предел, при котором железо теряет свой магнетизм. Температура, при которой металл теряет свой магнетизм, также называется температурой Кюри.

A3: граница раздела фаз аустенит + феррит от γ (гамма) аустенитной фазы.

Acm: граница раздела, которая отделяет γ-аустенит от месторождения аустенит + цементит.

Фазовая диаграмма - важный инструмент для определения того, будет ли термообработка полезной или нет. Каждая структура придает конечному продукту определенные качества, и выбор термообработки зависит от этого.

Общие методы термообработки

Есть несколько методов термообработки на выбор. Каждый из них обладает определенными качествами.

К наиболее распространенным методам термообработки относятся:

  • Отжиг
  • Нормализация
  • Закалка
  • Старение
  • Снятие напряжения
  • Закалка
  • Науглероживание

Отжиг

При отжиге металл нагревается выше верхней критической температуры, а затем медленно охлаждается.

Отжиг проводится для смягчения металла. Это делает металл более пригодным для холодной обработки и штамповки. Он также улучшает обрабатываемость, пластичность и вязкость металла.

Отжиг также полезен для снятия напряжений в детали, вызванных предшествующими процессами холодной обработки. Имеющиеся пластические деформации устраняются во время рекристаллизации, когда температура металла пересекает верхнюю критическую температуру.

Металлы могут подвергаться множеству методов отжига, таких как рекристаллизационный отжиг, полный отжиг, частичный отжиг и окончательный отжиг.

Нормализация

Нормализация - это процесс термообработки, используемый для снятия внутренних напряжений, вызванных такими процессами, как сварка, литье или закалка.

В этом процессе металл нагревается до температуры, которая на 40 ° C выше его верхней критической температуры.

Эта температура выше, чем температура, используемая для закалки или отжига. После выдержки при этой температуре в течение определенного периода времени его охлаждают на воздухе. Нормализация создает однородный размер зерна и состав по всей детали.

Нормализованная сталь тверже и прочнее отожженной стали. Фактически, в нормализованном виде сталь прочнее, чем в любом другом состоянии. Вот почему детали, которые требуют ударной вязкости или должны выдерживать большие внешние нагрузки, почти всегда будут нормализованы.

Закалка

Закалка, наиболее распространенный из всех процессов термообработки, используется для увеличения твердости металла. В некоторых случаях затвердеть может только поверхность.

Заготовку закаляют, нагревая ее до заданной температуры, а затем быстро охлаждая, погружая в охлаждающую среду.Можно использовать масло, рассол или воду. Полученная деталь будет иметь повышенную твердость и прочность, но одновременно возрастет и хрупкость.

Цементная закалка - это процесс упрочнения, при котором упрочняется только внешний слой заготовки. Используемый процесс такой же, но поскольку тонкий внешний слой подвергается обработке, полученная заготовка имеет твердый внешний слой, но более мягкую сердцевину.

Это обычное дело для валов. Твердый внешний слой защищает его от износа материала.В противном случае при установке подшипника на вал он может повредить поверхность и сместить некоторые частицы, которые ускорят процесс износа. Закаленная поверхность обеспечивает защиту от этого, а сердечник по-прежнему обладает необходимыми свойствами, чтобы выдерживать усталостные напряжения.

Индукционная закалка

Другие типы процессов закалки включают индукционную закалку, дифференциальную закалку и закалку пламенем. Однако закалка пламенем может привести к образованию зоны термического влияния, которая возникает после охлаждения детали.

Старение

График старения алюминия 6061

Старение или дисперсионное твердение - это метод термообработки, который в основном используется для повышения предела текучести ковких металлов. В ходе процесса образуются равномерно диспергированные частицы в структуре зерна металла, что приводит к изменению свойств.

Осадочное твердение обычно происходит после еще одного процесса термообработки, при котором достигаются более высокие температуры. Однако старение только повышает температуру до среднего уровня и снова быстро снижает ее.

Некоторые материалы могут стареть естественным образом (при комнатной температуре), в то время как другие стареют только искусственно, то есть при повышенных температурах. Для естественно стареющих материалов может быть удобно хранить их при более низких температурах.

Снятие напряжения

Снятие напряжения особенно часто используется для деталей котлов, баллонов с воздухом, аккумуляторов и т. Д. Этот метод нагревает металл до температуры чуть ниже его нижней критической границы. Процесс охлаждения медленный и, следовательно, равномерный.

Это делается для снятия напряжений, которые возникли в деталях из-за более ранних процессов, таких как формовка, механическая обработка, прокатка или правка.

Закалка

Закалка - это процесс уменьшения избыточной твердости и, следовательно, хрупкости, возникающей в процессе закалки. Также снимаются внутренние напряжения. Прохождение этого процесса может сделать металл пригодным для многих применений, в которых требуются такие свойства.

температура обычно намного ниже температуры застывания. Чем выше используемая температура, тем мягче становится конечная заготовка. Скорость охлаждения не влияет на структуру металла во время отпуска, и обычно металл охлаждается на неподвижном воздухе.

Науглероживание

Науглероживание корпуса

В этом процессе термообработки металл нагревается в присутствии другого материала, который выделяет углерод при разложении.

Освободившийся углерод абсорбируется поверхностью металла. Содержание углерода на поверхности увеличивается, что делает ее более твердой, чем внутреннее ядро.

Какие металлы подходят для термической обработки?

Хотя черные металлы составляют большинство термообработанных материалов, сплавы меди, магния, алюминия, никеля, латуни и титана также могут подвергаться термообработке.

Около 80% термически обрабатываемых металлов - это стали различных марок. Черные металлы, которые можно подвергать термической обработке, включают чугун, нержавеющую сталь и различные марки инструментальной стали.

Такие процессы, как закалка, отжиг, нормализация, снятие напряжений, поверхностная закалка, азотирование и отпуск, обычно выполняются на черных металлах.

Медь и медные сплавы подвергаются таким методам термической обработки, как отжиг, старение и закалка.

Алюминий подходит для таких методов термообработки, как отжиг, термообработка в растворе, естественное и искусственное старение.Термическая обработка алюминия - это точный процесс. Объем процесса должен быть установлен, и его следует тщательно контролировать на каждом этапе для достижения желаемых характеристик.

Очевидно, не все материалы подходят для термической обработки. Точно так же не обязательно использовать каждый метод для отдельного материала. Поэтому каждый материал нужно изучать отдельно, чтобы добиться желаемого результата. Использование фазовых диаграмм и доступной информации о влиянии вышеупомянутых методов является отправной точкой.

Что такое термическая обработка стали

Существует три вида термической обработки стали. Такие как общая термообработка, поверхностная термообработка и химико-термическая обработка. В зависимости от посредника, температуры и способа охлаждения термообработки каждую классификацию можно разделить на несколько различных процессов термообработки.

Общая термическая обработка стали

Термообработка стали с отверстиями, затем охлаждение до нужной температуры. Это может изменить все механические свойства.Он включает отжиг, нормализацию, закалку, отпуск. А закалка и отпуск тесно связаны. Люди всегда использовали вместе. Каждая их часть незаменима.

Отжиг

Нагрейте материал до соответствующей температуры. По размеру и материалу выбрать подходящее время сохранения тепла. Затем дайте ему медленно остыть. Цель - подготовить материал к закалке. Привести внутреннюю структуру материала в равновесное состояние.Тогда он приобретет отличные технологические свойства.

Нормализация

Образец стали нагревают до подходящей температуры, а затем охлаждают на воздухе. Его влияние на материал такое же, как и при отжиге. Но получающаяся ткань более тонкая. Обычно люди используют его для улучшения характеристик свободного резания низкоуглеродистой стали. И иногда используют его для окончательной термообработки материала более низкого спроса.

Закалка

Нагрейте стальной материал до нужной температуры и поддерживайте ее.Затем сделайте его быстрое охлаждение в передающем веществе воды, масла, неорганических солей и т. Д. После закалки стальной материал станет тверже. Но при этом становится хрупким.

Закалка

Для снижения хрупкости стали. Сталь после закалки в течение длительного времени выдерживают в тепле при подходящей температуре выше комнатной и ниже 650 ° C, а затем охлаждают. Эти четыре этапа будут развивать различную термообработку в зависимости от разной температуры и способа охлаждения.Для того, чтобы получить большую прочность и ударную вязкость, необходимо совмещать обработку закалкой и высокотемпературным отпуском. Некоторые легированные стали после закалки образуют пересыщенный твердый раствор. Поставить на длительное время при комнатной температуре. Тогда его твердость, прочность, электромагнитные поля и т. Д. Будут улучшены. Люди называют эту термическую обработку лечением старения.

Способ термомеханической обработки требует эффективного сочетания деформации под давлением и термической обработки.Это придаст стальному материалу хорошую твердость и прочность. Термическая обработка, проводимая в вакууме или в вакууме, называется вакуумной термообработкой. Он не только предотвращает раскисление легированной стали, но и не обезуглероживает. После обработки поверхность стали остается гладкой. Повышение производительности стали.

Термическая обработка поверхности

Это способ просто термической обработки стальной поверхности для изменения ее механических свойств.Для того, чтобы просто обработать его поверхность без излишнего нагрева стали внутри. Необходимо использовать источник тепла с высокой плотностью энергии. Он может отдавать больше тепловой энергии стальному материалу на единицу площади. Сделайте так, чтобы поверхность стали быстро нагревалась. Основные методы термической обработки поверхности - закалка пламенем и индукционная термообработка. Наиболее полезными источниками тепла являются оксиацетилен, оксид этилена и т. Д.

Химическая термическая обработка

Предназначен для изменения химического состава, структуры, свойств поверхности стального материала.Он может изменить химический состав поверхностного слоя стального материала. Это большая разница между химической термообработкой и поверхностной термообработкой. Способ химико-термической обработки заключается в нагревании материала в среде (газе, жидкости, твердом теле), содержащей углерод, азот или другие легирующие элементы, в течение длительного времени. Чтобы элементы углерода, азота, бора и хрома попадали в его поверхностный слой. После этого также иногда требуются другие термические обработки, такие как закалка и отпуск.Науглероживание, азотирование - основные методы химико-термической обработки.

Термическая обработка является одним из важнейших процессов при производстве оснастки станков и пресс-форм. Он может контролировать все виды свойств стального материала. Такие как износостойкость, коррозионная стойкость, магнитные свойства и так далее. Используйте правильную термическую обработку зубчатого колеса, его срок службы будет больше, чем у обычных. Кстати, добавление легирующих элементов в низкокачественную углеродистую сталь улучшило бы ее свойства.Тогда его можно использовать вместо жаропрочной стали и нержавеющей стали. И почти вся легированная сталь перед использованием должна пройти термическую обработку. Термическая обработка - один из наиболее эффективных технологических приемов, позволяющих максимизировать потенциальные свойства стали. Целью термической обработки стали является получение желаемой структуры и свойств. Действительно понять влияние термической обработки на свойства стали. Тогда сделать эффективный и правильный способ термообработки действительно важно.

Что происходит при термообработке металлов

До того, как были изобретены современные методы обработки металла, кузнецы использовали тепло для обработки металла. Как только металлу придана желаемая форма, нагретый металл быстро охлаждается. Быстрое охлаждение сделало металл более твердым и менее хрупким.Современная обработка металлов стала намного более сложной и точной, что позволяет использовать разные методы для разных целей.

Воздействие тепла на металл

Воздействие на металл сильного нагрева приводит к его расширению, помимо воздействия на его структуру, электрическое сопротивление и магнетизм.Термическое расширение говорит само за себя. Металлы расширяются при воздействии определенных температур, которые варьируются в зависимости от металла. Фактическая структура металла также изменяется с нагревом. Обозначается как аллотропное фазовое превращение , тепло обычно делает металлы мягче, слабее и пластичнее. Пластичность - это способность растягивать металл в проволоку или что-то подобное.

Тепло также может повлиять на электрическое сопротивление металла. Чем горячее становится металл, тем больше электронов рассеивается, в результате чего металл становится более устойчивым к электрическому току.Металлы, нагретые до определенных температур, также могут потерять свой магнетизм. При повышении температуры от 626 до 2012 градусов по Фаренгейту, в зависимости от металла, магнетизм исчезнет. Температура, при которой это происходит в конкретном металле, называется его температурой Кюри.

Термическая обработка

Термическая обработка - это процесс нагрева и охлаждения металлов с целью изменения их микроструктуры и выявления физических и механических характеристик, которые делают металлы более желанными.Температуры, до которых нагреваются металлы, и скорость охлаждения после термообработки может существенно изменить свойства металла.

Наиболее частыми причинами, по которым металлы подвергаются термической обработке, является повышение их прочности, твердости, ударной вязкости, пластичности и коррозионной стойкости. Общие методы термической обработки включают следующее:

  • Отжиг - это форма термической обработки, которая приближает металл к его равновесному состоянию. Он смягчает металл, делая его более работоспособным и обеспечивая большую пластичность.В этом процессе металл нагревается выше своей верхней критической температуры, чтобы изменить его микроструктуру. После этого металл медленно охлаждают.
  • Менее затратный, чем отжиг, Закалка - это метод термообработки, который быстро возвращает металл до комнатной температуры после того, как он нагревается выше его верхней критической температуры. Процесс закалки предотвращает изменение микроструктуры металла в процессе охлаждения. Закалка, которую можно проводить в воде, масле и других средах, приводит к упрочнению стали при той же температуре, что и при полном отжиге.
  • Осадочное упрочнение также известно как возрастное упрочнение . Он создает однородность в зернистой структуре металла, делая материал более прочным. Процесс включает нагревание раствора до высоких температур после быстрого охлаждения. Осадочная закалка обычно выполняется в инертной атмосфере при температуре от 900 градусов по Фаренгейту до 1150 градусов по Фаренгейту. На выполнение этого процесса может уйти от часа до четырех часов.Продолжительность времени обычно зависит от толщины металла и подобных факторов.
  • В настоящее время обычно в сталеплавильном производстве используется отпуск. - это термообработка, используемая для повышения твердости и ударной вязкости стали, а также для снижения хрупкости. В результате создается более пластичная и стабильная структура. Целью отпуска является достижение наилучшего сочетания механических свойств металлов.
  • Снятие напряжений - это процесс термообработки, который снижает напряжение в металлах после их закалки, литья, нормализации и т. Д.Напряжение снимается путем нагрева металла до температуры ниже, чем требуется для превращения. После этого металл медленно охлаждается.
  • Нормализация - это форма термообработки, которая удаляет примеси и улучшает прочность и твердость за счет изменения размера зерна, чтобы он был более однородным по всему металлу. Это достигается за счет охлаждения металла воздухом после его нагрева до определенной температуры.
  • Когда металлическая деталь подвергается криогенной обработке , она медленно охлаждается жидким азотом.Медленный процесс охлаждения помогает предотвратить термическое напряжение металла. Затем металлическую деталь выдерживают при температуре примерно минус 190 градусов по Цельсию в течение примерно суток. При последующей термической закалке металлическая часть подвергается повышению температуры примерно до 149 градусов по Цельсию. Это помогает снизить степень хрупкости, которая может быть вызвана образованием мартенсита во время криогенной обработки.

Термическая обработка - обзор

PWHT - это один из многих видов термообработки, например

Отжиг для размягчения металла для формовки или механической обработки

Нормализация для обеспечения однородности размера зерна

Закалка до упрочнение черных металлов

Это может потребоваться в обстоятельствах, когда

Это требуется строительными нормами для снятия заблокированных напряжений, возникающих в процессе сварки в материалах в зависимости от сочетания толщины / материала

В сварочных операциях может потребоваться снятие напряжений в металле сварного шва и зоны термического влияния, возникающих во время сварки по причинам, связанным с условиями эксплуатации, без учета толщины

Заблокированное напряжение может привести к коррозионному растрескиванию под напряжением, деформации и т. Д. усталостное растрескивание и преждевременные отказы, а также ускоренная коррозия t сварной шов и его зона термического влияния

Кроме того, когда напряжение от приложенной нагрузки, например, внутреннее давление в теплообменной оболочке, добавляется к остаточному напряжению, оставшемуся в процессе сварки

Отремонтированная оболочка теплообменника в предыдущем разделе ремонта кожуха первоначально подвергалась термообработке после сварки, и после ремонта требовалась PWHT

Термическая обработка может быть выполнена путем помещения всей кожуха теплообменника в термообрабатывающую печь или путем выполнения ее локально для выбранных сварных швов

Часто более эффективно просто переместить всю емкость теплообменника в печь, как показано на рисунке 3.97

Эта печь для термообработки может вмещать довольно большие и толстые кожухи теплообменника

Рис. 3.97. Печь для термообработки средней мощности.

Печь, подобная этой, обычно используется, когда местные методы термообработки могут оказаться недостаточными или практичными.

Это только одна из печей в этой мастерской по ремонту теплообменников; в этом цехе есть две возможности, а также возможность местной термообработки

На Рисунке 3.98, печь, примыкающая к печи на рис. 3.97, загружена кожухом теплообменника, который подлежит термообработке.

рис. 3.98. Готовится корпус теплообменника для PWHT.

Оболочка была загружена только на этом этапе, для нее все еще требуется

Для оснащения термопарами для контроля ее температуры во время операции термообработки

Требуется более одной термопары; обычно требуется минимум два, даже для небольшого ремонта сваркой.

Минимальная температура PWHT и время выдержки, называемое временем выдержки, обычно определяются конструктивными нормами; для других форм термообработки критерий основан на передовой инженерной практике

Температуры термообработки следует точно контролировать; Рисунок 3.99 - это диспетчерская для печей, изображенных на рисунках 3.97 и 3.98

Рисунок 3.99. Пост управления печи термообработки.

Эти печи для термообработки работают на природном газе; два набора элементов управления, показанные на рисунке 3.99, управляют потоком газа к горелкам печи, регулируя скорость горения, чтобы контролировать температуру внутри печи до желаемой заданной температуры

Температура металла теплообменника измеряется термопарами крепится непосредственно к кожуху теплообменника

Обратите внимание также на рисунок 3.99, что есть два самописца диаграмм, над показанными элементами управления, по одному самописцу температуры для каждой печи

Самописец работает все время во время термообработки, и диаграмма становится постоянной записью и поставляется с термообработанными оборудование для заказчика

Процесс термообработки определяется применимыми нормами, когда он выполняется в соответствии с требованиями Кодекса

Коды могут иметь перечисленные параметры, такие как

Максимальная температура печи при размещении детали внутри печи

Скорость повышения температуры

Требуемая минимальная температура выдержки

Минимальное время при температуре

Процедура охлаждения

Пример: просто назвать несколько требований

ASME Раздел VIII Раздел 1, параграф UCS 56 требует, чтобы 9000 3

Деталь не может быть помещена в печь при температуре выше 800 ° F (425 ° C)

Выше 800 ° F (425 ° C) деталь не должна подвергаться более высокой скорости нагрева. более 400 ° F (222 ° C) в час в зависимости от толщины

Другие требования, такие как перепад температуры на заданной длине детали, влияние пламени и, наконец, скорость охлаждения, приемлемая для норм, являются проблемами. это необходимо учитывать, когда производитель или ремонтный концерн проводят термообработку

Термическая обработка - обзор

13.9.1 Термическая обработка

Термическую обработку можно классифицировать по степени окисления. Горение - это окисление при высоких температурах, тогда как пиролиз также происходит при высоких температурах, но при более низких концентрациях O 2 . Термические процессы обычно используются для быстрого разложения органических соединений, например, органических веществ, содержащихся в городских отходах. При почти нулевой подаче воздуха органические соединения в отходах подвергаются пиролитической обработке, то есть термическому крекингу, в результате которого образуется газообразный водород (H 2 ), CO и N 2 , а также жидкие и твердые вещества, например, кокс, масла и вода.Термическая обработка при частичном использовании воздуха известна как газификация с образованием H 2 , CO, CO 2 , CH 4 , воды, шлака и золы. При избытке воздуха, известном как сжигание, побочными продуктами являются CO 2 , O 2 , N 2 , вода, шлак и зола [22].

Более высокие концентрации O 2 и избыток воздуха являются обычным явлением при обработке многих газообразных загрязнителей. Дожигатели широко используются в качестве устройств контроля окисления нежелательных горючих газов.Двумя основными типами являются (1) дожигатели прямого пламени, в которых газы окисляются в камере сгорания при температуре самовоспламенения или выше, и (2) системы каталитического сгорания, в которых газы окисляются при температурах значительно ниже точка самовоспламенения.

Камеры дожигания с прямым пламенем - это наиболее часто используемые устройства контроля загрязнения воздуха, в которых необходимо контролировать горючие аэрозоли, пары, газы и запахи. Компоненты дожигателя включают камеру сгорания, газовые горелки, автомат горения и индикатор температуры на выходе.Обычные температуры на выходе для разрушения большинства органических материалов находятся в диапазоне 650–825 ° C, а время удерживания при повышенной температуре составляет 0,3–0,5 с.

Дожигатели с прямым пламенем эффективны и экономичны при правильной эксплуатации. Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание этих систем аналогичны расходам на вспомогательные газовые топливные системы. Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание в основном равны расходам на вспомогательное газовое топливо. Для крупных промышленных предприятий общая стоимость операции дожигания может быть значительно снижена за счет использования оборудования для рекуперации тепла, как показано на рис.13.23. Эта конфигурация включает впуск дымовых газов к изолированному нагнетательному вентилятору, регенеративный кожухотрубный теплообменник, автоматический байпас вокруг теплообменника для регулирования температуры (необходим для избыточных углеводородов в дымовом паре при определенных условиях процесса), огнеупорный футерованная камера сгорания, огнеупорная, с выходящим потоком, выходящим из рекуперативного теплообменника, а затем из теплообменника с вентиляционным воздухом для дальнейшей рекуперации отработанного тепла. Если рекуперированное тепло используется для других целей, например, в химических реакторах, это называется когенерацией.В некоторых инновационных схемах рекуперация тепла может обеспечивать теплом реакторы соседних производств. Котлы и печи также обеспечивают эффективное уничтожение летучих органических соединений и других парофазных загрязнителей во многих промышленных условиях.

Рис. 13.23. Форсажная камера с рекуперацией тепла.

(Источник: H.C. Engineers, Основы загрязнения воздуха, в: D.A. Vallero (Ed.), Academic Press, 2014.)

Каталитические камеры дожигания используются в основном в промышленности для контроля выбросов растворителей и органических паров из промышленных печей.С 1970-х годов они были уменьшены в размерах и использовались в качестве устройств контроля выбросов для автомобилей с бензиновым двигателем.

Основным преимуществом каталитической камеры дожигания является то, что разрушение загрязняющих газов может осуществляться в диапазоне температур около 315–485 ° C, что приводит к значительной экономии затрат на топливо. Однако стоимость установки каталитических систем выше, чем стоимость дожигателей с прямым пламенем, из-за стоимости катализатора и связанных систем, поэтому общие годовые затраты, как правило, уравновешиваются.

В большинстве каталитических систем наблюдается постепенная потеря активности из-за загрязнения или истирания катализатора, поэтому катализатор необходимо регулярно заменять. Другие переменные, которые влияют на правильную конструкцию и работу каталитических систем, включают скорость прохождения газа через систему, количество активной поверхности катализатора, время пребывания и температуру предварительного нагрева, необходимую для полного окисления выделяемых газов.

Термическая обработка

Наши ведущие в отрасли возможности термической обработки обеспечивают широкий спектр вариантов обработки для удовлетворения жестких требований к прочности и твердости - независимо от размера заказа.Мы продолжаем развивать эти возможности и расширять наши предложения по индивидуальной термообработке, чтобы вы могли положиться на инновационный дизайн продуктов и проверенное качество.

Мы полагаем, что немногие другие предлагают эту комбинацию металлургических и знания в области термической обработки, что выгодно отличает нас от конкурентов. Мы предлагаем индивидуальные решения для удовлетворения потребностей наших клиентов за счет наших дополнительных услуг. стальные стержни, трубы и заготовки для сложных применений. Наш подход к производству объединяет наши операции по плавке, прокатке, прошивке и чистовой обработке, обеспечивая полное химия и экономичное решение от начала до конца.

Щелкните здесь, чтобы узнать больше о дополнительных решениях TimkenSteel по термообработке для требовательных приложений.

Здесь можно купить прутки или трубы TimkenSteel. Подробнее о наших процессах термообработки читайте ниже.


В процессе закалки и отпуска сталь равномерно нагревается до температуры выше критического диапазона и быстро охлаждается в жидкой среде. Эта обработка помогает достичь определенных уровней прочности и ударной вязкости в соответствии с требованиями клиентов.

Отжиг - это равномерный нагрев до температуры в пределах или выше критического диапазона и охлаждение с контролируемой скоростью до температуры ниже критического диапазона. Мы используем эту обработку для получения определенной микроструктуры, обычно такой, которая обеспечивает лучшую обрабатываемость. Мы также используем отжиг для снятия напряжений, придания мягкости и изменения пластичности, прочности или других механических свойств.

В процессе нормализации мы равномерно нагреваем сталь до температуры не менее 99 ° F. (37 ° C) выше критического диапазона и охладите на воздухе до комнатной температуры.Это лечение производит перекристаллизацию и измельчение зеренной структуры, придавая продукту однородность по твердости и структуре.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *