Назначение и сущность термической обработки металлов
Технология термической обработки металлов – это совокупность технологических процессов, таких как выдерживание, нагревание и охлаждение, цель которых заключается в изменении внутренней структуры металлов и сплавов без изменения их химического состава.
Термическая обработка металлов позволяет придать деталям, изделиям и заготовкам необходимые характеристики и качества. У заготовок могут сниматься остаточные напряжения, повышаться эксплуатационные качества и обрабатываемость, что зависит от того на каком этапе изготовления проводилась термическая обработка. Например, молекулярная решетка углеродистой стали при температуре не выше 910 градусов по Цельсию является кубом объемно-центрированным. Если ее нагреть до температуры от 911 до 1400 градусов по Цельсию, то решетка становится гране-центрированным кубом, а последующий нагрев превращает ее вновь в объемно-центрированный куб.
Сущность термической обработки заключается в изменении размера зерна внутренней структуры стали. Соблюдение температурного режима, скорости и времени процесса обработки, зависят от количества углерода и легирующих составляющих и прочих смесей, которые могут снижать качество металла. В процессе нагрева меняется внутреннее строение металла, а при охлаждении изменения протекают в обратной последовательности.
Виды термической обработки металлов и их физические основы
Основными видами термической обработки являются:
- Отпуск, который делится на низкий, средний и высокий.
- Отжиг, который делится на гомогенизацию, рекристаллизацию, изотермический отжиг, отжиг для устранения напряжений, полный отжиг, неполный отжиг.
- 3акалка.
- Нормализация.
Основными параметрами любого вида термической обработки металлов являются:
- Время/скорость нагревания.
- Время/интенсивность охлаждения.
- Продолжительность выдерживания при установленной температуре.
- Температура нагревания.
В машиностроении отпуск применяется для снижения сил внутреннего напряжения, возникающие в процессе закалки. Слишком высокая твердость делает изделия хрупкими, поэтому задача отпуска заключается в увеличении ударной вязкости и снижения хрупкости металла. Для низкого отпуска характерна структура мартенсита, увеличивается вязкость и не снижающая твердость. Как правило такому виду обработки подвергаются режущий и измерительный инструмент. Он состоит из нагрева до температуры от 150 до 250 градусов по Цельсию, выдерживании в течении 90 минут и охлаждении в масле или на воздухе. При среднем отпуске мартенсит превращается в троостит - вязкость растет, а твердость уменьшается. Он состоит из двух этапов: нагревание до температуры от 340 до 500 градусов по Цельсию и охлаждении на воздухе. В процессе высокого отпуска кристаллизуется сорбит, ликвидирующий напряжения в кристаллической решетке. Он применяется при изготовлении ответственных деталей и заключается в нагреве до температуры от 450 до 650 градусов по Цельсию.
Посредством отжига получается однородная структура, в которой отсутствуют напряжения кристаллической решетки. Диффузионный отжиг или гомогенизация способствует восстановлению неоднородной ликвации отливок и состоит из нагревания до температуры от 1000 до 1150 градусов по Цельсию, выдержки 8-15 часов и охлаждении в печи или на воздухе. 3адача рекристаллизации заключается в упрочнении благодаря изменению наклепа. Она состоит из нагревания до температуры выше точки рекристаллизации на 100-200 градусов, выдерживании при температуре от 600-700 градусов по Цельсию в течении 20 часов и медленного остывания. Легированные стали подвергают изотермическому отжигу, если необходимо, чтобы произошел распад аустенита. Он состоит из нагревания до температуры на 20-30 градусов больше точки рекристаллизации, выдерживании и медленного или быстрого остывания. Полный отжиг позволяет получить мелкозернистую структуру, в которой содержатся феррит и перлит. Он применяется для литых и штампованных заготовок.
3акалка стали применяется для увеличения твердости, предела упругости, прочности и износоустойчивости, также снижения модуля сдвига, пластичности и предела на сжатие. Ее суть заключается в быстром охлаждении прогретой насквозь детали в различных средах. Такими средами могут быть соляные растворы, вода, инертные газы и техническое масло. Посредством нормализации формируется мелкозернистая структура. Получаемая твердость не превышает 300. Такому виду обработки подвергаются горячепрокатные стали, у которых увеличиваются вязкость, прочность, сопротивление излому и производительность обработки. Она состоит из нагрева до температуры на 30-50 градусов выше точки кристаллизации, выдерживания при данной температуре, и охлаждения на воздухе.
