Классификация видов термической обработки: Классификация видов термической обработки стали

Содержание

Классификация видов термической обработки стали

В соответствии с классификацией профессора М. Е. Блантера, процессы термической обработки подразделяются на четыре группы.

Первая группа – процессы термической обработки, которые приводят к дополнительному упрочнению изделий по всему их объёму (закалка метала с отпуском или же закалка с последующим старением.

Вторая группа – процессы термической обработки металлов, которые приводят к упрочнению изделий по поверхностью, что в свою очередь направлено на повышение износоустойчивых характеристик. Кроме этого данные процессы направлены на повышение так называемого предела выносливости и устранение влияния концентраторов напряжений.

Для достижение вышеописанных целей используют поверхностную закалку, а так же некоторые процессы химико-термической обработки (азотирование, цементация, борирование), кроме этого для этих же целей используют поверхностный наклёп.

Третья группа, включает в себя процессы термической обработки, которые приводят к общему смягчению металлических изделий и снятию внутренних напряжений, что благотворно влияет на пластичность и ударную вязкость. К таким процессам можно отнести процесс отпуска, нормализации и отжига.

Четвёртая группа, является последней группой классификации видов термической обработки металлов и включает в себя процесс термической обработки, направленные на придачу поверхностным слоям изделий особых физико-химических свойств, которые способствуют защите самих металлических изделий от коррозий, окислений, испарений, высоких температур и подобных негативных для металлов воздействий.

В данную группу можно включить химико-термические виды обработок: антикоррозийное азотирование, алитирование, силицирование и другие подобные процессы.

Кроме этого достаточно большое распространение получила термомеханическая обработка, которая заключатся в процессах нагрева, деформации и охлаждения в различной последовательности, в результате чего образуется особая структура сплава, изменение свойств которого происходит в условиях повышенной плотности.

Читайте так же:

Резка листового металла

Пенополиуретановая изоляция трубы

Классификация видов термической обработки — Теория термической обработки металлов

Любой процесс термической обработки можно описать графиком, показывающим изменение температуры во времени. По такому графику можно определить температуру нагревания, время нагревания и охлаждения, средние и истинные скорости нагревания и охлаждения, время выдержки при температуре нагревания и общую продолжительность производственного цикла.

Но по форме этого графика ничего нельзя сказать о том, с каким видом термообработки мы имеем дело. Вид термообработки определяется не характером изменения температуры во времени, а типом фазовых и структурных изменений в металле.

Основываясь на последнем признаке, А. А. Бочвар разработал классификацию, охватывающую многочисленные разновидности термической обработки черных и цветных металлов и сплавов.

На основе классификации А. А. Бочвара Комиссией по стандартизации Совета Экономической Взаимопомощи были разработаны классификация видов и разновидностей термической обработки сталей и цветных металлов и сплавов, а также соответствующая терминология. На рисунке приведена схема классификации основных видов термической обработки металлов и сплавов.


Схема классификации основных видов термической обработки металлов и сплавов


Термическая обработка подразделяется на собственно термическую, химико-термическую и термомеханическую (или деформационно-термическую).

Собственно термическая обработка заключается только в термическом воздействии на металл или сплав, химико-термическая — в сочетании термического и химического воздействия, термомеханическая — в сочетании термического воздействия и пластической деформации.

Собственно термическая обработка включает следующие основные виды: отжиг 1-го рода, отжиг 2-го рода, закалку с полиморфным превращением, закалку без полиморфного превращений, отпуск и старение. Эти виды термической обработки относятся и к сталям, и к цветным металлам и сплавам.

Каждый из видов собственно термообработки подразделяется на разновидности, специфические для сплавов на разных основах. Химико-термическая и термомеханическая обработки имеют разновидности, рассматриваемые в соответствующих главах.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Классификация видов термической обработки

Posted by
Менеджер

in Теория металла

Применение того или иного вида термической обработки в машиностроении связано с возможностью получения определенных технических свойств. Поэтому удобно в качестве классификационного признака для различных видов термической обработки стали принять характер изменения свойств. В соответствии с этой классификацией процессы термической обработки можно разделить на четыре группы.

Группа первая — процессы термической обработки, приводящие к упрочнению изделий во всем объеме: закалка с последующим отпуском (например, высокотемпературным, так называемое улучшение), закалка с последующим старением.

Группа вторая — процессы термической обработки, приводящие к поверхностному упрочнению изделий с целью повышения износоустойчивости, предела выносливости (стойкость при знакопеременных нагрузках), устранения влияния концентраторов напряжений и, в некоторой степени, общего упрочнения. Для этой цели применяются поверхностная закалка и некоторые процессы химико-термической обработки (цементация, азотирование, борирование). К тем же результатам приводит поверхностный наклеп (так называемая дробеструйная обработка).

Группа третья — процессы термической обработки, приводящие к общему смягчению изделий, снятию внутренних напряжений, повышению пластичности и ударной вязкости. К этой группе принадлежат процессы отжига, нормализации и отпуска.
Группа четвертая объединяет процессы термической обработки, которые придают поверхностным слоям изделий особые физико-химические свойства и способствуют защите изделий от атмосферной коррозии, растворения в агрессивных средах, от окисления и испарения при высоких температурах и т. п. Для этой цели применяются некоторые разновидности химико-термической обработки: антикоррозионное азотирование, силицирование, алитирование и т. п.

Кроме указанных видов термической обработки, в последнее время все большее применение получает термомеханическая обработка, заключающаяся в совокупности процессов деформации, нагрева и охлаждения в различной последовательности, в результате чего формирование структуры сплава и изменение его свойств происходит в условиях повышенной плотности несовершенств строения, созданных пластической деформацией.

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!

Классификация видов термической обработки (по А. А. Бочвару)







Имеется несколько видов термической обработки отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Некоторые из этих операций имеют разновидности. А. А. Бочваром предложена классификация видов термической обработки, состоящая из следующих пяти групп.  [c.169]

Классификация видов термической обработки (по А. А. Бочвару)  [c.158]

Классификация видов термический обработки (по А. А. Бочвару) 159  [c.159]

Классификация различных видов термической обработки дается по акад. Бочвару А. А. и рекомендациям по классификации и терминологии термической обработки комиссии по стандартизации СЭВа.  [c.289]












По классификации А. А. Бочвара различают четыре основных вида термической обработки 1) отжиг I рода 2) отжиг П рода 3) закалка 4) отпуск.  [c.175]

На основе классификации А. А. Бочвара Комиссией по стандартизации Совета Экономической Взаимопомощи были разработаны классификация видов и разновидностей термической обработки сталей и цветных металлов и сплавов, а также соответствующая терминология. На рсхема классификации основных видов термической обработки металлов и сплавов.  [c.12]

Все виды термической обработки в соответствии с классификацией академика А. А. Бочвара можно разделить на четыре основные группы.  [c.156]

По классификации А.А.Бочвара (рис. 12.1) различают следующие виды термической обработки стали (собственно термической обработки)  [c.77]

В соответствии с классификацией А. А. Бочвара в зависимости от подобия фазовых (структурных) превращений все виды и процессы термической обработки стали делятся на четыре группы.  [c.111]

Начало научной классификации видов термической обработки полажено акад. А. А, Бочваром Ез] и развито в последующих работах Еб, 11]. Подробная классифика- ция, включающая и многочисленные подвиды термической обработки, приведена в гл. 3.  [c.38]

Несмотря на сложившуюся ситуацию, было совершенно очевидно, что термообработкой можно целенаправленно воздействовать на специфическую структуру осадков, формируемую в неравновесных условиях злектрокристаллизации, и получать повышенные эксплуатационные характеристики. Именно в этом направлении, начиная с 1975 года в рамках научно-технических программ Госкомвуза РФ (Минвуза РСФСР) «Защитные и функциональные органические и неорганические покры—тия». «Технология конструкционных и машиностроительных материалов», «Нефть и газ Западной Сибири» выполнен цикл исследований. В основном они посвящены отжигу I и II рода — видам термообработки, наиболее приемлемым для воздействия на структуру и формирование свойств металлических покрытий. Настоящая монография, в которой обобщены полученные результаты, построена в соответствии с известной классификацией видов термической обработки А, А. Бочвара И рекомендациями по терШнологии Комиссии по стандартизации [1].  [c.5]

К Н ига построена в соответствии с известной классиф,икацией видов те рмообработки акад. А. А. Бочвара и рекомендациями по классификации и терминологии термической обработки Комиссии по стандартизации СЭ1Ва.  [c.5]


Назначение и виды термической обработки — Режущий инструмент

Назначение и виды термической обработки

Термическая обработка формирует физико-механические свойства инструмента: теплостойкость, прочность, твердость, износостойкость. Для изготовления инструмента используют такие виды термической обработки, как отжиг, закалка, отпуск, химико-термическая обработка. При неправильно выбранных или при нарушении заданных режимов термической обработки инструмент может оказаться вообще неработоспособным. Поэтому высокая культура термической обработки, особенно закалки и отпуска, предопределяет высокое качество инструмента.

Отжиг.

Отжиг осуществляют для снятия внутренних напряжений и понижения твердости после горячей обработки давлением (прокатка, ковка, штамповка) и сварки заготовок. Перед повторной закалкой инструментов, если первичная выполнена неправильно, инструменты также отжигают. Для этого заготовку или инструмент нагревают до температуры 830—850 °С, выдерживают при этой температуре 3—4 часа, а затем охлаждают с различными скоростями. Приблизительный режим отжига быстрорежущей стали представлен диаграммой рис. 3.18. Более предпочтительный — изотермический отжиг по диаграмме рис. 3.19.

Повышение температуры отжига и увеличение выдержки при этой температуре способствуют более полному растворению карбидов в аустените. После закалки и отпуска получается более легированный мартенсит, что повышает красностойкость инструмента. Однако увеличивается опасность окисления и обезуглероживания поверхностных слоев заготовки или инструмента. Поэтому обычно стремятся сокращать время нагрева стали при высоких температурах.   Для повышения пластичности быстрорежущей стали перед холодной обработкой давлением (волочение, редуцирование, ротационное обжатие, прокат тонких листов, рубка, штамповка) рекомендуют термическую обработку, занимающую промежуточное место между отжигом и неполной закалкой. Сталь нагревают до 720—780 °С, выдерживают при этой температуре один час, после чего охлаждают в масле или на воздухе.     Закалка.

Цель закалки — увеличить твердость инструмента, превратив исходную перлитную структуру быстрорежущей стали в мартенсит. Для этого необходимо исходный перлит превратить в аустенит, нагревая сталь до температуры аустенитных превращений. Затем сталь быстро охлаждают в масле до температуры мартенситных превращений, чтобы аустенит не превратился в промежуточные структуры. После этого охлаждение должно быть медленным, чтобы обеспечить более полный распад аустенита.

Нагрев. Быстрорежущая сталь обладает пониженной теплопроводностью. Поэтому нагрев до закалочной температуры 1200—1300 °С необходимо осуществлять медленно, для того чтобы избежать появления закалочных трещин — следствия высоких внутренних растягивающих напряжений в сердцевине инструмента от разности объемов горячих поверхностных слоев инструмента и относительно холодной сердцевины. Инструмент сначала медленно подпревают до температуры 780—840 °С, а затем быстро нагревают до окончательной температуры. Быстрый нагрев уменьшает рост зерна стали и обезуглероживание поверхностных слоев инструмента. Крупногабаритные и фасонные инструменты подогревают дважды, сначала до 400—500 °С, а затем до 780—840 °С.

Температура окончательного нагрева, продолжительность подогрева и окончательного нагрева зависят от целого ряда факторов:

а)   требуемых физико-механических свойств инструмента;

б)   химсостава стали;

в)    теплоемкости и теплопроводности стали,

г)   продолжительности фазовых превращений и процессов растворения карбидов в аустените;

д)   физических свойств нагревающей среды;

е)    конфигурации и размера нагреваемого инструмента.

Поэтому режим термической обработки назначают и экспериментально проверяют не только для конкретного инструмента из стали данной марки, но и для каждого номера плавки стали этой же марки, и даже для каждого проката стали той же плавки. Установленный таким образом режим нагрева строго контролируется и поддерживается. Например, отклонение температуры нагрева допускается в пределах ± 10°С. Время выдержки при окончательном нагреве быстрорежущей стали в хлорбариевых ваннах 6—7 с на каждый миллиметр сечения инструмента, а в печах с газовой средой 10—12 с. Температура окончательного нагрева, в зависимости от марки стали, колеблется в пределах 1200—1300 °С. Уточненные значения температуры и времени выдержки при нагреве под закалку можно найти в специальной литературе, например, [14; 170]. Инженеру-механику важно знать, что повышение температуры окончательного нагрева и увеличение времени выдержки при этой температуре способствует более полному растворению карбидов. В результате после закалки и отпуска получаем более легированный мартенсит, что повышает твердость и теплостойкость инструмента. Однако при этом увеличивается опасность окисления и обезуглероживания поверхности инструмента, структура металла становится крупнозернистой, появляется ледобу- ритная сетка, что понижает прочность инструмента. Кроме того, уменьшение содержания свободных карбидов в стали вследствие их более полного растворения понижает износостойкость инструмента. Поэтому повышенные температуры нагрева и увеличенные выдержки можно рекомендовать лишь для простых инструментов, работающих с высокими скоростями, например, для резцов общего назначения. Дня сложнорежущих и мелкопрофильных инструментов, протяжек, зуборезных, резьбонарезных и других подобных инструментов такой нагрев неприемлем.

Охлаждение. Выбор метода охлаждения и охлаждающих сред зависит от состава стали, сложности инструмента и требуемых свойств.

Охлаждение до температуры мартенситного превращения следует вести быстро, чтобы аустенит не превратился в промежуточные структуры. Для каждой марки стали существует своя постоянная скорость охлаждения, а стало быть, и своя охлаждающая среда.

Охлаждение в интервале температур мартенситного превращения (300—200 °С) следует вести более медленно, так как при быстрых структурных превращениях объем металла изменяется быстро, что может явиться причиной появления трещин. Поэтому для разных марок сталей и форм инструмента чаще всего применяется комбинированное охлаждение: сначала в одной среде, а затем в другой.

Охлаждающими средами могут быть: вода, масло, расплавы и растворы солей, щелочей, воздух.

Инструменты из углеродистой стали сложной конфигурации сначала охлаждают в воде до температуры 300—250 °С, а затем в масле. Простые инструменты охлаждают только в воде.

Быстрорежущие инструменты простой формы охлаждают в масле, а небольшого поперечника (3—5 мм) даже на спокойном воздухе или под вентилятором.

Инструменты сложной формы, фасонные, подвергают ступенчатой закалке, т.е. комбинированному охлаждению, с целью снижения деформаций и возможности появления трещин. Сначала инструмент охлаждают в расплавленной калиевой селитре (хуже — в натриевой, разъедает инструмент) до температуры 500—450 °С с выдержкой при этой температуре 2—5 мин, в зависимости от сечения инструмента. Это область температур наибольшей устойчивости аустенита. Затем инструмент охлаждают на воздухе.

Для инструментов особо сложной формы, а также крупных размеров и большой длины рекомендуется изотермическая закачка, значительно уменьшающая внутренние напряжения и деформацию. При этом инструмент сначала охлаждают в соли с температурой 250—300 °С, выдерживают 40—60 мин., а затем на воздухе. Если температура соли 200—250 °С, то выдержка при этой темперагуре 30—40 мин, дальнейшее охлаждение на воздухе. Охлаждающая среда — смесь едких щелочей NaOH и КОН в различной пропорции в зависимости от требуемой температуры. Можно использовать смесь селитр KN03 (56 %) и NaN03 (44 %).

Светлая закалка. Нагрев инструмента обычный, в соляных ваннах, а охлаждение в растворе щелочей: 80 % КОН + 20 % NaOH + + 6 частей воды на 100 частей щелочей. Чтобы поверхность инструмента не была пятнистой, перед нагревом его обезжиривают в горячем растворе следующего состава: на 1 л воды 250 г NaOH и 15 г Na3PG4. Затем инструмент высушивают при температуре 400—500 °С и только после этого переносят в ванну для нагрева под закалку, так как попадание влаги в соляную ванну может вызвать взрыв и выплескивание солей. После охлаждения инструмент промывают в горячей воде для удаления солей и высушивают или сразу же отпускают. Такая промывка с просушкой предохраняет инструмент от коррозии.

 

Отпуск.

Нормальный отпуск. После закалки быстрорежущей стали в ее структуре остается около 20 % аустенита. В результате — пониженная твердость инструмента. Кроме того, во время работы инструмента под воздействием температуры резания аустенит как бы самопроизвольно распадается, превращаясь в мартенсит. Казалось бы, это неплохо. Но беда в том, что при таких структурных превращениях изменяется объем стали, причем только в отдельных частях инструмента. Возникают внутренние напряжения, которые, складываясь с напряжениями от действия сил резания, могут привести к поломке инструмента. Таким образом, прочность инструмента понижена. Понижена также и износостойкость, так как аустенит мягкий и быстро размазывается по детали. Поэтому оставшийся после закалки аустенит необходимо перевести в мартенсит. Этой цели служит отпуск. Закаленные инструменты загружают в печь, нагревают до 525—575 °С, выдерживают 1,0—1,5 часа и выгружают для остывания на воздухе. Так повторяют два-три раза, т.е. делают двух-, трехкратный отпуск. В это время происходит превращение остаточного аустенита в мартенсит и выделение мелкодисперсных, устойчивых против коагуляции карбидов, что вызывает дисперсионное твердение, называемое вторичной твердостью. В результате остается 2—3 % аустенита, повышается твердость инструмента на 2—3 единицы HRC3. Во время последнего отпуска окончательно снимаются внутренние напряжения, что является второй задачей отпуска. Первая задача — перевод остаточного аустенита в мартенсит.

Обработка холодом. Сразу после закалки инструмент можно обработать холодом в жидком азоте (-197 °С) или в твердой углекислоте, растворенной в бензине (-80… -100 °С). После такой обработки в стали практически не остается аустенита и можно обойтись только одним отпуском для снятия внутренних напряжений. Кроме того, обработка в жидком азоте даже готового инструмента повышает его стойкость тем значительнее, чем больше нарушен режим термообработки инструмента.

Высокий отпуск. Задние поверхности многих инструментов после закалки и отпуска не шлифуют, как, например, у стандартных фасонных фрез, резьбонарезных гребенчатых фрез, резьбонарезных плашек. Не шлифуют фасонные поверхности инструментов, если в инструментальном цехе конкретного завода по той или иной причине сделать это невозможно. Тем не менее шероховатость таких поверхностей должна быть минимальной, и ее надо обеспечить лезвийной обработкой. Для этой цели делают неполную закалку инструмента с последующим высоким отпуском, нагрев до 920—950 °С, охлаждение на воздухе или в масле и высокий отпуск при температуре 700—720 °С. После отпуска сталь имеет твердость 260—270 НВ, несколько труднее обрабатывается, но обеспечивает меньшую шероховатость обработанной поверхности.

Такой закалке с высоким отпуском подвергают также протяжки перед чистовой лезвийной обработкой, хотя после последующей нормальной закалки и отпуска их шлифуют.

Высокий отпуск делают лапкам конусов инструментов и ушкам ножовочных полотен для понижения их твердости.

Низкий отпуск. Его проводят при температурах 200—250 °С для ответственных режущих инструментов, например, внутренних протяжек, чтобы исключить их поводку во время эксплуатации под действием остаточных внутренних напряжений. Такому отпуску подвергают уже готовые инструменты или инструменты перед чистовым шлифованием.

Смотрите также

Термическая обработка стали: режимы, виды, назначение

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 х.

Источник: https://WikiMetall.ru/metalloobrabotka/termicheskaya-obrabotka-stali.html

Какие способы термообработки металла существуют

Чтобы изменить технические характеристики металла, можно создать сплав на его основе и добавить к нему другие компоненты. Однако существует ещё один способ изменения параметров металлического изделия — термообработка металла. С её помощью можно воздействовать на структуру материала и изменять его характеристики.

Особенности термической обработки

Термическая обработка металла — это ряд процессов, которые позволяют снять с детали остаточное напряжение, изменить внутреннюю структуру материала, повысить эксплуатационные качества. Химический состав металла после нагревания не изменяется. При равномерном разогревании заготовки изменяется размер зёрен структуры материала.

История

Технология термической обработки металла известна человечеству с давних времён. Во времена Средневековья, кузнецы разогревали и остужали заготовки для мечей с помощью воды.

К 19 веку человек научился обрабатывать чугун. Кузнец помещал металл в емкость полную льда, а сверху засыпал сахаром. Далее начинается процесс равномерного разогревания, продолжающийся 20 часов.

После этого чугунную заготовку можно было ковать.

В середине 19 века, русский металлург Д. К. Чернов задокументировал то, что при нагревании металла, его параметры изменяются. От этого учёного пошла наука — материаловедение.

Для чего нужна термическая обработка

Детали для оборудования и узлы коммуникаций, изготавливающиеся из металла, часто подвергаются серьёзным нагрузкам. Дополнительно к воздействию давлением, они могут находиться в условиях критических температур. Чтобы выдержать такие условия, материал должен быть износоустойчивым, надёжным и долговечным.

Покупные конструкции из металла не всегда способны длительное время выдерживать нагрузки. Чтобы они прослужили гораздо дольше, мастера металлургии применяют термическую обработку. Во время и после нагревания химический состав металла остается прежним, а характеристики изменяются. Процесс термической обработки увеличивает коррозионную устойчивость, износоустойчивость и прочность материала.

Как это устроено. Термообработка

Преимущества термообработки

Термическая обработка металлических заготовок является обязательным процессом, если дело касается изготовления конструкций для длительного пользования. У этой технологии существует ряд преимуществ:

  1. Повышенная износостойкость металла.
  2. Готовые детали служат дольше, снижается количество бракованных заготовок.
  3. Улучшается устойчивость к коррозийным процессам.

Металлические конструкции после термической обработки выдерживают большие нагрузки, увеличивается их срок эксплуатации.

Виды термической обработки стали

В металлургии применяется три вида обработки стали: техническая, термомеханическая и химико-термическая. О каждом из представленных способах термической обработки необходимо поговорить отдельно.

Отжиг

Разновидность или еще один этап технической обработки металла. Это процесс подразумевает под собой равномерное нагревание металлической заготовки до определённой температуры и последующее её остывание естественным путём. После отжига исчезает внутреннее напряжение металла, его неоднородность. Материал размягчается под воздействием температуры. Его проще обрабатывать в дальнейшем.

Существует два вида отжига:

  1. Первого рода. Происходит незначительное изменение кристаллической решётки в металле.
  2. Второго рода. Начинаются фазовые изменения структуры материала. Его ещё называют полный отжиг металла.

Диапазон воздействия температур при проведении этого процесса — от 25 до 1200 градусов.

Закалка

Ещё один этап технической обработки. Металлическая закалка проводится для увеличения прочности заготовки и уменьшения её пластичности. Изделие разогревается до критических температур, а затем быстро остужается методом окунания в ванну с различными жидкостями. Виды закалки:

  1. Двухэтапное охлаждение. Изначально заготовка остужается до 300 градусов водой. После этого деталь кладут в ванну, заполненную маслом.
  2. Использование одной жидкости. Если обрабатываются небольшие детали используется масло. Большие заготовки охлаждаются водой.
  3. Ступенчатая. После разогревания заготовку охлаждают в расплавленных солях. После этого её выкладывают на свежий воздух до полного остывания.

Также можно выделить изотермический вид закалки. Он похож на ступенчатый, однако изменяется время выдержки заготовки в расплавленных солях.

Термомеханическая обработка

Это типовой режим термической обработки сталей. При таком технологическом процессе используется оборудование создающее давление, нагревательные элементы и ёмкости для охлаждения. При различных температурах заготовка подвергается разогреву, а после этого происходит пластическая деформация.

Отпуск

Это заключительный этап технической термообработки стали. Проводится этот процесс после закалки. Повышается вязкость металла, снимается внутреннее напряжение. Материал становится более прочным. Может проводиться при различных температурах. От этого изменяется сам процесс.

Криогенная обработка

Главное отличие термической обработки от криогенного воздействия в том, что последний подразумевает под собой охлаждение заготовки. По окончанию такой процедуры детали становятся прочнее, не требуют проведения отпуска, лучше шлифуются и полируются.

При взаимодействии с охлаждающими средами температура опускается до минус 195 градусов. Скорость охлаждения может изменяться в зависимости от материала.

Чтобы охладить изделие до нужной температуры, используется процессор который генерирует холод. Заготовка равномерно охлаждается и остаётся в камере на определённый промежуток времени.

После этого её достают и дают самостоятельно нагреться до комнатной температуры.

Термообработка стали Vanadis 4

Химико-термическая обработка

Ещё один вид термообработки, при котором заготовка разогревается и подвергается воздействию различных химических элементов. Поверхность заготовки очищается и покрывается химическими составами. Проводится этот процесс перед закалкой.

Мастер может насыщать поверхность изделия азотом. Для этого они нагревается до 650 градусов. При нагревании заготовка должна находиться в криогенной атмосфере.

Термообработка цветных сплавов

Представленные виды термической обработки металлов не подходят для различных видов сплавов и цветного металла. Например, при работе с медью проводится рекристаллизационный отжиг. Бронза разогревается до 550 градусов. С латунью работают при 200 градусах. Алюминий изначально закаляют, затем отжигают и подвергают старению.

Термообработка металла считается необходимым процессом при изготовлении и дальнейшем использовании конструкций и деталей для промышленного оборудования, машин, самолётов, кораблей и другой техники. Материал становится прочнее, долговечнее и устойчивее к коррозийным процессам. Выбор технологического процесса зависит от используемого металла или сплава.

Источник: https://metalloy.ru/obrabotka/termo/vidy

Термическая обработка стали — режимы, виды, назначение

Термообработка металла является важной частью производственного процесса в цветной и чёрной металлургии. После этой процедуры материалы приобретают необходимые характеристики. Термообработку использовали довольно давно, но она была несовершенна. Современные методы позволяют достичь лучших результатов с меньшими затратами, и снизить стоимость.

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.

Это интересно: Тантал — свойства, применение, температура плавления

Особенности термической обработки

Для придания нужных свойств металлической детали она подвергается термической обработке. Во время этого процесса происходит структурное изменение материала.

Металлические изделия, используемые в хозяйстве, должны быть устойчивыми к внешнему воздействию. Чтобы этого достичь, металл необходимо усилить при помощи воздействия высокой температуры. Такая обработка меняет форму кристаллической решётки, минимизирует внутреннее напряжение и улучшает его свойства.

Виды термической обработки стали

Термообработка стали сводится к трём этапам: нагреву, выдержке и быстрому охлаждению. Существует несколько видов этого процесса, но основные этапы у них остаются одинаковыми.

Выделяют такие виды термической обработки:

  • Техническая (отпуск, закалка, криогенная обработка, старение).
  • Термомеханическая, при которой используют не только высокую температуру, но и физическое воздействие на металл.
  • Химико-термическая включает в себя термическую обработку металла с последующим воздействием на поверхность азотом, хромом или углеродом.

Отжиг

Это производственный процесс нагрева металла до заданной температуры, а затем медленного охлаждения, которое происходит естественным путём. В результате этой процедуры устраняется неоднородность металла, снижается внутреннее напряжение, и уменьшается твёрдость сплава, что значительно облегчает его переработку. Существует два вида отжига: первого и второго рода.

При отжиге первого рода фазовое состояние сплава изменяется незначительно. У него есть разновидности:

  • Гомогенизированный — температура составляет 1100−1200 °C, металл выдерживается от 7−14 часов в таких условиях.
  • Рекристаллизационный — температура отжига 100−200 °C, эта процедура используется для клёпаной стали.

При отжиге второго рода происходит фазовое изменения металла. Процесс имеет несколько видов:

  • Полный отжиг — металл нагревается на 25−40 °C выше критического значения для этого материала и охлаждается со специальной скоростью.
  • Неполный — сплав нагревается до критической точки и долго остывает.
  • Диффузионный — отжиг производится при температуре 1100−1200 °C.
  • Изотермический — нагрев металла происходит как при полном отжиге, но охлаждение ниже критической температуры, остывание на открытом воздухе.
  • Нормализованный — производится полный отжиг металла с остыванием на воздухе.

Закалка

Это процесс манипуляции металлом для достижения мартенситного превращения, чем обеспечивается повышенная прочность и уменьшенная пластичность изделия. При закалке сплав нагревают до критического значения, как и при отжиге, но процесс охлаждения производится значительно быстрее, и для этого используют ванную с жидкостью. Существует несколько видов закалки:

  • Закалка в одной жидкости, для мелких деталей используют масло, а для крупных — воду.
  • Прерывистая закалка — понижение температуры происходит в два этапа: резкое охлаждение до температуры в 300 °C, с помощью воды, а затем изделие помещают в масло или на открытый воздух.
  • Ступенчатая — при достижении металла необходимой температуры, его охлаждают в расплавленных солях, а затем на открытом воздухе.
  • Изотермическая — сходный со ступенчатой, отличается во времени выдержки.
  • Закалка с самоотпуском, сплав охлаждается не полностью, оставляется тёплый участок в середине. В результате металл получает повышенную прочность и высокую вязкость. Такое сочетание отлично подходит для ударных инструментов.

Неправильно сделанная закалка может привести к появлению таких дефектов:

  • обезуглероживание;
  • трещины;
  • коробление или поводки.

Главная причина поводок и трещин — неравномерное изменение размера детали при охлаждении или нагреве. Они также могут возникнуть при резком повышении прочности в отдельных местах. Лучший способ избежать этих проблем — медленное охлаждение металла до значения мартенситного превращения.

Поводка и коробление возникает при неравномерном охлаждении искривлённых деталей. Эти дефекты довольно невелики и могут быть исправлены шлифованием. Предварительный отжиг деталей и их постепенный и равномерный нагрев помогут избежать коробления.

Обезуглероживание металла происходит в результате выгорания углерода при длительном нагреве. Интенсивность процесса зависит от температуры нагрева, чем она выше, тем быстрее процесс. Для исправления деталь нагревают в нейтральной среде (муфельной печи).

Окалины на поверхности металла приводят к угару и деформации изделия. Это снижает скорость нагрева и делает механическую обработку более трудной. Окалины удаляются химическим или механическим способом.

Для того чтобы избежать их появления, нужно использовать специальную пасту (100 г жидкого стекла, 25 г графита, 75 г огнеупорной глины, 14 г буры, 100 г воды, 30 г карборунда).

Состав наносится на изделия и оставляется до полного высыхания, а затем нагревается как обычно.

Отпуск

Он смягчает воздействие закалки, снимает напряжение, уменьшает хрупкость, повышает вязкость. Отпуск производится с помощью нагрева детали, закалённой до критической температуры.

В зависимости от значения температуры можно получить состояния тростита, мартенсита, сорбита. Они отличаются от похожих состояний в закалке по свойствам и структуре, которая более точечная. Это увеличивает пластичность и прочность сплава.

Металл с точечной структурой имеет более высокую ударную вязкость.

В зависимости от температуры различают такие виды отпуска: низкий, средний, высокий.

Для точного определения температуры используют таблицу цветов. Плёнка окислов железа придаёт металлу разные цвета. Она появляется, если изделие очистить от окалин и нагреть до 210 °C, при повышении температуры толщина плёнки увеличивается.

При низком отпуске (температура до 300 °C) в составе сплава остаётся мартенсит, который изменяет структуру материала. Кроме того, выделяется карбид железа. Это увеличивает вязкость стали и уменьшает её твёрдость. При низком отпуске металл охлаждают в соляных и масляных ваннах.

Высокий отпуск значительно улучшает механические свойства стали, увеличивает вязкость, пластичность, прочность. Её широко используют для изготовления рессор, шатунов двигателей, кузнечных штампов, осей автомобилей. Для мелкозернистой легированной стали отпуск проводят сразу после нормализации.

Чтобы увеличить обрабатываемость металла, его нормализацию производят при высокой температуре (970 °C), что повышает его твёрдость. Для уменьшения этого параметра делают высокий отпуск.

Криогенная обработка

Изменения структуры металла можно добиться не только высокой температурой, но и низкой. Обработка сплава при температуре ниже 0 °C широко применяется в разных отраслях производства. Процесс происходит при температуре 195 °C.

Плюсы криогенной обработки:

  • Снижает количество аустенита, что придаёт устойчивость размерам деталей.
  • Не требует последующего отпуска, что сокращает производственный цикл.
  • После такой обработки детали лучше поддаются шлифовке и полировке.

Химико-термическая обработка

Химико-термическая обработка включает в себя не только воздействие с помощью высокой температуры, но и химическое. Результатом этой процедуры является повышенная прочность и износостойкость металла, а также придание огнестойкости и кислотоустойчивости.

Различают такие виды обработки:

  • Цементация.
  • Азотирование.
  • Нитроцементация.
  • Борирование.

Цементация стали — представляет собой процесс дополнительной обработки металла углеродом перед закалкой и отпуском. После проведения процедуры повышается выносливость изделия при кручении и изгибе.

Перед началом цементации производится тщательное очищение поверхности, после чего её покрывают специальными составами. Процедуру производят после полного высыхания поверхности.

Различают несколько видов цементации: жидкая, твёрдая, газовая. При первом виде используют специальную печь-ванную, в которую засыпают 75% соды, 10% карбида кремния, 15% хлористого натрия. После чего изделие погружают в ёмкость. Процесс протекает в течение 2 часов при температуре 850 °C.

Твёрдую цементацию удобно выполнять в домашней мастерской. Для неё используют специальную пасту на основе кальцинированной соды, сажи, щавелево-кислого натрия и воды. Полученный состав наносят на поверхность и ждут высыхания. После этого изделие помещают в печь на 2 часа при температуре в 900 °C.

При газовой цементации используют смеси газов, содержащие метан. Процедура происходит в специальной камере при температуре в 900 °C.

Азотирование стали — процесс насыщения поверхности металла азотом при помощи нагрева до 650 °C в аммиачной атмосфере. После обработки сплав увеличивает свою твёрдость, а также приобретает сопротивление к коррозии.

Азотирование, в отличие от цементации, позволяет сохранить высокую прочность при больших температурах. А также изделия не коробятся при охлаждении.

Азотирование металла широко применяется в промышленности для придания изделию износостойкости, увеличения твёрдости и защиты от коррозии.

Нитроцементация стали заключается в обработке поверхности углеродом и азотом при высокой температуре с дальнейшей закалкой и отпуском. Процедура может осуществляться при температуре 850 °C в газовой среде. Нитроцементацию используют для инструментальных сталей.

При борировании стали на поверхность металла наносят слой бора. Процедура происходит при температуре 910 °C. Такая обработка используется для повышения стойкости штампового и бурового инструментов.

Термомеханическая обработка

При использовании этого метода применяют высокую температуру и пластическую деформацию. Различают такие виды термомеханической обработки:

  • Высокотемпературная.
  • Низкотемпературная.
  • Предварительная.

При высокотемпературной обработке деформация металла происходит после разогрева. Сплав подогревают выше температуры рекристаллизации. После чего производится закалка с отпуском.

Высокотемпературная обработка металла:

  • Повышает вязкость.
  • Устраняет отпускную хрупкость.

Такой обработке подвергают конструкционные, инструментальные, углеродистые, пружинные, легированные стали.

При низкотемпературной обработке заготовку после охлаждения выдерживают при температуре ниже значения рекристаллизации и выше мартенситного превращения. На этом этапе делают пластическую деформацию. Такая обработка не даёт устойчивости металлу при отпуске, а для её осуществления необходимо мощное оборудование.

Для осуществления термомеханической обработки необходимо применять специальные приспособления для давления, нагрева и охлаждения заготовки.

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.

Библиография

  1. И. И. Новиков. Термическая обработка
  2. А. П. Гуляев. Металловедение
  3. Суперсплавы II, Москва, «Металлургия», 1995
  4. А. Ю. Маламут. Термопечи, Москва, 2010.
  5. А. И. Климычев. Практикум по лабораторным работам

Это интересно: Термообработка алюминиевых сплавов — виды и режимы

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.

Химико-термическая обработка

Химико-термическая обработка (ХТО) стали — совокупность операций термической обработки с насыщением поверхности изделия различными элементами (углерод, азот, алюминий, кремний, хром и др.) при высоких температурах.

Поверхностное насыщение стали металлами (хром, алюминий, кремний и др.), образующими с железом твердые растворы замещения, более энергоемко и длительнее, чем насыщение азотом и углеродом, образующими с железом твердые растворы внедрения. При этом диффузия элементов легче протекает в решетке альфа-железо, чем в более плотноупакованной решетке гамма-железо.

Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, кавитационную, коррозионную стойкость. Химико-термическая обработка, создавая на поверхности изделий благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность, долговечность.

Цементация стали

Цементация стали — химико-термическая обработка поверхностным насыщением малоуглеродистой (С

Источник: https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/termicheskaya-obrabotka-metallov.html

Виды термообработки

Термическая обработка (термообработка) стали, цветных металлов — процесс изменения структуры стали, цветных металлов, сплавов при нагревании и последующем охлаждении с определенной скоростью.
Термическая обработка (термообработка) приводит к существенным изменениям свойств стали, цветных металлов, сплавов. Химический состав металла не изменяется.

Отжиг — термическая обработка (термообработка) металла, при которой производится нагревание металла, а затем медленное охлаждение. Эта термообработка (т. е. отжиг) бывает разных видов (вид отжига зависит от температуры нагрева, скорости охлаждения металла).

Закалка

Закалка — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, основанная на перекристаллизации стали (сплавов) при нагреве до температуры выше критической; после достаточной выдержки при критической температуре для завершения термической обработки следует быстрое охлаждение. Закаленная сталь (сплав) имеет неравновесную структуру, поэтому применим другой вид термообработки — отпуск.

Отпуск

Отпуск — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, проводимая после закалки для уменьшения или снятия остаточных напряжений в стали и сплавах, повышающая вязкость, уменьшающая твердость и хрупкость металла.

Нормализация

Нормализация — термическая обработка (термообработка), схожая с отжигом. Различия этих термообработок (нормализации и отжига) состоит в том, что при нормализации сталь охлаждается на воздухе (при отжиге — в печи).

Нагрев заготовки — ответственная операция. От правильности ее проведения зависят качество изделия, производительность труда.

Необходимо знать, что в процессе нагрева металл меняет свою структуру, свойства и характеристику поверхностного слоя и в результате от взаимодействия металла с воздухом атмосферы, и на поверхности образуется окалина, толщина слоя окалины зависит от температуры и продолжительности нагрева, химического состава металла. Стали окисляются наиболее интенсивно при нагреве больше 900°С, при нагреве в 1000°С окисляемость увеличивается в 2 раза, а при 1200°С — в 5 раз.

Хромоникелевые стали называют жаростойкими потому, что они практически не окисляются.

Легированные стали образуют плотный, но не толстый слой окалины, который защищает металл от дальнейшего окисления и не растрескивается при ковке.

Углеродистые стали при нагреве теряют углерод с поверхностного слоя в 2-4 мм. Это грозит металлу уменьшением прочности, твердости стали и ухудшается закаливание. Особенно пагубно обезуглероживание для поковок небольших размеров с последующей закалкой.

Заготовки из углеродистой стали с сечением до 100 мм можно быстро нагревать и потому их кладут холодными, без предварительного прогрева, в печь, где температура 1300°С. Во избежание появлений трещин высоколегированные и высокоуглеродистые стали необходимо нагревать медленно.

При перегреве металл приобретает крупнозернистую структуру и его пластичность снижается. Поэтому необходимо обращаться к диаграмме «железо-углерод», где определены температуры для начала и конца ковки.

Однако перегрев заготовки можно при необходимости исправить методом термической обработки, но на это требуется дополнительное время и энергия.

Нагрев металла до еще большей температуры приводит к пережогу, от чего происходит нарушение связей между зернами и такой металл полностью разрушается при ковке.

Пережог — неисправимый брак. При ковке изделий из низкоуглеродистых сталей требуется меньше число нагревов, чем при ковке подобного изделия из высокоуглеродистой или легированной стали.

При нагреве металла требуется следить за температурой нагрева, временем нагрева и температурой конца нагрева.

При увеличении времени нагрева — слой окалины растет, а при интенсивном, быстром нагреве могут появиться трещины.

Известно из опыта, что на древесном угле заготовка 10-20 мм в диаметре нагревается до ковочной температуры за 3-4 минуты, а заготовки диаметром 40-50 мм прогревают 15-25 минут, отслеживая цвет каления.

Химико-термическая обработка (ХТО) стали — совокупность операций термической обработки с насыщением поверхности изделия различными элементами (углерод, азот, алюминий, кремний, хром и др.) при высоких температурах.

Поверхностное насыщение стали металлами (хром, алюминий, кремний и др.), образующими с железом твердые растворы замещения, более энергоемко и длительнее, чем насыщение азотом и углеродом, образующими с железом твердые растворы внедрения. При этом диффузия элементов легче протекает в решетке альфа-железо, чем в более плотноупакованной решетке гамма-железо.

Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, кавитационную, коррозионную стойкость. Химико-термическая обработка, создавая на поверхности изделий благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность, долговечность.

Цементация стали — химико-термическая обработка поверхностным насыщением малоуглеродистой (С

Источник: http://razvitie-pu.ru/?page_id=4396

6 Термическая обработка стали

6 Термическая обработка стали Классификация видов термообработки стали. Виды термической обработки стали (отжиг, отпуск, закалка).

Термическая
обработка (термообработка) стали
процесс изменения структуры стали,
цветных металлов, сплавов при нагревании
и последующем охлаждении с определенной
скоростью.
Термическая
обработка (термообработка) приводит к
существенным изменениям свойств стали,
цветных металлов, сплавов. Химический
состав металла не изменяется.

Виды

термической обработки стали

Отжиг

Отжиг —
термическая обработка (термообработка)
металла, при которой производится
нагревание металла, а затем медленное
охлаждение. Эта термообработка (т. е.
отжиг) бывает разных видов (вид отжига
зависит от температуры нагрева, скорости
охлаждения металла).

Закалка

Закалка —
термическая обработка (термообработка)
стали, сплавов, основанная на
перекристаллизации стали (сплавов) при
нагреве до температуры выше критической;
после достаточной выдержки при критической
температуре для завершения термической
обработки следует быстрое охлаждение.
Закаленная сталь (сплав) имеет неравновесную
структуру, поэтому применим другой вид
термообработки — отпуск.

Отпуск

Отпуск —
термическая обработка (термообработка)
стали, сплавов, проводимая после закалки
для уменьшения или снятия остаточных
напряжений в стали и сплавах, повышающая
вязкость, уменьшающая твердость и
хрупкость металла.

Нормализация

Нормализация —
термическая обработка (термообработка),
схожая с отжигом. Различия этих
термообработок (нормализации и отжига)
состоит в том, что при нормализации
сталь охлаждается на воздухе (при отжиге
— в печи).

Среди
основных видов термической обработки
следует отметить:

  • Отжиг (гомогенизация и нормализация). Целью является получение однородной зёренной микроструктуры и растворение включений. Последующее охлаждение является медленным, препятствующим образованию неравновесных структур типа мартенсита.
  • Закалку проводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур типа мартенсита. Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки зависит от материала.
  • Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, внесённых при закалке. Материал становится более пластичным при некотором уменьшении прочности.
  • Дисперсионное твердение (старение). После проведения отжига проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.

Термическая
обработка металлов
 разделяется
на обработку черных металлов и цветных.
Ниже пойдет речь конкретно об
видах термической
обработке стали
.
Также можете ознакомится с термической
обработкой цветных металлов.

Обжигание —
нагревание стального изделия до
температуры 840—900 °С, выдержка при этой
температуре не меньше 2 ч и охлаждение
вместе с печью. Этот метод применяют
при изготовлении из закаленного изделия
другого или же когда предыдущий закал
был неудачный и инструмент нужно снова
закалить.

Если закаливать необожженные
детали, то в них могут возникнуть трещины,
структура металла станет неоднородной,
что резко ухудшает качество изделия.
Мелкие
детали отжигают, нагревая на массивных
накаленных стальных штабах, с которыми
их охлаждают.

Иногда изделие нагревают
ацетиленовой горелкой, которую постепенно
отдаляют от изделия, чтобы изделие
постепенно остыло.

Нормализация –
это нагревание стальных изделий к
соответствующей температуре и охлаждению
на воздухе.

Закаливание –
нагревание углеродных или некоторых
легированных сталей к определенной
температуре и быстрое ее охлаждение. В
результате этого изменяется кристаллическая
структура металла – он становится
твердее и более антикоррозийным.
Мало-углеродные стали с содержимым
углерода до 0,3 % не закаливаются. В
зависимости от марки сталь нагревают
до определенной температуре.

Так, стали
У7, У7А нагревают до 770—790 °С; У8-У13А — до
760—780; Р9-Р18 К5-Ф2 – до 1235—1280 °С. При
нагревании выше этой температуры сталь
теряет свои свойства «Пережиг» —
непоправимый брак. Это также касается
отжига и отпускания.

В небольших
мастерских или в домашних условиях
температуру определяют за цветом
разжаривания (в затененном месте),
которое приобретает изделие во время
нагревания:

Цвет.
Температура, °С
Темно-коричневый……….
530-580
Коричнево-красный
……..580-650
Темно-красный
……………650-730
Темно-вишневый
…………730-770
Вишнево-красный
………..770-800
Светло-вишневый……….
800-830
Светло-красный …………830-900
Оранжевый
………………..900-1050
Темно-желтый
…………..1050-1150
Светло-желтый
………….1150-1250
Светло-белый …………….1250-1350

Мелкие
изделия, для того чтоб не пережечь, лучше
нагревать на предварительно нагретой
металлической подставке (например,
штабе). Температура нагревания равно
температуре нагревания изделия. Быстрое
охлаждение приводит к твердому закалу,
вследствие чего могут возникнуть большие
внутренние напряжения и даже трещины.

Медленное охлаждение может не дать
нужного по твердости закала Охлаждающими
средами могут быть вода (обычной
температуры или нагретая до температуре
50-50 °С), водные растворы, масло и воздух.
Кухонная соль, едкий натр или селитра,
которые добавляют к охладителям, ускоряют
охлаждение.

Для уменьшения скорости
охлаждения к воде добавляют раствор
мыла, масляную эмульсию, жидкое стекло,
известковое молоко и т.п.. Чрезмерно
быстрое охлаждение водой часто приводит
к дефектам изделия (внутренние напряжения,
трещины, деформация), а повышение
температуры воды уменьшает ее закальные
свойства.

Поэтому при последовательном
закале нескольких деталей, чтобы они
имели одинаковую закалку, воду часто
заменяют или используют большой
сосуд.
Равномерно и довольно
быстро сталь охлаждается
в 8-12 %-ном водном растворе кухонной соли
или едкого натра при температуре 20 °С.

Некоторые стали для лучшего закала
охлаждают в 30 %-ном растворе едкого
натра. Как охлаждающую среду можно
применять расплавленные соли калиевой
или натриевой селитры. Нагревание масла
к 60-90 °С не уменьшает скорости охлаждения,
т.е. не влияет на его закаливальные
свойства.

Охлаждающей средой для сталей
может быть воздух (для тонких деталей)
или воздух под давлением (от вентилятора,
компрессора). Некоторые плоские детали
(ножи) из нержавеющий стали охлаждают
между двумя металлическими штабами.

Отпускание —
нагревание деталей к определенной
температуре, выдерживанию при этой
температуре и быстрое охлаждение. Его
применяют после охлаждения детали в
процессе закаливания, чтобы уменьшить
хрупкость и частично твердость.

Есть
три вида отпускания: низкое, среднее и
высокое соответственно в интервале
температур до 350 °С, 350—500 и 500—680 °С.
Наиболее распространенное низкое
отпускание. Нагревание до 170 °С только
снимает внутренние напряжения, но не
изменяет твердости стали.

Температуру
нагревания при отпускании определяют
специальным термометром, а если его
нет, то за цветами побежалости, т.е.
цветами окислительной пленки, которая
возникает на зачищенной поверхности
изделия во время нагревания:

Цвет.
Температура, °С
Светло-соломенный
……..200
Светло-желтый ……………225
Соломенно-желтый
……..240
Коричнево-желтый
………255
Красно-коричневый
……..265
Пурпурно-красный ………275
Фиолетовый
………………..285
Синий …………………………295
Светло-синий
……………..315
Серый (морская вода) ….330

После
появления желательного цвета в процессе
нагревания, деталь охлаждают. У
легированных сталей цвета побежалости
появляются при температурах на 12-17 °С
ниже от приведенных.

Не имея достаточного
опыта, нагревать закаленные изделия
для отпускания лучше всего на
расплавленном свинце, олове, цинка (для
пружин) или в расплавленной смеси
(поровну) калиевой и натриевой селитры.
Это гарантирует быстрое и равномерное
нагревания и его постоянную температуру.

Можно отпускание соединить с охлаждением.
Для этого нагретый рабочий конец
инструмента погружают во время закаливания
на 20-25 мм в воду и держат, пока металл не
потемнеет. Потом инструмент вынимают
из воды, быстро очищают от охлажденной
части окалину напильником или куском
шлифовального круга.

Как только появится,
нужен цвет побежалости, инструмент
погружают в воду сначала наполовину, а
потом полностью и держат до охлаждения.

Источник: https://studfile.net/preview/1730219/

4 типа термической обработки стали

В нашем последнем сообщении в блоге мы рассмотрели три этапа термообработки, которые включают нагрев металла до заданной температуры (этап нагрева), поддержание его при этой температуре в течение определенного периода времени. время (стадия выдержки) и охлаждение до комнатной температуры с помощью метода, который зависит от типа металла и желаемых свойств (стадия охлаждения). В этом посте мы рассмотрим четыре основных типа термической обработки стали, которой сегодня подвергается: отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Позвольте нам удовлетворить ваши потребности в термообработке

Kloeckner работает с рядом партнеров по термообработке стали, чтобы предоставить нашим клиентам качественные детали, соответствующие их спецификациям. Мы предлагаем термически обработанные изделия под ключ из нашего общенационального склада листового, пруткового и листового проката.

Сталь для термической обработки: отжиг

Целью отжига является обратное закалке. Вы отжигаете металлы, чтобы снять напряжение, смягчить металл, повысить пластичность и улучшить структуру их зерен.

Без соответствующей стадии предварительного нагрева сварка может привести к получению металла с неравномерной температурой, даже с расплавленными участками рядом с участками, имеющими комнатную температуру. В таких условиях сварка может сделать металл более слабым: по мере охлаждения сварного шва, наряду с твердыми и хрупкими пятнами, возникают внутренние напряжения. Отжиг — это один из способов решения таких распространенных проблем и снятия внутренних напряжений.

Отжиг стали

Для отжига сталей и других черных металлов для получения наивысшего уровня пластичности необходимо медленно нагреть металл до соответствующей температуры, замочить его, а затем дать ему медленно остыть, либо закопав его в какой-нибудь изоляционного материала или просто выключив печь и давая печи и детали медленно остыть вместе.

Время, в течение которого металл впитается, зависит как от его типа, так и от его массы. Если это низкоуглеродистая сталь, для нее потребуется максимально возможная температура отжига, а по мере увеличения содержания углерода температура отжига будет снижаться. Для получения дополнительной информации об отжиге вы можете просмотреть наше руководство по отжигу для более подробного объяснения.

Сталь для термической обработки: нормализация

Целью нормализации является удаление любых внутренних напряжений в результате термической обработки, механической обработки, ковки, формовки, сварки или литья.Разрушение металла может быть результатом неконтролируемого напряжения, поэтому нормализация стали перед закалкой может помочь обеспечить успех проектов.

В чем разница между отжигом и нормализацией?

Нормализация применяется только к черным металлам, таким как сталь. Но есть еще одно ключевое отличие процесса термообработки: при нормализации, когда металл нагревается до более высокой температуры, он охлаждается воздухом после извлечения из печи.

Нормализованная сталь прочнее отожженной стали.Обладая высокой прочностью и высокой пластичностью, она прочнее, чем отожженная сталь. Если металлическая деталь должна выдерживать удар или иметь максимальную ударную вязкость, чтобы противостоять внешним воздействиям, обычно рекомендуется нормализовать ее, а не отжигать.

Поскольку нормализованные металлы охлаждаются воздухом, масса металла является ключевым фактором, определяющим скорость охлаждения и полученный уровень твердости детали. Во время нормализации более тонкие кусочки будут быстрее остывать на воздухе и станут тверже, чем более толстые.Но при отжиге и его печном охлаждении твердость как толстых, так и тонких деталей будет сопоставимой.

Термическая обработка стали: закалка

Целью закалки является не только упрочнение стали, но и ее усиление. К сожалению, закаливание имеет не только плюсы. Хотя закалка действительно увеличивает прочность, она также снижает пластичность, делая металл более хрупким. После закалки металл может потребоваться отпустить, чтобы удалить часть хрупкости.

Для упрочнения большинства сталей вы должны использовать первые две стадии термообработки (медленное нагревание с последующей выдержкой в ​​течение определенного времени до однородной температуры), третий этап отличается.Когда вы закаливаете металлы, вы быстро охлаждаете их, погружая в воду, масло или рассол. Большинству сталей для закалки требуется быстрое охлаждение, называемое закалкой, но есть некоторые, которые можно успешно охлаждать на воздухе.

По мере добавления сплавов к стали скорость охлаждения, необходимая для ее упрочнения, снижается. В этом есть положительный момент: более низкая скорость охлаждения снижает риск растрескивания или деформации. Твердость углеродистой стали зависит от содержания в ней углерода: до 0,80% углерода способность к упрочнению увеличивается вместе с содержанием углерода.При превышении 0,80% вы можете повысить износостойкость за счет образования твердого цементита, но не можете повысить твердость.

Когда вы добавляете в сталь сплавы для повышения ее твердости, вы также увеличиваете способность углерода к упрочнению и упрочнению. Это означает, что содержание углерода, необходимое для получения наивысшего уровня твердости, ниже в легированных сталях по сравнению с обычными углеродистыми сталями. В результате легированные стали обычно обладают лучшими характеристиками, чем простые углеродистые стали. .

При закалке углеродистой стали ее необходимо охладить до температуры ниже 1000 ° F менее чем за одну секунду.Но как только вы добавляете в сталь сплавы и увеличиваете эффективность угля, вы увеличиваете этот временной предел более чем на одну секунду. Это позволяет вам выбрать более медленную закалочную среду, чтобы получить заданную твердость.

Обычно углеродистые стали закаливают в рассоле или воде, а легированные стали закаливают в масле. К сожалению, закалка — это процесс, при котором возникает высокое внутреннее напряжение, и для разгрузки стали одним из вариантов является ее отпуск. Непосредственно перед тем, как деталь остынет, вы вынимаете ее из закалочной ванны при температуре 200 ° F и даете остыть на воздухе.Диапазон температур от комнатной до 200 ° F называется «диапазоном растрескивания», и вы не хотите, чтобы сталь в закалочной среде проходила через него. Читайте дальше, чтобы узнать больше о темперировании.

Сталь для термической обработки: закалка

После закалки металла, будь то корпус или пламя, и создания внутренних напряжений после быстрого охлаждения, присущего процессу, сталь часто оказывается тверже, чем необходимо, и слишком хрупкой. Ответ может заключаться в отпуске стали для уменьшения хрупкости и снятия или снятия внутренних напряжений.

Во время отпуска вы:

  • Нагреваете сталь до заданной температуры ниже ее температуры закалки
  • Удерживаете сталь при этой температуре в течение определенного периода
  • Охлаждает сталь, обычно на неподвижном воздухе

Если это звучит знакомо, ты прав! Закалка состоит из тех же трех этапов, что и термообработка. Основное отличие — это температура отпуска и ее влияние на твердость, прочность и, конечно же, пластичность.

При отпуске стальной детали снижается твердость, вызванная закалкой, и развиваются определенные физические свойства.Отпуск всегда следует за закалкой, и, хотя он снижает хрупкость, он также смягчает сталь. К сожалению, смягчение стали при отпуске неизбежно. Но степень потери твердости можно регулировать в зависимости от температуры во время отпуска.

В то время как другие процессы термообработки, такие как отжиг, нормализация и закалка, всегда включают температуры выше верхней критической точки металла, отпуск всегда проводится при температурах ниже ее.

При повторном нагреве закаленной стали вы начинаете отпуск при 212 ° F и продолжаете до тех пор, пока не достигнете критической точки.Чтобы выбрать желаемую твердость и прочность, вы можете установить температуру отпуска. Минимальная продолжительность отпуска должна составлять один час, если толщина детали меньше одного дюйма; если его толщина превышает один дюйм, вы можете добавить еще час на каждый дополнительный дюйм толщины.

Скорость охлаждения после отпуска не влияет на большинство сталей. После извлечения стальной детали из закалочной печи ее обычно охлаждают на неподвижном воздухе, как и в процессе нормализации. Но, как и во всех различных процессах термообработки, есть некоторые отличия, которые выходят за рамки этого сообщения в блоге.

Если вас интересует отпуск, просто знайте, что отпуск снимает внутренние напряжения, возникающие при закалке, снижает хрупкость и твердость и может фактически повысить предел прочности закаленной стали при отпуске до температуры 450 ° F; при температуре выше 450 ° F прочность на разрыв снижается.

Kloeckner работает с рядом партнеров по термообработке стали, чтобы предоставить нашим клиентам качественные детали, соответствующие их спецификациям. Мы предлагаем термически обработанные изделия под ключ из нашего общенационального склада листового, пруткового и листового проката.Пожалуйста, свяжитесь с Kloeckner Louisville или позвоните по телефону (678) 259-8800 для получения информации о термообработке.

Позвольте нам удовлетворить ваши потребности в термообработке

Kloeckner работает с рядом партнеров по термообработке стали, чтобы предоставить нашим клиентам качественные детали, соответствующие их спецификациям. Мы предлагаем термически обработанные изделия под ключ из нашего общенационального склада листового, пруткового и листового проката.

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.

УПЛОТНЕНИЕ 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, упрочнение может быть полезно 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.

ТЕМПЕРИЗАЦИЯ

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 термической обработки для вашего проекта точного машиностроения.

печи для термообработки и ее классификация | Сталь

В этой статье мы поговорим о значении и классификации термических печей.

Значение печей для термообработки:

Печи для термообработки — это, по сути, нагревательные камеры, то есть огнеупорный корпус, который удерживает стальную заготовку, а также тепло.Топочная камера нагревается некоторым источником тепла. Подачу тепла необходимо регулировать в зависимости от требований. Во время периода нагрева требуется больше тепла, но требуется почти постоянный нагрев, когда печь достигла требуемой температуры и должна поддерживаться при этой температуре.

Тепло должно подводиться ко всей правильно спроектированной печи таким образом, чтобы температура была постоянной повсюду или в местах хранения шихты, в противном случае некоторые части могут стать недогретыми или перегретыми.Двери или проемы должны быть как можно меньшего размера, чтобы уменьшить тепловые потери. В закалочных и низкотемпературных печах может потребоваться принудительная циркуляция воздуха или атмосферы. Закалку науглероженных деталей можно производить внутри самой печи.

Печи для термообработки играют очень важную роль в придании стальным компонентам воспроизводимых полезных свойств. Конструкция печи зависит от обрабатываемого материала и от конкретной обработки, которая должна проводиться при определенной температуре.Когда требуется термообработка деталей при разных температурах, может потребоваться несколько печей, поскольку печь, которая может быть пригодна для использования при 1300 ° C, может быть непригодной для использования при 300 ° C, хотя последняя температура находится в пределах максимальной температуры. классифицировать.

Это связано с тем, что теплопередача ниже 700 ° C и особенно при 300 ° C или около того происходит в основном за счет теплопроводности и конвекции. Радиация играет относительно несущественную роль. Таким образом, печь коробчатого типа не подходит. Необходимы печи с принудительной циркуляцией воздуха.Таким образом, закалочные печи нельзя использовать для отпуска. Современные конструкции печей достигли такого состояния, что существует специальная печь для каждого диапазона температур. Нет печи, которая эффективно проводила бы все термические обработки.

Классификация печей для термообработки:

Печи для термообработки можно классифицировать по следующему критерию:

На основе источника тепла :

Хотя выбор правильного топлива зависит от наличия и стоимости топлива, его техническая пригодность играет важную роль в выборе лучшего топлива.Прежде чем сделать правильный выбор, необходимо принять во внимание начальную стоимость печи, текущие расходы на топливо, расходы на надзор, техническое обслуживание и т. Д. И сравнить их с относительным удобством использования конкретного топлива.

При сравнении стоимости топлива необходимо также учитывать относительную эффективность использования. Например, эффективность угольной печи может составлять от 5 до 10%, в то время как правильно спроектированная и изолированная электрическая печь может иметь эффективность использования от 96 до 98%.Такие факторы, как легкость, с которой автоматический регулятор температуры и устройства контроля времени могут быть настроены для запуска печи или ее выключения, также влияют на выбор топлива.

Хотя твердое топливо для топочных печей почти не используется для термообработки, они приведены здесь только потому, что они тоже использовались ранее.

Выбор топлива кратко:

1. Твердое топливо :

(а) Уголь:

Преимущества:

Дешевый, доступный, светлый.

Недостатки:

Отсутствие надлежащего контроля температуры — Требуется соответствующий сорт угля; Ориентированный на труд; проблема хранения; Проблема с дымом.

(b) Угольная пыль:

Преимущества:

То же, что и твердый уголь. Большинство недостатков сжигания твердого угля устранены. Возможен контроль температуры путем контроля обжига. Более дешевые низкосортные угли также могут удовлетворительно сжигаться. Для загрузки печи не требуется труда.Проблема дыма может быть решена путем регулирования горения.

Недостатки:

Это Повышенная стоимость измельчающего оборудования и сопутствующие механические осложнения. Угли с высокой зольностью не могут быть успешно использованы.

(c) Кокс:

Он похож на уголь, но кокс обеспечивает полное отсутствие дыма, но поскольку клапан теплотворной способности меньше, чем у угля, для такой же тепловой мощности требуется большая площадь решетки.

2.Жидкое топливо :

Если масла доступны по экономичным ценам, они имеют много преимуществ:

Более легкий контроль горения, поскольку для розжига не требуется труда, хотя в зимнее время мазут сгущаются, и маслопроводы необходимо специально подогревать паром. Хотя жидкое топливо легко хранить, и печь можно топить в любое время, но мазут необходимо хранить в отдельном здании. Конструкции печей проще; после сжигания мазута не остается золы.

Контроль температуры осуществляется с большой точностью. Печи, работающие на жидком топливе, экономичны только при температуре около 1000 ° C. Светящееся пламя масла обеспечивает быструю передачу тепла стальным деталям. Обычно успешно используются бензин и керосин.

Недостаток:

Температура в камере неоднородна, поэтому необходимо использовать систему циркуляции тепла.

3. Газообразное топливо :

Из топок на топливе самыми лучшими и экономичными являются газовые.Газовые печи просты по конструкции, лучше контролируют температуру и могут использоваться при температуре до 1500 ° C. Газовые печи очень совершенны, уступая только электропечи. Газовые печи можно проектировать от самых маленьких до самых больших.

Используемое газообразное топливо может быть:

(a) Угольный или городской газ

(б) Добывающий газ

(c) Голубой газ

(d) Крекинговый нефтяной газ

(a) Угольный или городской газ:

Дефицит высококачественного газового угля в Индии привел к наименьшему развитию газовой промышленности.Сталелитейные заводы, имеющие собственные коксовые печи, поставляют этот газ в качестве топлива.

(b) Производитель газа:

Поскольку этот газ имеет довольно низкую теплотворную способность и, если он не обогащен другим богатым газом, таким как коксовая печь и т. Д., Требует специально спроектированных больших горелок, отверстий и каналов, позволяющих довести печи до температур термообработки в разумные сроки. Для достижения более высоких температур почти необходим предварительный нагрев воздушной струи.

(c) Голубая вода, газ:

Этот газ имеет более высокую теплотворную способность, чем генераторный газ, особенно если уголь используется вместо кокса в генераторном слое.Теплотворная способность и содержание метана намного ниже, чем у угольного газа.

(d) Трещины Нефть Газ:

Это отличное топливо с очень высокой теплотворной способностью, почти вдвое превышающей таковую у угольного газа. Из-за более высокой стоимости нефти по сравнению с углем эта система использовалась только на небольших электростанциях.

4. Электроэнергия :

Электропечи в настоящее время используются наиболее широко и заменяют газовые печи.Нагревательные печи с электрическим током, вероятно, являются наиболее совершенным средством использования энергии. Электрические печи обладают множеством преимуществ: простота конструкции; нет камеры сгорания, газовых каналов и дымоходов. Равномерность температуры в печах и точный контроль температуры могут быть легко достигнуты с помощью автоматизации.

Поскольку тепло не теряется в дымовых газах, эффективность использования тепла является наивысшей. КПД электропечей периодической закалки и нормализации составляет от 65% до 75%, а печей непрерывной термообработки — от 70 до 80%.В электрических печах можно достичь очень высоких температур. Никаких загрязнений при аккуратных и чистых гигиенических условиях труда. Минимальные требования к аксессуарам. Электропечи очень удобно запускать и выключать.

Из методов электрического нагрева чаще всего используются электрические печи сопротивления для термообработки металлов и сплавов. Индукционный нагрев — самый распространенный, совершенный и даже дешевый (при массовом производстве подобных деталей) метод поверхностной закалки.Лазерный и плазменный нагрев для поверхностного упрочнения имеют ограниченное поле. В печах резистивного нагрева можно легко и с высокой точностью регулировать температуру. Обычно используемые резисторы с максимальной температурой, при которой они могут использоваться, приведены в таблице 10.1.

На основе использования , т.е.Тип термообработки:

Печи можно классифицировать в зависимости от типа выполняемой термообработки, например:

(а) Отпуск или субкритический отжиг стали :

Диапазон температур от 0 до 700 ° C.

Типы:

(i) Сухая печь с принудительной циркуляцией воздуха.

(ii) Жидкие ванны — масло, свинец или соль.

(б) Печи общего назначения :

Диапазон от 700 до 1050 ° C — Для закалки, нормализации, науглероживания углеродистых и низколегированных сталей.

Типы:

(i) Сухие печи.

(ii) Жидкие ванны — свинец или соль.

(c) Высокотемпературные печи :

Диапазон от 1000 до 1400 ° C- Для термообработки быстрорежущих сталей; другие высокотемпературные циклы.

Типы:

(i) Сухие печи

(ii) Жидкие ванны — Соляные ванны

(d) Печи для науглероживания или нитроцементации :

Герметичная закалочная печь.

По типам операций:

1. Печи периодического действия :

Название «партия» означает, что партия компонентов загружается в печь, которая нагревается от комнатной температуры с заданной скоростью до заданной максимальной температуры, выдерживается при этой температуре в течение заданного времени, а затем охлаждается с заданной скоростью.

Затем следующая партия компонентов загружается в печь и проходит термообработку. При необходимости одна партия компонентов может отличаться от другой по весу, размеру, марке стали и типу требуемой термообработки (т. Е. Даже температура нагрева, время выдержки и т. Д. Также могут отличаться).

печи периодического действия в основном состоит из огнеупорной футеровки-изолированной камеры печи, заключенной в стальной оболочке с одним или более дверьми доступа и способом нагрева внутри камеры.В одной печи можно проводить различные типы циклов термообработки, но по одному с одной партией компонентов, например, науглероживание, закалка, отжиг, азотирование, нормализация, отжиг для снятия напряжений и т. Д.

Если в цехе термообработки имеется несколько печей периодического действия, то работа должна быть специализированной, т. Е. Один комплект печей используется для отжига, другой — для нормализации и т. Д., В противном случае производительность печи снижается и увеличивается расход топлива или электроэнергии.Таким образом, эти печи могут работать с контролируемой атмосферой или без нее.

Печь периодического действия обычно используется для термообработки небольших объемов деталей (например, с малым весом в час), а также для науглероживания деталей, которые нуждаются в глубоких корпусах, то есть с длительным циклом (например, шахтные печи, используемые для шарикоподшипников), или для деталей, с которыми трудно работать с конвейерной системой в печах непрерывного действия, или для деталей, которые имеют большие размеры, но их немного.

Камерная печь может быть горизонтальной или вертикальной.Первоначальная стоимость печи периодического действия намного меньше, чем печь непрерывного действия. Обычно загрузка и выгрузка заряда производится вручную, т.е. может потребоваться много труда. Некоторые очень часто используемые периодические печи — это печь периодического действия коробчатого типа, печь с выдвижным подом, печь с соляной ванной, муфельная печь, шахтная печь, печь с герметичной закалкой, колпаковая печь, печь для отпуска, вакуумная печь, печь с псевдоожиженным слоем.

2. Печи непрерывного действия :

В печи непрерывного действия компоненты, подлежащие термообработке, почти непрерывно загружаются на одном конце печи, а затем выгружаются на другом конце печи после завершения термообработки.Компоненты перемещаются по печи, как правило, механическим путем.

Эти печи обычно работают в постоянном температурном режиме и, таким образом, неизменно используются для нагрева одних и тех же компонентов, изготовленных из одинаковой марки стали и подвергнутых одинаковому циклу термообработки, то есть только отжигу, закалке или нормализации. , науглероживание и т. д., т.е. эти печи являются специализированными.

Таким образом, эти печи можно легко программировать, и они являются типичными для установок, которые подвергают термообработке компоненты большого объема, или для массового производства.Непрерывные печи могут иметь или не иметь контролируемую атмосферу. Первоначальная стоимость таких печей высока, но эксплуатационные расходы низкие из-за снижения затрат на рабочую силу и высокой эффективности потока шихты, особенно если печь работает 24 часа в сутки.

Печь непрерывного действия может иметь разные зоны, что требует надлежащего управления перемещением компонентов через зоны. Например, для науглероживания печь может иметь отдельные камеры для нагрева, науглероживания и для процесса диффузии.

В печи непрерывного действия перемещение компонентов должно осуществляться от загрузочной дверцы к разгрузочной дверце. Могут быть две основные конструкции печей: одна с вращающимся подом, а вторая — с прямоточной камерой.

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 случайно из-за производственных процессов, которые нагревают или охлаждают металл, например, при сварке или формовке.

Обработка термической обработки

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, например стекла. 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.

Закалка корпуса

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 цементной 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 поверхностного упрочнения. Предварительно нагретую сталь погружают в нагретую ванну с цианидом 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 дает 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.

ЗАКАЛКА

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 уменьшаться.Степень снижения 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.Закалка 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 охлаждаются 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.

Однако окончательная твердость закаленной стали будет варьироваться в зависимости от состава стали.После нормализации сталь может быть подвергнута закалке при условии ее твердости. Отожженную сталь нельзя отпускать. 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. Неправильный отпуск 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). Его выдерживают достаточно долго, чтобы позволить перекристаллизацию 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), 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.Несколько раз переключитесь 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 столбы

  • 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, которые уравновешены …
  • Что такое золото?
    Золото сопротивляется 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 до …

Различные типы процесса термообработки

В процессе изготовления металлической детали много этапов. Независимо от того, работаете ли вы в автомобилестроении, в энергетическом оборудовании или в другой обрабатывающей промышленности, есть несколько этапов, которые необходимо выполнить, прежде чем конечный продукт будет готов.Одна часть процесса — термическая обработка. Хотя существуют различные типы процессов термообработки, используемый метод зависит от конечного применения деталей и требований к свойствам.

Целый или кусок

Если требуется термическая обработка всей детали или твердость должна доходить до сердцевины, обычно рекомендуется использовать процесс термообработки в печи. Однако, если необходимо нагреть только часть детали, для термообработки можно использовать метод селективного упрочнения. Кроме того, от объема деталей, нуждающихся в термообработке, зависит, какой метод избирательного нагрева работает лучше всего.

Если требуется термическая обработка 10 деталей, закалка пламенем лучше всего подходит для этой работы, поскольку обычно не требует специальных инструментов, которые могут быть довольно дорогими. Если имеется более 1000-10 000 деталей, тогда индукционная термообработка может быть ответом, поскольку она имеет короткое время цикла и потенциально снижает производственные затраты.

Вот разбивка некоторых различных классификаций процессов термообработки:

Индукционная термообработка

При индукционной термообработке используется электрический ток, передаваемый от медной катушки, расположенной вокруг детали.Направленный ток нагревает выбранные участки стальной детали до необходимой температуры и глубины. Затем деталь закаливается с контролируемой скоростью для достижения желаемой твердости материала. Контролируемое количество энергии и закалка обеспечивают большую точность при закалке определенных участков стальной детали, не затрагивая при этом другие области.

Если для детали была проблема деформации, предпочтительным методом является индукционная термообработка. Это может быть важным фактором для круглых деталей, таких как шестерни.Индукционная термообработка позволяет лучше контролировать деформацию, чем некоторые методы термообработки в печи. Поскольку время термообработки при индукционной термообработке короткое, это увеличивает производство и пропускную способность, а также снижает затраты на рабочую силу.

Закалка пламенем

Закалка пламенем — это еще один метод термообработки, при котором нагревается только одна область детали. Вместо системы катушек, такой как индукционная термообработка, при закалке пламенем используется пламя на поверхности металла. Этот процесс хорошо работает для небольших объемов работ или очень глубокой гильзы, особенно когда есть большая деталь, для которой требуется только одна секция.Деталь можно нагреть пламенем, а затем погасить, и это часто можно сделать с помощью очень небольшого специального инструмента.

Науглероживание

Науглероживание — это метод печи, используемый для упрочнения деталей, изготовленных из низкоуглеродистой стали. В большинстве случаев во время науглероживания вся поверхность детали затвердевает. Выбрать районы части могут быть закалены с использованием цементации печи, покрывая Неотвердевший области части с заранее углерода остановки краски. Науглероживание — менее трудоемкий метод упрочнения внешней поверхности всей детали, но может быть дорогостоящим, если определенные области необходимо замаскировать с помощью процесса окраски.

Науглероживание

также может использоваться для увеличения содержания углерода в детали перед индукционной закалкой в ​​выбранной области, что позволяет стали достичь более высокой твердости по Роквеллу.

Печное отопление

Термическую обработку в печи лучше всего использовать, когда можно нагреть сразу всю деталь. Если требуется закалка всей детали, а деформация не является проблемой, закалка в печи является экономически эффективным вариантом.

Выбор правильного процесса термообработки

Выбор наилучшего варианта термообработки в конечном итоге зависит от конструкции детали и требований к инженерному проектированию.Если можно закалить всю деталь, закалка в печи или науглероживание могут быть лучшим методом. Если требуется упрочнение только определенных участков детали, то выборочное упрочнение, такое как пламенная или индукционная термообработка, может быть лучшим решением.

Вы ищете услуги индукционной термообработки? Запросите цитату сегодня !.

Что такое термическая обработка | Процесс | Классификация

Что такое термическая обработка?

Термическая обработка металлов — один из важных процессов в механическом производстве.Это термическая обработка металла для получения желаемой структуры и свойств с помощью методов нагрева, нагревания и охлаждения.

По сравнению с другими методами обработки термическая обработка обычно не меняет форму заготовки и общий химический состав. Вместо этого он улучшает характеристики заготовки за счет изменения микроструктуры внутри заготовки или изменения химического состава поверхности заготовки. Он отличается улучшенным внутренним качеством заготовки, которое не видно невооруженным глазом.Суть термической обработки заключается в физическом изменении объекта. Это процесс, который улучшает его производительность, эксплуатационные характеристики и срок службы за счет строгого контроля процесса нагрева и охлаждения материала.

Процесс термообработки

Процесс термообработки обычно включает три процесса нагрева,
потепление и охлаждение. Иногда бывает всего два процесса нагрева и
охлаждение. Эти процессы связаны друг с другом и не могут быть
прервано.

Нагрев

При нагревании металла заготовка подвергается воздействию воздуха и
окисление и обезуглероживание. То есть содержание углерода на поверхности
стальной детали часто встречаются. Губительно воздействует на поверхность
свойства деталей после термической обработки. Таким образом, металл должен нормально
нагреваться в контролируемой или защитной атмосфере, в расплаве соли и в
вакуум. Защитный нагрев также может осуществляться путем нанесения покрытия или упаковки.
методы.

Температура нагрева — один из важных технологических параметров нагрева.
процесс лечения. Выбор и регулирование температуры нагрева является основным
Проблема обеспечения качества термообработки. Температура нагрева варьируется
в зависимости от обрабатываемого металлического материала и цели нагрева
лечение. Однако обычно он нагревается выше фазового перехода.
температура для получения высокотемпературной структуры. В дополнение
трансформация занимает определенное время. Поэтому, когда поверхность металла
заготовка достигает необходимой температуры нагрева.Он должен храниться в этом
температура в течение определенного периода времени. Чтобы внутреннее и внешнее
температуры однородны, а микроструктура полностью трансформируется. Этот
время называется временем выдержки.

Нагрев

При использовании нагрева с высокой плотностью энергии и поверхностной термообработки
скорость нагрева очень высокая. Как правило, нет времени выдержки, и
время термообработки химико-термической обработки обычно велико.

Охлаждение

Охлаждение также является обязательным этапом в процессе термообработки.В
метод охлаждения варьируется от процесса к процессу, в основном для управления охлаждением
оценивать.

Классификация процессов

Процессы термической обработки металлов можно условно разделить на три
категории: общая термообработка, поверхностная термообработка и химическое нагревание
лечение. В зависимости от теплоносителя, температуры нагрева и охлаждения
метод. Каждую категорию можно разделить на несколько различных термических обработок.
процессы. Один и тот же металл использует разные процессы термообработки для получения
разные микроструктуры и, следовательно, разные свойства.Сталь самая
широко применяемый металл в промышленности. Его микроструктура также самая сложная.
Таким образом, существует множество способов термической обработки стали.

Общая термообработка — это процесс термообработки металла, при котором деталь нагревается в целом, а затем охлаждается с соответствующей скоростью для получения желаемой металлографической структуры и изменения ее общих механических свойств. Общая термическая обработка стали включает четыре основных процесса: отжиг, нормализацию, закалку и отпуск.

Для чего нужна термообработка?

Цель термической обработки: изменить размер формы материала и улучшить его характеристики. В том числе производительность и производительность процесса, потенциал материала может быть полностью использован для улучшения внутреннего качества детали.

Какие продукты требуют термической обработки?

Обзор методов термообработки и их преимуществ

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

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

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

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

Преимущества

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

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

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

Этапы процесса термообработки

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

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

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

Отопление

Детали реактивного двигателя, идущие в печь

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

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

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

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

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

Холдинг

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

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

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

Охлаждение

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

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

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

Фазовые диаграммы

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

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

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

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

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

A1: Верхний предел фазы цементита / феррита.

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

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

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

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

Общие методы термической обработки

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

К наиболее распространенным методам термообработки относятся:

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

Отжиг

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

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

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

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

Нормализация

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

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

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

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

Закалка

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

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

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

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

Индукционная закалка

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

Старение

График старения алюминия 6061

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

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

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

Снятие стресса

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

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

Закалка

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

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

науглероживание

Науглероживание корпуса

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

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

Какие металлы подходят для термической обработки?

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

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

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

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

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

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

.

Related Posts

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.