Виды термической обработки стали: Способы и виды термической обработки стали

alexxlab | 30.08.1973 | 0 | Разное

Способы и виды термической обработки стали

​

Термическая обработка стали проводится с целью придания материала определенного набора свойств путем изменения его внутренней структуры на молекулярном уровне. Метод подразумевает нагрев или охлаждение металла до определенного температурного уровня с его последующим возвращением к нормальному состоянию. Иногда применяется многофазная термообработка, которая позволяет производить наиболее закаленные марки сталей.

 

 

Процедура протекает в специальных печах или холодильных установках, которые дают возможность четко контролировать температуру на каждом этапе технологического процесса. Это очень важное условия успешной закалки, так как несоблюдение технологии может наоборот придать металлу негативные свойства. Режимы термообработки стали зависят от структурного состава материала. Все они были установлены опытным путем в результате многократных испытаний, поэтому современные способы закалки при соблюдении всех условий позволяют получать материалы высокого качества с большим запасом прочности. Термообработка сталей должна подготовить их к эксплуатации в агрессивной среде под воздействием разрушающих факторов.

Выделяют следующие виды термообработки сталей: закалка, отпуск, отжиг, нормализация, воздействие холодом и химико-термическая обработка. 

 

Закалка стали

 

Закалка подразумевает прогрев металла до установленной температуры и поддержание достигнутого уровня в течение определенного периода времени. Временной интервал определяется скоростью превращения внутренней структуры сплава устойчивое вещество. После этого сталь быстро охлаждают в воде или масле, так как постепенное остывание может привести к нарушению достигнутой структуры кристаллической решетки.

 

Закалка придает материалу твердости, но снижает его ударную вязкость, что делает сталь более хрупкой. Такой обработке подвергают детали, которые предназначены для эксплуатации под воздействием статической нагрузки без влияния динамических колебаний. Отпуску подвергаются некоторые детали после закалки. Его суть состоит в повторном нагревании металла до температуры ниже, чем температура закалки. Это позволит снова нарушить достигнутые межмолекулярные связи и приведет к их перестроению.

 

 

После нагрева металл вытаскивают из печи и дают остыть естественным путем без применения охладителей. Такая процедура несколько снижает твердость, но при этом повышает ударную вязкость и ковкость. Так что после закалки с последующим отпуском сталь будет тверже и пластичнее, чем необработанный сплав. Отжиг проводится по схеме нагрева металла с последующим медленным остыванием прямо в печи без использования специальных средств. Это убирает неоднородность распределения элементов в сплаве и позволяет создать устойчивое соединение железа с углеродом на межмолекулярном уровне.

 

Отжиг

 

После отжига значительно уменьшается твердость стали, но возрастает ее пластичность и ковкость. Такой обработке подвергается материал, предназначенный для последующей штамповки или раскатки. Нормализация технологически повторяет процесс отжига, только после нагрева сплав остывает не непосредственно в печи, а на открытом воздухе. Это позволяет добиться хороших показателей ковкости и пластичности без существенного снижения твердости.

 

 

Воздействие холодом

 

Воздействие холодом необходимо для завершения превращения аустенита в мартенсит. Он придает металлу дополнительную упругость и препятствует образованию рваных трещин при воздействии избыточного давления на деталь. Такой материал хорошо подходит для эксплуатации под влиянием высоких динамических нагрузок. Необходимой твердости ему обычно добавляют с помощью соответствующих присадок.

 

Химико-термическая обработка

 

Химико-термическая обработка подразумевает насыщение верхних слоев стали каким-либо элементом под воздействием высокой температуры. Различают несколько видов данной процедуры. Цементация означает пропуск через сталь углерода при температуре 950 градусов по Цельсию. Это придает поверхности дополнительной твердости, не затрагивая при этом внутренние слои материала.

 

 

 

Азотирование позволяет насытить верхний слой стали азотом для повышения его коррозийной стойкости, прочности и предела устойчивости. Проводится процедура путем нагревания сплава до 700 градусов в аммиачной среде. Хромирование позволит придать поверхности материала повышенную устойчивость к пресной и соленой воде и некоторым видам кислотных и оксидных сред. Это позволяет подготовить сталь к эксплуатации в неблагоприятных условиях. Цианирование совмещает в себе одновременное насыщение верхних слоев стали углеродом и азотом. Это позволяет одним махом увеличить твердость материала и защитить его от воздействия коррозии.

 

Термообработка разных видов стали

 

Термообработка легированной стали должна производиться с медленным прогревом до необходимой температуры, а затем с медленным остыванием заготовки. В результате добавления легирующих присадок стали данной марки имеют низкую теплопроводность, поэтому резкое изменение температуры может привести к короблению или образованию трещин. Также очень важно, чтобы нагревание происходило равномерно по всей площади детали.

 

Термообработка нержавеющей стали тоже содержит свои нюансы.После отжига ее необходимо оставить в печи до полного остывания, а затем провести процедуру отпуска, чтобы получить материал оптимального качества. Резкое изменение температур также нежелательно, так как может негативно отразиться на эксплуатационных свойствах.

 

 

Термообработка аустенитных сталей проводится в печах при равномерном нагреве заготовки до температуры 1000-1150 градусов по Цельсию. После этого следует быстрое охлаждение в жидкости, что позволяет получить материал с устойчивой ферритной внутренней структурой. Эти стали применяются для изготовления конструкционных материалов, поэтому должны получить повышенную прочность при закалке.

 

Термообработка быстрорежущей стали является трудоемким процессом. Она относится к классу высоколегированных сплавов, поэтому не переносит резких перепадов температур. Закалка данного материала производится на высокоточном оборудовании, позволяющем четко регулировать каждую фазу технологического процесса. Эта марка используется для производства инструментов для резки, которые даже при нагреве до 600 градусов не теряют своей первоначальной твердости.

Термообработка углеродистой стали сводится к получению устойчивой связи между атомами железа и углерода в кристаллической решетке. Метод зависит от необходимости получения конкретного вещества по завершению процесса.

 

 

принцип и назначение отжига стали

Чтобы придать металлам необходимые характеристики, прибегают к термической обработке. Завод металлоконструкций ЧЗМК выполняет закалку и отжиг стали и цветных сплавов.

Назначение термической обработки

Поскольку металлические конструкции и изделия подвергают разнообразным нагрузкам и испытаниям, они должны быть прочными, износостойкими, сопротивляться коррозии и другим разрушительным факторам. Чтобы повысить их стойкость, придать другие необходимые свойства, прибегают к термической обработке, которая меняет физико-механические характеристики сплавов. Иногда это промежуточный этап на стадии производства металлической продукции, иногда – конечный.

В процессе происходят важнейшие изменения в структуре металла. В зависимости от выбранного вида термообработки, будет отличаться и результат. В металлообрабатывающей промышленности с помощью таких технологий создают сплавы с уникальными характеристиками. Если назначение термической обработки – повысить податливость, пластичность, после нее металл будет легче резать, придавать ему желаемую форму.

Но некоторые операции увеличивают такие характеристики, как твердость, циклическая прочность. Кроме того, при помощи термообработки удается устранить дефекты, которые вызваны ошибками или просчетами на предыдущих производственных этапах.

Преимущества термообработки металлов

При грамотно выбранном режиме и продолжительности процедур удается добиться заданных характеристик. Термическую обработку ценят за следующие достоинства:

• увеличивается стойкость металла к износу;
• за счет улучшения технических показателей возрастает срок службы металлоконструкций и изделий;
• уменьшается количество деталей, непригодных к использованию;
• благодаря повышению прочности, долговечности и износостойкости сокращаются финансовые издержки.

Чтобы стали обрели желаемые свойства, необходимо специальное оборудование. Это высокотехнологичные печи, в которых за счет высоких температур добиваются сильного нагрева, вызывающего изменения в структуре металла. Однако для качественной термообработки важна регулировка мощности, других настроек. Поскольку каждому металлу требуется свой температурный режим. Также его подбирают под цели термической обработки – в зависимости от того, какие именно свойства нужно придать стали или цветному сплаву.

Принцип термической обработки

Хотя процессы отличаются температурным режимом, длительностью и другими тонкостями, в целом процедура протекает по одному и тому же принципу. Термическую обработку стали выполняют в следующей последовательности:

1. Нагрев.
2. Выдержка.
3. Охлаждение.

Для первого этапа крайне важно точно подобрать температуру и выполнить нагрев до указанного предела. Температурный режим предопределяется тем, предстоит ли работать со сталью или с другими сплавами, какие именно свойства следует придать металлу.

Также имеет значение продолжительность выдержки. Сплавы претерпевают желаемые изменения в структуре, только когда температура держится в конкретном диапазоне в течение определенного времени.

Скорость охлаждения – не менее значимая константа. В некоторых случаях в работе со сталью при термообработке ее оставляют в печи, где она очень долго остывает вместе с оборудованием. Но иногда требуется более быстрое понижение температуры металла, чтобы в структуре не произошли нежелательные изменения. И тогда после термической обработки заготовку выставляют остывать на воздухе.

Виды термообработки стали

Имея общий алгоритм действий, предприятия выполняют термическую обработку разными способами. Располагая всего тремя инструментами – нагрев, выдержка и охлаждение, удается решать широчайший круг задач. Если одни виды термической обработки стали предназначены для увеличения ее прочности, то другие повышают пластичность и текучесть. Поэтому важен профессионализм, четкое понимание процессов, протекающих в структуре.

Отжиг

К одним из самых востребованных видов термообработки относят отжиг, который выполняют для понижения твердости и снятия внутреннего напряжения. Зачастую он необходим после горячей обработки стали давлением. Например, такой термической обработке подвергают заготовки после ковки, прокатки и штамповки. Иногда к отжигу прибегают вслед за сваркой. Он же используется, если на предыдущем этапе работы со сталью допущены ошибки и возникли дефекты.

Суть такой термической обработки заключается в нагреве выше критической точки, последующей выдержке и охлаждении. Благодаря этому структура обретает равновесность, впоследствии со сталью проще работать способом резания.

Закалка

Эту термическую обработку выполняют, чтобы увеличить твердость сплава. Если говорить о процессах, которые происходят со сталью, то в ее структуре вместо перлита образовывается мартенсит, проходя через стадию аустенита.

Воздействуя при помощи высоких температур на металл, сначала добиваются аустенитного превращения. Чтобы избежать промежуточную структуру, заготовку помещают в масло. Там происходит быстрое охлаждение стали до мартенситных превращений. Однако далее снижение температур должно замедлиться. Иначе распад аустенита будет неполным и не удастся при помощи термообработки придать стали желаемую твердость.

Отпуск

Такую термическую обработку осуществляют для повышения пластичности одновременно со снижением хрупкости. При этом удается сохранить высокую прочность стали. Отпуск делят на три вида, в зависимости от уровня нагрева металла. Он бывает:

• низкотемпературным;
• среднетемпературным;
• высокотемпературным.

В первом случае термическую обработку выполняют, доведя сплав до 250 градусов. Преимущественно данный способ применим для закаленной стали. Также низкотемпературному отпуску подвергают инструменты из углеродистых и низколегированных металлов.

Второй вид предполагает термическую обработку стали с нагревом до 350-500 градусов. Он обеспечивает повышение упругости и выносливости. Улучшается еще одно ценное свойство – релаксационная стойкость.

Среднетемпературный отпуск протекает с охлаждением в два этапа – сначала в воде, а затем на воздухе. Благодаря этому стали придают сжимающие остаточные напряжения, что улучшает выносливость.

Высокотемпературный отпуск – это нагрев до 500-680 градусов. Благодаря данной термической обработке удается совместить высокую прочность с пластичностью и вязкостью. Подобные свойства особенно ценятся при производстве деталей, на которые будут выпадать повышенные ударные нагрузки. Например, это валы и зубчатые колеса.

Эти виды термообработки приводят к распаду мартенсита. Также в процессе происходит полигонизация и рекристаллизация.

Химико-термическая обработка

Суть подобных мероприятий заключается в нагреве и выдержке в химически активных средах. Посредством такой термообработки удается поменять химический состав, а не только структуру и свойства стали.

Процедура показана по отношению к заготовкам, в которых должна сохраняться твердость поверхности и вязкость сердцевины. Также удается повысить коррозионную стойкость и сопротивление усталости.

Химико-термическую обработку осуществляют, применяя жидкие, твердые и газообразные среды. В зависимости от того, какими веществами насыщается металл, выделяют следующие виды процедур:

• цементация;
• азотирование;
• цианирование и пр.

Если термообработку совмещают с нанесением углерода, как в первом случае, сталям придают высокую прочность и сопротивление истиранию. Процесс происходит с погружением в порошкообразную смесь, в соляные ванны или в печи с цементирующими газами.

Суть азотирования заключается в насыщении стали азотом. Термообработку выполняют в печи, меняя длительность процесса, в зависимости от нужной глубины проникновения химического вещества.

Цианирование предполагает насыщение углеродом и азотом одновременно. Благодаря этому сталям придают высокую твердость, стойкость к истиранию и к коррозии. Такую термическую обработку выполняют, используя цианистые соли, азотирующие газы, порошки и пасты.

Термомеханическая обработка

Данная методика сравнительно новая. Она позволяет сохранить пластичность, выполнить пластическую деформацию и упрочнить структуру.

Металл доводят до аустетинтного состояния. При быстром охлаждении начинается формирование мартенсита. В это же время выполняют наклеп аустенита – посредством прокатки, штамповки либо ковки. За счет этого и происходит улучшение физико-механических свойств стали.

В зависимости от того, какая используется температура, термомеханическая обработка бывает:

• высокотемпературной;
• низкотемпературной.

В первом случае превышают высшую критическую точку, приступают к пластической деформации и завершают закалкой. Во втором – сначала происходит нагрев, затем охлаждение до температуры, когда сохраняется аустенит, но еще не начинается рекристаллизация. На этой стадии осуществляют пластическую деформацию.

Криогенная обработка

Чтобы поменять свойства металлов, используют не только высокие, но и низкие температуры. Как и при термообработке, удается снять остаточные напряжения и повысить износостойкость деталей. Увеличивается твердость заготовок, их прочность. В процессе остаточный аустенит трансформируется в мартенсит. Данные мероприятия выполняют в криогенном процессоре.

Применяемое оборудование

В термических цехах встречаются разнообразные установки. Поскольку и назначение термической обработки бывает различным, возникает потребность в нескольких видах печей:

• шахтные;
• камерные;
• вакуумные;
• с выдвижным подом.

Первые называют универсальными. В них возможно выполнять термообработку разными способами. В шахтных печах размещаются заготовки любого размера. Сюда отправляют детали для нагрева перед закалкой, для отжига и отпуска, для цементации. Более того, в них работают не только со сталями, но и с цветными металлами.

В камерных печах обрабатывают преимущественно заготовки среднего и мелкого размера. Их устанавливают на различных предприятиях и в качестве самостоятельных единиц, и в составе автоматизированного комплекса.

В вакуумных печах, помимо термической обработки, можно выполнять пайку, спекание материалов. Оборудование ценят за то, что оно в точности придерживается заданных технологических параметров. Температура не откланяется от нужного предела больше чем на 5 градусов. Такие печи используются для термической обработки конструкционной стали. В них проходят разнообразные процедуры титановые сплавы, тугоплавкие металлы.

Печи с выдвижным поддоном особенно удобны, когда необходимо обработать очень крупную деталь либо узел. Для загрузки и выгрузки стали обычно используют специальные краны и кран-балки. Однако оборудование этого типа имеет существенные недостатки. Во-первых, оно громоздкое, поэтому не на каждом предприятии найдется пространство для его установки. Во-вторых, из-за специфики конструкции высоки теплопотери.

В основном печи с выдвижным поддоном применимы для отжига сварных конструкций. В них доводят заготовки крупных габаритов до аустенитного состояния. Еще один способ применения – подготовка для ковки.

Особенности термообработки цветных сплавов

Цветные металлы требуют особого подхода к обработке, в отличие от работы со сталями. Индивидуальный подход обусловлен особенностями строения кристаллической решетки. Режим и характер воздействия подбирают также с учетом теплопроводности, химической активности. Но многие процессы с цветными металлами протекают в тех же печах, где обрабатывают стали.

Завод металлоконструкций ЧЗМК подвергает термической обработке различные стали, цветные металлы. Для этого предприятие оснащено разнообразным современным оборудованием. Высокая квалификация и профессионализм специалистов служат залогом превосходного результата.

Виды термообработки стали

---

Термообработка металлических изделий подразделяется на несколько видов: закалка, отжиг, нормализация, отпуск, а также термообработка сварных швов. Обработка металла под воздействием высокой температуры позволяет добиться более высокой прочности на поверхности изделия, а также размягчает металл при деформации. Индукционная установка отлично подходит для термообработки стали. Ниже мы более подробно рассмотрим каждый вид обработки стали и сможем подобрать более подходящий для удовлетворения той или иной потребности.

Термообработка стали – Отжиг

Отжиг – это один из видов высокотемпературной обработки металлического изделия, подразумевающий нагрев металла, а затем медленное охлаждение. Отжиг также подразделяется на несколько видов в зависимости от температуры, до которой будет нагреваться изделие, а также процесса охлаждения изделия.

• Во время отжига структура металла переходит из неравновесного состояния до более равновесного. Ниже мы рассмотрим возможные виды отжига стали.
• Возврат или, как его еще называют, отдых стали. При использовании данного способа изделие нагревается до 200-400°С. Возврат производится для уменьшения уровня наклепа. Результатом данного вида отжига становиться уменьшение искажений решеток у кристаллов, а также частичный возврат физико-химических свойств стали.
• Рекристаллизация. При использовании данного вида отжига изделие нагревается до температуры 500-550°С. Если необходимо снять внутреннее напряжение металла, то нагрев производится до температуры 600-700°С. Рекристаллизационный способ отжига применяется для снятия внутреннего напряжения металла отливок от неравномерного охлаждения частей. Рекристаллизация позволяет восстановить новые кристаллы из деформированных зерен в структуре металла. При использовании рекристаллизационного отжига твердость стали немного уменьшается, зато ее вязкость и пластичность становятся выше.
• Гомогенизация или диффузионный отжиг стали. Применяется в тех случаях, когда сталь обладает внутрикристаллической ликвацией. Результатом применения гомогенизации становится получение стали однородного состава. При использовании данного вида отжига очень важно сохранять высокую температуру нагрева, но не допускать пережога зерен. Пережог исправить не получится, а потому изделие будет считаться бракованным.
• Полный отжиг стали. Применяется для того, чтобы произвести улучшения структуры стали, тем самым облегчив его последующую обработку, например, штамповку или закалку.
• Неполный отжиг стали. Применяется, как правило, после высокотемпературной обработки изделия под давлением, если у него мелкозернистая структура.
• Изотермический отжиг. Данный способ термообработки металла применяется гораздо чаще в последнее время, потому что позволяет сократить время нагрева и охлаждения металла, тем самым повышая производительность предприятия. Изотермический отжиг производится за 4-7 часов, в то время как на обычный тратится до 15 часов.

Термообработка стали – Закалка

Закалка – это вид высокотемпературной обработки металла, который основывается на перекристаллизации стали при ее нагреве до температуры, которая несколько выше критической. После выдержки изделия в тепловой среде, оно проходит процесс охлаждения.
Чаще всего закалка производится в отношении изделий, требующих высокой прочности. Металл, прошедший закалку, становится более прочным на поверхности, но сохраняет вязкость внутри. В некоторых случаях закалка может сделать изделие наоборот очень вязким, например, если очень быстро охладить его – это производится для деформации металла.
Закалка ТВЧ дает возможность получить необходимые результаты от закалки за короткий промежуток времени. Программное обеспечение индукционного оборудования может полностью контролировать весь закалочный процесс, соблюдая все заданные параметры (температура, время выдержки, способ охлаждения и т.п.).

Термообработка стали – Отпуск

Отпуск – это еще один вид высокотемпературной обработки стали, позволяющий уменьшить остаточное напряжение металла после закалки, повышая вязкость изделия и уменьшая хрупкость металла. Отпуск стали позволяет смягчить эффект закалки.
Производится отпуск при помощи нагрева металлического изделия, закаленного на мартенсит. Во время отпуска, зависимо от температуры нагрева, есть возможность получения состояния мартенсита, сорбита или троостита.
Отпуск может быть низким, средним или высоким – его уровень полностью зависит от температуры, до которой будет нагреваться изделие.

Термообработка стали – нормализация

Нормализация – это вид термообработки металла, проводящийся преимущественно по окончании обработки изделия для его финального нагрева и выравнивания напряжения по всей поверхности.
После нормализации сталь, содержащая более 0,4% углерода, становится более прочной. На практике данный вид стали обрабатывают при помощи нормализации, а затем применяют отпуск в диапазоне температур 650-700°С, чтобы немного понизить уровень плотности.
Индукционная установка отлично подходит для термообработки металлических изделий, позволяя производить ее быстро, качественно и с высокой точностью. Только при использовании программного обеспечения ТВЧ оборудования можно четко проконтролировать процесс нагрева изделия, время его выдержки, а также охлаждение.

что это, виды и способы

Что такое термическая обработка стали, ее назначение, принципы и виды. Сущность горячей и холодной обработки. Химико-термическая, термомеханическая и криогенная обработка. Виды печей для термообработки. Особенности работы с цветными сплавами.

Как правило, одним из последних этапов в изготовлении изделия из стали является термическая обработка. Нагрев до требуемой температуры c дальнейшим охлаждением приводит к значительным изменениям во внутренней структуре металла. Вследствие этого он приобретает новые свойства, которые напрямую зависят от выбранных термических режимов. Термообработка стали позволяет изменять ее твердость, хрупкость и вязкость, а также делать ее устойчивой к деформации, износу и химической коррозии. К основным видам термообработки относят закалку, отпуск и отжиг. Кроме этого, существуют комбинированные способы: химико-термическая и термомеханическая обработки, сочетающие в себе нагрев и охлаждение с другими видами воздействия на структуру металла. При всем многообразии базовых видов и их разновидностей сущность у всех этих технологий одна – изменение внутренних фазных и структурных состояний металла с целью придания ему требуемых свойств.

Назначение термической обработки

Главная задача термической обработки изделия из стали — придать ему требуемое эксплуатационное качество или совокупность таких качеств. При термообработке режущего инструмента из инструментальных и легированных сталей достигается твердость 63 HRC и повышенная износостойкость. А ударный инструмент после нее должен иметь твердый поверхностный слой и пластичную ударопрочную сердцевину. Стали для изготовления пружин и рессорных пластин после термической обработки становятся прочными на изгиб и упругими, а металл для рельсов — устойчивым к деформациям и износу. Кроме того, термическими способами производят упрочнение поверхностных слоев стальных изделий, насыщая их при высокой температуре углеродом, азотом или другими соединениями, а также укрепляя закалкой нагартовку после горячей обработки давлением. Другое назначение термической обработки — это восстановление изначальных свойств металла, которое достигается их отжигом.

Преимущества термообработки металлов

Термическая обработка кардинально изменяет эксплуатационные свойства металлов, используя при этом только внутреннее перестроение их кристаллических решеток. С помощью чередования циклов нагрева и охлаждения можно в разы увеличить твердость, износостойкость, пластичность и ударную вязкость изделия. Помимо этого, термическая обработка дает возможность производить структурные изменения только в поверхностном слое на заданную глубину или воздействовать только на часть заготовки. Сочетание термообработки с горячей обработкой давлением приводит к значительному увеличению твердости металла, превышающему результаты, полученные отдельно при нагартовке или закалке. При химико-термической обработке поверхностный слой металла диффузионным способом насыщается химическими элементами, значительно повышающими его износостойкость и твердость. При этом основная часть изделия сохраняет вязкость и пластичность. С производственной точки зрения оборудование для термической обработки гораздо проще и дешевле, чем станки и установки механообрабатывающих и литейных производств.

Принцип термической обработки

Термическая обработка металлов основана на фазовых изменениях внутренней структуры, происходящих при их нагреве или охлаждении. В общем виде процесс термообработки состоит из следующих этапов:

• нагрева, изменяющего структуру кристаллической решетки металла;
• охлаждения, фиксирующего достигнутые при нагреве изменения;
• отпуска, снимающего механические напряжения и упорядочивающего полученную структуру.

Особенностью технологии термической обработки стали является то, что при нагреве до 727 ºC она переходит в состояние твердого расплава — аустенита, в котором атомы углерода проникают внутрь элементарных ячеек железа, создавая равномерную структуру. При медленном охлаждении сталь возвращается в исходное состояние, а при быстром — фиксируется в виде аустенита или других структур. От способа охлаждения и дальнейшего отпуска зависят свойства закаленной стали. Здесь соблюдается принцип: чем быстрее охлаждение и ниже температура, тем выше ее хрупкость и твердость. Термообработка является одним из ключевых технологических процессов для всех сплавов железа с углеродом. Например, получить ковкий чугун можно только путем термической обработки белого чугуна.

Виды термообработки стали

Каждый вид операций термической обработки относится к определенной группе в соответствии со своей принадлежностью к технологическому этапу. К предварительным относят нормализацию и отжиг, к основным — разнообразные способы закалки и обработки с нагревом, а к заключительным — отпуск в различных средах. Такое деление термических операций в какой-то мере является условным, т. к. иногда отпуск производят в начале термообработки, а нормализацию и отжиг — в конце. Технология горячей обработки металлов включает в себя нагревание, удержание рабочей температуры в течение требуемого периода и охлаждение с заданной скоростью. Помимо этого, для повышения износостойкости изделий из легированных сталей используется холодная термическая обработка с погружением заготовки в криогенную среду с охлаждением ниже -150 ºC.

Отжиг

Главной особенностью отжига является нагрев изделий до высокой температуры и очень медленное постепенное охлаждение. Такие термические режимы способствуют формированию равномерной кристаллической структуры и полному снятию остаточных напряжений. В зависимости от типа металла и требуемого результата отжиг делится на следующие виды:

1. Диффузионный. Деталь нагревают до температуры около 1200 ºC, а затем постепенно остужают в течение десятков часов (для массивных изделий — до нескольких суток). Обычно такой термической обработкой устраняют дендритные неоднородности структуры стали.
2. Полный. Нагрев заготовки производится за критическую точку образования аустенита (727 ºC) с последующим медленным остужением. Этот вид отжига используется чаще всего и применяется в основном для конструкционной стали. Его результатом является снижение зернистости кристаллической структуры, улучшение ее пластических свойств и понижение твердости, а также снятие внутренних напряжений. Полный отжиг иногда применяют до закалки для понижения зернистости металла.
3. Неполный. В этом случае нагрев происходит до температуры выше 727 ºC, но не более чем на 50 ºC. Результат при таком отжиге практически такой же, что и при полном, хотя он не обеспечивает полного изменения кристаллической структуры. Но он менее энергозатратный, выполняется за более короткий период, а на детали образуется меньше окалины. Такая термическая обработка используется для инструментальных и подобных им сталей.
4. Изотермический. Нагревание осуществляется до температуры, немного превышающей 727 ºC, после чего изделие сразу же переносят в ванну с расплавом при 600÷700 ºC, где оно выдерживается определенное время до окончания формирования требуемой структуры.
5. Рекристаллизационный. Эта разновидность термической обработки применяется только для устранения нагартовки после протяжки, штамповки, волочения и пр. В данном случае стальная деталь подвергается термическому нагреву ниже 727 ºC, определенное время выдерживается в этом состоянии, а затем медленно остужается.
6. Сфероидизирующий. Специальный вид отжига, применяемый к высокоуглеродистым сталям (более 0.8 %), при котором происходит трансформация перлитовой структуры из пластинчатой в зернистую (сферическую).

Еще одно достаточно распространенное применение отжига как в промышленности, так и в домашних мастерских — восстановление исходных свойств стали после неудачной закалки или проведения пробной термической обработки.

Закалка

Закалка является центральным звеном большинства процессов термической обработки, т. к. именно она обеспечивает получение требуемых эксплуатационных качеств закаливаемого металла. Закалка включает в себя три основных этапа: нагревание изделия выше 727 ºC, поддержание заданной температуры до завершения формирования требуемой кристаллической структуры и быстрое охлаждение для фиксации полученного результата. Основными технологическими параметрами при закалке являются температуры нагрева и охлаждения, а также скорости прохождения этих термических процессов. Температура нагревания низкоуглеродистой (до 0.8 %) стали напрямую зависит от процентного содержания углерода (см. график ниже): чем оно ниже, тем больше нужно разогревать изделие. Для инструментальных сталей достаточно нагревания на 30÷50 ºC выше 727 ºC. Параметры термической обработки легированных сталей сильно зависят от их состава, поэтому выбор температурных режимов для них необходимо производить по технологическим справочникам.

Скорость нагревания при термической обработке полностью зависит от марки стали, массы и формы детали, типа источника тепла и требуемого результата. Поэтому его можно подобрать или по справочным таблицам или же только опытным путем. Это же относится и к скорости охлаждения, которая также находится в зависимости от перечисленных характеристик. При выборе охлаждающей среды в первую очередь ориентируются на скорость охлаждения, но при этом учитывают и другие ее особенности. В первую очередь к ним относятся стабильность и безвредность ее состава, а также легкость удаления с поверхности изделия. Кроме того, при работе насосного и перемешивающего оборудования, используемого при термической обработке, важны такие характеристики, как вязкость и текучесть.

Отпуск

Отпуск — это, как правило, финишная операция термической обработки изделия. Он производится после закалки для снятия в стали остаточных напряжений и уменьшения ее хрупкости, а также повышения вязкости и сопротивляемости ударным нагрузкам. При отпуске деталь нагревают до температуры, которая находится ниже 727 ºC, а затем медленно остужают на воздухе. В зависимости от используемых температурных диапазонов обычно выделяют следующие типы отпусков:

1. Низкий. Нагрев осуществляется до 200 ºC. Такой отпуск применяют к режущему инструменту и цементированным сталям для сохранения высокой твердости и стойкости к износу.
2. Средний. Изделия нагревают до температуры 300÷450 ºC. Этот вид отпуска используют для повышения упругости и сопротивления усталости рессорных и пружинных сталей.
3. Высокий. Диапазон нагрева составляет 460÷710 ºC. Термическая обработка, включающая в себя закалку с высоким отпуском, у термистов носит название улучшение, т. к. в этом случае достигается наилучшее соотношение пластичности, износостойкости и вязкости.

При низкотемпературном термическом нагреве металл покрывается цветными оксидными пленками, которые меняют свою окраску в зависимости от температуры от бледно-желтого до серовато-сизого. Это довольно надежный индикатор нагрева детали, и многие производят отпуск, ориентируясь на цвет побежалости.

Химико-термическая обработка

Одна из разновидностей комбинированной термической обработки — это высокотемпературное насыщение верхнего слоя металла химическими веществами, повышающими его твердость и износостойкость. В зависимости от состава соединений, используемых для такого насыщения, химико-термическую обработку стали делят на следующие виды:

1. Цементация. Насыщение верхнего слоя стали углеродом при температуре в диапазоне от 900 до 950 ºC.
2. Нитроцементация. В этом случае термическое насыщение производится одновременно азотом и углеродом из газообразной среды при нагреве от 850 до 900 ºC.
3. Цианирование. Поверхностный слой насыщается теми же элементами, что и при нитроцементации, но из расплава солей цианидов.
4. Азотирование. Выполняется при температуре не выше 600 ºC.
5. Насыщение твердыми соединениями металлов и неметаллов (бора, хрома, титана, алюминия и кремния).

При первых четырех видах насыщение происходит из газовых сред, а при последнем — из порошков, расплавов, паст и суспензий.

Термомеханическая обработка

При механической обработке давлением в результате нагартовки происходит уплотнение и упрочнение поверхности металла. Это свойство стали используется при термомеханической обработке, сочетающей в себе горячую прокатку, волочение или штамповку с быстрой закалкой. Если горячий нагартованный металл сразу погрузить в охлаждающую среду, его уплотненная структура не успевает измениться, при этом ее твердость дополнительно повышается за счет закалки. Обычно выделяют две разновидности термомеханической обработки: высоко- и низкотемпературную, которые отличаются нагревом (выше и ниже температуры начала образования аустенита). После обоих видов необходимо проводить дополнительную термическую обработку: отпуск в температурном диапазоне 200÷300 ºC. По сравнению с обычной закалкой сочетание механической и термической обработки позволяет повысить прочность металла на 30÷40 % с одновременным увеличением его пластичности.

Криогенная обработка

Криогенная обработка заключается в охлаждении стали до критически низких температур, в результате чего в ее кристаллической решетке происходят те же процессы, что и при термической закалке на мартенсит. Для этого деталь погружается в жидкий азот, который имеет температуру -195 ºC и выдерживается в нем в течение расчетного времени, зависящего от марки стали и массы изделия. После этого она естественным образом нагревается до комнатной температуры, а затем, как и при обычной термической закалке, подвергается отпуску, параметры которого зависят от требуемого результата. У изделия из стали, обработанного таким образом, повышается не только твердость, но и прочность. Кроме того, после воздействия сверхнизких температур в нем прекращаются процессы старения и в течение времени оно не меняет своих линейных размеров.

Применяемое оборудование

Оборудование, используемое для термообработки, включает в себя пять основных категорий, которые присутствуют в любом термическом цехе:

• нагревательные установки;
• закалочные емкости;
• устройства для приготовления и подачи жидких и газообразных сред;
• подъемное и транспортное оборудование;
• измерительная и лабораторная техника.

К первому виду относятся камерные печи для термообработки металлов и сплавов. Кроме того, нагрев может осуществляться высокочастотными индукторами, газоплазменными установками и ваннами с жидкими расплавами. Отдельным видом нагревательного оборудования являются установки для химико-термической и термомеханической обработки. Загрузка и выгрузка изделий производится с помощью мостовых кранов, кран-балок и других подъемных механизмов, а перемещение между операционными узлами термической обработки — специальными тележками с крепежной оснасткой. Устройства, обеспечивающие процесс термообработки жидкими и газообразными средами, обычно располагаются вблизи соответствующего оборудования или же соединены с ним трубопроводами. Основной измерительной техникой термического цеха являются различные пирометры, а также стандартный измерительный инструмент.

Особенности термообработки цветных сплавов

Основные отличия термической обработки цветных металлов и сплавов связаны с особенностью строения их кристаллических решеток, повышенной или пониженной теплопроводностью, а также химической активностью в отношении кислорода и водорода. К примеру, практически не существует проблем с прокаливаемостью при термообработке алюминиевых и медных сплавов, а для титана это является одной из основных инженерных задач, т. к. его теплопроводность в пятнадцать раз ниже, чем у алюминия. Сплавы меди при высоких температурах активно взаимодействуют с кислородом, поэтому их термическая обработка должна выполняться в защитных средах. Алюминиевые сплавы практически инертны к атмосферным газам, а титан, напротив, имеет склонность к наводороживанию, поэтому для снижения доли водорода его необходимо отжигать в вакуумной среде.

При термической обработке изделий из деформируемых алюминиевых сплавов (профили, трубы, уголки) требуется очень точное соблюдение температуры нагрева, при этом она не очень высокая: всего 450÷500 ºC. А как можно решить эту задачу в домашних условиях минимальными средствами? Если кто-нибудь знает ответ на этот вопрос, поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях.

Термическая обработка металла

Термическая обработка металлов – это процесс температурного воздействия на сплав, с целью изменения его структуры и (или) свойств. Термообработка применяется для изменения структуры и свойств как железоуглеродистых сплавов, так и цветных сплавов.

Основные виды термической обработки металлов

Термическая обработка металла представляет собой не только упрочнение. Во многих случаях применяется разупрочняющая термическая обработка или термообработка на определенную структуру. Для смягчения стали перед холодной пластической деформацией (ХПД) в большинстве случаев делается отжиг с полной перекристаллизацией сплава. Для улучшения обрабатываемости резанием металла применяется нормализация, отжиг на зернистый перлит или улучшение. Отжиг на зернистый перлит применяется и для получения требуемого комплекса механических свойств перед высадкой или холодной штамповкой. Перед волочением проволоки из некоторых марок сталей делается патентирование на трооститную структуру.

Термическая обработка металлов подразделяется на следующие виды:

1. Объёмная термообработка металла – применяется для получения определенной структуры или свойств по всему сечению детали или заготовки.

Основные виды объёмной термической обработки сталей и сплавов:

а) Закалка стали (сплава)

б) Отжиг и нормализация стали (сплава)

в) Отпуск стали или старение сплава

2. Локальная термическая обработка – применяется для получения структуры или свойств в определённом объеме детали или заготовки, при этом термическому воздействию подвергается только определенный объем металла (закалка токами высокой частоты, лазерная закалка, закалка с электроконтактным нагревом)

3. Химико-термическая обработка – применяется для получения структуры или свойств в определённом объеме детали или заготовки, при этом термическому воздействию подвергается весь объем металла (цементация, нитроцементация, азотирование)

Для достижения требований, которые предъявляются к металлу используется множество разновидностей этих видов термообработки. Так например, один только отжиг насчитывает более 10 разновидностей.

Термическая обработка, как способ получения заданного комплекса механических свойств, подразумевает под собой не только высокотемпературное воздействие на металл. Есть определенные группы сталей, для обработки которых применяется так называемая обработка холодом. Это стали, у которых точка конца мартенситного превращения лежит ниже комнатных температур. Соответственно у этих сталей будет идти превращение А-М и при низких температурах. К таким сталям относятся: инструментальные стали, обработка холодом которых позволяет получить максимальную твердость и износостойкость; мерительный инструмент, для которого важна размерная стабильность; изделия из стали, которые работают в условиях низких температур.

Разбавитель акриловый универсальный – https://www.dcpt.ru

Термическая обработка стали (металлов): что это такое, основные виды и описание

14Ноя

Содержание статьи

1. Назначение технологического процесса
2. Особенности термической обработки
3. Преимущества технологии
4. Принципы обработки
5. Классификация
6. Отпуск
7. Отжиг
8. Закалка, как основной вид термической обработки стали
9. Нормализация
10. Криогенная термообработка
11. Химико-термическая обработка
12. Термомеханическое воздействие
13. Закаливаемость и прокаливаемость стали
14. Способы охлаждения
15. Вывод

Разновидности металлических веществ имеют различную степень прочности, склонность к коррозии и прочим химическим реакциям. С помощью нагрева можно добиться от заготовки необходимых свойств, улучшить износостойкость, подготовить к дальнейшим процедурам в ходе металлообработки. В статье расскажем про термическую обработку деталей из стали – что это такое, какие основные виды термообработки металлов бывают.

Назначение технологического процесса

Работать можно как с заготовками, так и с готовыми изделиями. У первых снимается внутреннее напряжение после различных типов литья и штамповки, материал становится более пластичным, с ним намного проще работать, особенно резать его. Если обрабатывается целая деталь, то преследуются цели:

• повышение прочности;
• защита от преждевременного ржавления;
• увеличение стойкости к температурным перепадам, становится больше верхний и нижний порог температур, при которых можно использовать предмет;
• продление потенциальной длительности эксплуатации.

Особенности термической обработки

Процесс затрагивает не только внешние физические характеристики, но и изнутри изменяет химическое строение. Меняется форма кристаллической решетки в ходе вторичной кристаллизации сплава, то есть под воздействием высокого жара происходит расплавление, а затем охлаждение и снова застывание, но уже с другими свойствами. Железо накаляется и происходит смена разряда из категории «альфа» в «гамма», при этом ранее разрозненные частицы объединяются в пластины.

Преимущества технологии

Этот процесс применяется повсеместно на многих предприятиях – каждое второе производство металлической продукции требует теплового воздействия. Это обусловлено достоинствами:

• Работать можно со сталью, цветными металлами и сплавами – широкий спектр.
• Увеличение срока годности изделия.
• Снижение уровня абразивного износа.
• Намного меньше становится процент брака на производственных цехах.
• Экономия средств, так как с термообработанной заготовкой проще проводить ряд манипуляций.

Принципы обработки

Главное правило – время, затраченное на одну деталь равняется длительности нагрева материала в зависимости от его предельной температуры, периоду выдержки и охлаждению. Суммарный подсчет позволяет вычислить итоговое временное значение. Каждый из этих пунктов зависит от:

• габаритов заготовки;
• вида металла, подвергаемого термообработке;
• мощности печи.

От всего этого зависит, как скоро произойдут преобразования.

Классификация

Все разновидности используются с различными целями, с разными материалами. Для этого остается прежней технология – нагрев, выдержка, остужение, но при этом меняется время каждого из этапов. Особенности представлены в видео:

Отпуск

При первичной обработке, например, при литье, все металлы получают внутреннее напряжение – это особый, тесный вид соприкосновения молекул. Напряженность приводит к повышенной хрупкости. Процедура позволяет добиться ударопрочности и снижения жесткости. Есть три подвида.

Низкий

Основная задача – повышение вязкости при той же твердости. Это достигается путем придания внутренней микроструктуры игольчатого или пластиночного типа. Часто применяют для термической обработки режущих деталей, медицинских инструментов. Заготовку нагревают в пределах 150-250 градусов. Выдерживают не менее полутора часов, а затем остужают с помощью воздуха или масла.

Средний

Здесь мартенсит (вид структуры, описанный выше) преобразуется в трустит, что характерно для чугуна. Особенность – высокая дисперсия. При такой же высокой вязкости твердость тоже растет. Это очень важно для элементов, на которые будут возлагаться большие упругие нагрузки. Температурные пределы – от 340 до 500, воздушное охлаждение.

Высокий

Кристаллизация происходит с появлением сорбита. Благодаря ему совершенно ликвидируется напряжение внутри сплава. Такой метод применяется для конструкций, имеющих очень важное значение – в самолетостроении, при строении космических объектов. Температура нагрева – от 450 до 650 градусов.

Отжиг

Операцию проводят для получения требуемой равновесной структуры с минимальной твердостью, с целью дальнейшей металлообработки получаемых изделий резанием. С особенностями вас познакомит видео:

Общее определение и виды

При отливе или прочих первичных процессах обработки помимо напряжения появляются дефекты. Убрать эти изменения и добиться однородной структуры кристаллической решетки можно с помощью следующего алгоритма действий:

• нагрев – необходимо немного превысить критическую отметку для этой разновидности стали;
• определенный период требуется держать стабильный температурный режим;
• следует медленно остудить заготовку вместе с печью.

У отжига есть следующие разновидности.

Гомогенизация

Относится к первому роду, когда изменения считаются незначительными. Задача подобной манипуляции – убрать неоднородность структуры, привести ее к однообразию. При этом следует нагревать изделие в температурном режиме от 1000 до 1150 градусов, затем выдерживать около 8-15 часов и постепенно снижать нагрев, охлаждая заготовку кислородом.

Рекристаллизация

Тоже разновидность 1 фазы отжига. Задача процедуры – привести все кристаллы в единый вид, а также снять внутреннее напряжение металла. Существует два подвида:

• смягчающий – обычно используется в качестве финальной обработки, подразумевает улучшение пластических характеристик;
• упрочняющий – увеличивает упругость, особенно актуально для закалки пружин.

Температура выбирается в зависимости от сплава, обычно на 100-200 градусов выше, чем точка рекристаллизации. Час или два необходимо поддерживать температурный режим, чтобы потом дать остывать не спеша.

Изотермический отжиг

Цель – достижение высокотемпературной гранецентрированной модификации железа (распад аустенита) для его смягчения. При этом получается более однородная структура изделия. Чаще такой тип металлообработки применяют к небольшим штамповкам, потому что их можно без проблем подвергнуть быстрому охлаждению. Процесс:

• нагрев на 20-30 градусов больше предела материала;
• непродолжительное выдерживание;
• быстрое остывание – это преимущество перед прочими подвидами.

Для устранения напряжений

Это операция удаления, снятия негативного внутреннего состояния излишней твердости, из-за которой металл становится хрупким и недолговечным. Он быстро деформируется от внешних физических воздействий. Процесс подразумевает температуры от 700 до 750, затем небольшое охлаждение до 600 и выдержку до 20 часов, затем под воздействием воздуха медленное остужение.

Отжиг полный

Применяется для создания пластичной, однородной мелкозернистой структуры. Наиболее характерный метод промежуточного воздействия на металлопрокат – после литья, ковки, штамповки и до резания любым способом. Этапы:

• нагрев на 30-50 больше предела стали;
• выдерживание;
• очень медленное остывание вместе с печью – в 60 минут не более 50-150 градусов.

Неполный

Значительные преобразования на уровне кристаллической решетки отсутствуют, но придается твердость ранее пластичным материалам. Это особенно нужно конструкциям, образованным методом сварных соединений, а также инструментам, которым нужна особенная прочность. Метод предполагает температуру около 700, и спустя 20 часов постепенное охлаждение.

Закалка, как основной вид термической обработки стали

Очень распространенный метод термообработки, так как он позволяет сделать изделие менее восприимчивым к сжатию, сдвигу, а также придать ему прочность и долговечность, невосприимчивость к внешним физическим воздействиям. Это происходит за счет придания игольчатой структуры металлу. «Иглами» вещество застывает из-за недостатка легирующих материалов.

Заготовку сильно прогревают, а потом охлаждают максимально быстро, используя внешние источники – воду, масло, раствор с добавлением соли. Из-за скорости в полурасплавленном сплаве не успевают произойти диффузионные процессы. Дешевле всего создавать водяные ванны, но на поверхности могут появиться трещины, масляная среда – самая предпочтительная.

Нормализация

Цели – устранение крупнозернистости, напряженности стали, улучшение качеств для дальнейшей обработки. Задачи и процесс напоминают полный отжиг, есть одно отличие – остывание происходит не в печи с возможностью контролировать температуру, а в условиях обычного воздуха.

Криогенная термообработка

Еще один термальный способ воздействия, но без нагрева. Изделие помещают в холодильную установку, иногда ей является целый цех при крупногабаритных конструкциях. Низкие температуры и последующее согревание снижает риск коррозии, продлевает срок эксплуатации, увеличивая прочность.

Химико-термическая обработка

Второе название – цементация или ХТО. Обрабатывается только внешний слой посредством нанесения на него химикатов в определенном температурном режиме. Среда может быть различной – газ, порошки, жидкости. Чаще всего используют углерод или азот.

Термомеханическое воздействие

ТМО пользовались еще кузнецы в древности. Это любые пластичные деформации (удары, сжатия), производимые посредством нагревания всего изделия или элемента. Его обычно сочетают с закаливанием, то есть после деформирования быстро охлаждают.

Закаливаемость и прокаливаемость стали

Этими показателями определяются результаты всех вышеперечисленных процедур. Первый термин – это твердость, которая напрямую связана с количеством углерода, а второй – это глубина закалки, то есть какой верхний слой был подвергнут изменениям.

Способы охлаждения

Есть несколько сред, в которых можно снимать температуру:

• воздух;
• жидкость;
• расплавленная соль;
• масло;
• соляной раствор;
• комбинирование вышеперечисленных веществ.

Выбирается в зависимости от разновидности термообработки.

Вывод

Это один из самых часто встречаемых на производстве методов металлообработки, без него часто не приступают к горячей штамповке, к резке. Мы перечислили все основные виды термической обработки металлов и сплавов, их особенности, а в качестве завершения статьи посмотрим несколько видео:

 

Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.

Вид термической обработки стали, металла, а также сплава

Обработка металла термическим способом — это изменение внутреннего строения (структуры) металла под воздействием изменения температурных условий и получение вследствие этого необходимых механических и физических свойств металла. Огромная часть термической обработки происходит при критических температурах, при которых происходит структурное превращение в сплавах.

Поэтому термическая обработка металла сводится к трём последовательным операциям и видам:

• нагрев металла с определённой скоростью до заданной температуры;
• выдержка металла в течение некоторого времени при этой температуре;
• охлаждение с заданной по процессу скоростью.

Зависит от того как надо изменить свойства определённого стального изделия и применяют различные виды термической обработки, которые отличаются максимальной температурой нагрева, временем выдержки и скоростью охлаждения. В машиностроении термическая обработка нашла самое широкое применение.

Термическая обработка металла, сплава, стали

Все свойства любого сплава зависят от его структуры. Основной способ, который позволяет изменять эту структуру и является термическая обработка. Её основы разработал Чернов Д.К., а в дальнейшем его работы поддержали Бочвара А.А., Курдюмова Г.В., Гуляева А.П.

Термическая обработка металла и сплава — это последовательность операций таких как: нагрев, выдержка и охлаждение, которые выполняются в определённой последовательности и при определённом режиме, чтобы изменить внутреннее строение сплава и получения нужных свойств, при этом химический состав металла не изменяется.

В чём заключается термическая обработка металла и сплава?

• В отжиге
• Закалке
• Отпуске
• Нормализации

Отжиг. Это нагрев металла до высокой температуры, а потом происходит медленное охлаждение. Отжиг бывает разного вида — все зависит от температурного режима нагрева и скорости охлаждения.

Закалка. Термообработка стали, сплавов, металла, которая основана на перекристаллизации стали при нагреве выше критической температуры. После выдержки стали при такой температуре следует очень быстрое охлаждение. Такая сталь бывает неравновесной структуры и поэтому после закалки следует — отпуск.

Отпуск. Проводится после закалки, чтобы уменьшить или снять остаточное напряжение в стали и сплавах, повысить вязкость, уменьшить твёрдость и хрупкость металла.

Нормализация. Она похожа на отжиг, различие только в том, что нормализация металла происходит на воздухе, а отжиг — в печи.

Нагрев заготовки

Эта операция очень ответственная. От её правильного проведения зависит, во-первых — качество изделия, а во-вторых — производительность труда. Необходимо знать, что при нагреве металл меняет структуру, свойства и все характеристики поверхностного слоя. Так как при взаимодействии стали или сплава с воздухом происходит окисление железа и на поверхности образуется окалина. Толщина окалины зависит от того — какой химический состав металла, какая была температура и время его нагрева.

Сталь начинает интенсивно окисляться при нагреве больше 900 градусов, потом окисляемость увеличивается в два раза — при нагреве 1000 градусов С, а при температуре 1200 градусов С — в 5 раз.

Какое бывает окисление у разных сталей?

Хромоникелевая сталь — её называют жаростойкой потому, что она практически не поддаётся окислению.

Легированная сталь — у неё образуется плотный, но тонкий слой окалины, который защищает от дальнейшего окисления и не даёт растрескиваться при ковке.

Углеродистая сталь — она теряет около 2–4 мм углерода с поверхности при нагреве. Это для металла очень плохо, так как он теряет прочность, твёрдость и сталь ухудшается в закаливании. А особенно очень пагубным является обезуглероживание для ковки небольших деталей с последующей закалкой. Чтобы не было трещин на высоколегированной и высокоуглеродистой стали, их надо нагревать медленно.

Обязательно нужно обращаться к диаграмме «железо-углерод», где определена температура для начала и конца ковки. Делать это надо для того, чтобы металл при нагреве не приобретал крупнозернистую структуру и не снижалась его пластичность.

Но перегрев заготовки можно исправить методом термообработки, но для этого нужно дополнительная энергия и время. Если металл нагреть до ещё большей температуры, то это приведёт к пережогу, что дойдёт до того, что в металле нарушится связь между зёрнами и он полностью разрушится при ковке.

Пережог

Это самый неисправимый брак. При нагреве металла или сплава обязательно нужно следить за температурой, временем и конца нагрева. Окалина растёт, если увеличено время нагрева, а при быстром или интенсивном нагреве могут появиться трещины.

Пережог сплава происходит вследствие диффузии кислорода на границах зёрен, где сразу образуются окислы, которые разъединяют зёрна при высокой температуре сплава и при этом сразу резко падает прочность. А пластичность в это время приходит к нулю. Этот брак сразу отправляется на переплавку.

Какой бывает термообработка металла и сплавов

Термическая обработка подразделяется на:

• термическую;
• термомеханическую;
• химикотермическую

В термическую обработку входят основные виды — отжиг 1-го рода, отжиг 2-го рода, закалка и отпуск. Нормализация применяется не ко всем видам стали, все зависит от её степени легированности.

У всех видов термической обработки разная температура нагрева, продолжительность выдержки при этой температуре и скорость охлаждения после окончания выдержки.

1-ый род отжига — это диффузионный отжиг, отжиг для снятия напряжений.

2-ой род отжига подразделяется на неполный, полный, изотермический отжиг, сфероидезацию, нормализацию.

Закалка применяется для того, чтобы изделия были твёрдые, прочные и износостойкие.

Химикотермическая обработка

Это такая термообработка стали, которая совокупляется с насыщением поверхности изделия — углеродом, азотом, алюминием, кремнием, хромом и др., которые образуют с железом твёрдые растворы замещения. Они более длительные и энергоёмкие, чем сталь насыщенная железом и углеродом, образующая с железом твёрдые растворы внедрения.

Химико — термическая обработка при создании на поверхности изделий благоприятных остаточных напряжений сжатия увеличивает долговечность и надёжность изделия. Также она повышает коррозионную стойкость, твёрдость.

Такая обработка предназначена для изменения в определённом слое состава стали. К таким методам относятся:

• цементация — при таком методе верхний слой стали обогащается углеродом. При этом получаются изделия с комбинированными свойствами — мягкая сердцевина и твёрдый поверхностный слой;
• азотирование — это обогащение поверхностного слоя азотом, чтобы была повышена коррозионная стойкость и усталостная прочность изделия;
• борирование — это насыщение поверхностных слоёв стали бором, при таком методе у изделия повышается износостойкость, особенно при трении и сухом скольжении. Кроме того при борировании исключается схватываемость или сваривание деталей в холодном состоянии. Детали после борирования делаются очень стойкими к кислоте и щелочи;
• алитирование — это насыщение стали алюминием. Делается это для того, чтобы придать стали стойкость к агрессивным газам — серному ангидриду, сероводороду;
• хромирование — насыщение хромом поверхностного слоя стали. Хромирование малоуглеродистых сталей почти совсем не влияет на их прочностные характеристики. Хромирование стали с более высоким содержанием хрома называется твёрдым хромированием, так как на поверхности деталей образуется карбид хрома, который имеет:
  • высокую твёрдость
  • окалиностойкость
  • коррозионную стойкость
  • повышенную износостойкость

Криогенная обработка

Это упрочняющая термическая обработка металла и сплавов при криогенных, очень низких температурах — ниже -153 градусов С. Ранее такая термическая обработка называлась «обработка холодом» или «термическая обработка металла при температуре ниже нуля». Но эти названия не совсем отображали всю суть криогенной обработки.

Её суть заключается в следующем: обрабатываемые детали помещают в криогенный процессор, где происходит их медленное охлаждение, а потом выдерживают детали при температуре -196 градусов С определённое время. Затем они постепенно возвращаются опять к комнатной температуре. Когда идёт этот процесс, то в металле происходят структурные изменения. За счёт этого повышается износостойкость, циклическая прочность, коррозионная и эрозионная стойкости.

Основные свойства, полученные при обработке, как холодное охлаждение, сохраняются на весь срок службы обрабатываемой детали и поэтому не требует повторной обработки.

Конечно, криогенная технология не заменит методы термического упрочнения, а при обработке холодом придаст материалу новые свойства.

Инструменты обработанные сверхнизкими температурами позволяют предприятиям сократить расходы потому, что:

• увеличивается износостойкость инструмента, деталей и механизмов;
• снижается количество брака;
• сокращаются затраты на ремонт и замену технологического оснащения и инструмента.

Именно советские учёные позволили полноценно оценить эффект влияния обработки холодом на металл и сплав и положили начало для использования этого метода.

В данное время метод криогенной обработки изделий широко применяется во всех отраслях промышленности.

Машиностроение и металлообработка:

• увеличивает ресурс оборудования и инструмента до 300%;
• увеличивает износостойкость материала;
• увеличивает циклическую прочность;
• увеличивает коррозионную и эрозионную стойкость;
• снимает остаточное напряжение.

Спецтехника и транспорт:

• увеличивает ресурс тормозных дисков на 250%;
• повышает эффективность работы тормозной системы;
• увеличивает циклическую прочность пружин подвески и других упругих элементов на 125%;
• увеличивает ресурс и мощность двигателя;
• снижает расходы на эксплуатацию транспортных средств.

Оборонная промышленность:

• увеличивает живучесть стволов до 200%;
• уменьшает влияние нагрева стволов на результаты стрельбы;
• увеличивает ресурс узлов и механизмов.

Добывающая и обрабатывающая промышленность:

• увеличивает стойкость породоразрушающего инструмента до 200%;
• уменьшает абразивный износ узлов и механизмов;
• увеличивает коррозионную и эрозийную стойкость оборудования;
• увеличивает ресурс промышленного и горнодобывающего оборудования.

Аудиотехника и музыкальные инструменты:

• уменьшает искажение сигнала в проводниках;
• улучшает музыкальную деятельность, ясность и прозрачность звучания;
• расширяет диапазон звучания музыкальных инструментов.

Криогенная обработка применяется практически во всех отраслях, где необходимо повысить ресурс, увеличить прочность и износостойкость, а также поднять производительность.

Для чего нужна термическая обработка?

Надёжность и долговечность металлических конструкций, оборудования, трубопроводов зависит от качества изготовления узлов, деталей, элементов из которых они состоят. Во время эксплуатации они подвергаются статистическим, динамическим и циклическим нагрузкам и влиянию агрессивных сред. Им приходится работать при низких и высоких температурах и находится в условиях быстрого износа.

И поэтому эксплуатация любых металлоизделий напрямую зависит от износостойкости, прочности, термо- и коррозионной стойкости элементов из которых они состоят.

Для того чтобы повысить все эти характеристики необходимо правильно подобрать материал для деталей, усовершенствовать их конструкцию, устранить неточности сборки, улучшить методы горячей и холодной обработки.

Таким высоким требованиям редко отвечают материалы в состоянии поставки. Основная часть доставляемых конструкционных элементов нуждается в стабилизации эксплуатационных свойств, чтобы они не изменялись с течением времени. И чтобы повысить механические и физико-химические свойства металлических материалов, применяют термическую обработку. Это последовательность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлов и сплавов.

Её проводят для изменения структуры и свойств металлов и сплавов в направлении, которое было задано. Термообработка применяется для изменения структуры фазового состава и перераспределения компонентов, размера и формы кристаллических зёрен, видов дефектов, их количества и распределения. И это все позволяет достаточно легко получить требуемое свойство материала.

Обязательно надо помнить, что свойства металла и сплавов зависит не только от не только от структуры, но и от химического состава, который образуется во время металлургического и литейного процесса.

Задачей термической обработки является ликвидация внутреннего напряжения в металле и сплаве, улучшение механических и эксплуатационных свойств и другое.

Термической обработке подвергается сталь, чугун, сплав на основе цветных металлов.

Нужно знать, что материалам с одним химическим составом при проведении различных режимов термообработки можно получить несколько совершенно разных структур, которые будут обладать абсолютно разными свойствами. При улучшении механических свойств с помощью термической обработки можно использовать сплавы более простого состава. Допускаемые напряжения, уменьшение массы деталей и механизмов, повышение их надёжности и долговечности также можно достичь с помощью термической обработки.

При малых затратах на термообработку результат её может оказывать огромное влияние на трудоёмкость и стоимость работ на смежных участках производства. Многие производители не проводят термическую обработку изделий, тем самым сокращают весь технологический процесс при изготовлении изделий. Иногда это оправдано, а иногда — нет.

Всегда нужно не только тщательно продумывать весь процесс объёмной и местной термообработки, но и строго соблюдать их режимы, чтобы добиться оптимальных структур и высокого уровня физико-механических и эксплуатационных свойств в изделиях для обеспечения их надёжной и длительной работы.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

5 видов термической обработки и их назначение при прецизионной обработке

Есть много способов изменить поведение металлов и их реакцию на прецизионную обработку. Один из таких методов – термическая обработка. Термическая обработка может быть применена к детали до того, как сделать материал более поддающимся механической обработке, или компоненты могут быть подвергнуты механической обработке перед стадиями окончательной закалки и нагрева. Термическая обработка может влиять на ряд различных аспектов металла, включая прочность, твердость, ударную вязкость, обрабатываемость, формуемость, пластичность и эластичность.Это также может повлиять на физические и механические свойства металла, чтобы изменить использование металла или изменить будущую работу с ним. Здесь мы более подробно рассмотрим различные типы термообработки и то, как они влияют на детали во время прецизионной обработки.

ЗАКАЛКА

При термообработке для упрочнения металла металл нагревается до температуры, при которой элементы в металле превращаются в раствор. До этого дефекты в структуре кристаллической решетки металла являются основным источником «отдачи» или пластичности.Термическая обработка устраняет эти недостатки, превращая металл в надежный раствор с мелкими частицами для упрочнения металла. После того, как металл полностью нагревается до нужной температуры для образования твердого раствора, его быстро охлаждают, чтобы уловить частицы в растворе.

При дисперсионном твердении частицы примесей добавляются к металлическому сплаву для дальнейшего повышения прочности.

ЗАКАЛКА КОРПУСА

В процессе цементации внешний слой металла упрочняется, а внутренний металл остается мягким.Для металлов с низким содержанием углерода, таких как железо и сталь, в поверхность необходимо ввести дополнительный углерод. Упрочнение – это процесс, который часто используется в качестве заключительного этапа после того, как деталь уже была обработана. Высокая температура используется в сочетании с другими элементами и химикатами для создания твердого внешнего слоя. Поскольку закалка может сделать металлы более хрупкими, поверхностная закалка может быть полезна в тех случаях, когда требуется гибкий металл с прочным износостойким слоем.

ОТЖИГ

Отжиг – это метод термообработки, при котором металл, такой как алюминий, медь, сталь, серебро или латунь, нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре в течение некоторого времени, чтобы произошло превращение, а затем охлаждают на воздухе.Этот процесс увеличивает пластичность металла и снижает твердость, чтобы металл стал более пригодным для обработки. Медь, серебро и латунь можно охлаждать быстро или медленно, тогда как черные металлы, такие как сталь, всегда нужно охлаждать постепенно, чтобы произошел отжиг. Отжиг может использоваться перед обработкой металла для повышения его стабильности, что снижает вероятность растрескивания или разрушения более твердых материалов.

НОРМАЛИЗАЦИЯ

Нормализация – это процесс отжига стали, при котором она нагревается на 150-200 ° F выше, чем при отжиге, и выдерживается при критической температуре, достаточной для того, чтобы произошло превращение.Обработанная таким образом сталь должна охлаждаться на воздухе. Термическая обработка при нормализации приводит к более мелким аустенитным зернам, тогда как воздушное охлаждение дает более мелкие ферритные зерна. Этот процесс улучшает обрабатываемость, пластичность и прочность стали. Стандартизация также полезна для удаления столбчатых зерен и дендритной сегрегации, которые могут возникнуть во время литья детали.

ЗАКАЛКА

Закалка – это метод термической обработки, используемый для повышения упругости сплавов на основе железа, таких как сталь.Металлы на основе железа очень твердые, но часто слишком хрупкие, чтобы их можно было использовать в большинстве случаев. Отпуск может использоваться для изменения твердости, пластичности и прочности металла, что обычно облегчает его обработку. Металл будет нагреваться до температуры ниже критической точки, поскольку более низкие температуры уменьшают хрупкость при сохранении твердости. Для повышения пластичности при меньшей твердости и прочности требуются более высокие температуры.

Другой вариант – приобрести закаленный материал или упрочнить материал перед обработкой.Хотя это затрудняет обработку, это устраняет риск изменения размеров деталей, в отличие от процесса термообработки после обработки. Это также может устранить необходимость в шлифовальном цехе для получения жесткой отделки или допусков.

INVERSE SOLUTIONS, INC. ЯВЛЯЕТСЯ ОДНИМ ИЗ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ МАГАЗИНОВ, КОТОРЫЕ МОГУТ ПРИОБРЕСТИ УЖЕ ЗАКАЛЕННЫЙ МАТЕРИАЛ.

Термическая обработка может быть важной частью процесса прецизионной обработки для преобразования металлов и обеспечения того, чтобы ваши детали и детали работали так, как вам нужно.Поговорите с одним из наших квалифицированных инженеров по точному производству о ваших требованиях и о том, как найти правильный метод термообработки для вашего проекта точного машиностроения.

Виды термической обработки | Металлургия для чайников

Термическая обработка стали

Термическая обработка – это контролируемый нагрев и охлаждение металлов для изменения их физических и механических свойств без изменения формы продукта. Термическая обработка иногда выполняется непреднамеренно из-за производственных процессов, которые нагревают или охлаждают металл, например, при сварке или формовке.

Термическая обработка

Термическая обработка – это группа промышленных и металлообрабатывающих процессов, используемых для изменения физических, а иногда и химических свойств материала. Чаще всего применяется в металлургии. Термическая обработка также используется при производстве многих других материалов, таких как стекло. Термическая обработка включает использование нагрева или охлаждения, обычно до экстремальных температур, для достижения желаемого результата, такого как отверждение или размягчение материала.

Методы термообработки включают отжиг, цементирование, дисперсионное упрочнение, отпуск и закалку.Примечательно, что хотя термин термическая обработка применяется только к процессам, в которых нагрев и охлаждение выполняются с конкретной целью преднамеренного изменения свойств, нагрев и охлаждение часто происходят случайно во время других производственных процессов, таких как горячая штамповка или сварка.

Термическая обработка часто связана с повышением прочности материала, но ее также можно использовать для изменения определенных целей технологичности, таких как улучшение механической обработки, улучшение формуемости, восстановление пластичности после операции холодной обработки.Таким образом, это очень эффективный производственный процесс, который может не только помочь другим производственным процессам, но также может улучшить характеристики продукта за счет увеличения прочности или других желаемых характеристик.

Сегодня используются четыре основных типа термической обработки. Это отжиг, нормализация, закалка и отпуск. В следующих параграфах описаны методы, используемые в каждом процессе, и их отношение к металлургу.

ЗАКАЛКА

Закалка сталей проводится для повышения прочностных и износостойких свойств.При достаточном содержании углерода сталь можно сразу закалить. Закалка для большинства сталей заключается в нагреве стали до заданной температуры с последующим ее быстрым охлаждением путем погружения в масло, воду или рассол. Большинству сталей для закалки требуется быстрое охлаждение (закалка), но некоторые из них можно охлаждать воздухом с теми же результатами. Закалка увеличивает твердость и прочность стали, но делает ее менее пластичной. Чтобы удалить часть хрупкости, после закалки сталь следует отпустить.

Многие цветные металлы можно упрочнить и повысить их прочность за счет контролируемого нагрева и быстрого охлаждения. Чистое железо, кованое железо и чрезвычайно низкоуглеродистые стали обладают очень низкими упрочняющими свойствами, и их трудно закалить при термической обработке. Чугун имеет ограниченные возможности к закалке. При быстром охлаждении чугуна образуется белое железо, твердое и хрупкое. В простой углеродистой стали максимальная твердость, получаемая при термообработке, почти полностью зависит от содержания углерода в стали.

По мере увеличения содержания углерода упрочняющая способность стали увеличивается; однако эта способность к упрочнению с увеличением содержания углерода сохраняется только до определенного момента. Когда вы увеличиваете содержание углерода выше 0,80 процента, твердость не увеличивается, но увеличивается износостойкость. Когда вы легируете сталь для повышения ее твердости, сплавы делают углерод более эффективным в увеличении твердости и прочности. Из-за этого содержание углерода, необходимое для получения максимальной твердости, ниже, чем для простых углеродистых сталей.Обычно легированные стали превосходят углеродистые стали.

Углеродистые стали обычно закаливают в рассоле или воде, а легированные стали обычно закаливают в масле. При закалке углеродистой стали помните, что вы должны охладить сталь до температуры ниже 1000 ° F менее чем за 1 секунду. Закалка вызывает чрезвычайно высокие внутренние напряжения в стали, и для их снятия вы можете отпустить сталь непосредственно перед тем, как она станет холодной.

Укрепление гильзы

Цементная закалка – это термохимический диффузионный процесс, при котором легирующий элемент, чаще всего углерод или азот, диффундирует в поверхность монолитного металла.Полученный твердый раствор внедрения тверже основного материала, что улучшает износостойкость без ущерба для прочности. Лазерная обработка поверхности – это обработка поверхности с высокой универсальностью, селективностью и новыми свойствами. Поскольку скорость охлаждения при лазерной обработке очень высока, этим методом можно получить даже метастабильное металлическое стекло.

Цементная закалка идеально подходит для деталей, которым требуется износостойкая поверхность и которые должны быть достаточно прочными изнутри, чтобы выдерживать большие нагрузки.Лучше всего для цементирующей закалки подходят стали низкоуглеродистые и низколегированные. При цементировании высокоуглеродистой стали твердость проникает в сердцевину и вызывает хрупкость. В случае закалки вы изменяете поверхность металла химически, вводя высокое содержание карбида или нитрида. Ядро остается химически незатронутым. При термообработке поверхность с высоким содержанием углерода реагирует на упрочнение, и сердцевина становится более жесткой.

Науглероживание

Науглероживание – это процесс цементации, при котором углерод добавляется к поверхности низкоуглеродистой стали.В результате получается науглероженная сталь с высокоуглеродистой поверхностью и низкоуглеродистой внутренней частью. Когда науглероженная сталь подвергается термообработке, корпус становится более твердым, а сердечник остается мягким и прочным.

Для науглероживания стали используются два метода. Один из методов заключается в нагреве стали в печи, содержащей атмосферу оксида углерода. В другом методе сталь помещается в контейнер, заполненный древесным углем или другим богатым углеродом материалом, а затем нагревается в печи. Чтобы остудить детали, вы можете оставить емкость в печи для охлаждения или вынуть ее и дать остыть на воздухе.В обоих случаях при медленном охлаждении детали отжигаются. Глубина проникновения углерода зависит от продолжительности периода замачивания. В современных методах науглероживание почти исключительно осуществляется в газовой атмосфере.

Цианирование

Этот процесс представляет собой быстрый и эффективный способ упрочнения. Предварительно нагретую сталь погружают в нагретую цианидную ванну и дают ей впитаться. После удаления его охлаждают, а затем промывают для удаления остатков цианида. Этот процесс дает тонкую твердую оболочку, которая тверже, чем оболочка, полученная путем науглероживания, и может быть завершена за 20-30 минут или несколько часов.Главный недостаток в том, что цианидные соли – смертельный яд.

Азотирование

Этот метод цементации обеспечивает самую твердую поверхность из всех процессов упрочнения. Он отличается от других методов тем, что перед азотированием отдельные детали прошли термообработку и отпуск. Затем детали нагревают в печи, имеющей атмосферу газообразного аммиака. Закалка не требуется, поэтому можно не беспокоиться о короблении или других типах искажений. Этот процесс используется для упрочнения деталей, таких как шестерни, гильзы цилиндров, распределительные валы и другие детали двигателя, которые должны быть износостойкими и работать в зонах с высокой температурой.

Закалка пламенем

Закалка пламенем – еще одна процедура, применяемая для упрочнения поверхности металлических деталей. Когда вы используете кислородно-ацетиленовое пламя, тонкий слой на поверхности детали быстро нагревается до критической температуры, а затем сразу же гасится комбинацией струи воды и холодного основного металла. В результате этого процесса получается тонкая закаленная поверхность, и в то же время внутренние детали сохраняют свои первоначальные свойства. Независимо от того, является ли процесс ручным или механическим, необходимо внимательно следить, поскольку горелки быстро нагревают металл, а температура обычно определяется визуально.

ТЕМПЕРИЗАЦИЯ

Термин отпуск используется для описания нагрева после предварительной закалки, холодной обработки (холодное выравнивание) или сварки до температуры от комнатной до температуры ниже точки превращения Ac1 и выдержки при этой температуре с последующим охлаждением в зависимости от цели (DIN 17022 часть 1 -5). Микроструктура, которая была быстро преобразована в результате быстрого охлаждения, не находится в стабильном состоянии равновесия, что означает, что при повторном нагреве ударная вязкость увеличивается, и в то же время твердость может снижаться.Степень уменьшения твердости определяется температурой и периодом времени отпуска.

После закалки сталь часто оказывается тверже, чем необходимо, и слишком хрупкой для большинства практических применений. Кроме того, при быстром охлаждении от температуры затвердевания возникают серьезные внутренние напряжения. Для снятия внутренних напряжений и уменьшения хрупкости после закалки сталь следует отпускать. Закалка заключается в нагреве стали до определенной температуры (ниже температуры ее закалки), выдержке при этой температуре в течение необходимого периода времени, а затем в охлаждении, как правило, с подачей воздуха.Результирующие прочность, твердость и пластичность зависят от температуры, до которой сталь нагревается в процессе отпуска.

Для снятия внутренних напряжений и снижения хрупкости после закалки сталь следует отпускать. Закалка заключается в нагреве стали до определенной температуры (ниже температуры ее закалки), выдержке при этой температуре в течение необходимого периода времени, а затем в охлаждении, как правило, с подачей воздуха. Результирующие прочность, твердость и пластичность зависят от температуры, до которой сталь нагревается в процессе отпуска.

Закалка всегда следует за закалкой, но никогда не предшествует ей. Помимо снижения хрупкости, отпуск смягчает сталь. Это неизбежно, и степень потери твердости зависит от температуры, до которой нагревается сталь в процессе отпуска. Это верно для всех сталей, кроме быстрорежущей. Отпуск увеличивает твердость быстрорежущей стали.

В большинстве случаев требуется отпуск закаленных деталей. Отпуск состоит из нагрева стали ниже нижней критической температуры (часто от 400 до 1105 ° F или от 205 до 595 ° C, в зависимости от желаемых результатов) для придания некоторой прочности.Отпуск также может производиться на нормализованных сталях. Отпуск всегда проводится при температурах ниже критической точки стали. Когда закаленная сталь повторно нагревается, отпуск начинается при 212 ° F и продолжается по мере повышения температуры до низкокритической точки. Выбирая определенную температуру отпуска, вы можете заранее определить конечную твердость и прочность.

Минимальное температурное время отпуска должно составлять 1 час. Обычно скорость охлаждения от температуры отпуска не влияет на сталь.После извлечения из закалочной печи стальные детали обычно охлаждают на неподвижном воздухе; однако есть несколько типов стали, которые необходимо закалить при температуре отпуска, чтобы предотвратить хрупкость. Эти голубые хрупкие стали могут стать хрупкими, если их нагреть в определенных температурных диапазонах и дать им медленно остыть. Некоторые хромоникелевые стали подвержены этой отпускной хрупкости.

Свежешлифованная или отполированная сталь при нагревании образует оксидные слои. Это приводит к появлению цветов на поверхности стали.С повышением температуры слой оксида железа увеличивается в толщине, меняя цвет. Эти цвета, называемые цветами закалки, веками использовались для измерения температуры металла. По цветам отпуска можно судить об окончательных свойствах закаленной стали. Очень твердая инструментальная сталь часто закаляется в диапазоне от светлой до темно-соломенной, тогда как пружинная сталь часто закаляется до синего цвета.

Однако окончательная твердость закаленной стали будет варьироваться в зависимости от состава стали.После нормализации сталь может быть подвергнута закалке при условии ее твердости. Отожженная сталь не подлежит отпуску. Отпуск снимает закалочные напряжения и снижает твердость и хрупкость. Фактически, предел прочности закаленной стали может увеличиваться по мере отпуска стали до температуры около 450 ° F. Отпуск увеличивает мягкость, пластичность, пластичность и ударопрочность. Твердость быстрорежущей стали повышается при отпуске, если она подвергается отпуску при высокой температуре (около 1550 ° F).Помните, что вся сталь должна быть удалена из закалочной ванны и отпущена до того, как она полностью остынет. Неправильная закалка приводит к быстрому выходу из строя закаленной детали.

ОТЖИГ

Технологический отжиг используется для обработки упрочненных деталей из низкоуглеродистой стали (<0,25% углерода). Это позволяет деталям быть достаточно мягкими для дальнейшей холодной обработки без разрушения. Технологический отжиг осуществляется путем повышения температуры до уровня чуть ниже области феррит-аустенит, линия A1 на диаграмме.Эта температура составляет примерно 727 ºC (1341 ºF), поэтому достаточно нагреть ее до примерно 700 ºC (1292 ºF). Это выдерживается достаточно долго, чтобы позволить рекристаллизацию ферритной фазы, а затем охлаждают на неподвижном воздухе. Поскольку материал остается в одной и той же фазе на протяжении всего процесса, единственное изменение, которое происходит, - это размер, форма и распределение зернистой структуры. Этот процесс дешевле, чем полный отжиг или нормализация, поскольку материал не нагревается до очень высокой температуры и не охлаждается в печи.

В общем, отжиг противоположен закалке. Вы отжигаете металлы, чтобы снять внутренние напряжения, смягчить их, сделать их более пластичными и улучшить структуру их зерен. Отжиг заключается в нагревании металла до определенной температуры, выдерживании его при этой температуре в течение заданного времени, а затем в охлаждении металла до комнатной температуры. Метод охлаждения зависит от металла и желаемых свойств. Некоторые металлы охлаждают в печи, а другие охлаждают, закапывая их в золе, извести или других изоляционных материалах.

Мягкий отжиг

Мягкий отжиг выполняется при температуре чуть ниже Ac1 *, иногда также выше Ac1 или путем колебания около Ac1 с последующим медленным охлаждением для достижения мягкого состояния (DIN 17022 часть 1-5). Благодаря этой термообработке цементитный слой перлита трансформируется в сферическую форму, известную как гранулированный цементит. Этот тип микроструктуры обеспечивает наилучшую обрабатываемость сталей с содержанием углерода более прибл. 0,5%. Гранулированный цементит обеспечивает наилучшую обрабатываемость для любого типа холодной обработки. E.грамм. для холодной высадки, волочения или холодной экструзии.

Полный отжиг

Полный отжиг – это процесс медленного повышения температуры примерно на 50 ºC (90 ºF) выше линии аустенитной температуры A3 или линии ACM в случае доэвтектоидных сталей (стали с содержанием углерода <0,77%) и 50 ºC (90 ºF) в Область аустенит-цементит в случае заэвтектоидных сталей (стали с содержанием углерода> 0,77%). Его выдерживают при этой температуре в течение достаточного времени, чтобы весь материал превратился в аустенит или аустенит-цементит, в зависимости от обстоятельств.Затем его медленно охлаждают со скоростью примерно 20 ºC / час (36 ºF / час) в печи до примерно 50 ºC (90 ºF) в диапазоне феррит-цементит. Теперь его можно охлаждать на воздухе комнатной температуры с естественной конвекцией.

Отжиг для снятия напряжения

Отжиг для снятия напряжений используется для снижения остаточных напряжений в крупных отливках, сварных деталях и деталях холодной штамповки. Такие детали имеют тенденцию испытывать напряжения из-за термоциклирования или наклепа. Детали нагревают до температуры 600–650 ºC (1112–1202 ºF) и выдерживают в течение длительного времени (около 1 часа или более), а затем медленно охлаждают на неподвижном воздухе.

Сфероидизация

Сфероидизация – это процесс отжига, используемый для высокоуглеродистых сталей (углерод> 0,6%), которые впоследствии будут подвергнуты механической обработке или холодной штамповке. Это делается одним из следующих способов:

1. Нагрейте деталь до температуры чуть ниже линии феррит-аустенит, линия A1 или ниже линии аустенит-цементит, существенно ниже линии 727 ºC (1340 ºF). Удерживайте температуру в течение длительного времени, после чего следует довольно медленное охлаждение. Или

2.Выполните несколько циклов переключения между температурами немного выше и немного ниже линии 727 ºC (1340 ºF), например, между 700 и 750 ºC (1292–1382 ºF), и медленно охладите. Или

3. Для инструментальной и легированной стали нагреть до 750-800 ºC (1382-1472 ºF) и выдержать несколько часов с последующим медленным охлаждением.

Все эти методы приводят к получению структуры, в которой весь цементит находится в форме небольших глобул (сфероидов), рассеянных по ферритной матрице. Эта структура позволяет улучшить обработку при непрерывных операциях резания, таких как токарные и винтовые станки.Сфероидизация также повышает устойчивость к истиранию.

НОРМАЛИЗАЦИЯ

Нормализация – это метод, используемый для обеспечения однородности размера зерна и состава во всем сплаве. Этот термин часто используется для черных сплавов, которые были нагреты выше верхней критической температуры, а затем охлаждались на открытом воздухе. При нормализации сталь нагревается до температуры (примерно от 20 ° C до 50 ° C) выше верхней точки превращения Ac3 для заэвтектоидных сталей выше Ac1, а затем охлаждается в статическом воздухе.Он используется для получения ровной мелкозернистой микроструктуры.

Нормализация – это процесс повышения температуры выше 60 º C (108 ºF) выше линии A3 или линии ACM полностью в пределах аустенитного диапазона. Его выдерживают при этой температуре, чтобы полностью преобразовать структуру в аустенит, а затем удаляют из печи и охлаждают до комнатной температуры в условиях естественной конвекции. Это приводит к зернистой структуре мелкодисперсного перлита с избытком феррита или цементита. Полученный материал получается мягким; степень мягкости зависит от реальных условий охлаждения.Этот процесс значительно дешевле полного отжига, поскольку не требует дополнительных затрат на контролируемое охлаждение печи.

Для доэвтектоидных сталей микроструктура состоит из перлита и феррита, а для заэвтектоидных сталей – из перлита и цементита. Чем выше скорости нагрева и охлаждения, тем мельче становятся зерна в микроструктуре, при условии, что превращение во время охлаждения происходит на стадии перлита.

Нормализация позволяет устранить неравномерную и крупнозернистую микроструктуру, образовавшуюся во время горячей штамповки.Кроме того, для сталей с содержанием углерода менее 0,5%, которые легко трансформируются, корректировка перлитно-ферритной микроструктуры с в значительной степени равномерным распределением приводит к хорошим механическим свойствам. Нормализация – это вид термической обработки, применимый только к черным металлам. Он отличается от отжига тем, что металл нагревается до более высокой температуры, а затем удаляется из печи для охлаждения на воздухе.

Нормализованные стали тверже и прочнее отожженных сталей. В нормализованном состоянии сталь намного прочнее, чем в любом другом структурном состоянии.Детали, подверженные ударам, и те, которые требуют максимальной прочности с устойчивостью к внешним нагрузкам, обычно нормализуются. При нормализации масса металла влияет на скорость охлаждения и получаемую структуру. Тонкие кусочки остывают быстрее и после нормализации тверже, чем толстые. При отжиге (охлаждение в печи) твердость обоих примерно одинакова.

Возможно вам понравится

Случайные стойки

• Явление хрупкого разрушения
  Существуют ситуации, в которых устойчивость к разрушению определяется не прочностью, а несущей способностью t…
• Процессы формовки металла
  Деформации металла возникают из-за приложения внешних сил к заготовке, эти силы уравновешены …
• Что такое золото?
  Золото устойчиво к воздействию отдельных кислот, но оно может быть растворено царской водкой (нитро-соляной кислотой), так называемой …
• Медное покрытие
  Гальваника – это процесс использования электрического тока для нанесения электрического покрытия проводящий объект с тонким слоем…
• Фазовая диаграмма железа и углерода – Fe-Fe3C и диаграмма TTT
  Кривые преобразования время-температура соответствуют началу и окончанию преобразований, которые простираются в r …

Процессы термообработки: Типы, Методы, цели [PDF]

Из этой статьи вы узнаете, что такое процесс термообработки ? Его методы , типы и цель , процедура , приложение термообработки.Термическая обработка является важной операцией в процессе производства деталей машин и инструментов.

Что такое термическая обработка?

Термическая обработка определяется как операция, включающая нагрев и охлаждение металла или сплава в твердом состоянии для получения определенных желаемых свойств без изменения состава.

Процесс термической обработки выполняется для изменения размера зерна, модификации структуры материала и снятия напряжений, возникающих в материале после горячей или холодной обработки.

• Термическая обработка проводится для улучшения обрабатываемости.
• Для улучшения магнитных и электрических свойств.
• Для повышения устойчивости к износу, нагреву и коррозии и многому другому.

Термическая обработка заключается в нагревании металла до или выше его критической температуры, выдерживаемой в течение определенного времени, с последующим охлаждением металла в некоторой среде, которая может быть воздухом, водой, рассолом или расплавом солей. Процесс термообработки включает отжиг, цементирование, отпуск, нормализацию и закалку, азотирование, цианирование и т. Д.

Типы процессов термообработки

Ниже приведены различные типы процессов термообработки:

1. Отжиг
2. Нормализация
3. Закалка
4. Закалка
5. Азотирование
6. Закалка
7. Цианирование

Читайте также:

Типы термической обработки

1. Отжиг

Отжиг – один из важнейших процессов термообработки.Это одна из наиболее широко используемых операций термической обработки чугуна и стали, которая определяется как процесс размягчения.

Нагрев на 30–50 ° C выше верхней критической температуры и очень медленное охлаждение путем поиска печи. Основная цель отжига – сделать сталь более пластичной и ковкой, а также снять внутренние напряжения. Этот процесс делает сталь мягкой, поэтому ее можно легко обрабатывать.

1.1 Цель отжига

• Размягчает сталь и улучшает ее обрабатываемость.
• Для измельчения зерна и удаления газов.
• Устраняет внутренние напряжения, возникшие во время предыдущего процесса.
• Для получения желаемой пластичности, пластичности и вязкости.
• Изменяет электрические и магнитные свойства.

1.2 Процедура отжига

В зависимости от содержания углерода сталь нагревается до температуры примерно на 50–55 ° C выше ее критического диапазона температур. При такой температуре ее выдерживают в течение определенного времени в зависимости от типа печи и характера работы.Затем стали позволяют постоянно остывать внутри печи.

1.3 Применение отжига

Применяется для отливок и поковок.

2. Нормализация

Нормализация: Основная цель нормализации – это устранение внутренних напряжений, возникающих после процесса холодной обработки. При этом сталь нагревается на 30-50 ° C выше ее верхней критической температуры и охлаждается на воздухе.

Улучшает механические и электрические свойства, обрабатываемость и прочность на разрыв.Нормализация – это процесс термической обработки, проводимый для восстановления структуры в нормальном состоянии.

2.1 Цель нормализации

• Обеспечение однородности структуры.
• Для измельчения зерна.
• Для достижения желаемых изменений свойств стали.

2.2 Процедура нормализации

Сталь нагревают до температуры примерно на 40-50 ° C выше ее верхней критической температуры. При этой температуре его выдерживают непродолжительное время.Затем стали дают остыть на неподвижном воздухе при комнатной температуре, что называется закалкой на воздухе.

2.3 Применение нормализации

• Применяется отливок и поковок для улучшения зернистой структуры и снятия напряжений.
• Применяется после холодной обработки, такой как прокатка, штамповка и ковка.

3. Закалка

Закалка: Основная цель процесса закалки – сделать сталь твердой и вязкой.В этом процессе сталь нагревается на 30-40 ° C выше верхней критической температуры, а затем продолжается охлаждение до комнатной температуры путем закалки в воде или масле. Это процесс, противоположный отжигу.

3.1 Назначение закалки

• Закалкой увеличивает твердость стали.
• Сопротивление износу
• Позволяет стали резать другие металлы

3.2 Процедура закалки

Сталь нагревается выше критического диапазона температур.Он выдерживается при этой температуре в течение определенного периода времени. Затем сталь быстро охлаждают в среде закалки.

Закалочная среда выбирается в соответствии с желаемой степенью твердости. В качестве закалочных сред используются воздух, вода, газы, масла и расплавленные соли. Тонкое сечение лезвий таких ножей охлаждается на воздухе. Вода – широко используемая среда, но она приводит к образованию пузырьков на поверхности металла.

Следовательно, для предотвращения этого используется рассол. Масло используется, когда есть риск деформации трещин, и подходит для легированных сталей.Расплавленные соли используются для охлаждения тонкого сечения с целью получения без трещин и ударопрочных продуктов.

3.3 Применение закалки

Применяется для стамески, кувалды, ручного молотка, кернеров, метчиков, штампов, фрез, лезвий ножей и зубчатых колес.

4. Отпуск

Отпуск: когда в процессе закалки стальной образец затвердевает, он становится хрупким и имеет высокое остаточное напряжение. Это операция, используемая для изменения свойств стали, закаленной закалкой, с целью повышения ее полезности.

Отпуск или вытяжка приводят к снижению хрупкости и устранению внутренних деформаций, возникающих во время закалки. После закалки сталь необходимо отпустить.

Отпуск подразделяется на три категории в зависимости от полезности используемой стали.

• Низкотемпературный отпуск.
• Среднетемпературный отпуск.
• Высокотемпературный отпуск.

4.1 Цель отпуска

• Для снятия внутренних напряжений, вызванных закалкой.
• Для уменьшения хрупкости.
• Повышение пластичности, прочности и вязкости.
• Для повышения износостойкости.
• Для получения желаемых механических свойств.

4.2 Процедура отпуска

Сталь после закалки в процессе закалки повторно нагревается до температуры, немного превышающей температурный диапазон, в котором она будет использоваться, но ниже нижней критической температуры. Температура здесь колеблется от 100 ° C до 700 ° C.

Повторный нагрев осуществляется в ванне из масла, расплавленного свинца или расплавленной соли. Образец выдерживают в ванне некоторое время до достижения равномерной температуры, время зависит от состава и желаемого качества стали. Теперь образец вынимают из ванны и дают медленно остыть на неподвижном воздухе.

4.3 Применение закалки

Применяется к режущим инструментам, инструментам и зубчатым колесам, закаленным в процессе закалки.

5.Азотирование

Азотирование – это процесс поверхностного упрочнения, при котором газообразный азот используется для получения твердой корки металла. В этом процессе сталь нагревается в присутствии аммиака.

За счет этого осаждается атом азота, что делает материал твердым. Предметы индукционной закалки и закалки пламенем нагреваются кислородно-ацетиленовым пламенем.

5.1 Назначение азотирования

• Для упрочнения поверхности стали на определенную глубину.
• Повышение сопротивления износу и усталости.
• Для повышения коррозионной стойкости.

5.2 Процедура азотирования

Это делается в электропечи, где поддерживается температура от 450 ° до 510 ° C. Деталь хорошо обработана и обработана и помещена в герметичный контейнер, снабженный выпускными и впускными трубками, по которым циркулирует газообразный аммиак.

Емкость с деталью помещается в печь и пропускается газообразный аммиак, пока печь нагревается.

В процессе нагрева из аммиака выделяется газообразный азот в виде атомарного азота, который вступает в реакцию с поверхностью детали и образует нитрат железа.

Глубина входа зависит от продолжительности времени, проведенного при температуре азотирования. Деталь вынимается и не требует закалки и дальнейшей термообработки.

5.3 Применение азотирования

• Применяется для упрочнения поверхности среднеуглеродистых легированных сталей.

6. Цианирование

Цианирование: в этом процессе сталь нагревается в присутствии среды цианида натрия. Благодаря этому атомы углерода и азота откладываются на поверхности стали и делают ее твердой.

6.1 Назначение цианирования

• Этот метод эффективен для повышения предела выносливости деталей средних и малых размеров, таких как шестерни, валы, пальцы и т. Д.
• Для увеличения твердости поверхности.
• повышают износостойкость.
• Для придания чистой, яркой и приятной поверхности затвердевшей поверхности.

6.2 Продукция для цианирования

Обрабатываемые детали погружают в ванну с расплавом цианидной соли, поддерживаемую при температуре 950 ° C. Используемые расплавленные соли представляют собой хлорид натрия, карбонат натрия, цианид натрия и кальцинированную соду.

Погруженное изделие оставляют в расплаве цианидной соли при температуре 950 ° C примерно на 15-20 минут. При разложении цианида натрия из окиси углерода выделяется азот и углерод, которые диффундируют в поверхность, что приводит к ее упрочнению.Затем деталь вынимают из ванны и закаливают в воде или масле.

6.3 Применение цианирования

• Применяется для небольших изделий, таких как шестерни, втулки, винты, штифты и небольшие ручные инструменты, для которых требуется тонкая и твердая износостойкая поверхность.

7. Науглероживание

Науглероживание: в этом процессе сталь нагревается в присутствии углерода. За счет этого атомы углерода откладываются на поверхности металла и делают ее твердой.

8. Поверхностное или поверхностное упрочнение

Основная цель этого процесса – сделать единственную внешнюю поверхность стали твердой, а внутреннюю сердцевину – мягкой. Это процесс науглероживания, т. Е. Насыщения поверхностного слоя стали углеродом, или какой-либо другой процесс, при котором корпус упрочняется, а сердечник остается мягким.

8.1 Назначение упрочнения

• Для придания твердости и износостойкости деталям машин.
• За счет цементирования получается прочная сердцевина.
• Для получения более высокого предела выносливости и высоких механических свойств сердечника.

Цель термической обработки стали

Ниже приведены цели термической обработки.

• Для улучшения механических свойств, таких как прочность на разрыв, твердость, пластичность, ударопрочность и устойчивость к коррозии.
• Улучшить обрабатываемость.
• Для снятия внутренних напряжений металла, возникающих при холодной или горячей обработке.
• Для изменения или уточнения размера зерна.
• Улучшение магнитных и электрических свойств.
• Повышение устойчивости к износу и коррозии.
• Для повышения твердости поверхности.

Загрузите эту статью в формате PDF.

---

Заключение

Итак, теперь мы надеемся, что мы развеяли все ваши сомнения относительно процесса термообработки. Если у вас все еще есть сомнения по поводу процесса термообработки или методов, типов, применения, вы можете задать вопрос в комментариях.

У нас также есть сообщество на Facebook для вас, ребята. Если вы хотите, вы можете присоединиться к нашему сообществу, вот ссылка на нашу группу в Facebook.

Спасибо, что прочитали. Если вам понравилась наша статья, поделитесь ею с друзьями. Если у вас есть какие-либо вопросы по какой-либо теме, вы можете задать их в разделе комментариев.

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать уведомления, когда мы загружаем новые сообщения.

Подробнее о Mechanical Engg на нашем сайте:

1. Свойства и типы формовочного песка
2. Чугун: типы, свойства и влияние примесей
3. Список из 20 различных типов гаек и болтов

Обзор Процесс

Это вещество повсюду.

Это ваша кухня, ваша машина, ваш дом, здания, в которых вы работаете, и мосты, по которым вы едете.

Что это? То же, что мы использовали для создания цивилизаций тысячи лет:

Сталь.

Начиная с кузнечного дела, человечество так долго работало со сталью, что мы посвятили целые отрасли промышленности нагреванию и формованию стальных смесей в соответствии с нашими потребностями. Сегодня существует бесчисленное множество способов нагрева, гибки, закалки и химического изменения стали, чтобы она соответствовала любой цели, для которой она нужна.

Здесь мы кратко обсудим, как работает термическая обработка стали и почему термическая обработка металлов так жизненно важна в нашем современном мире.

Прочтите, чтобы узнать основы процесса термообработки стали.

Зачем обрабатывают сталь

Сталь – одно из самых распространенных веществ в мире, и без нее мы не смогли бы функционировать как общество.

Проще говоря, сталь – это сплав, состоящий из комбинации железа и других элементов.Существуют разные типы стали, в зависимости от того, какие другие элементы используются наряду с железом.

В целях обеспечения качества для того, чтобы сплав назывался сталью, должны присутствовать все следующие элементы:

• Алюминий
• Углерод
• Марганец
• Азот
• Кислород
• фосфор
• Кремний
• сера

Можно добавить множество других элементов для изменения свойств стали по желанию, но перечисленные выше элементы должны присутствовать.Точное соотношение всех этих элементов влияет на твердость, долговечность, гибкость стали и т. Д.

Существуют также спецификации относительно того, сколько каждого элемента может быть в стальном сплаве, прежде чем его можно будет назвать как-то иначе.

Например, чугун – это сплав, очень похожий на сталь, который содержит более 2,1% углерода. Кованое железо похоже на сплав чугуна, но по сравнению с ним содержит очень мало углерода, что облегчает его скручивание и сгибание.

Сталь

спроектирована для конечной цели, начиная с элементов, из которых она изготовлена.Затем этот грубый металлический сплав необходимо подвергнуть термической обработке, чтобы из него можно было придать форму и нарезать конечный продукт.

Итак, как устроен процесс термообработки?

Методы нагрева и закалки

Здесь начинается самое интересное.

Сталь имеет критическую температуру, которая делает ее пластичной и начинает изменять ее химическую структуру. Сталь, нагретая выше этой температуры, переходит в так называемую аустенитную фазу.

Оттуда инженеры могут создать сталь нужной формы и нужного качества. Существует множество методов термической обработки стали, включая, помимо прочего:

• Отжиг – Нагрев, а затем медленное охлаждение стали для ее улучшения и смягчения
• Науглероживание – добавление углерода к поверхности с помощью тепла и веществ, богатых углеродом
• Цементная закалка – науглероживание и быстрое охлаждение стали, чтобы центральная часть оставалась мягкой, а остальная часть затвердевала
• Цианидное упрочнение – аналогично цементированию, но с использованием расплавленной цианидной соли для твердого футляра вместо углерода
• Обезуглероживание – Удаление углерода из стального сплава нагреванием или окислением
• Азотирование – добавление азота к поверхности стали с помощью тепла и богатой азотом жидкости или газа
• Волочение или отпуск – повторный нагрев стали, которая уже была охлаждена до определенной температуры, для удаления твердости

Пропуск нерафинированного стального сплава через различные процессы термообработки – единственный способ изготовить все готовые стальные детали, которые мы используем.Не все стальные изделия должны проходить все вышеперечисленные этапы, но вся сталь требует обработки.

Если вы начинаете ошеломлять, просто помните, что самый грубый стальной сплав проходит три основных этапа:

• Отжиг
• Закалка
• Закалка

Давайте разберемся, что означает каждое из этих значений.

Отжиг и закалка стали

Здесь многие путаются.

Сталь нагревается до температуры, превышающей критическую для процесса отжига. Высокие температуры, используемые для отжига, переводят сталь в аустенитную фазу. На этом этапе качество зерна стали меняется.

Когда горячая сталь охлаждается и снова становится твердой, ее нельзя использовать как есть. Термообработанная сталь должна быть отпущена, прежде чем ее можно будет использовать в качестве промышленного материала. При отпуске также происходит нагрев стали, но на этот раз ниже критической температуры.

Закаленная сталь – это способ сделать закаленную сталь менее хрупкой и изменить ее долговечность в соответствии с вашими потребностями.Для каждого проекта стали может потребоваться разный уровень нагрева для отпуска, но отпуск никогда не возвращает сталь обратно в аустенитную фазу.

Закалка (или установка) Сталь

Все еще со мной?

Закалка – это промышленный термин, обозначающий быстрое охлаждение горячей стали, чтобы снова сделать ее твердой. В зависимости от проекта горячая и ковкая сталь будет погружаться в воду или масло для охлаждения. Это возвращает сталь в твердое состояние и часто делает ее хрупкой.

Термообработанная сталь также может охлаждаться на воздухе.Но, как упоминалось выше на различных этапах термообработки, способ охлаждения стали в значительной степени влияет на качество ее конечной обработки.

Как вы, наверное, уже догадались, одна и та же сталь будет нагреваться и закаляться много раз. Это необходимо для того, чтобы он был готов поддерживать здания, мосты или любые другие сооружения на десятилетия вперед.

Разве вы не рады, что все это предоставлено профессионалам?

Термическая обработка стали

Вот и все, ребята.Похоже, вы готовы построить свой собственный небоскреб.

(Шучу)

Резюме:

• Вся сталь представляет собой сплав железа и множества других элементов
• Вся сталь должна быть обработана, чтобы ее можно было использовать в коммерческих продуктах
• Термическая обработка стали обычно всегда включает отжиг, закалку и отпуск.

Если вы нашли этот пост в блоге полезным, узнайте, как мы закаливаем и отпускаем нашу сталь прямо здесь, на нашем семейном сталелитейном заводе.

Три типа термообработки и почему мы их выполняем

Writer | 14 февраля 2017 г.

Знаете ли вы, что металлы, которые мы используем в продукции сегодня, сильно отличаются от металлов, которые использовались еще несколько десятилетий назад? Это правда! Благодаря передовым методам термообработки, таким как усиление атмосферными осадками в Гастонии, Северная Каролина, высококвалифицированные специалисты могут взять кусок металла и изменить его физические, а иногда и химические свойства, чтобы сделать его более подходящим для различных видов услуг.

Интересно отметить, что термическая обработка может как упрочнить, так и размягчить металл, облегчая работу с ним; это зависит от используемой техники. Вот еще несколько интересных деталей, касающихся термообработки:

• Отжиг: Существует два типа отжига: полный и частичный отжиг. Оба, однако, предназначены для одной и той же цели: сделать металл более мягким. Зачем вам нужен более мягкий металл? Разве это не противоречит цели использования металла? В то время как металл, как правило, будет твердым материалом при охлаждении, мы хотим время от времени смягчать его, чтобы с ним было легче работать.Специалистам будет намного проще резать и формовать металл, если он будет отожжен и сделан более мягким. Процесс включает нагрев металла до очень высоких температур (до 1400 градусов) и выдержку его при этой температуре в течение заданного периода времени (в зависимости от обрабатываемого металла). После того, как металл был нагрет и выдержан при этой температуре, он охлаждается. Большинство металлов охлаждаются медленно, но некоторые охлаждаются быстро. Отжиг изменяет как физические, так и химические свойства металла.
• Дисперсионное упрочнение: В отличие от отжига, дисперсионное упрочнение в Gastonia, NC представляет собой форму термообработки, используемую для упрочнения и упрочнения металла.Чаще всего это делается с алюминием для создания сплава. Во время этого процесса металл нагревается до высокой температуры в течение определенного периода времени, а затем очень быстро охлаждается. Процесс быстрого охлаждения предотвращает появление дефектов в металле, существенно упрочняя и упрочняя его. Сложность этой термической обработки заключается в том, чтобы не нагревать ее слишком долго. Металл, который слишком долго нагревается, а затем быстро охлаждается, сильно потеряет свою прочность. Наши профессионалы хорошо обучены этой технике, поэтому клиенты могут быть уверены, что их металлы в конечном итоге станут прочнее, а не слабее.
• Закалка: Результат этого метода термообработки может быть одним из двух. В зависимости от металла, с которым работает техник, результат может быть более мягким или более твердым. Если закалить медь, алюминий или никель, конечный результат будет мягче. С другой стороны, если сталь или чугун закалить, они будут намного тверже. Закалка предполагает нагрев металла до высоких температур, а затем очень быстрое охлаждение. Металл можно охладить либо в воде, либо в масле, либо подвергнуть обработке принудительным воздухом.

1. F. Heat Treating Inc. предлагает широкий спектр услуг по термообработке, перечисленных выше. Позвоните нам сегодня, чтобы узнать больше о том, как мы можем изменить свойства вашего металла в соответствии с вашими конкретными потребностями.

Подробнее

Шесть типов термообработки

Writer | 27 августа 2020 г.

Термическая обработка является важным этапом прецизионной обработки. Однако есть несколько способов добиться этого, и ваш выбор термообработки зависит от материалов, отрасли и конечного применения.Если вы планируете нанять цех для термообработки ваших деталей, вот шесть типов термообработки в Гастонии, Северная Каролина, которые могут быть использованы для решения вашего проекта:

• Закалка: Закалка выполняется для устранения недостатков металла, особенно те, которые влияют на общую долговечность. Это выполняется путем нагревания металла и быстрой его закалки, когда он достигает желаемых свойств. Это замораживает частицы и приобретает новые качества.
• Отжиг: Чаще всего используется с алюминием, медью, сталью, серебром или латунью. Отжиг включает нагрев металла до высокой температуры, удерживание его там и возможность медленно остыть.Это облегчает придание форме этим металлам. Медь, серебро и латунь можно охлаждать быстро или медленно, в зависимости от области применения, но сталь всегда должна охлаждаться медленно, иначе она не отожжется должным образом. Обычно это выполняется перед обработкой, чтобы материалы не выходили из строя во время производства.
• Нормализация: Нормализация, часто применяемая для стали, улучшает обрабатываемость, пластичность и прочность. Сталь нагревается на 150-200 градусов выше, чем металлы, используемые в процессах отжига, и выдерживается там до тех пор, пока не произойдет желаемое превращение.Для этого процесса требуется, чтобы сталь охлаждалась на воздухе, чтобы получить очищенные ферритные зерна. Это также полезно для удаления столбчатых зерен и дендритной сегрегации, которые могут ухудшить качество при отливке детали.
• Закалка: Этот процесс используется для сплавов на основе железа, особенно стали. Эти сплавы чрезвычайно твердые, но часто слишком хрупкие для использования по назначению. При отпуске металл нагревается до температуры чуть ниже критической точки, так как это снижает хрупкость без ущерба для твердости.Если заказчик желает лучшей пластичности при меньшей твердости и прочности, мы нагреваем металл до более высокой температуры. Однако иногда материалы устойчивы к отпуску, и может быть проще купить уже закаленный материал или закалить его перед обработкой.
• Цементное упрочнение: Если вам нужна твердая поверхность, но более мягкая сердцевина, лучше всего подходит цементирование. Это обычный процесс для металлов с меньшим содержанием углерода, таких как железо и сталь. В этом методе термической обработки на поверхность добавляется углерод.Обычно вы заказываете эту услугу после того, как детали будут обработаны, чтобы сделать их более прочными. Это выполняется с использованием сильного нагрева с другими химикатами, так как это снижает риск сделать деталь хрупкой.
• Старение: Этот процесс, также известный как дисперсионное твердение, увеличивает предел текучести более мягких металлов. Если металл требует дополнительного упрочнения сверх его нынешней структуры, дисперсионное упрочнение добавляет примеси для повышения прочности. Этот процесс обычно происходит после использования других методов, он только повышает температуру до среднего уровня и быстро охлаждает материал.Если техник решит, что естественное старение лучше всего, материалы хранят при более низких температурах, пока они не достигнут желаемых свойств.

Если вам требуется термическая обработка металла в Гастонии, Северная Каролина, компания J.F. Heat Treating Inc. всегда готова помочь. Позвоните нам сегодня, чтобы обсудить варианты и получить смету для вашего проекта.

Подробнее

Понимание различных типов термообработки

В прошлой статье мы обсудили множество различных типов отжига и уменьшение искажений с помощью отжига для снятия напряжения.В этой статье мы обсудим основные методы закалки стали.

Закалка и отпуск

Самый распространенный метод закалки стали в настоящее время в промышленности заключается в нагреве стальной детали до температуры аустенизации; закалка в подходящем закалочном растворе; и отпуск до желаемой твердости. Это схематично показано на рисунке 1.

Рисунок 1: Схема, представляющая типичную закалку и отпуск до типичной кривой TTT.

В этом примере деталь подвергается аустенитизации, а затем закалке в закалочной среде достаточно быстро, чтобы поверхность и центр детали не попадали в «нос» кривой TTT и полностью закаливались.Самая медленная закалка для достижения сквозного твердения соответствует скорости закалки, достаточной для того, чтобы просто пропустить «вершину» кривой TTT. Более низкие скорости закалки, чем минимальные, приведут к образованию продуктов немартенситного превращения феррита, перлита и бейнита. Следует отметить, что кривая ТТТ не влияет на реакцию отпуска.

Это наиболее распространенный тип термообработки сталей, применимый к широкому спектру термической обработки всех типов компонентов, включая детали для аэрокосмической, автомобильной и сельскохозяйственной техники.Для большинства применений температура аустенизации примерно на 25-30 градусов Цельсия выше температуры A _c3 . После надлежащей выдержки при температуре деталь быстро закаливают в рассоле, воде, полимере или масле. Охлаждающая жидкость обычно составляет менее 80 ° C для масла и при температуре окружающей среды для охлаждающих средств на водной основе (вода, рассол и полимер). Деталь остается в закалочной среде до тех пор, пока она не достигнет температуры, примерно равной температуре закалки. Затем деталь снимается с закалки и немедленно отпускается.Если деталь не закаляется сразу (обычно в течение 90 минут после закалки), деталь может иметь склонность к образованию трещин при закалке. Этот вид термообработки подвержен деформации и остаточным напряжениям. Чтобы свести к минимуму деформацию и остаточные напряжения, закалка выбирается для достижения свойств и минимизации деформации.

Закалка

Закалка – это специализированный процесс, который используется только тогда, когда возникает проблема деформации и высоких остаточных напряжений. В этом процессе детали закаливают от температуры аустенизации до горячего масла или расплавленной соли при примерной начальной температуре мартенсита (100-200 градусов C).Деталь выдерживают при температуре масла до тех пор, пока температура поверхности и центра детали не станет почти одинаковой. Как только центр детали достигнет температуры охлаждающей жидкости, деталь удаляют из охлаждающей жидкости и дают ей остыть любым удобным способом (обычно воздушным охлаждением). Это предотвращает образование термических напряжений из-за неравномерного охлаждения между центром и поверхностью (рис. 2).

Рисунок 2: Схематическое изображение темперирования.

Если должно произойти полное затвердевание, аустенит должен остыть достаточно быстро, чтобы не допустить, чтобы средняя скорость охлаждения не попала в «нос» диаграммы TTT.Поскольку диаграмма TTT показывает начальную температуру мартенсита, M _s , диаграмма TTT полезна для выбора оптимальной температуры закалки и оценки времени, в течение которого деталь должна выдерживаться при температуре, чтобы предотвратить образование бейнита.

Мартемперинг, скорее всего, используется для науглероженных деталей. Карбюризированный корпус детали имеет большее содержание углерода, чем сердечник. Поскольку корпус имеет большее содержание углерода, температура M _s в корпусе ниже, чем в активной зоне.Деталь закаливают в масло или расплав соли при температурах чуть выше температуры M _s науглероженного корпуса. Это означает, что сердечник часто трансформируется раньше, чем корпус, в результате чего возникают полезные сжимающие остаточные напряжения на поверхности науглероженных деталей.

Легированные стали, как правило, более поддаются отпуску. По большей части, любая сталь, подвергающаяся закалке в масле, может быть подвергнута закалке в масле. Стали с высоким углеродным эквивалентом (CE), склонные к образованию трещин при закалке, часто подвергаются закалке во избежание растрескивания.В этом случае углеродный эквивалент определяется как [1]:

Другое уравнение для углеродного эквивалента [2]:

В каждом случае было определено, что растрескивание при закалке представляет собой проблему, если углеродный эквивалент (CE)> 0,52 процента. Если углеродный эквивалент стали превышает 0,50 процента, то сталь является хорошим кандидатом для закалки. В таблице 1 показан углеродный эквивалент для некоторых распространенных сталей.

Таблица 1: Обычные сплавы и их начальные температуры мартенсита, а также углеродные эквиваленты.

Из обычно термообработанных сплавов в таблице 1 только AISI 8630 и AISI 4130 не склонны к образованию трещин при закалке. AISI 1045 подвергается термообработке путем отпуска, закалки и отпуска. Это часто зависит от геометрии детали или склонности к деформации, от того, закаливается ли AISI 1045 с помощью закалки или отпуска. Тонкие секции чаще всего подвергаются закалке из-за низкой закаливаемости AISI 1045.

Martempering особенно подходит для науглероженных деталей (особенно подшипников, шестерен и валов), где детали более дорогостоящие в изготовлении и изготавливаются с более близкими размерами [3].Это проиллюстрировано на Рисунке 3, где показано искажение как функция температуры закалки [4].

Рисунок 3: Деформация дорожек подшипников SAE 52100 в зависимости от температуры закалки.

Ограничения толщины сечения также должны быть приняты во внимание для пригодности для закалки. При заданной степени закалки существует предел толщины сечения, при котором сталь больше не будет полностью закаливаться или превращаться в мартенсит. Однако в зависимости от области применения может быть допустимо, чтобы центр детали не полностью превратился в мартенсит.Часто допустимо, чтобы твердость сердцевины была меньше твердости поверхности. В этом случае размер для закалки можно увеличить. Влияние полученной смешанной микроструктуры на механические свойства необходимо будет оценивать для каждого применения.

Аустемперирование

Аустемперинг – это изотермический процесс для достижения исключительно бейнитной структуры. Это достигается путем нагрева детали в пределах аустенитного диапазона и последующей закалки детали в ванну с горячим маслом или расплавленной солью, поддерживаемой при постоянной температуре 260-400 градусов C (выше температуры сплава M _s ).Затем детали дают возможность изотермически трансформироваться для достижения бейнитной структуры и охладиться удобным способом, обычно на воздухе. Этот процесс показан на рисунке 4.

Рис. 4: Типичная схема процесса аустеплирования, где конечная микроструктура является бейнитной.

Преимущества аустемперинга:

• Повышенная пластичность или ударная вязкость.
• Пониженные искажения.
• Уменьшено общее время цикла.

Для истинного закаливания деталь должна быть охлаждена так, чтобы центр и поверхность детали не совпадали с вершиной кривой TTT.

Выбор стали для закалки в первую очередь основан на кривой TTT сплава. При использовании данной стали для закалки следует учитывать три важных момента:

• Местоположение носика кривой TTT и время, необходимое для обхода носа;
• Время, необходимое для полного превращения в бейнит; и
• Температура начала мартенситного превращения, М _с .

Углеродистые стали, как правило, не подходят для закалки, потому что время, необходимое для обхода вершины кривой TTT, очень короткое.Среднеуглеродистые легированные стали, такие как 5140, хорошо подходят для закалки, потому что вершина кривой TTT находится достаточно вправо, чтобы можно было обойти ее без образования перлита. Полностью бейнитная структура достигается в течение 1-10 минут при температуре 315-400 ° C. Чугун с шаровидным графитом с шаровидным графитом является обычным применением для закалки, так как он улучшает износостойкость и обеспечивает микроструктуру ударопрочности.

Максимальная толщина секции важна для определения самой медленной скорости закалки, которая не соответствует вершине кривой TTT.Из-за этого ограничения для достижения полностью бейнитной микроструктуры на участках более 13 мм требуются стали с очень высокой закаливаемостью. Когда допустимо присутствие перлита в микроструктуре, допустимая толщина сечения может быть увеличена. Из-за ограничений по размеру сечения диапазон применений для закалки обычно ограничивается деталями, изготовленными из прутков малого диаметра или полос с тонким поперечным сечением.

Осторожный отпуск может быть заменен обычным закалкой или закалкой и отпуском при условии, что сплав имеет достаточную прокаливаемость и тонкое поперечное сечение.