Что такое термообработка металла: Термическая обработка металла: назначение и виды |

Содержание

Термообработка стали: виды, задачи, особенности

Главная >
Блог >
Термообработка стали: виды, задачи, особенности

25.09.2022

Металлообработка

Время чтения: 15 минут

Редакция сайта
VT-Metall

Сохранить статью:

Из этого материала вы узнаете:

Задачи термообработки стали по ГОСТу

4 основных вида термообработки стали

Как стали и сплавы подвергаются термообработке

Нюансы термообработки стали разных марок, а также цветных сплавов

Термообработка стали является одной из обязательных процедур, позволяющих придать заготовкам и деталям требуемые свойства. Она может проводиться на разных этапах изготовления, при этом химический состав материала не меняется.

Такой процесс позволяет повысить обрабатываемость деталей, снять остаточное напряжение и в целом улучшить эксплуатационные характеристики. Подробнее о термообработке стали, а также о том, на каких этапах ее можно проводить, расскажем далее.

Задачи термообработки стали по ГОСТу

Термообработка стали выполняется при максимальной температуре, в процессе которой происходит:

повторная кристаллизация стали,

переход железа из гамма- в альфа-форму,

преобразование крупных частиц в пластины.

Эксплуатационные свойства стали и легкость металлообработки непосредственно зависят от внутренней структуры двухфазной смеси.

Главное назначение термообработки стали:

Создание прочных термоустойчивых износо- и коррозионностойких готовых стальных изделий.

Снятие в заготовках внутреннего напряжения после литья, горячее и холодное штампование, глубокая вытяжка стали. При этом повышается ее пластичность и облегчается обработка резанием.

Термообработку применяют к таким типам сталей, как:

углеродистая и легированная,

с содержанием углерода от 0,25 % до 0,7 %,

конструкционная, инструментальная и специальная,

различного качества.

Качество термической обработки стали зависит от следующих основных параметров:

продолжительность (скорость) нагрева,

температура нагрева,

длина выдержки при указанной температуре,

интенсивность (период охлаждения).

Чтобы получить разные виды термической обработки стали, можно менять вышеперечисленные параметры.

4 основных вида термообработки стали

Термообработка стали – это процесс изменения внутреннего строения и структуры стали за счет воздействия на нее нагрева, выдержки и охлаждения. На каждом этапе тепловой обработки необходимо строгое соблюдение температуры, скорости и продолжительности, зависящие от доли углерода и легирующих элементов в сплаве. При нагревании происходят изменения структуры материала, а при охлаждении эти структурные изменения протекают в обратном порядке.

Виды тепловой обработки:

Отжиг:

гомогенизация,

рекристаллизация,

изотермический отжиг,

отжиг для устранения напряжений,

отжиг полный,

неполный отжиг.

Закалка

Нормализация

Отпуск:

низкий,

средний,

высокий.

Далее приведены подробности каждого вида термообработки.

Как стали и сплавы подвергаются термообработке

При отпуске

Данный вид термообработки очень часто используется в машиностроении при производстве стальных изделий различного назначения. Чтобы уменьшить внутреннее остаточное напряжение, отпуск применяется с закалкой. Данный метод позволяет получить прочный материал, снять его хрупкость, возникающую при влиянии повышенной температуры.

Еще одно важное предназначение отпуска – это повышение ударной вязкости металла, благодаря чему уменьшается его твердость. Поэтому сильное внешнее воздействие жесткими предметами не повредит поверхность материала.

Пользуются такой таблицей цветов побежалости при термообработке стали для уточнения режимов температуры:

1 600

Ослепительно бело-голубой

850

Светло-красный

1 400

Ярко-белый

800

Светло-вишневый

1 200

Желто-белый

750

Вишнево-красный

1 100

Светло-белый

600

Средне-вишневый

1 000

Лимонно-желтый

550

Темно-вишневый

950

Ярко-красный

500

Темно-красный

900

Красный

400

Очень темно-красный (видимый в темноте)

Типы технологии отпуска:

Низкий отпуск

Данный метод применяют для получения мартенситной структуры стали. Главная его функция – максимально повысить вязкость материала с сохранением его жесткости.

Обычная температура нагревания – +150 °С, максимальная – не более +250 °С. При обычном нагреве металл держат около 1,5 часа. Охлаждают в масле или на воздухе, чтобы увеличить прочность заготовки или готовой детали.

Применяют низкий отпуск при изготовлении измерительных инструментов или различных изделий для резания.

Средний отпуск

Обычная температура нагрева при обработке – не более +340 °С. Отличительная особенность метода – увеличение максимальной температуры до +500 °С. Охлаждение производится воздухом.

Главная цель – переход от мартенситной структуры в троостит. Это позволяет увеличить вязкость материала с понижением его твердости. Данная технология применяется при производстве деталей, которые используют под сильными нагрузками.

Высокий отпуск

Самый эффективный метод, позволяющий уменьшить высокое внутреннее напряжение. Материал нагревают до температуры от +450 до + 600 °С, чтобы повысить его вязкость и пластичность без снижения прочности. Сложный, но оптимальный способ при производстве ответственных деталей. Применяется при термообработке для большинства конструкционных сталей.

При отжиге

Отжиг – это вид термообработки стали, который используют для получения равновесной однородной внутренней структуры стали и значительного уменьшения ее напряжения. При обработке материал нагревают до высокой температуры, выдерживают и долго охлаждают.

В промышленности используют некоторые подвиды термической обработки:

Гомогенизация, или диффузионный отжиг. Термическая обработка стали происходит при нагревании от +1 000 до +1 150 °С. Материал выдерживают в течение 8 часов. Для отдельных марок стали продолжительность выдержки увеличивают до 15 часов. При охлаждении наблюдают за температурой. Заготовку извлекают из печи только при остывании ее до +800 °С. После происходит воздушное охлаждение.

Рекристаллизация – низкий отжиг, который необходим после деформации. Основная задача данного процесса – упрочнение стали с помощью изменения формы зерна в структуре металла. Температура нагревания от +100 до +200 °С. Продолжительность выдержки – не более двух часов. Длительное охлаждение осуществляется внутри печи.

Снятие внутреннего и остаточного напряжения. Максимальная температура нагревания – +727 °С. Из всех видов отжига самая большая продолжительность выдержки – 20 часов. Охлаждение заготовки происходит очень медленно. Данный способ отжига подходит для изделий, прошедших механическую обработку, сваренных или обработанных при помощи литья.

Изометрический отжиг. Данный вид термообработки используется только для легированных сталей. Температуру нагревания выбирают, исходя из природного предела для каждой конкретной марки стали. Максимум увеличивают еще на 20–30 °С. Охлаждается металл в два этапа – быстро и медленно. В таком состоянии аустенит будет понемногу распадаться.

Полный отжиг. Применяют, чтобы получить мелкозернистую структуру стали, преимущественно с перлитом и ферритом. Процесс подходит для различных заготовок – штампованных, литых или кованых. Нагрев осуществляется так же, как и при изометрическом воздействии – температуру увеличивают до максимума, увеличив еще на 30–50 °С. Остывает заготовка до +500 °С. Наблюдают за скоростью охлаждения и указывают ее из расчета на один час. Углеродистая сталь при термообработке остывает до +150 °С, а легированная – до +50 °С.

Неполный отжиг. Главная цель процесса – переход из перлитовой структуры в ферритно-цементитную. Применяется такая термообработка для изделий из стали, которые изготовлены посредством электродуговой сварки. Температура нагревания – +700 °С. Выдерживание – 20 часов. Медленное остывание заготовок. После этого увеличивается прочность и защита от механических повреждений.

При закалке

Закалка так же, как и отпуск – самый распространенный метод термообработки. Она необходима для повышения таких показателей стали, как твердость, максимальная упругость и износостойкость. С помощью данной обработки уменьшают предел прочности на сжатие и растяжение. Для улучшения эксплуатационных свойств такой термообработке часто подвергаются инструментальные стали.

Закалка – наиболее старый способ термообработки. Его особенность – быстрое охлаждение стали, нагретой до максимальной температуры. Максимум нагревания зависит от марки стали. Главное – учесть, при каком температурном режиме начинается процесс изменения внутренней кристаллической решетки.

От изменения марки сплава меняются следующие параметры:

Охлаждающая среда. Наиболее легкий метод – окунание в воду. Чтобы улучшить показатели стали, охлаждение происходит с применением масла, инертного газа или соленых растворов.

Скорость охлаждения. Зависит от начальной температуры нагревания. Отличаться может и температура газа, раствора с содержанием соли и воды.

Нагревание. Подбирается на основании предела, при котором происходит изменение внутренней структуры. Для большинства марок сплавов – это +900 °С.

При нормализации

Нормализация – вид термообработки стали, при котором меняется структура и измельчается зерно внутри сплава. Такой процесс подходит для низкоуглеродистой и легированной стали.

Основное превосходство данной обработки – увеличение твердости стали до 300 НВ. Есть возможность применять заготовки, полученные горячекатаным способом. Повышается прочность, износостойкость и вязкость стали. Благодаря этому следующий этап обработки проходит легче.

Охлаждающая среда – воздух. Предел температуры нагревания – увеличение еще на 50 °С к установленному максимуму для конкретной марки стали.

Нюансы термообработки стали разных марок, а также цветных сплавов

Термообработка легированных сталей марок 20Х, 15ХГН2ТА, 4Х5МФС, 20Х2Н4А, 50ХГФА, 6ХВ2С, 18ХГ, У9, 45Г2, 20ХГР, 38ХН3МА, 7Х3, 20ХН3А имеет общие требования для мартенсита, перлитных и аустенитных сплавов. Есть определенные критичные точки на графике для получения перлита, мартенсита, аустенитовой или ферритовой стали. Термическая обработка таких сплавов происходит с помощью длительного нагревания до определенной температуры.

Также этот процесс сопровождается затяжной выдержкой и медленным охлаждением. Но надо иметь в виду, что при закалке охлаждение более быстрое. Законы физики объясняют, почему происходит медленное нагревание и остывание: чем выше теплообмен, тем ниже вероятность повреждения сплава. Нагрев выполняют постепенно, по всей поверхности изделия.

После термообработке нержавеющей стали марок 07Х16Н6, 20Х13, 20Х14, 20Х16, 20Х18Н9Т и подобные сплавы (имеющие в маркировке обозначение «Х» – процент хрома в массе) оставляют медленно остывать в печи. Также сюда можно отнести сплавы с содержанием хрома 13 % и выше по весу заготовки. В составе печи для отложенного накаливания на некоторых производствах применяют электрообогревательное оборудование, которое будет нагревать металл по определенному алгоритму. Это позволит соблюсти технологию изготовления.

При термообработке аустенитные стали в печи временно нагревают до +1 150 °С. После нужной выдержки каленую сталь охлаждают в масле до окончательного остывания или по определенному алгоритму. Это позволяет добиться устойчивой внутренней структуры. Сплав при этом улучшает все свои свойства.

Быстрорежущая сталь при термообработке нагревается в печке с предельно точным термическим датчиком. Медленное нагревание и охлаждение. При правильной технологии сталь может потерять свою начальную твердость только при +650…+700 °С.

В зависимости от того, какой род стали нужно получить, простые углеродистые стали марок Ст3, Ст4, Ст5, Ст6, Ст8, Ст10, Ст15, Ст20, Ст25, Ст30, Ст35, Ст40, Ст45, Ст50, Ст55, Ст60, Ст75, содержащие сотые доли углерода по массе заготовок, нормализуют и отпускают, отжигают по общей технологии «мартенсит – перлит – аустенит – феррит». Основная задача – повышение устойчивости молекулярной связи в кристаллической решетке и снижение хрупкости.

Термообработка цветных сплавов отличается от других металлов особенной кристаллической решеткой, увеличенной или уменьшенной теплопроводностью и химической реакции на кислород и водород:

При термической обработке алюминиевых и медных сплавов нет сложностей с накаливанием, а для титанового сплава – это основная проблема, так как его тепловая проводимость ниже в 15 раз, чем у алюминиевого.

Медные сплавы при максимальной температуре контактируют с кислородом, на основании этого термообработка проводится в защитной среде.

Сплавы с алюминием фактически пассивны к атмосферным газам, а титановый сплав, наоборот, наводороживается. Поэтому для снижения процента водорода титан обрабатывают в вакуумной среде. Термообработка стали из деформируемых металлов с алюминием (профили, трубы, уголки) выполняется с соблюдением температуры нагревания +450–500 °С.

Рекомендуем статьи

Сплав железа и меди: область применения

Углерод в металле и его влияние на свойства материала

Легированные конструкционные стали: характеристики и применение

Термическую обработку невозможно увидеть без специальных устройств. Чтобы оценить результат, полученный термистами, нужно воспользоваться микроскопом по микрошлифам или приборами для измерения механических свойств металла.

Термообработка стали играет огромную роль в формировании всех характеристик готовых изделий. Благодаря ей повышается износостойкость и эксплуатационная прочность деталей, и, как следствие, улучшается работа машин или механизмов. Также по справочнику, содержащему сведения по термообработке стали, можно уточнить свойства и конструктивные схемы изделий, используемых в термоцехах.

Термическая обработка металлов: все, что вам нужно знать

Остин Пэн
12 февраля 2021
Категория: Блог

Пользователи металлов в обрабатывающей промышленности научились улучшать огромное количество металлов. В основном это делается для того, чтобы приспособить их свойства к поставленной задаче, такой как реакция на прецизионная обработка.

Существуют обширные методы улучшения металлов, один из которых включает термическая обработка металлов. Этот процесс может изменить ряд различных свойств, включая прочность, формуемость, эластичность, твердость, пластичность и обрабатываемость.

Как следует из темы этой статьи, эта статья посвящена всему, что вам нужно знать о термической обработке металлов.

Что такое термическая обработка металлов

Термическая обработка — это общий процесс использования операций нагрева и охлаждения на различных поэтапных уровнях для изменения физических свойств металлов (микроструктуры), таких как сталь, алюминий и многие другие. Основной целью такой обработки является улучшение физических и структурных свойств металла для определенного использования или будущей работы.

Существует множество разновидностей процессов термической обработки, среди которых поверхностная закалка, отжиг, отпуск, обезуглероживание, нормализация, поверхностная закалка, старение, закалка и многое другое. Хотя каждая из этих термообработок приводит к разным результатам в металле, все они включают три основных этапа. Эти этапы включают нагревание, замачивание и охлаждение.

Преимущества термической обработки металлов

В мире производства обычно используется термическая обработка металлов, и это точно контролируемый процесс нагрева и охлаждения. Термическая обработка делает металл не только более твердым, но и более мягким. Размягчение позволяет использовать металлы для рабочих операций, таких как холодная ковка, механическая обработка, глубокая вытяжка и многие другие. Термическая обработка металла выгодна и включает в себя следующее:

Улучшение обрабатываемости или обрабатываемости:

Термическая обработка помогает улучшить технологичность металла. Это достигается за счет снятия внутреннего напряжения от предыдущих производственных процессов, таких как горячая обработка, холодная обработка, механическая обработка, сварка и штамповка. Например, если металл очень трудно согнуть или обработать, его можно подвергнуть отжигу или снятию напряжений. Это поможет снизить твердость такого материала. Если материал деформируется при механической обработке, чтобы предотвратить его деформацию, материал можно отжечь или снять напряжение. Термическая обработка с использованием индукции или пламени также может использоваться для смягчения определенной области металла, оставляя оставшуюся часть металла нетронутой.

Улучшение долговечности и износостойкости

Существует несколько процессов термообработки. Некоторые из этих процессов можно использовать для повышения износостойкости путем упрочнения соответствующих металлов. Такие металлы, как титан, сталь, инконель и некоторые сплавы меди, могут быть закалены либо на поверхности (цементация), либо насквозь (сквозная закалка). Это делается для того, чтобы сделать материал прочнее, долговечнее, жестче и устойчивее к износу. Этот метод является лучшим методом, обычно используемым для повышения долговечности недорогой стали, включая 1018 или А-36.

Локальная закалка может быть выполнена либо индукцией, либо пламенем. Это также может помочь укрепить определенную часть, оставив остальную часть материала нетронутой или неизменной. Наконец, азотирование используется для упрочнения поверхности детали при низких температурах для уменьшения деформации.

Улучшение прочности и прочности

Прочность и вязкость являются компромиссом, так как увеличение прочности, измеряемой твердостью, может помочь снизить ударную вязкость и вызвать хрупкость. Следовательно, термическая обработка может влиять на предел прочности при растяжении, предел текучести и вязкость разрушения. Посредством закалки или поверхностной закалки можно повысить прочность материала. Тем не менее, материал необходимо будет вытянуть или закалить, чтобы уменьшить хрупкость. Степень отпуска определяется пределом прочности, требуемым для детали. Кроме того, если полученный материал слишком хрупок, его можно подвергнуть термической обработке либо повторно отпустить, либо отжечь, чтобы сделать его более пригодным к использованию (пластичным).

Улучшение магнитных свойств

Многие металлы, в том числе 316 или 1008, имеют тенденцию приобретать магнетизм, который измеряется как магнитная проницаемость. В основном это достигается, когда рассматриваемые материалы упрочняются с использованием методов, включая механическую обработку, штамповку, формование и гибку. Помимо приобретения магнетизма, существует особый тип процесса отжига, который помогает уменьшить магнитную проницаемость. Это важно сделать, если деталь имеет применение в электронной среде.

Какие металлы можно подвергать термической обработке?

В мире термообработки черные металлы составляют большую часть термообработанных материалов. Около 80% термически обработанных черных металлов составляют стали различных марок. Другие примеры черных металлов, поддающихся термообработке, включают нержавеющую сталь и чугун. Однако другие металлы, включая магний. Алюминий, никель, титан, латунь, медные сплавы и многие другие поддаются термообработке.

Термическая обработка алюминия

Термическая обработка алюминия помогает укрепить и упрочнить определенный набор сплавов алюминия. Сюда входят деформируемые и литейные сплавы, способные к дисперсионному твердению. Эти дисперсионно-твердеющие сплавы алюминия включают марки 2XXX, 6XXX, 7XXX и 8XXX. Отжиг также может потребоваться для деталей, подвергшихся деформационному упрочнению в процессе формования.

Типичная термическая обработка алюминия включает отжиг, естественное и искусственное старение, гомогенизацию и термообработку на твердый раствор. Хотя термическая обработка алюминия отличается от других металлов, таких как сталь, температура его печи может варьироваться от 240 до 1000°С.^oF в зависимости от конкретного используемого процесса.

Термическая обработка стали

Как было сказано ранее, наиболее термообработанным черным металлом является сталь. Регулировка содержания углерода в стали является простейшей термической обработкой стали. Это способствует изменению механических свойств стали. Дополнительные изменения вносятся путем термообработки, например, путем увеличения скорости охлаждения через точку перехода аустенита в феррит. Кроме того, увеличение скорости охлаждения перлитной стали (0.77 % углерода) примерно до 200^oC в минуту создает DPH около 300, а охлаждение — 400.^oC в минуту повышает DPH примерно до 400. Повышение твердости связано с образованием более тонкой микроструктуры перлита и феррита, которую можно получить при медленном охлаждении на воздухе.

Как правило, обычно используемые процессы термической обработки стали включают отжиг, закалку, отпуск, борирование, науглероживание, цементацию, азотирование, обезуглероживание, цианирование и многое другое. Тем не менее, не каждая марка стали должна проходить все указанные термообработки, но все стали нуждаются в обработке.

Термическая обработка нержавеющей стали

Еще одним термообрабатываемым металлом является нержавеющая сталь. Для нержавеющей стали они обычно обрабатываются в зависимости от марки или типа сплава. Методы термической обработки, включая закалку, снятие напряжений и отжиг, помогают повысить коррозионную стойкость и пластичность нержавеющей стали во время изготовления. Это также помогает создать твердую структуру, устойчивую к истиранию и высоким механическим нагрузкам.

Термическая обработка нержавеющей стали в основном проводится в контролируемых условиях, чтобы предотвратить обезуглероживание, науглероживание и образование накипи на поверхности нержавеющей стали. Обычно используемые методы термической обработки нержавеющей стали включают отжиг (закалочный отжиг, технологический отжиг и стабилизирующий отжиг), закалку, снятие напряжений и многое другое.

Термическая обработка титана

Титан и его сплавы подвергаются термической обработке для снижения остаточных напряжений, возникающих при изготовлении (снятие напряжения). Кроме того, это приводит к оптимальному сочетанию размерной стабильности и обрабатываемости (отжиг). Для повышения прочности титана и его сплавов применяют Solution Treating & Aging. Когда дело доходит до термической обработки, титановые сплавы классифицируются как альфа-, почти альфа-, альфа-бета или бета-сплавы.

В то время как альфа- и почти альфа-сплавы титана могут быть сняты с напряжения и отожжены, высокая прочность не может быть достигнута никаким типом термообработки.
Коммерческие бета-сплавы считаются метастабильными бета-титановыми сплавами. При воздействии выбранных высоких температур оставшаяся бета-фаза разлагается и происходит упрочнение материала. Для получения бета-сплавов можно комбинировать старение и обработку для снятия напряжений, в то время как отжиг и обработка на твердый раствор могут быть идентичными операциями.
Как следует из названия, сплавы альфа-бета представляют собой двухфазные сплавы, содержащие как альфа-, так и бета-фазы. Они кажутся наиболее универсальными и наиболее распространенными из трех разновидностей сплавов титана.

Термическая обработка меди

Медь как металл имеет приятный цвет, но наиболее важными характеристиками меди являются ее высокая тепло- и электропроводность, прочность, обрабатываемость, хорошая коррозионная стойкость, немагнитность и простота изготовления. Конечные продукты производства меди обычно называют продуктами литейного и прокатного производства. Они могут включать кабель и проволоку, полосу, прут, трубу, литье, профили из порошковой металлургии, листы, плиты, стержни, поковки и многое другое. Эти вышеупомянутые продукты производятся с использованием меди и ее сплавов и могут подвергаться термообработке для самых разных целей.

Наиболее часто используемые методы термической обработки меди включают гомогенизацию, снятие напряжений, отжиг, дисперсионное твердение и многие другие.

Общие методы термообработки

Отжиг — это метод термической обработки, который заключается в нагревании металла до определенной температуры, а затем в медленном охлаждении того же металла, при котором образуется улучшенная микроструктура. Этот процесс может быть осуществлен полностью или частично путем разделения составляющих. Этот метод обычно используется для размягчения металла для холодной обработки, чтобы улучшить его характеристики или свойства, такие как обрабатываемость, электропроводность, пластичность и ударная вязкость.

Это полезно для снятия напряжений в металле, возникающих в результате предшествующих процессов холодной обработки давлением. При рекристаллизации возникшая пластическая деформация снимается, когда температура металла пересекает верхнюю критическую температуру.

Используя этот метод термической обработки, детали, подлежащие термической обработке, могут подвергаться самым разнообразным методам. Эти методы включают, помимо прочего, частичный отжиг, полный отжиг, рекристаллизацию и окончательный отжиг.

Черные сплавы могут подвергаться либо процессу отжига, либо полному отжигу. В этом случае процесс отжига включает более высокую скорость охлаждения вплоть до нормализации включительно для получения однородной микроструктуры. С другой стороны, полный отжиг включает медленное охлаждение для получения крупного перлита.

Цветные металлы в основном подвергаются самым разнообразным методам отжига. Это включает в себя частичный отжиг, полный отжиг, рекристаллизационный отжиг и окончательный отжиг.

Нормализация

Метод нормализующей термической обработки применяют, когда требуется снять внутренние напряжения. Это напряжение может быть вызвано такими процессами, как литье, сварка или закалка. Этот процесс требует нагрева металлических деталей до температуры 40^oC выше его верхней критической температуры.

Другая польза нормализации заключается в обеспечении однородности размера и состава при создании сплава. Нормализацию можно применять и для аустенитизированных ферросплавов, охлажденных на открытом воздухе.

Этот метод выгоден, потому что он производит мартенсит, перлит и даже бейнит. Это дает более твердую и прочную сталь, чем отожженная сталь. Это факт, что нормализованная сталь прочнее любой термообработанной стали. В связи с этим детали, которые необходимы для поддержки массивных внешних нагрузок или применения в ударной вязкости, всегда нормируются. Это поможет детали соответствовать требованиям детали, необходимой для проекта.

Снятие стресса

Когда некоторые детали подвергаются процессам, включая формование, прокатку, правку или механическую обработку, в детали остается определенное внутреннее напряжение. Чтобы снять это внутреннее напряжение, используется метод термообработки для снятия напряжения.

Метод термообработки для снятия напряжения используется для уменьшения или устранения напряжений, которые возникли в детали из-за предшествующих технических действий, выполненных с такими деталями. В основном это делается путем нагревания деталей до температуры ниже критической температуры с последующим однородным охлаждением.

Техника термообработки для снятия напряжения используется на таких предметах, как котлы, воздушные резервуары, сосуды под давлением и многое другое.

старение

Старение также известно как дисперсионное твердение. Этот метод термообработки в основном известен своим применением для повышения предела текучести ковких металлов. Механизм действия этого метода создает однородно диспергированные частицы в зернистой структуре металла, что приводит к изменению свойств.

После технологии термической обработки, достигающей высоких температур, следует дисперсионное твердение. Старение, с другой стороны, только повышает температуру до оптимального уровня и быстро снова снижает ее.

В то время как некоторые металлы стареют естественным образом (при комнатной температуре), другие стареют искусственно — по сути, при повышенных температурах. Естественно стареющие металлы очень легко хранить при более низких температурах. Естественно стареющие сплавы в некоторых приложениях хранятся в морозильной камере, чтобы избежать затвердевания до тех пор, пока не наступит время их использования. Сплавы, которые могут подвергаться дисперсионному твердению, включают сплав алюминия (серия 2000, серия 6000 и серия 7000), сталь (марочная сталь) и многие другие.

гашение

Закалка или закалка включает в себя нагрев деталей выше их верхней критической температуры и быстрый возврат температуры такой детали до комнатной температуры. Возвращение к комнатной температуре осуществляется путем помещения горячего металла в масло, рассол, растворенный в воде полимер или другую подходящую жидкость для полного затвердевания конструкции. Этот процесс осуществляется в быстром состоянии. Закалка производится как для черных, так и для цветных сплавов. В то время как цветные металлы производят более мягкие детали, чем обычные, сплавы черных металлов производят более твердые детали.

Закалочная твердость желаемой детали зависит от используемого метода закалки и химического состава металла. Закалка производится для черных металлов, включая железо и сталь, и цветных металлов, включая сплавы никеля, меди, алюминия и многих других. Однако большинство цветных металлов производят противоположный эффект при закалке. К таким материалам относятся алюминий, медь или никель, аустенитная нержавеющая сталь, такая как 316 и 304.

упрочнение

В области термической обработки закалка является наиболее распространенным методом, используемым для повышения твердости деталей. В некоторых ситуациях закаливается только поверхность этих деталей.

Для этого требуемую для термической обработки деталь закаливают термообработкой до заданной температуры, затем быстро охлаждают путем помещения в охлаждающую среду. Используемая охлаждающая среда включает, помимо прочего, рассол, воду или масло. Конечный продукт термической обработки закалкой повысит прочность и твердость, однако одновременно возрастет и хрупкость материала.

Одним из видов процесса закалки является поверхностная закалка, при которой только металлические детали обладают твердостью внешнего слоя. Это означает, что полученный кусок будет иметь более мягкую сердцевину, но более твердый внешний слой. Эта твердость внешнего слоя характерна для валов, потому что она защищает его внешний слой от износа материала.

Отпуск — это метод термической обработки, используемый для повышения устойчивости сплавов на основе железа, таких как сталь. Хотя сплавы на основе железа демонстрируют высокий уровень твердости, они часто слишком хрупкие, чтобы их можно было использовать в большинстве случаев. В результате отпуск используется для изменения пластичности, твердости, прочности и хрупкости, чтобы облегчить обработку. Для этого деталь подвергается термической обработке ниже критической точки, так как более низкая температура снижает хрупкость, сохраняя при этом твердость детали. С другой стороны, если требуется повышенная пластичность при меньшей твердости и прочности, требуется более высокая температура.

Другой подход к этому — покупка закаленных деталей или их закалка перед обработкой. В отличие от процесса обработки после механической обработки, его может быть трудно обрабатывать, но он устраняет риск изменения размера детали. Этот процесс также помогает устранить необходимость в шлифовальном цехе для получения жестких допусков или отделки.

обезуглероживание

Обезуглероживание включает удаление углерода с поверхности желаемых деталей либо в процессе нормального старения окисления, либо путем нагревания. Это явление деградации поверхности при термической обработке и ковке стали. Его также можно описать как металлургический процесс, при котором поверхность стали обедняется содержанием углерода. Это делается в основном за счет химического воздействия или нагрева стальной детали выше нижней критической температуры.

Содержание углерода в металле влияет на твердость металла. В процессе обезуглероживания углерод диффундирует с поверхности металла, что приводит к его ослаблению. Хотя этот процесс снижает прочность металла, он также увеличивает деформацию сдвига ниже поверхности металла. Это также снижает сопротивление усталости, в то время как скорость износа и рост трещин увеличиваются.

Общий процесс термообработки

В производственных помещениях используются самые разные методы термообработки. Каждый из методов термообработки имеет разные результаты, но у них есть общие этапы, в том числе:

Отопление
Замачивание
Охлаждение

Отопление

В большинстве процессов термообработки нагрев является первым этапом. Многие термообрабатываемые сплавы изменяют структуру всякий раз, когда их нагревают до определенной температуры. При комнатной температуре структура сплава может быть либо механической смесью твердого раствора, либо комбинацией механической смеси и смеси твердого раствора.

Например, механическую смесь можно сравнить с бетоном точно так же, как песок и гравий удерживаются вместе цементом в одно целое. Точно так же в механической смеси элементы и соединения видны и удерживаются вместе матрицей неблагородных металлов.

Твердым раствором называют раствор, в котором два или более металлов поглощаются другим, образуя единое целое. Поэтому, когда сплав находится в виде твердого раствора, элемент и соединения, из которых состоит деталь, поглощаются друг другом.

При комнатной температуре металл в своей механической смеси переходит в частичный раствор или в твердый раствор при нагревании. Во время этого процесса химические свойства и состав изделия могут изменяться по размеру зерна и структуре. Существует вероятность того, что сплав окажется в одном из трех состояний, объясненных ранее, в зависимости от используемой методики.

Замачивание

Этот этап также рассматривается как этап выдержки, металл, подвергающийся термообработке, выдерживается при необходимой температуре. Металл должен оставаться при этой температуре до тех пор, пока тепло не будет равномерно распределено, что называется выдержкой. Продолжительность времени, которое он проведет при этой температуре, зависит от требований. Например, чем больше масса детали, тем больше времени требуется для замачивания детали. Еще одним фактором, влияющим на продолжительность, является тип материала.

Охлаждение

После того, как деталь была пропитана должным образом, следующим шагом будет ее охлаждение. При этом структура детали может претерпевать изменения от одного химического состава к другому, возвращаться к своему первоначальному виду или оставаться прежней. В зависимости от скорости охлаждения и типа металла металл в твердом растворе может оставаться неизменным во время охлаждения, превращаться в комбинацию двух или превращаться в механическую смесь. Интересен тот факт, что результат предсказуем, поэтому можно предсказать, что часть закончится так, как ожидалось.

Следовательно, можно изготовить широкий спектр металлов, чтобы они соответствовали определенным структурам, чтобы повысить их ударную вязкость, твердость, прочность на растяжение, пластичность и многое другое.

Необходимое оборудование для термической обработки

Для получения успешного процесса термообработки требуется тщательный контроль над всеми факторами, влияющими на нагрев и охлаждение детали. Этот контроль возможен только при наличии надлежащего оборудования, которое соответствует требованиям проекта. Следовательно, используемая печь должна быть надлежащего типа и размера, в которой температура должна контролироваться и поддерживаться в пределах, установленных для каждой операции.

Кроме того, атмосферные условия внутри печи могут влиять на состояние деталей, подлежащих термообработке. Кроме того, закалочная среда и закалочное оборудование должны подбираться в соответствии с используемым материалом и процессом термообработки. Наконец, должно быть предусмотрено оборудование для обработки деталей и материалов, правки деталей и очистки металлов. Ниже приведены различные типы печей, необходимых для процесса термообработки:

Печь периодического действия: состоит из изолированных камер с системой нагрева, стальным кожухом и доступом к камере.
Колпаковая печь: состоит из съемных крышек, называемых колпаковами, которые можно опускать над загрузкой и подом с помощью крана.
Коробчатые печи: большинство из них были модернизированы до полунепрерывных печей периодического действия с функциями, включающими камеры медленного охлаждения и встроенные закалочные ванны.
Печь с выдвижным подом: также считается печью с выдвижным подом, которая представляет собой чрезвычайно большую печь периодического действия с подвижной изолированной тележкой, которую можно перемещать в печь и из печи.
Печь элеваторного типа: под и тележка подкатываются под печь, в отличие от печи с тележкой.
Печь с кипящим слоем: состоит из цилиндрической реторты, изготовленной из жаропрочного сплава.
Шахтная печь: печь строится в яме и доходит до уровня пола или немного выше
Печь для соляных ванн: для термической обработки используются различные соли.

Вопросы и Ответы

В заключение, термическая обработка — это способ использования методов контролируемого нагрева и охлаждения для изменения физических свойств металлов с целью их улучшения. В результате такие металлы получают возможность использования в самых разных отраслях промышленности. Кроме того, термическая обработка является важной частью процесса точной обработки для преобразования деталей и обеспечения того, чтобы ваши детали работали так, как ожидается для ваших проектов.

Термическая обработка металлов: все, что вам нужно знать

Пользователи металлов в обрабатывающей промышленности научились улучшать самые разнообразные металлы. В основном это делается для того, чтобы приспособить их свойства к поставленной задаче, такой как реакция на прецизионную обработку.

Существует множество методов улучшения металлов, один из которых включает термическую обработку металлов . Этот процесс может изменить ряд различных свойств, включая прочность, формуемость, эластичность, твердость, пластичность и обрабатываемость.

Что такое термическая обработка металлов

Преимущества термической обработки металлов

Улучшение обрабатываемости или обрабатываемости:

Повышение долговечности и износостойкости

Локальная закалка может производиться либо индукционной, либо пламенной. Это также может помочь укрепить определенную часть, оставив остальную часть материала нетронутой или неизменной. Наконец, азотирование используется для упрочнения поверхности детали при низких температурах для уменьшения деформации.

Повышение ударной вязкости и прочности

Вязкость и прочность являются компромиссом, поскольку увеличение прочности, измеряемой твердостью, может помочь снизить ударную вязкость и повысить хрупкость. Следовательно, термическая обработка может влиять на предел прочности при растяжении, предел текучести и вязкость разрушения. Посредством закалки или цементации можно повысить прочность материала. Тем не менее, материал необходимо будет вытянуть или закалить, чтобы уменьшить хрупкость. Степень отпуска определяется пределом прочности, требуемым для детали. Кроме того, если полученный материал слишком хрупок, его можно подвергнуть термической обработке либо повторно отпустить, либо отжечь, чтобы сделать его более пригодным к использованию (пластичным).

Улучшение магнитных свойств

Многие металлы, включая 316 или 1008, имеют тенденцию приобретать магнетизм, который измеряется как магнитная проницаемость. В основном это достигается, когда рассматриваемые материалы упрочняются с использованием методов, включая механическую обработку, штамповку, формование и гибку. Помимо приобретения магнетизма, существует особый тип процесса отжига, который помогает уменьшить магнитную проницаемость. Это важно сделать, если деталь имеет применение в электронной среде.

Какие металлы можно подвергать термической обработке?

Термическая обработка алюминия

Термическая обработка алюминия помогает укрепить и упрочнить определенную группу алюминиевых сплавов. Сюда входят деформируемые и литейные сплавы, способные к дисперсионному твердению. Эти дисперсионно-твердеющие сплавы алюминия включают марки 2XXX, 6XXX, 7XXX и 8XXX. Отжиг также может потребоваться для деталей, подвергшихся деформационному упрочнению в процессе формовки.

Типичная термообработка алюминия включает отжиг, естественное и искусственное старение, гомогенизацию и термообработку на твердый раствор. Хотя термическая обработка алюминия отличается от других металлов, таких как сталь, температура его печи может варьироваться от 240 до 1000°С.0083 или F в зависимости от используемого процесса.

Термическая обработка стали

Как упоминалось ранее, наиболее термообрабатываемым черным металлом является сталь. Регулировка содержания углерода в стали является простейшей термической обработкой стали. Это способствует изменению механических свойств стали. Дополнительные изменения вносятся путем термообработки, например, путем увеличения скорости охлаждения через точку перехода аустенита в феррит. Также увеличение скорости охлаждения перлитной стали (0,77% углерода) примерно до 200 град.0083 o C в минуту создает DPH около 300, а охлаждение при 400 ^o C в минуту увеличивает DPH примерно до 400. Повышение твердости объясняется образованием более тонкой микроструктуры перлита и феррита, которую можно получить во время медленное охлаждение на окружающем воздухе.

Обычно используемые процессы термической обработки стали включают отжиг, закалку, отпуск, борирование, науглероживание, цементацию, азотирование, обезуглероживание, цианирование и многое другое. Тем не менее, не каждая марка стали должна проходить все указанные термообработки, но все стали нуждаются в обработке.

Термическая обработка Нержавеющая сталь

Еще одним металлом, подлежащим термообработке, является нержавеющая сталь. Для нержавеющей стали они обычно обрабатываются в зависимости от марки или типа сплава. Методы термической обработки, включая закалку, снятие напряжений и отжиг, помогают повысить коррозионную стойкость и пластичность нержавеющей стали во время изготовления. Это также помогает создать твердую структуру, устойчивую к истиранию и высоким механическим нагрузкам.

Термическая обработка нержавеющей стали в основном проводится в контролируемых условиях для предотвращения обезуглероживания, науглероживания и образования накипи на поверхности нержавеющей стали. Обычно используемые методы термической обработки нержавеющей стали включают отжиг (закалочный отжиг, технологический отжиг и стабилизирующий отжиг), закалку, снятие напряжений и многое другое.

Термическая обработка Титан

Титан и его сплавы подвергаются термообработке для снижения остаточных напряжений, возникающих при изготовлении (снятие напряжения). Кроме того, это приводит к оптимальному сочетанию размерной стабильности и обрабатываемости (отжиг). Для повышения прочности титана и его сплавов применяют Solution Treating & Aging. Когда дело доходит до термической обработки, титановые сплавы классифицируются как альфа-, почти альфа-, альфа-бета или бета-сплавы.

В то время как титановые сплавы Alpha и почти Alpha могут быть сняты с напряжения и подвергнуты отжигу, высокая прочность не может быть достигнута никаким типом термообработки.
Коммерческие бета-сплавы считаются метастабильными бета-титановыми сплавами. При воздействии выбранных высоких температур оставшаяся бета-фаза разлагается и происходит упрочнение материала. Для получения бета-сплавов можно комбинировать старение и обработку для снятия напряжений, в то время как отжиг и обработка на твердый раствор могут быть идентичными операциями.
Как следует из названия, сплавы Alpha-Beta представляют собой двухфазные сплавы, которые содержат как альфа-, так и бета-фазы. Они кажутся наиболее универсальными и наиболее распространенными из трех разновидностей сплавов титана.

Термическая обработка Медь

Медь как металл имеет приятный цвет, но наиболее важными характеристиками меди являются ее высокая тепло- и электропроводность, прочность, обрабатываемость, хорошая коррозионная стойкость, немагнитность и простота изготовления. . Конечные продукты производства меди обычно называют продуктами литейного и прокатного производства. Они могут включать кабель и проволоку, полосу, прут, трубу, литье, профили из порошковой металлургии, листы, плиты, стержни, поковки и многое другое. Эти вышеупомянутые продукты производятся с использованием меди и ее сплавов и могут подвергаться термообработке для самых разных целей.

Общие методы термической обработки

Отжиг

Отжиг — это метод термической обработки, который заключается в нагревании металла до определенной температуры и последующем медленном охлаждении того же металла, в результате чего получается улучшенная микроструктура. Этот процесс может быть осуществлен полностью или частично путем разделения составляющих. Этот метод обычно используется для размягчения металла для холодной обработки, чтобы улучшить его характеристики или свойства, такие как обрабатываемость, электропроводность, пластичность и ударная вязкость.

Применяется для снятия напряжений в металле, возникающих в результате предшествующих процессов холодной обработки давлением. При рекристаллизации возникшая пластическая деформация снимается, когда температура металла пересекает верхнюю критическую температуру.

При использовании этого метода термической обработки детали, подлежащие термической обработке, могут подвергаться самым разнообразным методам. Эти методы включают, помимо прочего, частичный отжиг, полный отжиг, рекристаллизацию и окончательный отжиг.

Черные сплавы могут подвергаться либо технологическому отжигу, либо полному отжигу. В этом случае процесс отжига включает более высокую скорость охлаждения вплоть до нормализации включительно для получения однородной микроструктуры. С другой стороны, полный отжиг включает медленное охлаждение для получения крупнозернистого перлита.

Нормализация

При необходимости снятия внутренних напряжений применяется нормализующая термообработка. Это напряжение может быть вызвано такими процессами, как литье, сварка или закалка. Этот процесс требует нагрева металлических деталей до температуры, которая на 40 ^o C превышает его верхнюю критическую температуру.

Этот метод выгоден тем, что позволяет получать мартенсит, перлит и даже бейнит. Это дает более твердую и прочную сталь, чем отожженная сталь. Это факт, что нормализованная сталь прочнее любой термообработанной стали. В связи с этим детали, которые необходимы для поддержки массивных внешних нагрузок или применения в ударной вязкости, всегда нормируются. Это поможет детали соответствовать требованиям детали, необходимой для проекта.

снятие стресса

Когда некоторые детали подвергаются обработке, включая формовку, прокатку, правку или механическую обработку, в детали остается определенное внутреннее напряжение. Чтобы снять это внутреннее напряжение, используется метод термообработки для снятия напряжения.

Метод термообработки для снятия напряжения используется для уменьшения или устранения напряжений, которые возникли в детали в результате предшествующих технических работ, выполненных с такими деталями. В основном это делается путем нагревания деталей до температуры ниже критической температуры с последующим однородным охлаждением.

Техника термической обработки для снятия напряжения используется для таких изделий, как котлы, воздушные резервуары, сосуды под давлением и многое другое.

После термической обработки при высоких температурах наступает дисперсионное твердение. Старение, с другой стороны, только повышает температуру до оптимального уровня и быстро снова снижает ее.

В то время как некоторые металлы стареют естественным образом (при комнатной температуре), другие стареют искусственно – по сути, при повышенных температурах. Естественно стареющие металлы очень легко хранить при более низких температурах. Естественно стареющие сплавы в некоторых приложениях хранятся в морозильной камере, чтобы избежать затвердевания до тех пор, пока не наступит время их использования. Сплавы, которые могут подвергаться дисперсионному твердению, включают сплав алюминия (серия 2000, серия 6000 и серия 7000), сталь (марочная сталь) и многие другие.

Закалка

Закалка или закалка включает нагрев деталей выше их верхней критической температуры и быстрый возврат температуры такой детали до комнатной температуры. Возвращение к комнатной температуре осуществляется путем помещения горячего металла в масло, рассол, растворенный в воде полимер или другую подходящую жидкость для полного затвердевания конструкции. Этот процесс осуществляется в быстром состоянии. Закалка производится как для черных, так и для цветных сплавов. В то время как цветные металлы производят более мягкие детали, чем обычные, сплавы черных металлов производят более твердые детали.

Твердость желаемой детали после закалки зависит от используемого метода закалки и химического состава металла. Закалка производится для черных металлов, включая железо и сталь, и цветных металлов, включая сплавы никеля, меди, алюминия и многих других. Однако большинство цветных металлов производят противоположный эффект при закалке. К таким материалам относятся алюминий, медь или никель, аустенитная нержавеющая сталь, такая как 316 и 304.

Закалка

В области термической обработки закалка является наиболее распространенным методом повышения твердости деталей. В некоторых ситуациях закаливается только поверхность этих деталей.

Для этого требуемую для термической обработки деталь закаляют путем термической обработки до заданной температуры, затем быстро охлаждают путем помещения в охлаждающую среду. Используемая охлаждающая среда включает, помимо прочего, рассол, воду или масло. Конечный продукт термической обработки закалкой повысит прочность и твердость, однако одновременно возрастет и хрупкость материала.

Одним из видов процесса закалки является поверхностная закалка, при которой только металлические части обладают твердостью внешнего слоя. Это означает, что полученный кусок будет иметь более мягкую сердцевину, но более твердый внешний слой. Эта твердость внешнего слоя характерна для валов, потому что она защищает его внешний слой от износа материала.

Отпуск

Отпуск — это метод термической обработки, используемый для повышения упругости сплавов на основе железа, таких как сталь. Хотя сплавы на основе железа демонстрируют высокий уровень твердости, они часто слишком хрупкие, чтобы их можно было использовать в большинстве случаев. В результате отпуск используется для изменения пластичности, твердости, прочности и хрупкости, чтобы облегчить обработку. Для этого деталь подвергается термической обработке ниже критической точки, так как более низкая температура снижает хрупкость, сохраняя при этом твердость детали. С другой стороны, если требуется повышенная пластичность при меньшей твердости и прочности, требуется более высокая температура.

Другим подходом к этому является покупка закаленных деталей или их закалка перед обработкой. В отличие от процесса обработки после механической обработки, его может быть трудно обрабатывать, но он устраняет риск изменения размера детали. Этот процесс также помогает устранить необходимость в шлифовальном цехе для получения жестких допусков или отделки.

Обезуглероживание

Обезуглероживание включает удаление углерода с поверхности желаемых деталей либо в процессе нормального старения путем окисления, либо путем нагревания. Это явление деградации поверхности при термической обработке и ковке стали. Его также можно описать как металлургический процесс, при котором поверхность стали обедняется содержанием углерода. Это делается в основном за счет химического воздействия или нагрева стальной детали выше нижней критической температуры.

Стандартный процесс термической обработки

В производственных помещениях используется большое разнообразие методов термической обработки. Каждый из методов термообработки имеет разные результаты, но у них есть общие этапы, в том числе:

Нагрев
Замачивание
Охлаждение

Нагрев

Например, механическую смесь можно сравнить с бетоном точно так же, как песок и гравий удерживаются вместе цементом. Точно так же в механической смеси элементы и соединения видны и удерживаются вместе матрицей неблагородных металлов.

При комнатной температуре металл в его механической смеси переходит в частичный раствор или в твердый раствор при нагревании. Во время этого процесса химические свойства и состав изделия могут изменяться по размеру зерна и структуре. Существует вероятность того, что сплав окажется в одном из трех состояний, объясненных ранее, в зависимости от используемой методики.

Замачивание

Этот этап также считается этапом выдержки, металл, подвергающийся термической обработке, выдерживается при необходимой температуре. Металл должен оставаться при этой температуре до тех пор, пока тепло не распределится равномерно, что называется выдержкой. Продолжительность времени, которое он проведет при этой температуре, зависит от требований. Например, чем больше масса детали, тем больше времени требуется для замачивания детали. Еще одним фактором, влияющим на продолжительность, является тип материала.

Охлаждение

После того, как деталь была должным образом пропитана, следующим шагом будет ее охлаждение. При этом структура детали может претерпевать изменения от одного химического состава к другому, возвращаться к своему первоначальному виду или оставаться прежней. В зависимости от скорости охлаждения и типа металла металл в твердом растворе может оставаться неизменным во время охлаждения, превращаться в комбинацию двух или превращаться в механическую смесь. Интересен тот факт, что результат предсказуем, поэтому можно предсказать, что часть закончится так, как ожидалось.

Следовательно, большое разнообразие металлов может быть изготовлено в соответствии со специфическими структурами для повышения их ударной вязкости, твердости, прочности на растяжение, пластичности и многих других свойств.

Необходимое оборудование для термообработки

Для обеспечения успешного процесса термообработки требуется тщательный контроль над всеми факторами, влияющими на нагрев и охлаждение детали. Этот контроль возможен только при наличии надлежащего оборудования, которое соответствует требованиям проекта. Следовательно, используемая печь должна быть надлежащего типа и размера, в которой температура должна контролироваться и поддерживаться в пределах, установленных для каждой операции.

Кроме того, атмосферные условия в печи могут влиять на состояние деталей, подлежащих термообработке. Кроме того, закалочная среда и закалочное оборудование должны подбираться в соответствии с используемым материалом и процессом термообработки. Наконец, должно быть предусмотрено оборудование для обработки деталей и материалов, правки деталей и очистки металлов. Ниже приведены различные типы печей, необходимых для процесса термообработки:

Печь периодического действия: состоит из изолированных камер с системой нагрева, стальным кожухом и доступом к камере.
Колпаковая печь: состоит из съемных крышек, называемых колпаковами, которые можно опустить над загрузкой и подом с помощью крана
Коробчатая печь: большинство из них было модернизировано до полунепрерывной периодической печи с функцией, включающей камеры медленного охлаждения и встроенные закалочные баки.
Печь с выдвижным подом: также считается печью с выдвижным подом, которая представляет собой чрезвычайно большую печь периодического действия с подвижной изолированной тележкой, которую можно задвигать в печь и из нее.
Печь элеваторного типа: под и тележка задвигаются под печь, в отличие от печи с тележкой
Печь с кипящим слоем: состоит из цилиндрической реторты, изготовленной из жаропрочного сплава.
Шахтная печь: печь сооружается в яме и простирается до уровня пола или немного выше
Печь для соляных ванн: для термообработки используются различные соли

Резюме

В заключение, термическая обработка — это способ использования методов контролируемого нагрева и охлаждения для изменения физических свойств металлов с целью их улучшения. В результате такие металлы получают возможность использования в самых разных отраслях промышленности. Кроме того, термообработка является важной частью процесса точной обработки для преобразования деталей и обеспечения того, чтобы ваши детали работали так, как ожидается для ваших проектов.

Преимущества термообработки металла

CNC-обработка — это субтрактивный производственный процесс, в котором используются режущие инструменты для удаления материала из твердого блока, открывая форму конечной детали. Чтобы упростить процесс обработки и создать превосходную конечную деталь, используемые металлы должны быть пригодными для обработки. Кроме того, свойства материала металлической детали могут быть улучшены после завершения процесса механической обработки. Здесь на помощь приходит термическая обработка. Здесь вы найдете все, что вам нужно знать о термической обработке металла и наиболее важных преимуществах термической обработки.

Процесс термообработки

Процессы термической обработки включают нагрев металла до изменения его микроструктуры, а затем выдерживание металла в этом состоянии (вымачивание) перед его охлаждением для затвердевания материала. Как долго вы замачиваете металл, зависит от того, какой процесс термообработки вы используете, какой металл вы используете и размер вашей детали. Чем дольше время выдержки, тем сильнее меняется микроструктура, что влияет на механические свойства металла.

Скорость охлаждения и окружающие условия также могут изменить структуру и свойства металла. В то время как соляной раствор может охлаждать металлы быстрее всего, вы также можете использовать масло, воду, принудительный воздух или печи.

Термическая обработка может применяться на протяжении всего производственного процесса, придавая деталям их начальные, промежуточные или окончательные свойства. При обработке деталей на станках с ЧПУ вы можете применить термообработку перед началом процесса обработки, так как это может сократить время выполнения заказа и сделать металл более пригодным для обработки. В других случаях вы можете подвергнуть металл термообработке после механической обработки, чтобы сделать его более твердым и долговечным.

Обычная термообработка с ЧПУ

Отжиг

Осуществляемый для снижения твердости металла и повышения его пластичности процесс отжига включает в себя нагрев и выдержку металла при критической температуре перед его охлаждением. Это помогает снять внутренние напряжения и снижает вероятность поломки или разрушения металла при механической обработке. Вы можете использовать несколько методов отжига, таких как полный отжиг, рекристаллизационный отжиг, частичный отжиг и окончательный отжиг, для достижения желаемых конечных свойств.

Нормализация — это еще один метод отжига, который включает в себя нагрев металла и его последующее охлаждение при комнатной температуре гораздо быстрее, чем при обычном отжиге. Как только металл достигает температуры на 40 °C выше своей верхней критической температуры, он пропитывается перед охлаждением на воздухе. Нормализация снимает внутреннее напряжение, вызванное закалкой, литьем или сваркой, чтобы предотвратить разрушение металла, что упрочняет металл и дает мелкие, очищенные и однородные по размеру ферритные зерна.

Цементация

Чтобы упрочнить внешнюю часть детали, не изменяя ее внутреннюю часть, можно использовать процесс поверхностного упрочнения. Цементная закалка, также известная как торцевая закалка или поверхностная закалка, создает менее хрупкие и более пригодные для обработки детали, чем другие методы, повышающие твердость по всему металлу. Одна из форм поверхностного упрочнения включает нагревание металла в среде, богатой углеродом (науглероживание), поскольку это увеличивает прочность поверхности металла и содержание углерода.

Дисперсионное твердение

В результате дисперсионного твердения или старения получаются прочные и легкие металлы, что делает его популярным выбором для термообработки компонентов в аэрокосмической промышленности. Если у вас есть ковкий металл, вы можете нагреть его до высокой температуры, закалить и нагревать до более низкой температуры в течение длительного периода времени, чтобы равномерно распределить осадки по всей структуре зерна металла и повысить его прочность и твердость.

Снятие стресса

Обработка на станках с ЧПУ, формовка, прокатка и правка могут вызвать накопление напряжения внутри деталей, что может ослабить их и снизить их общее качество. Снятие напряжения устранит остаточные напряжения и улучшит механические свойства детали без изменения ее структуры или твердости. Этот процесс включает нагрев металлов до температур чуть ниже их нижней критической границы. Процесс охлаждения всегда медленный, что позволяет создавать однородные детали с постоянными механическими свойствами.

Закалка и отпуск

Эта термообработка, состоящая из двух частей, повышает твердость, пластичность и упругость сплавов на основе железа. Во время закалки металл нагревается до высокой температуры, изменяя свою кристаллическую структуру с ферритной на аустенитную и позволяя ему поглощать больше углерода. Затем металл быстро охлаждают, чтобы зафиксировать изменения микроструктуры. Поскольку закалка создает очень твердые детали, она обычно выполняется после обработки на станках с ЧПУ.

Чтобы уменьшить хрупкость, снять внутренние напряжения и улучшить долговечность и механические свойства детали, вы можете закалить металл, нагрев его до умеренной температуры, которая ниже его критической точки.

Преимущества термической обработки металла

Что термическая обработка делает с металлом? Термическая обработка металла может значительно повысить его прочность, что делает термообработку популярным выбором среди производителей автомобильной и аэрокосмической промышленности. К сожалению, когда вы увеличиваете прочность материала, вы также можете снизить его ударную вязкость и увеличить его хрупкость. Чтобы ваш металл не стал слишком хрупким, вам может потребоваться отжиг или отпуск деталей для снятия внутренних напряжений. После процедур по снятию напряжения с вашими термообработанными металлами будет намного легче работать и обрабатывать.

Кроме того, применяя термообработку к металлическим сплавам, вы можете изменить микроструктуру или химический состав металла, чтобы изменить его коррозионную стойкость, магнетизм, долговечность, теплопроводность и электропроводность. Вы даже можете подвергнуть металлическую деталь множеству термообработок, чтобы добиться желаемых характеристик.

Термическая обработка металла с помощью Fast Radius

Путем термообработки металла можно создавать более прочные, менее хрупкие и более поддающиеся механической обработке металлические детали. Вы даже можете улучшить электрические свойства металла с помощью термической обработки.