Термообработка деталей: Обзор термообработки деталей. Способы, основные сведения по параметрам

Обзор термообработки деталей. Способы, основные сведения по параметрам

Основной задачей термообработки деталей, болтов, гаек, винтов, шайб и других видов крепежных изделий является изменение механических свойств металла в таком направлении, чтобы они полностью соответствовали заданным в документации требованиям. В процессе эксплуатации в составе готовых машин, оборудования, узлов и металлоконструкций на крепежные детали действуют внешние силы, которые могут сжимать и растягивать металл, а также деформировать форму самих изделий. Внешние воздействия могут происходить постепенно или в ускоренном режиме. Механические свойства прочности материалов у различных деталей неодинаковы. Поэтому одни крепежные изделия имеют высокое сопротивление сжатию, но плохо воспринимают растягивающие нагрузки. Другие – легко выдерживают постепенное воздействие внешних сил, но разрушаются при быстром воздействии на них нагрузкой такой же величины, как, например, при ударах.

 Термообработкой называется технологический процесс, при котором детали подвергают тепловой (термической) обработке, результатом которой является изменение структуры и свойств металла в нужном направлении. Все виды термообработки деталей включают в свой состав три последовательно выполняемые операции:

• Нагрев деталей до определенной температуры.




• Выдержка­ их в течение определенного времени в условиях заданной температуры.




• Охлаждение с определенной скоростью от температуры термообработки до нормальной.

То есть всем процессом термической обработки фактически управляют два основных элемента – температура и время. Регулируя их параметры, можно выполнять такие виды термообработки деталей, как отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Нагрев деталей при термической обработке производят в воздушной среде, в масле (индустриальное, цилиндровое), в соляных (поваренная соль, сильвинит) и щелочных (KNO₃, NaNO₃ и NaNO₂) растворах, а также в синтетических шлаках (АН-ШТ1, АН-ШТ2). Для подвергаемых процессу термообработки деталей из углеродистых и легированных сталей с острыми кромками и резкими переходами, а также при повторном нагреве изделий из закаленной стали чаще всего требуется их предварительный нагрев.

При термообработке деталей необходимо точно знать параметры температур, при которых в металле начинают происходить те или иные превращения, т. е. параметры критических температур термообработки. Критические температуры у деталей из углеродистой стали, определяемые при их нагреве и охлаждении, совпадают не всегда. Поэтому в документации всегда отмечают режим, при котором они получены.

Товары каталога:

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.
comments powered by

Термическая обработка металлов: определение, преимущества, разновидности

Термическая обработка деталей представляет собой преобразование внутренней структуры металлических изделий под влиянием изменения условий температур. В итоге получается материал, обладающий требуемыми физическими и механическими характеристиками. 

Через этот процесс проходят некоторые цветные металлы, сталь различных категорий и сплавы. Благодаря выбору вида термообработки, степени нагрева и других параметров можно на выходе получить металлоизделие с уникальным строением и свойствами.

Преимущества термообработки

Среди главных достоинств этого процесса отмечают:

• увеличение устойчивости к износу сплавов и материалов;
• значительная экономия на новых металлоизделиях за счет увеличения их технических показателей;
• снижение количества непригодных для использования деталей.

Для работы применяют современное высокотехнологичное оборудование в виде печей, которые способны нагреть металлоизделия до критически высоких температурных показателей. Эти устройства обладают разными уровнями мощности, потому как для качественной термической обработки разных типов металлов требуется свой режим температур.

Виды термообработки

Существует 5 основных видов, каждый из которых влияет на структуру изделий, меняет ее эксплуатационные характеристики и механические свойства. Рассмотрим подробнее.

1. Отжиг первого и второго рода. К первому относят рекристаллизацию, снятие определенных напряжений, а также гомогенизацию. На этом этапе материал не испытывает внешних изменений, но его структура становится равномерной. Второй меняет вид металла, позволяет сделать его в несколько раз прочнее.
2.  Закалка. Металлическая заготовка подвергается охлаждению с максимальной скоростью. Результатом является неравновесная структура и материал повышенной прочности. Отличие этого метода от предыдущего в скорости охлаждения после нагревания заготовок до максимально допустимых градусов.
3. Отпуск. Позволяет снизить или полностью снять внутреннее напряжение, которое осталось в стальных заготовках. Материал после обработки становится вязким, снижается хрупкость.
4. Нормализация. Схожа с отжигом, но есть различия в проводимых операциях. Если при первом варианте заготовка полностью остывает внутри оборудования, то при нормализации охлаждение происходит вне печи, на воздухе.
5. Криогенная обработка. Она проводится только при охлаждении металла до низких температур, а именно до -153°C.

Эти процессы положительно влияют на основные показатели и характеристики металла, что в дальнейшем влияет на срок его службы.

Что такое пережог?

Термообработка деталей – сложный процесс, который требует внимания. Результатом выполнения операций иногда становится пережог – непоправимый брак, который образуется при недосмотре за температурой и временем нагрева изделий. Окалина возрастает при увеличении периода нагревания, а если процесс достаточно интенсивный существует риск возникновения трещин. Изъян появляется из-за диффузии кислорода прямо на границах зерен, что приводит к появлению окислов. Они способны разъесть зерна при максимальных температурах, что в дальнейшем приводит к потере прочности материала. Бракованные изделия тут же отправляют на последующую переплавку из-за их полной непригодности.

За услугами качественной термической обработки металлов обращайтесь в Ленинградский Завод Металлоизделий. Наши специалисты быстро и внимательно проведут все работы, а в результате вы получите прочные и износостойкие изделия с длительным сроком службы. За информацией обращайтесь по телефонам в разделе «Контакты», смотрите подробности на сайте.

Объемная термообработка деталей в СПб с контролем качества. Обработка деталей холодом

Наша специализация — термическая обработка металлических изделий, позволяющая увеличить срок службы деталей машин и повысить их стойкость к внешним воздействиям. Для термообработки деталей мы применяем шахтные печи различного размера. Эксплуатация шахтных печей позволяет минимизировать деформации при обработке длинномерных изделий. Качественная футеровка печей в сочетании с увеличенным количеством зон регулирования температурного поля обеспечивает равномерный прогрев металлических заготовок по всей длине.

Перечень операций термической обработки

Целью любого процесса термической обработки является изменение структуры металла путем нагрева до определенной температуры с последующим охлаждением. На сегодняшний день мы имеем возможность обрабатывать изделия из чугуна, титана, цветных сплавов, углеродистой и высоколегированной стали.

Профессиональная термообработка включает следующие виды:

• отжиг;
• нормализацию;
• аустенизацию;
• закалку;
• обработку деталей холодом;
• отпуск;
• старение;
• отпуск для снятия напряжений;
• оксидирование титана.

Популярные услуги по объемной термообработке в СПб достаточно распространены, но мы способны выполнить и эксклюзивные задания: например, осуществить обработку деталей холодом. Эта операция способствует превращению остаточного аустенита в мартенсит, что помогает повысить твердость, износостойкость и прочность инструментов, эксплуатируемых в интенсивном режиме.

При работе с изделиями из инструментальной стали мы применяем жидкий азот, а также самостоятельно спроектированные специализированные приспособления. Под воздействием холода стабилизируются размеры обрабатываемых деталей, что особо актуально при изготовлении высокоточных деталей промышленных машин.

Контроль режимов термообработки

Наше оборудование позволяет контролировать температуру в печи в течение всего производственного цикла, чтобы не допустить даже незначительного отклонения от заданного режима и добиться требуемого результата.

Заготовки, поступающие на объемную термообработку, проходят визуальный контроль на наличие поверхностных дефектов. Качество термической обработки контролируется по твердости, для этого используются твердомеры, проходящие поверки в соответствии с графиком.

Термообработка деталей

ООО «КомплектСнаб» обеспечивает:

— Оперативную проработку заявок

— Выпуск продукции высокого качества в согласованные сроки

— Оперативную корректировку номенклатуры и количества поставляемого оборудования с учетом требования Заказчика

ООО «Комплектснаб» осуществляет полный комплекс работ по термообработке деталей, а также механической и токарно-фрезерной обработке в соответствии с традиционными технологиями.

Термообработка служит для получения необходимой твердости, улучшения прочности характеристик сплавов и металлов. Процесс включает: отжиг, нормализацию, закалку, отпуск, химико-термическую обработку и обработку холодом. При этом отпуск не обходим для снятия напряжения металла и, конечно, способствует получению требуемой твердости или структуры, а химико-термическая обработка, в свою очередь, происходит в несколько этапов, регламентируемых рабочим чертежом.

Если говорить простым языком, то термообработка деталей — это нагревание металла, выдерживание определенной температуры и последующее охлаждение. Необходимые температуры и способы охлаждения выбираются в зависимости от стали. Точность определения типа обрабатываемой стали позволит упростить процесс выбора необходимой температуры, типа оборудования, охлаждающей среды, а следовательно, провести правильную термообработку. При выборе стали мы учитываем не только ее эксплуатационные свойства, но и технологические.

Как мы уже говорили, термообработка включает: отжиг, нормализацию и закалку и некоторые другие процессы. Отжиг применяется для снижения твердости металла и снятия напряжения, нормализация служит получению оптимальной структуры, а закалка обеспечивает металлу максимальную твердость и прочность. Это основные этапы.

Итак, термическая обработка деталей подразумевает процесс обработки металлов или сплавов с помощью теплового воздействия для изменения их свойств под различные задачи. Термообработка сочетается с химическими, деформационными, магнитными и другими воздействиями.

Термическая обработка металлических и стальных изделий и деталей

Термическая обработка металлических изделий, в том числе сварных швов, является важным этапом в производстве стальных сосудов и аппаратов, используемых в нефтегазовой и химической отраслях промышленности. Почему необходимо проводить обработку сталей высокими или низкими температурами?

Сначала разберемся в самой сути данного процесса.

Понятие термической обработки стальных изделий

Использование сосудов и аппаратов с агрессивными средами и под высоким давлением негативно влияет на поверхность детали, что может привести к его разрушению, сокращению срока эксплуатации и другим последствиям.

Термическая обработка стали — это совокупность технологических процессов, таких как нагрев, выдержка и охлаждение, которым подвергаются сварные швы (местная термообработка) или все изделие целиком (объемная термообработка). При этом происходит улучшение физико-механических свойств металла без изменения его химических характеристик. В результате последовательных операций при критических температурах (низких или высоких) происходит изменение структуры и внутреннего строения стали. За счет этого снижается внутреннее напряжение металла, достигаются заданные характеристики, уменьшается хрупкость металла, увеличивается его прочность и резистентность к воздействию агрессивных рабочих сред или внешних факторов. Кроме этого, термическая обработка может являться промежуточным этапом, улучшающим и упрощающим, например, резание или сварку металлопроката.

Термообработка сварных швов позволяет уменьшить последствия неравномерного нагрева участков изделия во время сварки, что может привести к снижению прочностных характеристик места соединения по сравнению с остальными участками и разрыву шва.

Объемная термическая обработка всего изделия выполняется в печи. В случае, если сосуд или аппарат не помещается, допускается поочередный нагрев его частей. При местной термообработке нагрев производится на выбранные участки сварных швов для улучшения их качества. Также существует внепечная термообработка, характеризующаяся нагревом сосуда/аппарата изнутри при помощи теплоносителя.

Этапы термической обработки металлических деталей

Основными показателями термической обработки металлов и сплавов является скорость, температура нагрева/охлаждения и время нагрева, выдержки и охлаждения. За счет изменения и регулирования данных показателей достигаются различные свойства металлов и сплавов.

Термообработка проходит в несколько этапов:

• 
  отжиг 1 и 2 типов происходит в печи, в которой изделие нагревается до заданной температуры (до 1050-1150°С*) и затем медленно остывает естественным путем в печи (до 500-550°С*). Первый тип отжига не связан с изменениями агрегатного состояния металла, в то время как 2-ой тип изменяет фазовое состояние стали. Отжиг позволяет снизить жесткость металла, повысить его вязкость, достичь однородность и снять внутреннее напряжение
• 
  нормализация характеризуется нагревом стали, ее выдержкой при заданной температуре в течение определенного времени, а затем постепенным охлаждением на воздухе. Способствует формированию мелкозернистой структуры, повышению прочности связей, увеличению вязкости, уменьшению жесткости, например, для последующего резания заготовки или закалки
• 
  закалка осуществляется также в печи: изделие нагревается до критической температуры (до 900°С*), после чего резко остужается с использованием специальных ванн с водой, термическим маслом, солевыми растворами, щелочными веществами
• 
  отпуск определяет конечную структуру металлического изделия, уменьшает внутреннее напряжение, повышает ударную вязкость, увеличивает жесткость и снижает хрупкость за счет нагрева ниже критической температуры (от 150-250°С до 500-650°С*) и последующего плавного охлаждения
• 
  естественное и искусственное старение позволяет увеличить предел твёрдости, текучести и прочности стального изделия

Также выделяется криогенная обработка, то есть обработка металла холодом в криогенных камерах при низких температурах. Криообработка стальных заготовок и деталей позволяет увеличить прочность и износостойкость и стойкость к коррозионному воздействию на внутреннюю и внешнюю поверхности сосуда/аппарата.

Обработка металлов и сталей может осуществляться как только термически, так и термо-механическим и химико-термическим способами. Во втором случае изделие дополнительно подвергается механическому воздействию. В последнем случае поверхность обрабатывается углеродом, азотом или другими газами.

Термическая обработка днищ на ООО «СП Бомбе»

На нашем Заводе термообработка днищ выполняется в соответствие с требованиями следующих нормативных документов:

• 
  ГОСТ 12.3.004-75 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Термическая обработка металлов. Общие требования безопасности (с Изменением № 1)»
• 
  РД 26-17-086-88 «Соединения сварные. Контроль качества термической обработки аппаратуры»
• 
  ГОСТ 19905-74 «Упрочнение металлических изделий поверхностной химико-термической обработкой. Состав общих требований»
• 
  СТО 00220368-019-2017 «Термическая обработка нефтехимической аппаратуры и элементов»

Преимущества изделий, подвергшихся термической обработке

• 
  увеличивается срок эксплуатации за счет повышения его износостойкости, прочности и улучшения качественных характеристик
• 
  высокое качество выполненных сварных швов после термообработки позволяет обеспечивать герметичность соединений
• 
  термообработка металлических заготовок позволяет упростить некоторые технологические процессы, например, резку

* температура и время нагрева и охлаждения зависит от выбранного режима термообработки, вида металла, размера изделия

Промышленная термообработка металлов и деталей (термообработка).

1. Главная
2. Услуги
3. УСЛУГИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

Принимаем в работу внешние заказы

партиями от 150кг до 10 тонн.

Цех термообработки расположен в промзоне пос. Стеклянный (30 км от Мега-Парнас). Широкий опыт производства позволяет оказывать услуги качественной термообработки стальных деталей.

Ассортимент обрабатываемых в цеху сталей включает 09Г2С, 40Х, 25Х1МФ, 30ХМА, 38ХМА, 40ХН2МА, 35ХМ, 38Х3МФ, 40ХМФА, 20Х1М1Ф1ТР, 60С2А, 20Х13, 40Х13, 14Х17Н2, но не ограничивается перечисленными марками.

Виды термической обработки, осуществляемой заводом Спецмашметиз:

• Закалка с температур +850…+1050°C
  
• Низкий, средний и высокий отпуск (+150…+750ºС)
• Улучшение (закалка + отпуск)
  
• Нормализация и отжиг +900…+950°C

Оснастка выполнена для серийной обрабатки

деталей массой от 0,05кг до 100кг. Длина изделий на закалку — до 1100 мм, на нормализацию или отжиг — до 1350 мм.

Основная специализация термического цеха Спецмашметиза — термообработка крепежа от М12 до М120 на сверхпрочность с улучшенными показателями к классам 10.9, 12.9. Также проводим обработку на классы 8.8, 6.6, 5.6, 9.8 и на свойства по техническим требованиям Заказчика. В рамках импортозамещения выполняем термообработку шпилек для фланцев высокого давления по американским стандартам ASME SA-193/SA-193M, SA-320/SA-320M, SA-540/SA-540M и ASTM A193/A193M-12b, A320/A320M-11a, A540/A540M-11.

Цех термообработки модернизирован в 2012г. В основу производства положена технология управляемого формирования наноструктуры стали (УФНЗС). Разработка проекта выполнена инженерной службой Спецмашметиза.

Новые современные печи до +1150ºС установлены в 2012-2014гг. Управление выполняется современными четырехзонными контроллерами TERMODAT 17E5, подключенными к ПК. Многозонный контроль и управление нагревом обеспечивают равномерное температурное поле в печах с точностью ± 2-3ºС, что благоприятно влияет на равномерность температурного поля деталей.

Закалочные баки с управляемым перемешиванием, регулированием температур масла и полимера разработаны СММ и изготовлены в 2012-2013гг. Мощность системы охлаждения закалочных сред рассчитана на серийную закалку с удержанием температуры баков в диапазоне +30ºС…+50ºС, что исключает негативные последствия от перегрева закалочной среды и способствует однородности свойств изделий в разных садках.

Глубина камерных печей — 800мм и 900мм, шахтных — 850мм и 1500мм. Объем закалочных баков — 2,5 м

³ (закалочное масло) и 3,5 м³ (полимер). Глубина баков 1800 мм (уровень закалочных сред 1550…1650 мм).

Цех оснащен необходимым испытательным оборудованием, что позволяет контролировать результаты процесса на месте. Система менеджмента качества СММ сертифицирована по ISO 9001:2015.

Инновационная технология управляемого формирования нанозерен стали (УФНЗС) разработана в 2011-2012гг инженерной службой завода Спецмашметиз. При разработке были учтены предшествующий опыт термического производства 2003-2011гг по закалке высокопрочного крепежа классов 10.9 и 12.9 по ГОСТ Р ИСО 898-1-2011 (ГОСТ 1759.4-87, ГОСТ Р 52627-2006), передовые технологии рынка оборудования термических цехов.

Основная задача технологии УФНЗС — получение наноструктуры стали, превосходящей по размеру зерен традиционную термообработку. Из материаловедения известно, что величина зерна термообработанной стали влияет на механические свойства. Чем мельче зерно, тем выше прочность и выше ударная вязкость стальных деталей.

В 2006-2009г мы провели исследование влияния режимов закалки и отпуска на получаемые механические свойства. В 2009-2011г проведен анализ литературы по материаловедению и передового опыта производителей термического оборудования. Оценка практического опыта и научной базы материаловедения привела к разработке инженерных решений.

Итоги внедрения принятых решений в термическом цеху Спецмашметиза подтвердили теоретические разработки. Фактические результаты по всем контролируемым параметрам превзошли ожидания. Причем как по машиностроительному крепежу, так и по крепежу для фланцевых соединений. Технология УФНЗС позволила превзойти требования стандартов по высокопрочному крепежу, обеспечила одновременный запас прочности, пластичности и ударной вязкости. Дополнительными преимуществами технологии являются возможности производства хладостоких изделий и жаропрочных изделий с превышением необходимых требований стандартов к соответствующей продукции.

В сравнении с традиционной термообработкой технология УФНЗС обеспечивает сплошную прокаливаемость в сечениях до 120 мм. Это фактически проверенные на практике данные по диаметрам термообработанных заготовок. Возможно, в перспективе толщина деталей на термообработку будет ещё увеличена.

Строгое соблюдение разработанной технологии УФНЗС, системный поиск новых решений, автоматизация процессов позволяют уверенно превосходить требования стандартов и опережать по качеству конкурентов.

Управляемая закалка позволяет обеспечивать

запас прочности до 15-20%. В частности для стали 40Х достигается прочность на разрыв до 1250 МПа при твердости 37…39 HRC, относительном удлинении более 11-12% и ударной вязкости выше 70-80 Дж/см². Эти характеристики качественно превосходят свойства стали 40Х после традиционной термообработки.

При термообработке хроммолибденовых или хромникельмолибденовых сталей результаты свойств ещё лучше. Применение таких легированных сталей обеспечивает надежность крепежных систем как по ГОСТ, так и по иностранным стандартам.

Особые режимы отпуска дают технологическое преимущество по однородности свойств: обеспечивается узкий диапазон в партии и стабильность между партиями. Например, фактический интервал твердости в садке укладывается в 2-3 единицы HRC, внутри партии в 3-4 HRC. Обеспечивается

стабильность свойств в 2 раза лучше типовых требований. Для сравнения по ГОСТ 1759.4-87 допускается разброс твердости 8 единиц по Роквеллу (для класса 10.9 допуск 32-39 HRC).

Услуги по термообработке | МПО «Электротехника»

Чтобы металлические изделия служили долго, имели нужные физико-механические свойства в технологическом процессе превращения заготовки в деталь используют термическую обработку, при которой меняется структура или строение металла/ сплава. МПО «Электротехника предлагает услуги по термообработке (отжиг, отпуск и нормализация).

Отжиг

Отпуск

Нормализация

Собственные цех

Контроль качества
каждого изделия

Короткие сроки
исполнеия заказа

Разновидности термической обработки

Термообработка, как комплекс этапов нагревания, охлаждения и выдержки, в зависимости от заданных свойств, применяется на промежуточных стадиях техпроцесса или как завершающая операция.

Виды тепловой обработки:

• Отжиг. Цель операции первого рода – достижение равновесной структуры. Отжиг второго рода преобразует частицы из одной фазы в другую в твердом состоянии.
• Закалка. Такая тепловая обработка проводится с увеличенной скоростью охлаждения. Цель – достижение неравновесной структуры.
• Отпуск. Эта тепловая обработка снимает напряжения внутри металла, достигается требуемая пластичность.
• Нормализация. Заготовку нагревают до состояния превращения в аустенит, затем охлаждают на воздухе.
• Старение. Выделяются элементы фазы упрочнения.

При термообработке металлов происходят фазовые превращения. Так при определенных температурах в критических точках перлит превращается в аустенит, происходит магнитное превращение феррита, которое заканчивается переходом феррита и цементита в аустенит.

Особенности процесса

Время нагрева заготовки – сумма интервалов нагревания до нужного температурного значения и выдержки при заданной температуре. Для каждой партии деталей этот параметр индивидуален. Время зависит от характеристик печи, размеров заготовок, свойств материала (металла или сплава), скорости фазовых превращений.

При длительном взаимодействии нагретого металла и воздушной среды может появиться окалина – обезуглероживание поверхности. При этом прочность изделия снижается, материал становится хрупким. Исправление обезуглероживания достигается путем снятия окалины шлифовкой на меньший размер.

Другой вид брака – высокая или неудовлетворительная твердость. Этот параметр снижают повторным отжигом. Брак свидетельствует о нарушении технологического процесса.

Расчет стоимости

Печи для термообработки стали, других металлов и сплавов – энергоемкое оборудование. Время нагрева существенно влияет на конечную цену услуги по термической обработке.

Стоимость термообработки зависит от:

• Количества деталей партии продукции для однократной загрузки в печь;
• Вида материала;
• Времени нагрева,
• Размера деталей,
• Вида и количества операций по тепловой обработке.

Для расчетов используется операционная карта выбранного режима.

Термообработка в МПО «Электротехника»

Цель предварительной термической обработки, – снижение твердости заготовки, подготовка к дальнейшим операциям по механической обработке. На окончательном этапе термообработки достигается заданная прочность, износостойкость деталей. При необходимости применяется и промежуточная тепловая обработка.

Все исходные данные, кроме тех, что относятся к конкретному изделию, на предприятии уже есть. Они получены путем стандартных испытаний при разных видах термической обработки. Применяя методику расчета, определяются результаты основных видов термообработки – отжига, нормализации и отпуска.

Заказывайте услугу по термообработке изделий из металлов и сплавов в компании МПО «Электротехника»! На предприятии, работающем с 1941 года, отлажены все технологические процессы. Каждое изделие проходит обязательный контроль качества.

Что такое термообработка? — Общество термообработки

Сердце индустрии
Практически ничто не может быть произведено без термической обработки, процесса, при котором металл нагревается и охлаждается под строгим контролем для улучшения его свойств, производительности и долговечности.

Термическая обработка может смягчить металл для улучшения формуемости. Это может сделать детали более твердыми, чтобы повысить прочность. Он может нанести твердую поверхность на относительно мягкие детали, чтобы увеличить сопротивление истиранию.Он может создать коррозионно-стойкую пленку для защиты деталей, которые в противном случае могли бы подвергнуться коррозии. И это может сделать хрупкие изделия более жесткими.

Термообработанные детали необходимы для эксплуатации автомобилей, самолетов, космических кораблей, компьютеров и тяжелого оборудования любого типа. Пилы, оси, режущие инструменты, подшипники, шестерни, оси, крепежные детали, распределительные и коленчатые валы — все зависит от термической обработки.

HTS с гордостью признает роль специалистов по обработке тепла в улучшении повседневной жизни всех нас.

Основы термообработки
Хотя железо и сталь составляют подавляющее большинство термообработанных материалов, сплавы алюминия, меди, магния, никеля и титана также могут подвергаться термообработке.

Процессы термообработки требуют трех основных этапов:

1. Нагрев до заданной температуры

2. Выдержка при этой температуре в течение соответствующего времени

3. Охлаждение в соответствии с предписанными методами

Температуры могут варьироваться до высокая температура составляет 2400 ° F, а время выдержки при температуре может варьироваться от нескольких секунд до 60 часов и более.

Некоторые материалы охлаждаются в печи медленно, а другие необходимо быстро охлаждать или закаливать.Некоторые криогенные процессы требуют обработки при температуре -120 ° F или ниже. Охлаждающая среда включает воду, рассол, масла, растворы полимеров, расплавленные соли, расплавленные металлы и газы. Каждый из них обладает определенными характеристиками, которые делают его идеальным для определенных приложений. Однако 90 процентов деталей закаливают в воде, масле, газах или полимерах.

Значение термообработки
Термическая обработка увеличивает стоимость металлических изделий примерно на 15 миллиардов долларов в год за счет придания особых свойств, необходимых для успешного функционирования деталей.

Он очень тесно связан с производством стальных изделий: около 80 процентов термообработанных деталей изготавливаются из стали. К ним относятся продукция сталеплавильного производства, такая как пруток и трубы, а также детали, которые были отлиты, кованы, сварены, обработаны, прокатаны, штампованы, вытянуты или экструдированы.

Это также важный этап в производстве изделий из цветных металлов. Например, автомобильные отливки из алюминиевого сплава подвергаются термообработке для повышения твердости и прочности; изделия из латуни и бронзы подвергаются термообработке для повышения прочности и предотвращения растрескивания; Конструкции из титанового сплава подвергаются термообработке для повышения прочности при высоких температурах.

Как определить наилучшую термическую обработку для ваших деталей

Задолго до появления многих современных технологических достижений люди стали термообработать металлы для улучшения их физических и химических свойств для конкретного применения. В средние века кузнецы ковали и закаляли металлы (хотя и относительно грубо) для создания лезвий, инструментов и товаров для повседневной жизни. Теперь у металлургов и инженеров-материаловедов есть гораздо более широкий спектр специализированных методов и оборудования для адаптации материалов к конкретным приложениям.

Но существует множество различных видов термообработки, таких как закалка, отпуск, старение, снятие напряжений и поверхностная закалка. Чтобы избежать путаницы, мы рассмотрим наиболее распространенные виды термической обработки, а также их цели, а также их плюсы и минусы.

Этот вал проходит индукционную закалку. Локальный нагрев на валу (красное / белое свечение) немедленно сопровождается закалкой струей воды, которая быстро охлаждает его.

Отжиг

Отжиг включает повышение температуры металла до тех пор, пока он не придет в состояние равновесия, как определено его фазовой диаграммой.Он используется для изменения физических свойств металла, таких как его твердость, но также могут быть локальные химические изменения в зависимости от фазовых переходов. Обработка отжига обычно сопровождается обработкой, такой как механическая обработка и шлифование, или даже другой термообработкой, такой как закалка.

Закалка и отпуск. Закалка включает нагрев стали выше критической температуры и выдержку при такой температуре достаточно долго, чтобы позволить микроструктуре полностью перейти в аустенитную фазу.Затем сталь закаливается — процесс, при котором сталь быстро охлаждается, помещая ее в воду, масло или раствор полимера. Это «замораживает» его микроструктуру. Закалка стали для охлаждения контролирует скорость охлаждения, а скорость охлаждения определяет микроструктуру после закалки.

Металлурги используют диаграмму время-температура-превращение металла (диаграмма TTT) для прогнозирования результирующей микроструктуры, будь то мартенсит, бейнит или перлит. С этими структурами железные сплавы с углеродным составом более 0.3 мас.%. может быть чрезвычайно твердым (> 60 HRC), особенно с мартенситной структурой. Но повышенная твердость сопровождается пониженной вязкостью.

Закалка, процесс отжига, следует за закалкой. После закалки сталь становится чрезвычайно твердой и хрупкой, поэтому она подвергается еще одному этапу снижения твердости и повышения пластичности при сохранении своей микроструктуры.

Металлические детали загружаются в корзины, а затем загружаются в печь науглероживания на Advanced Heat Treat Corp.Там они будут нагреваться выше критических температур металла.

Отпуск стали ниже критической температуры позволяет ей сохранить мартенситную структуру, но при достаточно длительном отпуске она превращается в смесь феррита и мелких карбидов, точный размер которых зависит от температуры отпуска. Это делает сталь более мягкой и пластичной. Ключевыми параметрами отпуска являются температура и время, и их необходимо точно контролировать для достижения желаемой конечной твердости.Более низкие температуры поддерживают более высокую твердость при снятии внутренних напряжений, а более высокие температуры снижают твердость.

После первоначального литья или механической обработки закалка и отпуск придают стали твердость и прочность для изготовления деталей с характеристиками материала. Затем детали можно подвергнуть механической обработке до окончательного состояния. Закалка и отпуск деформируют металл, поэтому детали всегда проходят эти два процесса перед окончательной обработкой. Для деталей с дополнительными процессами термообработки, используемыми для изменения свойств поверхности, закалка и отпуск определяют основные свойства детали, такие как твердость, прочность и пластичность.(Дополнительные способы поверхностного упрочнения будут рассмотрены позже.)

Снятие напряжения. Снятие напряжений, этап отжига, следует за шлифовкой, холодной обработкой, сваркой или окончательной механической обработкой и выполняется после того, как металл был закален и отпущен до желаемой микроструктуры и прочности. Это означает, что необходимо уделить особое внимание тому, чтобы заготовка не отжигалась слишком близко к температуре отпуска. Это предотвращает изменение ранее достигнутой твердости и микроструктуры.

Снятие напряжений устраняет внутренние дислокации или дефекты, делая металл более стабильным после окончательной обработки, такой как газовое или ионное азотирование. Снятие напряжений не предназначено для значительного изменения физических свойств металла; изменения твердости и прочности на самом деле нежелательны.

Осадочное твердение. Дисперсионное упрочнение — это особая стадия отжига, также известная как упрочнение при старении, поскольку некоторые металлы затвердевают с течением времени при докритических температурах.Как уже отмечалось, этот метод упрочнения металлов ограничен металлами, которые подверглись закалке и являются перенасыщенным раствором, что означает, что материал находится в неравновесном состоянии по отношению к присутствующим фазам.

В этих сплавах перенасыщенный раствор мартенсита нагревают (от 500 до 550 ° C) и выдерживают от 1 до 4 часов, позволяя осадкам равномерно образоваться и расти. В результате получается сталь без деформации, с высоким пределом прочности и предела текучести с лучшими износостойкими характеристиками, чем в исходном состоянии.Фазы, состав и размеры выделений зависят от состариваемого сплава, но все они имеют один и тот же общий эффект упрочнения материала.

Не все ферросплавы подходят для этого механизма упрочнения, но мартенситные нержавеющие стали, такие как 17-4, 15-5 и 13-8, являются отличными кандидатами, а также мартенситностареющими сталями. (Термин «мартенситность» объединяет два слова «мартенситный» и «старение». Эти стали обладают превосходной прочностью и ударной вязкостью без потери пластичности, но они не могут удерживать хорошую режущую кромку.Старение относится к расширенному процессу термообработки.) В этих сплавах перенасыщенный мартенситный раствор нагревают (от 500 ° до 550 ° C) и выдерживают от 1 до 4 часов, позволяя осадкам равномерно образоваться и расти. В результате получается сталь без деформации, с высоким пределом прочности и предела текучести с лучшими износостойкими характеристиками, чем в исходном состоянии.

Индукционная закалка. Индукционная закалка во многом похожа на закалку с одним отличием: нагрев при индукционной закалке является селективным.Это связано с тем, что при индукционной закалке нагрев осуществляется с помощью магнитных катушек, спроектированных в соответствии с геометрией детали. Это означает, что критические детали детали могут быть усилены, а сердцевина детали — нет. Вместо этого сердечник сохраняет прочность и пластичность металла. Как и при традиционной закалке, она выполняется водой, маслом или полимерным раствором.

Индукционная закалка может выполняться для сталей с содержанием углерода более 0,3 мас.%, А также для деталей с размерами и геометрией, для которых могут быть предусмотрены индукционные катушки.Индукционная закалка также значительно сокращает время обработки, необходимое для упрочнения деталей, и снижает риск обезуглероживания. В отличие от традиционного нагрева и закалки, индукционная обработка представляет собой термообработку с ограничением поверхности с глубиной закалки от 0,5 до 10 мм.

Ступицы трансмиссии комплектуются газовым азотированием, что позволяет азотирующим газам (аммиаку) течь между деталями для полной термической обработки поверхностей. Детали укладываются друг на друга на высоту рабочего объема судна, чтобы максимизировать эффективность процесса.

Закалка корпуса

Термообработка с упрочнением, которая включает азотирование, нитроцементацию, науглероживание и нитроцементацию, изменяет химический состав детали — в отличие от ранее упомянутых методов отжига — и фокусируется на свойствах ее поверхности. Эти процессы создают упрочненные поверхностные слои глубиной от 0,01 до 0,25 дюйма, в зависимости от времени обработки и температуры. Увеличение толщины упрочненного слоя влечет за собой более высокие затраты из-за дополнительного времени обработки, но увеличенный срок службы детали может быстро окупить дополнительные затраты на обработку.Специалисты по материалам могут применять эти процессы для получения наиболее экономичных деталей для конкретных применений.

Науглероживание и нитроцементация. Науглероживание идеально подходит для деталей, требующих дополнительной закалки на поверхности для повышения износостойкости, но требующих более мягкого сердечника для обеспечения превосходной прочности. Науглероживание — это высокотемпературный процесс (от 900 до 950 ° C), который включает добавление и диффузию углерода в сталь. Эти температуры превышают критическую температуру стали, поэтому последующая закалка позволяет обогащенной углеродом поверхности образовывать мартенсит, в то время как сердцевина остается более мягкой ферритной и / или перлитной структурой.Глубина закалки может достигать 0,25 дюйма, в зависимости от времени, в течение которого деталь замачивается при температурах науглероживания.

Как уже упоминалось, преимуществом науглероживания является наличие глубокого износостойкого слоя с высокой твердостью. Это идеально подходит для зубчатых колес, лезвий и режущих инструментов. Науглероживание создает твердые, долговечные детали из более дешевых легированных сталей и низкоуглеродистых сталей, таких как 1008, 1018 и 8620. Для сплавов с более высоким содержанием углерода (> 0,3 мас.% Углерода) науглероживание оказывает минимальное или даже вредное воздействие, поскольку углерод в исходный сплав может привести к сквозной закалке или массивной мартенситной структуре.Следует также отметить, что температуры науглероживания вызывают некоторую деформацию детали.

Для низкоуглеродистых сталей без значительного количества легирующих элементов, способствующих упрочнению, добавление азота в процесс может повысить твердость поверхности. Добавление азота называется нитроцементацией. Карбонитрирование обычно выполняется при несколько более низких температурах, чем науглероживание (850 ° C), поэтому искажение меньше, но оно также уменьшает глубину закалки (для сопоставимого времени обработки). Закаленная поверхность, созданная во время нитроцементации, хотя и тоньше, но имеет большую твердость и устойчивость к повышенным температурам обработки (например, отпуску и снятию напряжений.)

Азотирование и нитроцементация. Альтернативой высокотемпературному науглероживанию / карбонитрированию является азотирование / нитроцементация. Он также дает упрочненные поверхностные слои и аналогичную износостойкость, но он рассеивает азот по всему поверхностному слою (не углерод) и использует докритические температуры обработки. Типичный диапазон температур для азотирования составляет от 450 ° до 575 ° C. Это означает, что детали могут обрабатываться в их окончательно обработанном состоянии и практически не претерпевают деформации, поэтому требуется небольшая обработка после азотирования (если таковая имеется).Более низкие температуры также поддерживают желаемую микроструктуру и физические свойства сердцевины, модифицируя поверхностный слой для данного применения. Одно замечание, которое следует учитывать при выборе азотирования: проинформируйте термообработчика о любых температурах снятия напряжения, старения или отпуска, чтобы предотвратить изменение свойств сердечника.

В отличие от науглероживания, которое ограничивается сталями с низким содержанием углерода, широкому спектру сплавов можно придать поверхностную твердость от 600 до 1200 Hv посредством азотирования. Но сплавы, лучше всего подходящие для азотирования, обычно содержат номинальные количества микролегирующих элементов: Cr, V, Ti, Al и Mo.Азотирование может быть чрезвычайно полезным для нержавеющих и инструментальных сталей, содержащих большое количество хрома (10 + вес.%). Эти азотированные стали могут иметь твердость поверхности, значительно превышающую эквивалент 70 HRC, что идеально для долговременной износостойкости.

Азотирование не ограничивается этими типами ферросплавов, так как низкоуглеродистые стали также могут быть закалены. Помимо создания закаленной износостойкой поверхности, азотирование также формирует составную зону. Составные зоны — это богатые азотом слои, образующиеся на поверхности во время азотирования, которые являются твердыми, износостойкими (эквивалент> 60 HRC), коррозионно-стойкими.Это выгодно для низкоуглеродистых и низколегированных сталей, которые не рассматривались бы для суровых условий окружающей среды, если бы не наличие сложной зоны.

Глубина закалки азотированных / нитроцементованных сплавов обычно составляет от 0,005 до 0,030 дюйма, в зависимости от времени и температуры процесса. Для более глубоких слоев требуется больше времени. Толщина зоны соединения может достигать 0,002 дюйма. толщина, и это функция от того, какой сплав содержит нитриды, время и температура. То, как деталь азотируется, также влияет на глубину зоны.Азотирование может осуществляться газом или ионами (плазма).

Газовое азотирование использует крекинг-аммиак в качестве источника азота и проводится в среде с положительным давлением. Он идеально подходит для пакетной обработки больших объемов, а также отлично подходит для обеспечения однородности температуры и азотирования деталей с глубокими отверстиями или каналами. Газовое азотирование не рекомендуется для пористых деталей, поскольку газ, протекающий через поры, может вызвать серьезное охрупчивание.

Ионное азотирование отлично подходит для выборочного азотирования, так как детали могут быть замаскированы от плазмы, чтобы предотвратить азотирование.Ионное азотирование выполняется путем приложения разности электрических потенциалов между анодом и деталью (катодом) в вакууме. Эта разность потенциалов образует азотную плазму (уникальное пурпурное свечение), которая заставляет атомы азота проникать на открытые поверхности детали.

Плазменное азотирование хорошо подходит для сплавов, таких как нержавеющая сталь, поскольку оно быстро разрушает пассивные оксидные поверхности. Как правило, стали, подвергнутые ионному азотированию, имеют более тонкие составные зоны, чем их аналоги, азотированные газом, из-за постоянного плазменного распыления.Но это может быть идеальным для определенных применений, таких как зубчатые передачи, где контактные напряжения могут повредить поверхности с чрезмерно сложными зонами.

Пурпурное свечение окружает эти части, подвергнутые ионному (плазменному) азотированию. Это вызвано тем, что ионизированные и возбужденные молекулы и атомы азота бомбардируют поверхность детали из-за приложенного потенциала. Азотируются только поверхности, подвергающиеся воздействию плазмы.

При сравнении азотирования и нитроцементации последнее обычно выполняется при более высоких температурах (575 ° C) и используется источник углерода.Добавление углерода образует более твердый, более износостойкий и более смазывающий слой. Более толстые составные зоны также могут быть образованы нитроцементацией. Для сравнения: азотная среда с чистым азотом образует твердый и износостойкий слой, но в меньшей степени, чем нитроцементация. Так почему бы всегда не вводить использование нитроцементации? Введение углерода может увеличить пористость поверхности, что плохо для деталей с большими контактными напряжениями. Полученный слой также менее пластичен.

Выбор материала также определяет, какие методы обработки лучше всего подходят для конкретного применения.

В этом общем руководстве объясняется ряд термических обработок. Но при выборе термообработки инженерам важно помнить о следующих вопросах, касающихся конструкции деталей: каким силам подвергаются мои детали? В какой среде они работают? Требуются ли в приложении особые свойства для поверхности, ядра или определенных участков поверхности? Ответ будет направлять выбор.

Это написали Рич Джонсон (менеджер по материалам и процессам), Эдвард Ролински (старший.ученый) и Майк Вудс (президент) в Advanced Heat Treat Corp . Если у вас есть какие-либо вопросы относительно термической обработки, пожалуйста, обращайтесь к ним по телефону 319-232-5221.

Термическая обработка металлических деталей с ЧПУ | Ресурсы

Обработка с ЧПУ — это метод субтрактивного производства, в котором используются инструменты и вращение для создания деталей из твердых блоков материала. Детали можно обрабатывать различными способами, что делает обработку с ЧПУ универсальным производственным процессом, который можно использовать для создания всего, от автомобильных шасси до хирургического оборудования.

Термическая обработка — это метод, который был разработан либо для повышения обрабатываемости металлов в процессе производства, либо для улучшения характеристик материала после завершения механической обработки. Стратегическое применение тепла и других элементов к металлическим деталям позволяет создавать детали с превосходной пластичностью, твердостью, ударной вязкостью и другими свойствами.

Вот некоторые из наиболее распространенных термических обработок металлических деталей, обработанных на станках с ЧПУ.

Отжиг

Процесс отжига включает нагрев металлов до критической температуры, которая зависит от сплава, поддержание этой температуры в течение определенного периода времени, а затем медленное охлаждение металла воздухом для создания желаемой микроструктуры внутри металла.

Отжиг обычно применяется к металлическим сплавам после формования для увеличения пластичности материала, что делает более твердые металлы менее склонными к растрескиванию или растрескиванию в процессе обработки.

Цементная закалка

Цементная закалка — это метод термообработки, который увеличивает твердость внешнего слоя углеродистой или легированной стали без упрочнения внутреннего материала. Такие металлы, как железо и сталь, часто имеют низкое содержание углерода, поэтому нанесение на поверхность комбинации тепла и богатого углеродом вещества придает низкоуглеродистому сплаву высокоуглеродистую закаленную поверхность.Это делает упрочнение идеальным для применений, требующих гибкости, но прочного износостойкого внешнего слоя, таких как распределительные валы двигателя.

Хотя процессы закалки значительно повышают прочность металлов, они также имеют тенденцию к увеличению хрупкости материала. По этой причине цементацию обычно проводят после механической обработки.

Снятие напряжения

Обработка с ЧПУ может создать напряжение в материале детали, которое, если его не обработать, может серьезно ухудшить общее качество детали.Как и отжиг, снятие напряжений включает нагрев металлических сплавов до высоких температур и их медленное охлаждение. Однако, в отличие от отжига, эта термообработка применяется после процесса механической обработки для снятия остаточных напряжений. Снятие напряжений улучшает механические свойства детали без изменения структуры или твердости материала.

Закалка и отпуск

Также известный как мартенситное превращение, закалка и отпуск — это двухкомпонентный метод, специально разработанный для повышения твердости стальных деталей.

В процессе закалки сталь или стальной сплав нагревается до высокой температуры, что вызывает изменение кристаллической структуры железа с феррита на аустенит. Это позволяет металлу поглощать больше углерода.

Затем сталь быстро охлаждается, чтобы «зафиксировать» фазовый переход железа, в то время как добавление углерода приводит к чрезвычайно прочной структуре кристаллической решетки, называемой мартенситом, которая имеет превосходные свойства поверхностной твердости.

Закалка, с другой стороны, представляет собой процесс нагрева металлов до высоких температур (хотя температуры намного ниже критической температуры материала, в отличие от отжига) после закалки металла.Это снижает хрупкость материала, одновременно повышая его прочность и продлевая срок службы детали.

Осадочное твердение

Осадочная закалка используется для повышения прочности ковких металлов, таких как алюминий, нержавеющая сталь и суперсплавы. Этот процесс аналогичен закалке и отпуску и включает нагрев металла до высокой температуры, его закалку, а затем нагрев до более низкой температуры в течение длительного периода.Это позволяет выделениям в сплаве рассеиваться и уменьшать дислокационное (неравномерное) движение в микроструктуре, резко увеличивая прочность и твердость металла.

Дисперсионное упрочнение обычно применяется к компонентам в аэрокосмической отрасли, где снижение веса без ущерба для прочности имеет решающее значение — например, детали, изготовленные из алюминия с дисперсионным упрочнением, могут достигать прочности, сравнимой с нержавеющей сталью, но примерно на одну треть веса.

Выбор идеального процесса термообработки

Термическая обработка может значительно улучшить свойства материала металлических деталей. Тем не менее, важно, чтобы производственные группы провели исследования, чтобы определить, какая термическая обработка лучше всего подходит для данной детали. Хотя закалка и отпуск могут быть идеальными для создания высокопрочных сталей, это гораздо менее полезный процесс для обработки алюминиевых сплавов.К счастью, определение того, какой процесс лечения вам подходит, стало проще с помощью надежного партнера-производителя.

Fast Radius считает, что старание должно быть нормой. Мы команда инженеров и дизайнеров, увлеченных созданием вещей, которые когда-то считались невозможными. Мы привносим это стремление в каждый проект, обеспечивая комплексную поддержку проектов всех видов, объемов и сроков. Если вы готовы узнать, как выглядит превосходное качество по конкурентоспособным ценам, свяжитесь с нами сегодня.

На нашем веб-сайте вы найдете ресурсный центр Fast Radius. Откройте для себя новое понимание современного производства — например, чем отличается обработка пластмассовых деталей от обработки металлических деталей, и какие процессы отделки можно применить после производства.

Термическая обработка деталей с ЧПУ

Введение

Термическая обработка может применяться ко многим металлическим сплавам для значительного улучшения основных физических свойств (например, твердость , прочность или обрабатываемость ).Эти изменения происходят из-за изменений микроструктуры, а иногда и химического состава материала.

Эти виды обработки включают нагрев металлических сплавов до (обычно) экстремальных температур с последующим этапом охлаждения в контролируемых условиях. Температура, до которой нагревается материал, время выдержки при этой температуре и скорость охлаждения — все это сильно влияет на конечные физические свойства металлического сплава.

В этой статье мы рассмотрели термических обработок , которые имеют отношение к наиболее часто используемым металлическим сплавам при обработке с ЧПУ.Описывая влияние этих процессов на свойства конечной части, эта статья поможет вам выбрать правильный материал для ваших приложений.

Для получения инструкций по проектированию деталей для обработки с ЧПУ и полезных советов, которые помогут вам сэкономить на бюджете, вы можете обратиться к нашим предыдущим статьям здесь и здесь.

Когда применяется термообработка

Термическая обработка может применяться к металлическим сплавам на протяжении всего производственного процесса. Для деталей, обработанных на станках с ЧПУ, обычно применяется термообработка:

Перед обработкой на станке с ЧПУ: Когда требуется стандартная марка металлического сплава, которая легко доступна, поставщик услуг с ЧПУ будет обрабатывать детали непосредственно из этого исходного материала.Часто это лучший вариант для сокращения времени выполнения заказа.

После обработки с ЧПУ: Некоторые виды термообработки значительно повышают твердость материала или используются в качестве чистового этапа после формовки. В этих случаях термическая обработка применяется после обработки с ЧПУ, поскольку высокая твердость снижает обрабатываемость материала. Например, это стандартная практика при обработке деталей из инструментальной стали с ЧПУ.

Наши специалисты по производству могут помочь вам выбрать подходящий материал для вашего применения

Загрузите свои 3D-файлы сюда

Обычная термообработка материалов с ЧПУ

Отжиг, снятие напряжений и отпуск

Отжиг, отпуск и снятие напряжений — все это включает нагрев металлического сплава до высокой температуры и последующее охлаждение материала с медленной скоростью , обычно на воздухе или в печи.Они различаются температурой, до которой нагревается материал, и порядком в производственном процессе.

При отжиге металл нагревается до очень высокой температуры, а затем медленно охлаждается для достижения желаемой микроструктуры. Отжиг обычно применяется ко всем металлическим сплавам после формования и перед любой дальнейшей обработкой, чтобы смягчить их и улучшить их обрабатываемость. Если другая термообработка не указана, большинство деталей, обработанных на станках с ЧПУ, будут иметь свойства материала отожженного состояния.

Снятие напряжений включает нагрев детали до высокой температуры (но ниже, чем отжиг) и обычно применяется после обработки с ЧПУ для устранения остаточных напряжений, возникающих в процессе производства. Таким образом производятся детали с более стабильными механическими свойствами.

Закалка также нагревает деталь при температуре ниже, чем отжиг, и обычно используется после закалки (см. Следующий раздел) мягких сталей (1045 и A36) и легированных сталей (4140 и 4240) для уменьшения их хрупкости и улучшения их механических свойств. представление.

Закалка

Закалка включает нагрев металла до очень высокой температуры с последующим этапом быстрого охлаждения , обычно путем погружения материала в масло или воду или воздействия потока холодного воздуха.Быстрое охлаждение «фиксирует» изменения микроструктуры материала при нагревании, в результате чего получаются детали с очень высокой твердостью.

Детали обычно подвергаются закалке как заключительный этап производственного процесса после обработки с ЧПУ (представьте кузнецов, окунающих свои лезвия в масло), поскольку повышенная твердость затрудняет обработку материала.

Инструментальная сталь закаливается после обработки с ЧПУ для достижения очень высоких свойств твердости поверхности.Затем можно использовать процесс отпуска для контроля получаемой твердости. Например, инструментальная сталь A2 имеет твердость 63-65 C по шкале Роквелла после закалки, но может быть подвергнута отпуску до твердости в диапазоне от 42 до 62 HRC. Закалка продлевает срок службы детали, так как снижает хрупкость ( лучшие результаты достигаются при твердости 56-58 HRC).

Осадочное твердение (старение)

Осадочное твердение или старение — это два термина, которые обычно используются для описания одного и того же процесса.Осадочное твердение — это трехэтапный процесс: сначала материал нагревается до высокой температуры, затем закаливается и, наконец, нагревается до более низкой температуры в течение длительного периода времени (выдерживается). Это приводит к растворению элементов сплава, которые изначально выглядят как дискретные частицы разного состава, и равномерно распределяют в металлической матрице, подобно тому, как кристаллы сахара растворяются в воде при нагревании раствора.

После дисперсионного твердения прочность и твердость металлических сплавов резко возрастают на .Например, 7075 — это алюминиевый сплав, обычно используемый в аэрокосмической промышленности для изготовления деталей с прочностью на разрыв, сравнимой с нержавеющей сталью, но имеющих менее чем в 3 раза больший вес. Эффекты дисперсионного твердения алюминия 7075 проиллюстрированы в следующей таблице:

^{Источник: Matweb}

Не все металлы можно подвергать термической обработке с помощью этого метода, но совместимые материалы считаются суперсплавами и подходят для высокопроизводительных применений.Ниже приведены наиболее распространенные сплавы с дисперсионным твердением, используемые в ЧПУ:

Поверхностная закалка и цементация

Цементная закалка — это семейство термических обработок, в результате которых детали имеют высокую твердость на поверхности , в то время как материалы подчеркивания остаются мягкими.Это часто предпочтительнее увеличения твердости детали по всему ее объему (например, закалкой), поскольку более твердые детали также более хрупкие.

Науглероживание — это наиболее распространенная термообработка для цементации. Он включает нагрев мягких сталей в среде, богатой углеродом, и последующую закалку детали для закрепления углерода в металлической матрице. Это увеличивает поверхностную твердость сталей аналогично тому, как анодирование увеличивает поверхностную твердость алюминиевых сплавов.

Как указать термообработку в вашем заказе

Когда вы размещаете заказ на ЧПУ, есть три способа запросить термообработку:

Укажите ссылку на производственный стандарт: Многие виды термообработки стандартизированы и широко используются.Например, индикатор T6 в алюминиевых сплавах (6061-T6, 7075-T6 и т. Д.) Показывает, что материал подвергся дисперсионному твердению.

Укажите необходимую твердость: Это распространенный метод определения термической обработки для инструментальных сталей и цементации. Это укажет производителю на термообработку, которую он должен выполнить после обработки с ЧПУ. Например, для инструментальной стали D2 обычно требуется твердость 56-58 HRC.

Укажите цикл термообработки: Если известны особенности требуемой термообработки, их можно сообщить поставщику при размещении заказа.Таким образом, вы можете специально изменить свойства материала для вашего приложения. Конечно, для этого требуются передовые металлургические знания.

Наши специалисты по производству могут помочь вам выбрать подходящий материал для вашего применения

Загрузите свои 3D-файлы сюда

Практические правила

• Вы можете указать термообработку в своем заказе на обработку с ЧПУ, указав конкретный материал, указав требования к твердости или описав цикл обработки.
• Выберите сплав с дисперсионным упрочнением (например, Al 6061-T6, Al 7075-T6 и SS 17-4) для наиболее требовательных применений, поскольку они обладают очень высокой прочностью и твердостью.
• Предпочитайте закалку, когда требуется повышенную твердость по всему объему детали, и поверхностную закалку (науглероживание) для увеличения твердости только на поверхности детали.

Как очистка деталей увеличивает термическую обработку

Спрос на термообработанные товары растет.Они должны не только соответствовать требованиям к свойствам и прямолинейности, но и соответствовать все более строгим требованиям к внешнему виду. Важно, чтобы детали не только работали должным образом, но и хорошо выглядели при этом. Считается, что чистые детали — это качественные детали. По моему опыту, окрашивание деталей и проблемы с чистотой — это проблема номер 1, с которой сталкиваются термообработчики, за которыми следует деформация. Проблемы с собственностью находятся далеко в списке потенциальных проблем.

Чистота — понятие относительное.Общий процесс будет определять степень чистоты. Например, деталь очищается на различных этапах производства для удаления стружки или машинных жидкостей. Очиститель оставит остатки защитной пленки от ржавчины. Хотя на детали есть остаточная пленка, она считается чистой. В случае гальваники, чернения или эмалирования деталь должна быть химически чистой. Это часто называют термином «отрыв от воды». Если после очистки промыть деталь в чистой воде, вода должна стекать по детали сплошной непрерывной пленкой.Это указывает на отсутствие отрыва от воды. Если пленка прервана, это означает, что на поверхности осталось немного почвы. Чистота определяется заказчиком. Во время пробной версии рекомендуется разрешить покупателю сделать первые комментарии относительно чистоты. Деталь, которая может показаться оператору грязной, может быть вполне приемлема для конечного потребителя. Типичные почвы для процессов термообработки показаны на Рисунке 1.

Рисунок 1: Типичные загрязнения, обнаруженные на деталях до термической обработки.

Основные факторы, которые следует учитывать

За некоторыми исключениями, существуют определенные принципы, применимые ко всем типам очистки. К ним относятся:

• Повышенная температура обычно улучшает очистку.
• Перемещение почвы (а не очиститель) улучшает очистку. Перемещение очистителя важно, когда слой очистителя рядом с поверхностью сильно загрязнен почвой или остыл.
• Для очистки требуется минимальная концентрация очистителя; выше этого уровня очистка улучшается с увеличением концентрации, но каждое добавление очистителя имеет меньший эффект, чем предыдущее.В конце концов встречается точка уменьшения отдачи.
• Необходимо обеспечить достаточное время для моющего действия или реакции очистителя с грязью. В противном случае эффекты перемешивания или механического удаления становятся более важными.
• Необходимо смыть грязь и очиститель, при этом необходимо учитывать такие факторы, как: количество, которое можно оставить без вреда; сколько остатков чистящего средства можно переносить; и полоскание водой под давлением или полоскание с перемешиванием намного эффективнее, чем полоскание «без газа».
• Не допускать повторного осаждения почвы на работе. Это может быть в виде компонентов очистителя для приостановки грунта или конструкции емкости, в которой находится очиститель, чтобы обеспечить место для почвы, оседающей на дно (вдали от зоны очистки), или перелива масла, чтобы ускользнуть от поверхности очистителя. смывать.

Общее влияние переменных процесса на очистку показано на рисунке 2.

Рисунок 2: Влияние параметров процесса на надлежащую очистку деталей перед термообработкой.

Существует три различных сценария очистки перед термообработкой:

• Перед науглероживанием или нейтральным упрочнением.
• До вакуумной обработки.
• Перед индукционной закалкой.

Науглероживание и нейтральное упрочнение

Присутствие различных загрязнений, таких как охлаждающая жидкость, при неправильном удалении может сильно повлиять на науглероженный корпус. Если охлаждающая жидкость содержит значительное количество бората или тетрабората натрия, остатки охлаждающей жидкости могут образовывать низкотемпературное стекло на поверхности детали, которое эффективно блокирует науглероживание.Сильно хлорированные охлаждающие жидкости на масляной основе могут приводить к образованию углеродистых отложений на деталях, а хлор воздействует на поверхность детали.

Детали с высоким содержанием серы могут разрушать не только детали, но и пары от разрушения охлаждающей жидкости могут разрушать сплав внутри печи и образовывать соединения NiS с низкой температурой плавления на границах зерен сплава. Это сокращает срок службы трубок горелок и опорных стоек и приспособлений из сплава. Образование сульфида никеля на границах зерен также может привести к катастрофическому выходу из строя трубок горелок.

Перед термообработкой важно правильно очистить детали. Как правило, органические компоненты выгорают (но могут оставлять углеродистую пленку). Неорганические компоненты пригорают на детали, создавая участки для последующей ржавчины или блокируя диффузию углерода.

Вакуумная обработка

Есть несколько факторов, которые следует учитывать при подготовке заготовок к вакуумной термообработке или пайке. Чистота обрабатываемой детали чрезвычайно важна для предотвращения окрашивания деталей или повреждения деталей.

Перед аустенизацией на этих деталях не должно быть масла, грязи и других загрязнений. Соединения, содержащие серу, могут вызвать обесцвечивание детали, а также ухудшить текучесть припоя.

Эти загрязнители могут быть на водной или масляной основе. Для разных загрязнений требуются разные очистители. Очистители на водной основе необходимы для загрязнений на водной основе, а очистители на основе растворителей следует использовать для загрязнений на масляной основе. Как правило, очистители на основе растворителей — лучший выбор для деталей, подвергающихся вакуумной обработке.Однако очистители на основе растворителей не удаляют должным образом загрязнения на водной основе. В этом случае рекомендуется использование щелочных чистящих средств и хотя бы одно полоскание. Часто требуется несколько циклов полоскания. Промывочный бак следует регулярно опорожнять, чтобы предотвратить повторное загрязнение детали.

Детали следует проверять на наличие загрязнений в глубоких углублениях или отверстиях на предмет застрявшей смазки или охлаждающей жидкости, а также металлической стружки. Бирки и проволока, используемые для прикрепления ярлыков, должны быть проверены, чтобы убедиться, что они не из сплава с низкой температурой плавления, такого как алюминий.

Некоторые материалы требуют специальной очистки. Сплавы титана и циркония никогда не следует очищать в хлорированных растворителях, таких как трихлорэтилен или метилхлорид. Остатки хлора могут привести к коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC) при нагревании до температуры выше 280 ° C. Эти сплавы следует очищать в нехлорированных растворителях, таких как ацетон или спирт. Также можно использовать щелочные очистители на водной основе. Необходимо тщательно промыть детали. Многие смазочные материалы для рисования содержат серу и, возможно, свинец.Оба этих элемента могут разрушать поверхности никелевых сплавов и образовывать эвтектику с низкой температурой плавления, которая приводит к охрупчиванию никелевых сплавов. Детали на никелевой основе необходимо тщательно очистить и промыть, чтобы обеспечить удаление составов для рисования или штамповки. После очистки детали необходимо просушить, чтобы предотвратить ухудшение вакуума во время технологического цикла.

Индукционная закалка

При индукционной закалке детали подвергаются термообработке с использованием сильного электромагнитного поля для создания вихревых токов внутри детали.Этот процесс обычно используется для получения твердого каркаса из среднеуглеродистых сталей. После термообработки деталь заливается охлаждающей жидкостью, обычно содержащей охлаждающую жидкость для полимера в некоторой номинальной концентрации. Этот процесс часто очень автоматизирован и совпадает с операциями механической обработки. Закалочные баки на многих индукционных машинах довольно маленькие, обычно менее 500 литров. Индукционная закалка происходит быстро и позволяет обрабатывать сотни или тысячи деталей в день.

Незначительный переход охлаждающей жидкости на детали в индукционный отвердитель — обычное явление в цехе термообработки.Охлаждающие жидкости и гидравлические жидкости часто встречаются на деталях до индукционной закалки. Со временем эти загрязняющие вещества накапливаются в охлаждающем резервуаре, что приводит к изменению поведения кривой охлаждения. Это может способствовать растрескиванию или неадекватным свойствам. Рисунок 3 представляет собой пример плохо контролируемой закалки полимера, при которой не происходит промывка деталей перед термообработкой.

Рисунок 3: Образцы закалки полимера, сильно загрязненные охлаждающей жидкостью от предыдущей операции механической обработки. Новое решение будет ясного, слегка янтарного цвета.

Как можно ожидать стабильных свойств, если загрязнение ванны закалки превышает загрязнение закалочной жидкости полимера?

Правильная очистка включает не только удаление различных загрязнений с детали, но также удаление любых остатков чистящего средства путем надлежащего ополаскивания. Это важный шаг, который часто является причиной многих проблем. Одноступенчатые моечные машины, включающие только цикл стирки, могут оставлять на деталях остатки чистящего средства. Остатки должны быть удалены, чтобы предотвратить окрашивание и повреждение деталей остаточной очищающей жидкостью.Хорошая аналогия — посудомоечная машина, полная посуды. Мыло необходимо смывать с тарелок, чтобы не придать пище химический привкус. Детали необходимо промыть, чтобы удалить с них остатки чистящего средства. Если не удалить чистящие средства во время цикла очистки, это может привести к таким проблемам, как щелочной ожог или ржавчина (Рисунок 4).

Рис. 4: Ржавчина и ожог щелочью в результате неправильной очистки и ополаскивания деталей перед термообработкой.

Выводы по очистке

В этом кратком обзоре было обсуждено и проиллюстрировано влияние правильной очистки и ополаскивания на качество деталей.Обсуждались возможные загрязнения деталей, подлежащих очистке перед термообработкой, и показано их влияние на детали во время термообработки.

Для высококачественных деталей и деталей, удовлетворяющих растущим требованиям клиентов, крайне важно выполнить надлежащую промывку и ополаскивание деталей. Ваш местный представитель по уборке может помочь вам определить улучшения в вашем процессе.

Термическая обработка: что это такое и как работает

Что такое термическая обработка?

Хотя большинство людей не знают, что такое термическая обработка, на самом деле это важная часть производственного процесса.Это связано с тем, что термическая обработка позволяет улучшить металлическую деталь, чтобы материал лучше выдерживал износ. Термическая обработка включает нагрев металла или сплава до определенной температуры, а затем его охлаждение для упрочнения материала.

Термическая обработка может использоваться на разных этапах производственного процесса для изменения определенных свойств этого металла или сплава. Например, вы можете использовать термообработку, чтобы сделать его более прочным, твердым, долговечным или более пластичным, в зависимости от того, что требуется материалу для правильной работы.

Некоторые известные отрасли, в которых термическая обработка играет важную роль, включают самолеты, автомобили, оборудование, такое как пилы и топоры, компьютеры, космические корабли, военная и нефтегазовая промышленность.

Как работает термическая обработка?

Для достижения желаемого эффекта металл или сплав нагревают до определенной температуры, иногда до 2400 ° F, выдерживают при этой температуре в течение определенного времени, а затем охлаждают.Пока он горячий, физическая структура металла, также называемая микроструктурой, изменяется, что в конечном итоге приводит к изменению его физических свойств. Время, в течение которого металл нагревается, называется «временем выдержки». Продолжительность выдержки играет важную роль в характеристиках металла, поскольку металл, пропитанный в течение длительного времени, будет претерпевать другие изменения микроструктуры, чем металл, пропитанный. на более короткий период времени.

Процесс охлаждения после выдержки также влияет на металл.Металл можно быстро охладить, что называется закалкой, или медленно в печи, чтобы добиться желаемого результата. Комбинация температуры выдержки, времени выдержки, температуры охлаждения и продолжительности охлаждения играет роль в создании желаемых свойств металла или сплава.

Когда металл подвергается термообработке в процессе производства, также определяется, какие свойства изменяются, а некоторые металлы могут даже обрабатываться несколько раз.

Знать, при каких температурах нагревать и охлаждать металлы, а также сколько времени должен занимать каждый этап процесса для конкретного металла или сплава, чрезвычайно сложно.Из-за этого материаловеды, известные как металлурги, изучают воздействие тепла на металл и сплавы и предоставляют точную информацию о том, как правильно выполнять эти процессы. Производители полагаются на эту информацию, чтобы гарантировать, что их металлические детали будут иметь правильные свойства в конце процесса.

Некоторые распространенные формы термообработки включают:

• Закалка : Когда металл закаливается, он нагревается до такой степени, что элементы в материале превращаются в раствор.Затем дефекты конструкции преобразуются, создавая надежное решение и упрочняя металл. Это увеличивает твердость металла или сплава, делая его менее ковким.
• Отжиг : Этот процесс используется для обработки металлов, таких как медь, алюминий, серебро, сталь и латунь. Эти материалы нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре до превращения, а затем медленно сушат на воздухе. Этот процесс смягчает металл, делая его более пригодным для обработки и уменьшающим вероятность разрушения или растрескивания.
• Закалка : Некоторые материалы, такие как сплавы на основе железа, очень твердые, что делает их хрупкими. Отпуск может снизить хрупкость и упрочнить металл. В процессе отпуска металл нагревается до температуры ниже критической для уменьшения хрупкости и сохранения твердости.
• Поверхностное упрочнение : Материал закаливается снаружи, а внутренняя часть остается мягкой. Поскольку упрочнение может привести к тому, что материалы станут хрупкими, упрочнение используется для материалов, которые требуют гибкости при сохранении прочного слоя износа.
• Нормализация : Подобно отжигу, этот процесс делает сталь более вязкой и пластичной, нагревая материал до критических температур и выдерживая его при этой температуре до тех пор, пока не произойдет превращение.

Почему так важна термическая обработка?

Без термической обработки металла, особенно стали, металлические детали для всего, от самолетов до компьютеров, не работали бы должным образом или вообще могли бы вообще не существовать. В частности, детали из цветных металлов будут намного слабее.Алюминиевые и титановые сплавы, а также бронза и латунь упрочняются термической обработкой. Многие из этих металлов используются в производстве автомобилей, самолетов и других продуктов, в которых используются прочные металлы не только для рабочих характеристик, но и для обеспечения безопасности.

Поскольку термически обработанные металлы часто бывают прочнее, чем металлы без термической обработки, предварительная обработка металлических деталей предотвращает коррозию, которая не приведет к замене дорогих металлических деталей позже или так часто.Это заставляет машины работать более дешево и эффективно и предотвращает проблемы.

Решения от General Kinematics

General Kinematics предоставляет оптимальное оборудование для улучшения и повышения производительности процесса термообработки и других производственных процессов. При термической обработке металлов существуют различные этапы, компания General Kinematics предоставляет оборудование, предназначенное для помощи в этом процессе и повышения производительности производства.

Конвейеры

General Kinematics Вибрационный спиральный подъемник SPIRA-FLOW ™ идеально подходит для термических обработок, требующих длинного пути транспортировки, но он уплотняет его в спиральную форму, чтобы занимать меньше места.Spiral-Flow отлично подходит для производственных предприятий, которые ограничены в пространстве или хотят оптимизировать использование пространства.

General Kinematics предлагает широкий спектр дополнительных конвейеров для множества задач термообработки. Независимо от того, хотите ли вы переместить свои материалы из точки A в точку B, нагреть, охладить или что-то еще, у GK есть оборудование, необходимое для повышения вашей вычислительной мощности.

Кормушки

Подача материала в требуемый процесс термообработки в идеале осуществляется с помощью промышленных питателей материала.Двухмассовые вибрационные питатели General Kinematics рассчитаны на работу в самых тяжелых и сложных условиях. Они способны выдерживать самые сложные нагрузки на материалы, чтобы обеспечить бесперебойную работу вашего процесса. Питатели GK проектируются по заказу и не требуют особого обслуживания, что означает меньшее время простоя и большую производительность.

General Kinematics предлагает широкий выбор высокопроизводительного промышленного оборудования, предназначенного для различных отраслей промышленности. Узнайте, что еще предлагает компания General Kinematics и как наше лучшее в отрасли оборудование может помочь вашей организации.

Методы термической обработки для упрочнения металлических штамповок

Методы термической обработки для усиления металлических штамповок

Изготовленные по индивидуальному заказу штампованные металлические детали могут потребовать термической обработки после штамповки для достижения спецификаций изготовителя комплектного оборудования по твердости или мягкости, коррозионной стойкости или износостойкости. Специализированные поставщики термообработки предоставляют ряд вариантов штампованных деталей, каждая из которых по-разному меняет свойства металла.

Подавляющее большинство деталей, требующих термической обработки, изготовлены из стали. Термическая обработка включает в себя сложный процесс очистки, нагрева и охлаждения металлических штампованных деталей в контролируемой атмосфере, который изменяет микроструктуру материала, чтобы выявить физические и механические характеристики, необходимые для того, чтобы деталь работала, как указано. Точный период времени и температура нагрева, а также скорость последующего охлаждения влияют на свойства металла.

Наука о термообработке штампованных металлических деталей

«Термическая обработка — это во многом наука — выпечка детали и охлаждение детали», — говорит Джерри Белл, вице-президент Metals Technology Corporation в Кэрол Стрим, штат Иллинойс.«У каждого номера детали есть уникальный рецепт». Он объясняет, что при разработке процесса термообработки каждой детали необходимо учитывать ряд переменных, в частности тип материала, например горячекатаную или холоднокатаную сталь, функцию детали и ее конечную рабочую среду. Кроме того, отрасли могут устанавливать особые стандарты термической обработки. Например, большинство процессов термообработки в его фирме соответствуют стандарту CQI-9 для соответствия стандартам автомобильной промышленности.

Штампованные детали, такие как пружины и зажимы, требуют гибкости или мягкости, в то время как детали, которые подвержены сильному износу или имеют решающее значение для безопасности, например кронштейны, удерживающие высоковольтные тросы, требуют большей твердости и прочности.Термическая обработка также позволяет металлическим штамповщикам использовать более мягкие стальные сплавы для изготовления более сложных деталей и при этом обеспечивать прочность металла, необходимую для применения. Процесс, который лучше всего подходит для конкретной металлической штампованной детали, зависит от ряда факторов, включая ее сложность, различия в толщине детали, свойства материала, будет ли она гальванизироваться и ее конечное использование.

Распространенное заблуждение, с которым сталкивается г-н Белл, — это представление о том, что «жесткость процессов одинакова.«Каждый процесс дает разные результаты, и каждый запуск включает некоторую вариативность и частичное искажение. «Мы обеспечиваем твердость или мягкость в определенном диапазоне, и мы делаем процесс максимально повторяемым и предсказуемым», — добавляет он. Во время и после термообработки качество контролируется с помощью графиков в реальном времени, испытаний на твердость и инспекций.

Как работает термообработка

При термообработке используется сочетание тепла и охлаждения для изменения металлургических свойств с целью упрочнения, размягчения или снятия напряжения с металла.

По словам г-на Белла, двумя основными подгруппами термической обработки являются:

• Процессы закалки или закалки , которые выполняются в печи и используют различные среды, такие как масло, соль или газ, чтобы сделать деталь более твердой, более устойчивой к износу и более прочной, за которыми может следовать отпуск
• Процессы отжига или размягчения , которые нагревают и охлаждают деталь, чтобы сделать ее более податливой и уменьшить внутреннее напряжение и хрупкость

Процессы термообработки

Процессы закалки

• Газовое азотирование
• Индукционная закалка
• Осадки возрастного закаливания
• Аустемпер
• Marquench (соль-соль)
• Масляная закалка
• Цементная закалка
• Карбонитрирование
• Ферритно-нитроцементация (FNC) и FNC с чернением
• Закалка в вакууме

Процессы размягчения

Процессы поддержки

До или после термообработки могут потребоваться различные процессы подготовки и методы очистки, чтобы штамповка металла была готова к использованию.

• Химическая очистка / обезжиривание
• Зажим для отпуска
• Сплющивание
• Механическая очистка, включая дробеструйную очистку стеклянных шариков и оксида алюминия, а также колесную абразивную очистку
• Противокоррозионная смазка
• Правка

Виды металлических штамповок для термообработки

• Штамповка из легированной стали
• Штампованная из пружинной стали
• Бериллиево-медные клеммы
• Кронштейны
• Износостойкие пластины
• Автомобильные компоненты безопасности

Выбор подходящей термообработки для штамповки

Термическая обработка приводит к необратимым изменениям металлической штампованной детали, поэтому предварительный выбор соответствующего процесса обработки имеет решающее значение для долгосрочного успеха.