виды и цели термообработки металла

Термическая обработка стали – процесс температурного воздействия на материал. Решение о выборе способа термической обработки применяется на основании анализа стоящей задачи, а также особенностей марки стали.

Термическая обработка стали – это процесс температурного воздействия на материал. Он позволяет поменять размеры зерен внутри металла, то есть изменить его характеристики, улучшить.

При обработке применяется сразу несколько методов. Металл нагревают, выдерживают при определенной температуре и равномерно охлаждают. Делать это можно на разных этапах, как с заготовками, так и с уже готовыми изделиями.

Метод используется для достижения следующих целей:

• значительное увеличение прочности и износостойкости;
• защита материала от последующего воздействия высоких температур;
• снижение риска появления коррозии;
• устранение внутреннего напряжения в заготовках;
• подготовка материала к последующей обработке, увеличение его пластичности.

Решение о выборе способа термической обработки применяется на основании анализа стоящей задачи, а также особенностей марки стали. Можно использовать материалы любого качества.

Сталь должна соответствовать трем основным требованиям:

• относиться к категории инструментальных, конструкционных или специальных;
• быть по составу легированной или углеродистой;
• содержать не более 0,25% углерода для низкоуглеродистых сплавов и менее 0,7 % для высокоуглеродистых.

Рассмотрим, какие способы применяются в работе, их особенности и другие параметры, влияющие на результат и уровень качества.

Отпуск

Часто применяется в машиностроении, а также при изготовлении деталей разного назначения из стальных заготовок. Обычно используется с закалкой, потому что помогает снизить внутреннее напряжение материала. Это делает сырье значительно прочнее, снимает хрупкость, которая может появиться при воздействии повышенных температур.

Еще одна цель применения – увеличение показателей ударной вязкости. Материал становится менее жестким, а значит, при сильном внешнем механическом воздействии его будет сложно повредить.

Технология отпуска разделена на три типа:

• Низкий. Технология используется для создания мартенситной структуры металла. Главная цель – значительно увеличить вязкость сырья и при этом сохранить его твердость.

Максимальная температура нагрева – до 250 °С. Обычно она составляет не более 150 °С. При таком нагреве сталь нужно будет держать около полутора часов. Охлаждение проводится внутри масла или воздуха, что помогает также упрочнить заготовку или готовое изделие.

Чаще всего низкий отпуск применяется при создании измерительного инструмента или разных типов режущих изделий.

• Средний. Отличие заключается в повышении максимальной температуры до 500 °С. Обычно детали обрабатываются при нагреве до 340 °С. Применяется воздушное охлаждение.

Главная задача среднего отпуска – перевести мартенсит в троостит. Это обеспечивает рост вязкости на фоне понижения твердости. Технология пригодится, если планируется производить детали, работающие под сильными нагрузками.

• Высокий. Одно из наиболее успешных средств, позволяющих снизить высокий уровень внутренней напряженности. Изделие прогревается до высоких температур, что помогает создать и нарастить вязкость и пластичность без потери прочности. Хотя методика сложна в использовании для ответственных деталей, она оптимальна. Диапазон нагрева – 450-650°С.

Отжиг

Метод применяется для стабилизации внутренней структуры материала и увеличения ее однородности. Это также помогает сильно уменьшить уровень напряжения. Технологический процесс предполагает нагрев до высоких температур, выдержку и длительное, медленное охлаждение.

В промышленности используется несколько основных подходов:

• Гомогенизация. Ее также называют диффузионным отжигом. Это процесс термообработки стали в диапазоне температур от 1000 до 1150 °С. В таком состоянии сырье держится на протяжении 8 часов. Для некоторых марок стали время увеличивается до 15. Температура остывания контролируется. Из печи заготовку можно вытаскивать только при достижении 800°С. Далее температура естественно снижается на воздухе.
• Рекристаллизация. Это низкий отжиг, необходимый после проведения деформации. Главная задача – сделать материал значительно прочнее путем изменения формы зерна во внутренней структуре. Температурный диапазон составляет 100-200 °С. По сравнению с гомогенизацией, длительность выдерживания сильно уменьшилась – до двух часов. Медленное остывание проходит внутри печи.
• Изометрическое воздействие. Подходит только для легированных сталей. При создаваемом состоянии аустенит постепенно распадается. Температура зависит от природного максимума для конкретной марки металла. Предел должен быть превышен на 20-30°С. Остывание проходит в два этапа – быстрый и медленный.
• Избавление от внутреннего и остаточного напряжения. Методика подойдет после того, как деталь проходит механическую обработку, сваривается или обрабатывается с использованием литья. Максимальная температура нагрева составляет 727°С. У этого процесса самый длительный период выдерживания среди всех разновидностей отжига –20 часов. Заготовка будет остывать очень медленно.
• Полный. Если вам нужно достичь мелкозернистой структуры материала с преобладанием перлита и феррита. Методика подойдет для разных типов заготовок – от штампованных и литых до кованных. Метод нагревания здесь такой же, как у изометрического отжига – прогрев выполняется до предельной точки и еще на 30-50°С выше него. Охлаждение проводится до 500°С. Секрет качественного выполнения операции в том, чтобы контролировать скорость остывания. Она указывается из расчета на 60 минут. Для углеродистой стали остывание должно быть менее 150°С, а для легированной – 50°С.
• Неполный. Основной задачей проведения неполного отжига является перевод перлита в ферритно-цементитную структуру. Технология подойдет для деталей, которые были созданы методом электродуговой сварки. При этом температура составляет 700°С, а длительность выдержки – 20 часов. После медленного охлаждения можно использовать заготовку – ее прочность и защита от повреждения значительно увеличатся.

Закалка

Закалка и отпуск стали являются одними из наиболее распространенных режимов термической обработки.

Такой вариант воздействия нужен, чтобы нарастить важные показатели материала – от твердости и максимальной упругости до защиты от износа и твердости. При помощи закалки удается уменьшить предел на сжатие и пластичность.

Такой формат обработки является одним из наиболее старых. Он основывается на быстром охлаждении прогретого до высоких температур металла. Предел нагрева отличается в зависимости от типа сплава. Нужно учитывать, при какой температуре начинает изменяться внутренняя кристаллическая решетка.

В зависимости от марки стали меняется несколько основных параметров:

• Среда охлаждения. Самый простой способ – окунание в воду. Дополнительные полезные свойства позволяют получить применение технического масла, газов инертного типа и растворов с высоким уровнем содержания соли.
• Скорость охлаждения. Меняется в зависимости от изначальной степени прогрева. Температура воды, соляного раствора или газа также может отличаться.
• Нагрев. Выбирается в зависимости от пределов, нужных для изменения внутренней структуры. Для многих видов сырья этот показатель составляет около 900°С.

Нормализация

Процесс нормализации необходим для того, чтобы изменить структуру и создать внутри металла мелкое зерно. Этот вариант подходит как для легированных, так и для низкоуглеродистых сталей.

Главное преимущество технологии позволяет довести твердость до 300 НВ. Вы сможете использовать полученные горячекатаным методом заготовки, а также нарастить прочность, защиту от излома и вязкость. Это позволяет упростить процесс последующей обработки.

В качестве среды охлаждения используется воздух. Максимальные температуры нагрева – не более 50°С сверх установленного для материала предела.

Криогенная термообработка

Основы термической обработки стали криогенного типа заключаются в значительном охлаждении ранее закаленных заготовок. Главная цель использования – прекращение мартенситного преобразования.

Как и в случае с другими перечисленными средствами, заготовку потребуется постепенно прогреть до стандартной температуры.

Химико-термическая обработка

В ходе обработки происходит преобразование внешнего слоя материала. Это позволяет повысить твердость, защитить сырье от коррозии и дополнительно нарастить износостойкость.

В процессе могут использоваться следующие методы:

• Цементация. Также называется науглероживанием. Поверхность насыщается углеродом. Сначала проводится термическая обработка, участки, которые не планируется обрабатывать, обмазываются защитными составами. Процедура проводится в диапазоне 900-950°С.
• Азотирование. В отличие от цементации вместо углерода применяется азот. Для этого создается нагретая аммиачная среда. Температурный диапазон составляет 500-520°С.
• Цианирование. Применяется как углерод, так и азот в разных соотношениях в зависимости от температуры. Процесс возможен как в газовой, так и в жидкой среде.
• Хромирование. Один из видов металлизации. Назван так по основному веществу, которым насыщается материал (хром). Улучшает прочность, коррозийную стойкость, внешний вид детали.

Технология выбирается с ориентиром на особенности и характеристики конкретного типа сплава.

2022 Пятнадцатая выставка технологий и оборудования для термообработки, Москва, Экспоцентр: вакуумные печи, дуговые печи, индукционный нагрев

Единственная в России международная специализированная выставка оборудования и технологий термообработки материалов, пройдет в пятнадцатый раз

Даты проведения: 13 — 15 сентября 2022

Время работы: 13 — 14 сентября 10. 00 — 18.00; 15 сентября 10.00 — 16.00

Место проведения: Москва, ЦВК «Экспоцентр», павильон 7

Адрес: Краснопресненская набережная, д. 14

Станция метро «Деловой центр» / «Выставочная», вход — со стороны Краснопресненской набережной возле моста Багратион.

Организатор выставки: Выставочная Компания «Мир-Экспо»

Видео отчёт по 14-ой выставке Термообработка — 2021:

Видеоинтервью участников выставки 2021 года:

* Больше видео-интервью участников выставки 2021 года:

— в разделе Видеогалерея

— на Youtube-канале выставки Термообработка

Основные разделы выставки:

Нагревательные электрические печи

Термическое и химико-термическое оборудование для отжига, закалки, отпуска

Индукционное оборудование: печи, промышленные установки и нагреватели. Преобразователи частоты и трансформаторы для установок индукционного нагрева

Вакуумная техника и компоненты вакуумных систем: вакуумные электропечи, термошкафы и напылительные системы; вакуумные насосы, вакуумметры, вакуумные затворы и клапана, регуляторы расхода газа

Лабораторные муфельные печи и сушильные шкафы

Установки нанесения покрытий, в т.ч. для плазменного нанесения защитных покрытий

Лазерно-технологическое оборудование. Лазерная закалка и лазерное термоупрочнение

Комплексы глубокого охлаждения (криогенная обработка)

Азотные станции, кислородные станции, водородные станции, компрессорное оборудование, холодильные установки

Системы охлаждения: градирни и чиллеры. Технологии по очистке и регулированию температуры промышленных жидкостей

Промышленные моечные машины и линии

Оборудование для электронно-лучевой сварки и сварки в среде аргона

Оборудование для исследования свойств материалов, неразрушающий контроль: твердометры, оборудование для пробоподготовки, оборудование для механических испытаний, спектрометры, пирометры

Лабораторное оборудование: спектрометры, приборы бесконтактного измерения температуры, анализаторы для определения газообразующих примесей в твердых материалах

Технологии измерения температур, влажности и вакуума: термоэлементы, измерительные преобразователи, датчики сопротивления, защитная арматура, гильзы, цифровые дисплейные приборы, измерительные станции, симуляторы, калибраторы, запчасти и комплектующие

Центробежное литье коррозионных, жаропрочных и специальных сталей и сплавов

Отливки из жаропрочной стали. Печное оборудование и технологическая оснастка для термообработки: рекуператоры, поддоны, решетки, корзины, опоры, фитинги,
крыльчатки, радиантные трубы, реторты, ролики и т.д. для всех типов печей

Механизмы для транспортировки нагретого металла, внутрипечные вентиляторы, рекуператоры, муфели, прочие изделия из жаропрочных материалов

Огнеупоры и футеровка тепловых агрегатов. Теплоизоляция и пожарозащита

Изделия из графита, углеродного войлока и углерод-углеродных композитов для высокотемпературного оборудования

Модификация изделий и их уплотнение углеродом на основе пека (GRL) и фенольных смол, шликерные защитные покрытия, ламинирование поверхностей

Многослойные ткани и пространственно-армирующие тканые изделия

Специальные покрытия и клеи для высокотемпературных промышленных процессов

Смазочные материалы и технические жидкости

Конструирование и изготовление термических блоков (нагреватели, токоподводы, силовые конструкции)

Газовые и жидкотопливные горелки, системы газоснабжения и автоматизации. Импульсные системы управления горелками

Шкафы управления печами

Металлорукава гибкие высокого давления

Пусконаладочные работы, профессиональный монтаж, модернизация, сервисное обслуживание, текущий и капитальный ремонт печей и печного оборудования

15-я международная конференция
«Инновационные технологии термообработки»

Посетители:

В 2021 году выставку «Термообработка» посетило 2150 специалистов.

Это руководители и специалисты ведущих производственных предприятий металлургической, авиационно-космичеcской, машиностроительной, оборонной отраслей, а также других промышленных предприятий, исследовательских и образовательных учреждений. Вы можете ознакомиться с видео-отзывами экспонентов выставки 2021 года.

Выставка предоставляет возможность познакомиться с основными современными термическими технологиями: термообработка стали, чугуна, металлов и алюминиевых сплавов, термообработка деталей автомобилей и станков, труб, вакуумная термообработка, а также изучить различные виды и режимы термообработки, увидеть современное оборудование для термообработки, провести переговоры с производителями, задать свои вопросы, получить компетентные ответы и, возможно, подписать выгодные контракты.

Среди постоянных участников выставки — такие известные российские и иностранные производители термического оборудования как НАКАЛ, Финвал, Bosio, ТХМ-Промпечь, Schmetz, B.M.I. Fours Industriels, Галика АГ, RÜBIG Engineering, ALD Vacuum Technologies, KANTHAL и другие.

География экспонентов выставки «Термообработка — 2021»:

В 2021 году в выставке приняли участие 50 экспонентов из 11 стран мира: Россия, Беларусь, Германия, Австрия, Италия, Швейцария, Польша, Китай, Словения, Франция, Турция.

Выставка проходила при поддержке «Международной Федерации Термообработки и Модифицирования Поверхности» — IFHTSE.

Видеозапись вебинара «Термическое оборудование и технологии для современного производства»:

Что такое термическая обработка металлов? Методы и преимущества

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

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

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

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

Польза

Причины проведения термообработки могут быть разными. Некоторые процедуры делают металл мягким, а другие повышают твердость . Они также могут влиять на электрическую и теплопроводность этих материалов.

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

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

Этапы процесса термообработки

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

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

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

Нагрев

Детали реактивного двигателя, направляемые в печь

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

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

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

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

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

Выдержка

Во время выдержки металл выдерживается при достигнутой температуре. Продолжительность зависит от требований.

Например, поверхностное упрочнение требует только структурных изменений поверхности металла, чтобы повысить твердость поверхности. В то же время для других методов требуются единые свойства. В этом случае период выдержки больше.

Время выдержки также зависит от типа материала и размера детали. Более крупным деталям требуется больше времени, когда целью являются однородные свойства. Это происходит из-за того, что сердцевине большой части требуется больше времени, чтобы достичь необходимой температуры.

Охлаждение

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

Скорость охлаждения регулируется различными средами, такими как солевой раствор, вода, масло или воздух. Вышеупомянутая последовательность охлаждающих сред находится в порядке убывания эффективной скорости охлаждения. Солевой раствор быстрее всего поглощает тепло, а воздух — медленнее всего.

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

Фазовые диаграммы

У каждого металлического сплава своя фазовая диаграмма. Как уже было сказано ранее, термическая обработка проводится по этим схемам. Они показывают структурные изменения, происходящие при разных температурах и различном химическом составе.

Давайте возьмем фазовую диаграмму железо-углерод в качестве примера, так как она наиболее известна и широко преподается в университетах.

Фазовая диаграмма железо-углерод является важным инструментом при изучении поведения различных углеродистых сталей при термообработке. Ось x показывает содержание углерода в сплаве, а ось y — температуру.

Обратите внимание, что 2,14% углерода — это предел, при котором сталь становится чугуном.

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

A1: Верхняя граница фазы цементит/феррит.

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

A3: Граница раздела, отделяющая фазу аустенит + феррит от фазы γ (гамма) аустенита.

Acm: Граница раздела, отделяющая аустенит γ от аустенита + цементита.

Фазовая диаграмма является важным инструментом, позволяющим определить, будет ли термообработка полезной или нет. Каждая структура привносит определенные качества в конечный продукт, и выбор термообработки делается на основе этого.

Распространенные методы термической обработки

Существует довольно много методов термической обработки. Каждый из них обладает определенными качествами.

К наиболее распространенным методам термообработки относятся:

• Отжиг;
• Нормализация;
• Закаливание;
• Старение;
• Снятие напряжения;
• Темперирование;
• Цементация.

Отжиг

При отжиге металл нагревается выше верхней критической температуры, а затем охлаждается с медленной скоростью.

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

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

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

Нормализация

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

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

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

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

Закалка

Самый распространенный процесс термообработки — закалка — используется для увеличения твердости металла. В некоторых случаях затвердеть может только поверхность.

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

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

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

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

Старение

График старения алюминия 6061

Старение или дисперсионное твердение — это метод термообработки, который в основном используется для повышения предела текучести ковких металлов. В ходе процесса образуются равномерно диспергированные частицы в структуре зерна металла, которые вызывают изменения в свойствах.

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

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

Снятие напряжения

Снятие напряжения особенно часто используется для деталей котлов, баллонов с воздухом, аккумуляторов и т. д. При этом методе нагревают металл до температуры чуть ниже его нижней критической границы. Процесс охлаждения медленный и, следовательно, равномерный.

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

Отпуск

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

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

Цементация стали

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

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

Какие металлы подходят для термической обработки?

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

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

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

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

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

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

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Термообработка металлов и сплавов | Блог о металлообработке

Термическая обработка (ТО) металлов и сплавов представляет собой технологический процесс, в ходе которого происходит их нагрев и последующее охлаждение с определенной скоростью. При этом меняются физические свойства материалов без изменения их химического состава.

Виды термообработки и применяемое оборудование подбираются исходя из производственных целей, марки металла или сплава, толщины и конфигурации изделий. Теоретической основой ТО металлов является диаграмма фазового равновесия (состояния) «железо-углерод».

Цель проведения термообработки металлов

Целью проведения ТО является придание металлическим заготовкам, образцам либо деталям определенной прочности, твердости, вязкости, износостойкости, упругости, обрабатываемости. Выделяют несколько основных способов термообработки сталей:

• объемная;

• поверхностная;

• электротермическая;

• химико-термическая;

• термомеханическая.

Объемная термообработка приводит к микроструктурным изменениям по всему объему металлических изделий. К основным видам объемной термообработки относятся: закалка, отжиг, отпуск, нормализация.

Поверхностная ТО вызывает изменения только в относительно небольшом, поверхностном слое заготовки или детали.

Технология электротермической обработки металлов предполагает использование для повышения их температуры индукционного тока высокой частоты. Реализуется данный метод либо контактным нагревом, либо с использованием специальных электропечей.

При химико-термических способах обработки сталей и сплавов используются вещества (углерод, азот, хром, алюминий и т.д.), способствующие качественному изменению как состава, так и структуры поверхностного слоя детали или заготовки.

Целью термомеханической обработки металлических деталей является их упрочнение при сохранении необходимых показателей пластичности. Она часто используется в прокатном производстве для обработки труб, пружин, штанг, рессорных полос.

Виды термообработки металлов

Существует несколько технологий по термической обработке металлов и металлических сплавов. Выбор зависит от исходного материала и требуемого результата.

Отжиг

Отжиг является технологической операцией позволяющей добиться нормализации структуры в металлических образцах которые получены технологией ковки, литья, сварки. Процесс обычно включает в себя три этапа:

Различают отжиг первого и второго рода.

Нормализация

Нормализация представляет собой процесс нагревания деталей и заготовок до критических точек, термической выдержки и охлаждения на воздухе. Она часто применяется для горячекатаных изделий. В результате нормализации металлов и сплавов увеличивается их механическая прочность, вязкость, сопротивление излому, технологическая обрабатываемость.

Закалка

Производственный процесс закалки состоит из этапа нагрева заготовок выше критических точек, термовыдержки и быстрого охлаждения, как правило, в воде либо масляной ванной. Чаще всего закалке подвергаются углеродистые и легированные стали. Преобразования в структуре металла вызванные закалкой могут приводить к изменениям механических (твердость, ударная вязкость), физических (электросопротивление, магнитные характеристики) и химических (коррозиестойкость, химсостав) параметров.

Отпуск

Отпуск является операцией часто используемой после закалки металлических деталей. Он позволяет снизить жесткость и хрупкость стали путем увеличения ударной вязкости. Отпуск также используется для снятия внутренних напряжений в ответственных деталях используемых в различных машинах и механизмах.

Различают низкий, средний и высокий отпуск. Охлаждение деталей при отпуске может происходить как на воздухе, так и в масле.

Старение

Различные режимы термообработки металла могут приводить к изменению одних, и приданию других (необходимых) свойств.

Старение, или дисперсионное твердение, является одним из видов заключительной термической обработки. Оно может проводится для различных марок чугуна, сталей, цветных металлов, сплавов.

Результатом искусственного старения металла или сплава обычно является увеличение прочности и твердости детали при снижении показателей вязкости и пластичности.

Термообработка токами высокой частоты

Процесс термообработки сталей и сплавов с применением ТВЧ основывается на их индукционном нагреве под воздействием электрического тока. При закалке изделий с использованием ТВЧ оборудования удается добиться высокой производительности, максимальной автоматизации процесса, точности регулирования обрабатываемого слоя. 

Какие материалы подвергаются термообработке

Процесс термообработки применяется для низко- и высокоуглеродистых, легированных, жаростойких (хромоникелевых), конструкционных, инструментальных, специальных сталей.

С целью устранения негативных эффектов, вызванных различными видами сварки также производится термообработка сварных соединений деталей машин, труб, коллекторов.

Термическая обработка сталей и сплавов

ООО «Асбестовский ремонтно-машиностроиетльный завод» оказывает широкий перечень услуг по термической обработке сталей и сплавов.

Под термической обработкой понимают процессы, при которых путем теплового воздействия изменяют структуру металлов и сплавов.

Между структурой и многими свойствами материала существует закономерная связь. Использование термической обработки позволяет в широких пределах изменять механические, физико-химические и технологические свойства металлов и сплавов. В технологическом процессе изготовления деталей машин термическая обработка может быть как промежуточной операцией, которая подготавливает структуру и улучшает технологические свойства для последующих операций, например обработки давлением или резанием, так и окончательной ступенью, когда формируются требуемые структура и комплекс свойств.

Термической обработке подвергают слитки, отливки, полуфабрикаты, сварные соединения, детали машин, инструменты.

Виды термообработки

• Термическая термообработка
  • Отжиг
  • Нормализация
  • Закалка
  • Отпуск
  • Улучшение
  • Горячий съем/посадка узлов и деталей
  • Поверхностная закалка ТВЧ
  • Поверхностная плазменная закалка
  • Цементация

• Термомеханическая обработка металла

Контроль качества проведенной термообработки осуществляет центральная заводская лаборатория. .

Термическая термообработка металла:

Отжиг

При отжиге изделия нагревают выше критических температур и медленно охлаждают вместе с печью, в результате чего образуется более равновесная структура. Назначение — снижение твердости, снятие напряжений, получение равновесной структуры, улучшение обрабатываемости, устранение наклепа и обеспечение диффузионных процессов с целью наиболее полного выравнивания химической неоднородности.

Нормализация

Нормализация отличается от отжига тем, что изделия охлаждаются на воздухе. При этом структура получается более мелкозернистой.

Нормализация применяется для исправления структуры перегрева стали, снятия внутренних напряжений, разрушения карбидной сетки, улучшения обрабатываемости конструкционных малоуглеродистых и низколегированных сталей и как предварительная операция для увеличения глубины прокаливаемости углеродистых инструментальных сталей.

Закалка

Закалка – термическая обработка, целью которой является улучшение механических свойств металла. Процесс основан на перестроении атомной решетки за счет воздействия высокой температуры с последующим охлаждением. Закалка стали позволяет придать недорогим сортам металла высокие эксплуатационные качества. За счет этого снижается стоимость изготавливаемых изделий и повышается прибыльность налаженного производства.

Отпуск

Отпуск применяют для уменьшения или полного снятия напряжений, уменьшения твердости закаленной стали и увеличения пластичности.

Улучшение

Улучшением называется процесс термической обработки, заключающийся в закалке стали с последующим высоким отпуском. Улучшение применяется для измельчения структуры, а также для получения наилучшего сочетания прочности и вязкости конструкционной стали, главным образом легированной.

Насаживание/съем деталей в горячем состоянии

Насаживание деталей в горячем состоянии производится путем нагрева до определенной температуры детали с отверстием. При этом отверстие в диаметре увеличивается, и посадка осуществляется без давления, свободно.

Поверхностная закалка ТВЧ

Многие детали машин, приборов и станков работают в условиях постоянного трения и испытывают различные нагрузки (ударные, сжимающие, растягивающие, изгибающие, крутящие, и контактные). Таким деталям необходима высокая твердость поверхностного слоя и вязкая сердцевина, что возможно достичь посредством поверхностного упрочнения деталей.

Закалка токами высокой частоты имеет достаточно высокую гибкость применения благодаря ряду изменяемых параметров и возможности индивидуального подхода к каждой детали, что позволяет получать необходимую твердость и глубину закаленного слоя.

Детали, подвергнутые закалке ТВЧ, при правильном выборе стали и режимов термической обработки обладают высокой статической и усталостной прочностью, высокой износостойкостью и контактной прочностью и малой чувствительностью к концентраторам напряжений.

Во многих случаях поверхностная индукционная закалка может с успехом применяться вместо цементации либо сквозной закалки и отпуска, позволяя получить не только более высокую прочность и долговечность изделий, но и значительную экономию, снижение стоимости стали и термической обработки.

Поверхностная плазменная закалка

Сущность плазменной закалки состоит в высокоскоростном нагреве потоком плазмы поверхностного слоя металла и быстром его охлаждении в результате передачи тепла в глубинные слои материала детали.
Цель плазменной закалки — изготовление деталей и инструмента с упрочненным поверхностным слоем толщиной до нескольких миллиметров при неизменном общем химическом составе материала и сохранении во внутренних слоях первоначальных свойств исходного металла.

Материалы, подвергаемые плазменной закалке — инструментальные стали, чугуны, твердые сплавы, цементированные и нитроцементированные стали, цветные сплавы и другие материалы.

Эффект от плазменной закалки определяется повышением эксплуатационных свойств детали, благодаря изменению физико-механических характеристик поверхностного слоя, вследствие образования специфической структуры и фазового состава металла с высокой твердостью и дисперсностью, а также получения на поверхности сжимающих остаточных напряжений.

Цементация

Данный вид химико-термической обработки сочетает тепловое воздействие с насыщением поверхностного слоя изделия углеродом. Цементированные изделия после закалки приобретают весьма высокую твердость поверхностного слоя, сохраняя вязкую сердцевину.

Термомеханическая обработка (ТМО)

ТМО – это совокупность операций пластической деформации и термической обработки, выполняемых в определенной последовательности. Известно, что дефекты кристаллического строения оказывают значительное влияние на формирование структуры при фазовых превращениях. Поэтому, создавая при пластической деформации повышенную плотность дефектов и определенное их распределение, можно в существенной мере воздействовать на структурообразование при термической обработке и целенаправленно изменять свойства.

Оборудование для термообработки

Наш завод оснащен современным оборудованием для термообработки металлов. Мы можем производить термообработку крупногабаритных изделий при помощи газовых, электропечей, установки ТВЧ и установки плазменной закалки.

Печь шахтная электрическая	Ø 1600 мм H 3000 Масса садки 6000 кг	Отжиг Нормализация Отпуск Горячий съем/посадка узлов и деталей Цементация Искусственное старение
Печь шахтная электрическая	Ø 1000 мм H 1000 Масса садки 1250 кг	Отжиг Нормализация Отпуск Горячий съем/посадка узлов и деталей Цементация Искусственное старение
Установка ТВЧ		Поверхностная закалка Пайка
Установка плазменной закалки		Поверхностная закалка крупногабаритных изделий
Печь шахтная электрическая	Ø 1600 мм H 3000 Масса садки 6000 кг	Отжиг Нормализация Отпуск Горячий съем/посадка узлов и деталей Цементация Искусственное старение
Электропечь камерного типа	950х450х450 Масса садки 125 кг	Отжиг Нормализация Отпуск Цементация Искусственное старение Закалка Улучшение
Газовая печь с выкатным подом. Лит. Цех.	2450х4200х2060 Масса садки 25000 кг	Отжиг Нормализация Отпуск Горячий съем/посадка узлов и деталей Закалка Улучшение

Общая информация об оборудовании для термической обработки крепежа, метизов и деталей

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ТЕРМООБРАБОТКЕ

КОНВЕЙЕРНЫЕ ПЕЧИ

ШАХТНЫЕ ПЕЧИ
КОЛПАКОВЫЕ ПЕЧИ
ПЕЧИ КАМЕРНЫЕ ДЛЯ ОТЖИГА ПРОВОЛОКИ
ВАКУУМНЫЕ ПЕЧИ
ТИГЕЛЬНЫЕ ПЕЧИ
КОНВЕЙЕРНЫЕ ПЕЧИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
САДОЧНЫЕ ПЕЧИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
ГЕНЕРАТОРЫ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ

ИНДУКЦИОННАЯ ТЕРМООБРАБОТКА ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

ЧТО ТАКОЕ ТЕРМООБРАБОТКА

Термическая обработка (термообработка) – это процесс обработки материала для придания ему необходимых свойств. Данный процесс включает в себя несколько стадий: нагрев материала с определенной скоростью до определенной температуры, последующая выдержка в течении определенного времени при заданной температуре и охлаждение с определенной скоростью до заданной температуры.

МАТЕРИАЛЫ, ПОДВЕРГАЕМЫЕ ТЕРМООБРАБОТКЕ

Черные металлы:

• Сталь*
• Чугун
• Сплавы
• Нержавеющая сталь
• Инструментальная сталь

Цветные металлы:

• Алюминий
• Медь
• Латунь
• Титан

*Более 80% процентов термической обработки выполняется для стали

Термическая обработка (термообработка) бывает следующих видов: отжиг, нормализация, закалка, отпуск, поверхностная закалка

Отжиг

— это метод термической обработки, при котором металл нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре в течение некоторого времени, а затем медленно охлаждают до комнатной температуры. Этот процесс улучшает однородность металла, снижает его твердость, что облегчает дальнейшую механическую обработку. Цели отжига — снижение твёрдости для облегчения механической обработки, улучшение микроструктуры и достижение большей однородности металла, снятие внутренних напряжений.

Закалка

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

Отпуск

— это метод термообработки, используемый для повышения упругости сплавов на основе железа, таких как сталь. Металлы на основе железа очень твердые, но также часто слишком хрупки для использования в разных целях. Процесс отпуска может использоваться для изменения твердости, пластичности и прочности металла, что обычно облегчает обработку.

Нормализация

— это процесс отжига стали, где ее нагревают на 30-50°C выше, чем при отжиге, и долго выдерживают при критической температуре. Сталь, обработанная таким способом, должна охлаждаться воздухом. Термическая обработка при нормализации приводит к получению более мелких аустенитных зерен, а при воздушном охлаждении образуются более очищенные ферритные зерна. Этот процесс улучшает обрабатываемость, пластичность и прочность стали.

Поверхностная закалка

– процесс, позволяющий достигнуть высокой прочности и твердости поверхностного слоя, сочетающегося с достаточной вязкостью сердцевины. Такая закалка может быть достигнута за счет кратковременного нагрева поверхностного слоя металла до температуры закалки и последующего быстрого охлаждения. При этом скорость нагрева должна быть такой, чтобы тепло не успело распространиться вглубь детали, в противном случае произошла бы объемная закалка изделия.

Более развёрнутая информация об отжиге, закалке, отпуске и нормализации стали находится на странице КОМПЛЕКСНАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

СХЕМА ПРОЦЕССА ТЕРМООБРАБОТКИ

Полный отжиг

Отжиг для снятия напряжений

Сфероидизация

НОРМАЛИЗАЦИЯ

Закалка и отпуск

Стандартная закалка и отпуск

Аустенизация

Мартенситная закалка

Поверхностная закалка

Карбюризация
Цианирование
Азотирование
Карбонитрирование

Закалка пламенем

Индукционная закалка

Электронно-лучевая закалка

Лазерная закалка

ОЧЕРЕДНОСТЬ ПРОЦЕССА ТЕРМООБРАБОТКИ

Загрузка

Промывка

• Предварительная промывка с коагулятором
• Де-фосфатная система
• Промывка спреем

Нагревание

• Подогрев
• Нагревание
• Выдержка и диффузия
• Предохлаждение

• Отпуск
• Покрытие поверхности

• Охлаждение
• Промывка

Выгрузка

ПРИМЕР ОБОРУДОВАНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ

• Оборудование для очистки/промывки металла (мойка-полоскание)
• Газовая печь
  • Прямое нагревание с использованием горелок, запущенных непосредственно в печь
  • Непрямого нагрева: радиационная труба, муфельная печь, ретортная печь и т. д.
  • Нагревательные ванны с соляным расплавом (свинцовым расплавом)
  • Кипящий слой
• Электрическая печь
  • Индукционный нагрев
  • Электрический нагрев
  • Другое (лазер, электронный луч, и т.д.)
• Охлаждающее оборудование
• Система транспортировки и загрузки материалов
• Лабораторное оборудование, оборудование для тестирования качества

ВИДЫ ПЕЧЕЙ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ

• ❑ Камерные печи
• ❑ Печи с выдвижным подом
• ❑ Колпаковые печи
• ❑ Вертикальные шахтные печи
• ❑ Вакуумные печи

• ❑ Плавильные печи
• ❑ Печи с роликовым подом
• ❑ Печи с барра-роликами
• ❑ Полосные непрерывные
• ❑ Индукционные непрерывные

• ❑ Конвейерные печи
• ❑ Толкательные печи
• ❑ Печи кипящего слоя
• ❑ Соляные печи
• ❑ Печи с вращающимся подом

• ❑ Плазменные печи
• ❑ Индукционные печи
• ❑ Лазерные печи
• ❑ Электронно-лучевые печи
• ❑ Пламенные печи

Особенности печей разных видов нагрева

Электрические печи

• Низкая стоимость электрических печей
• Низкая стоимость эксплуатации электрических печей
• Равномерный нагрев в электрических печах

Газовые печи

• Стоимость газового оборудования выше чем электрического
• Стоимость эксплуатации газовых печей ниже чем электрических
• Газовое оборудование не подвержено сбоям электропитания

ПЕЧИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО И НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

ПЕЧИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

• Система нагрева располагается в изолированной камере с дверцей для загрузки и выгрузки
• Партийное производство

Пример: камерная печь, шахтная печь, колпаковая печь, элеваторная печь

ПЕЧИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

• Механизмы транспортировки работы через печь включают вращающиеся поды и прямоходные конвейеры
• Поточное производство

КОМПОНЕНТЫ ТИПИЧНОЙ ЛИНИИ ТЕРМООБРАБОТКИ

Загрузочная станция

Мойка и сушка

Печь для термообработки (карбюризатор, закалочная печь, вакуумная печь, и т. д.)

Газовая среда (генератор или коммерческая поставка)

Охладитель

Мойка и сушка

Печь для отпуска

Выгрузка

Контроль качества- инспекция

3 стадии термической обработки

Обзор термической обработки

Все типичные процессы, выполняемые с металлами, выделяют тепло, будь то сварка или резка, и каждый раз, когда вы нагреваете металл, вы изменяете его металлургическую структуру и свойства. И наоборот, вы также можете использовать термическую обработку для восстановления металлов до их первоначальной формы.

Термическая обработка – это процесс нагревания металла, не позволяя ему достичь расплавленного состояния или стадии плавления, а затем контролируемого охлаждения металла для выбора желаемых механических свойств. Термическая обработка используется, чтобы сделать металл более прочным или более ковким, более устойчивым к истиранию или более пластичным.

Позвольте нам удовлетворить ваши потребности в термообработке

Kloeckner работает с рядом партнеров по термообработке стали, чтобы предоставить нашим клиентам качественные детали, соответствующие их спецификациям. Мы предлагаем термообработанные изделия «под ключ» из нашего общенационального запаса толстолистового, пруткового и листового проката.

Запросить цену

Какими бы ни были ваши пожелания, вы никогда не сможете получить все, что хотите. Если вы закаляете металл, вы также делаете его хрупким. Если вы смягчаете металл, вы уменьшаете его прочность. Улучшая одни свойства, вы ухудшаете другие и можете принимать решения на основе конечного использования металла.

Теория термообработки 

Все термообработки включают в себя нагрев и охлаждение металлов, но есть три основных различия в процессе: температура нагрева, скорость охлаждения и типы закалки , которые используются для получения желаемых свойств. В следующей записи блога мы расскажем о различных типах термической обработки черных металлов или металлов с железом, которые включают отжиг, нормализацию, закалку и/или отпуск.

Для термообработки металла вам потребуется соответствующее оборудование, чтобы вы могли тщательно контролировать все факторы, связанные с нагревом, охлаждением и закалкой. Например, печь должна быть подходящего размера и типа для контроля температуры, включая газовую смесь в нагревательной камере, и вам нужны соответствующие закалочные среды для правильного охлаждения металла.

Этапы термической обработки 

Существует три этапа термической обработки: 

• Медленно нагревайте металл, чтобы обеспечить постоянную температуру металла 

• Замачивание или выдержка металла при определенной температуре в течение установленного периода времени

• Охладить металл до комнатной температуры

Стадия нагрева 

На стадии нагрева главная цель – обеспечить равномерный нагрев металла. Вы получаете равномерный нагрев, нагревая медленно. Если вы нагреваете металл неравномерно, один участок может расширяться быстрее, чем другой, что приводит к деформации или растрескиванию участка металла. Вы выбираете скорость нагрева в соответствии со следующими факторами: 

• Теплопроводность металла. Металлы с высокой теплопроводностью нагреваются быстрее, чем металлы с низкой теплопроводностью.

• Состояние металла. Инструменты и детали, которые ранее подвергались закалке или напряжению, должны нагреваться медленнее, чем инструменты и детали, которые не были закалены.

• Размер и сечение металла. Более крупные детали или детали с неровным поперечным сечением необходимо нагревать медленнее, чем мелкие детали, чтобы внутренняя температура была близка к температуре поверхности. В противном случае есть риск растрескивания или чрезмерной деформации.

Стадия выдержки 

Целью стадии выдержки является сохранение металла при соответствующей температуре до тех пор, пока не будет сформирована желаемая внутренняя структура. «Период выдержки» — это то, как долго вы держите металл при соответствующей температуре. Чтобы определить правильный отрезок времени, вам понадобится химический анализ и масса металла. Для неровных сечений вы можете определить период замачивания по наибольшему сечению.

Как правило, не следует доводить температуру металла от комнатной до температуры выдержки за один этап. Скорее, вам нужно будет медленно нагревать металл чуть ниже температуры, при которой структура изменится, а затем удерживать его до тех пор, пока температура не станет одинаковой по всему металлу. После этого шага «предварительного нагрева» вы быстрее нагреваете до конечной температуры, которая вам нужна. Детали более сложной конструкции могут потребовать слоев предварительного нагрева для предотвращения деформации.

Этап охлаждения 

На этапе охлаждения вам нужно охладить металл до комнатной температуры, но это можно сделать разными способами в зависимости от типа металла. Может потребоваться охлаждающая среда, газ, жидкость, твердое вещество или их комбинация. Скорость охлаждения зависит от самого металла и среды для охлаждения. Из этого следует, что выбор, который вы делаете при охлаждении, является важным фактором в желаемых свойствах металла.

Закалка — это быстрое охлаждение металла на воздухе, в масле, воде, рассоле или другой среде. Обычно закалка связана с закалкой, потому что большинство закаленных металлов быстро охлаждаются при закалке, но не всегда верно, что закалка или иное быстрое охлаждение приводит к закалке. Закалка в воде, например, применяется для отжига меди, а другие металлы закаляются медленным охлаждением.

Не все металлы следует закаливать – закалка может привести к растрескиванию или деформации некоторых металлов. Как правило, рассол или вода могут быстро охладить металл, тогда как масляные смеси лучше подходят для более медленного охлаждения. Общие рекомендации заключаются в том, что вы можете использовать воду для закалки углеродистых сталей, масло для закалки легированных сталей и воду для закалки цветных металлов. Однако, как и при любой другой обработке, выбранная вами скорость и среда охлаждения должны соответствовать металлу.

Компания Kloeckner работает с различными партнерами по термообработке, чтобы предоставить нашим клиентам качественные детали, соответствующие их спецификациям. Мы предлагаем термообработанные изделия «под ключ» из нашего общенационального запаса пластин, прутков и листов. Пожалуйста, свяжитесь с Kloeckner Louisville или позвоните по номеру (678) 259.-8800 для ваших нужд термообработки.

Позвольте нам удовлетворить ваши потребности в термообработке

Kloeckner работает с рядом партнеров по термообработке стали, чтобы предоставить нашим клиентам качественные детали, соответствующие их спецификациям. Мы предлагаем термообработанные изделия «под ключ» из нашего общенационального запаса толстолистового, пруткового и листового проката.

Запросить цену

Термическая обработка: что это такое и как она работает

Что такое термическая обработка?

Хотя большинство людей не знают, что такое термическая обработка, на самом деле это неотъемлемая часть производственного процесса. Это связано с тем, что термообработка позволяет улучшить металлическую деталь, чтобы материал лучше противостоял износу. Термическая обработка включает в себя нагрев металла или сплава до определенной температуры и последующее охлаждение для затвердевания материала.

Термическая обработка может использоваться на различных этапах производственного процесса для изменения определенных свойств этого металла или сплава. Например, вы можете использовать термообработку, чтобы сделать его прочнее, тверже, долговечнее или пластичнее, в зависимости от того, что нужно материалу для правильной работы.

Некоторые известные отрасли, в которых термическая обработка играет важную роль, включают самолетостроение, автомобили, скобяные изделия, такие как пилы и топоры, компьютеры, космические корабли, военную и нефтегазовую промышленность.

Как работает термообработка?

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 «время выдержки». Продолжительность выдержки играет важную роль в характеристиках металла, так как металл, выдержанный в течение длительного времени, претерпит другие изменения микроструктуры, чем металл, пропитанный металлом. на более короткий период времени.

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

Термическая обработка металла во время производственного процесса также определяет, какие свойства изменяются, а некоторые металлы могут даже подвергаться многократной обработке.

Знать, при каких температурах нагревать и охлаждать металлы, а также сколько времени должен занимать каждый этап процесса для конкретного металла или сплава, чрезвычайно сложно. По этой причине ученые-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 термической обработки включают:

• Закалка : Когда металл затвердевает, он нагревается до точки, при которой элементы в материале превращаются в раствор. Дефекты конструкции затем трансформируются путем создания надежного раствора и упрочнения металла. Это увеличивает твердость металла или сплава, делая его менее пластичным.
• Отжиг : Этот процесс используется для таких металлов, как медь, алюминий, серебро, сталь и латунь. Эти материалы нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре до тех пор, пока не произойдет превращение, а затем медленно высушивают на воздухе. Этот процесс размягчает металл, делая его более пригодным для обработки и с меньшей вероятностью разрушения или растрескивания.
• Закалка : Некоторые материалы, такие как сплавы на основе железа, очень твердые, что делает их хрупкими. Закалка может уменьшить хрупкость и укрепить металл. В процессе отпуска металл нагревают до температуры ниже критической, чтобы уменьшить хрупкость и сохранить твердость.
• Закалка : Материал затвердевает снаружи, а внутри остается мягким. Поскольку отверждение может привести к хрупкости материалов, поверхностное упрочнение используется для материалов, которым требуется гибкость при сохранении прочного слоя износа.
• Нормализация : Подобно отжигу, этот процесс делает сталь более прочной и пластичной за счет нагревания материала до критических температур и поддержания его при этой температуре до тех пор, пока не произойдет преобразование.

Почему термообработка важна?

Без термической обработки металла, особенно стали, металлические детали для всего, от самолетов до компьютеров, не будут функционировать должным образом или вообще не будут существовать. В частности, детали из цветных металлов будут намного слабее. Алюминиевые и титановые сплавы, а также бронза и латунь упрочняются путем термообработки. Многие из этих металлов используются в производстве автомобилей, самолетов и других изделий, в которых прочные металлы зависят не только от производительности, но и от безопасности.

Поскольку термически обработанные металлы часто прочнее, чем нетермообработанные, предварительная обработка металлических деталей предотвращает коррозию, что не приведет к замене дорогостоящих металлических деталей позже или так же часто. Это заставляет машины работать дешевле и эффективнее и предотвращает проблемы.

Решения от General Kinematics

General Kinematics предлагает оптимальное оборудование для улучшения и повышения производительности процесса термообработки и других производственных процессов. При работе с термообработкой металлов существуют различные этапы. General Kinematics предоставляет оборудование, предназначенное для облегчения этого процесса и повышения производительности производства.

Конвейеры 

Общая кинематика Вибрационный спиральный подъемник SPIRA-FLOW™ идеально подходит для термообработки, требующей длинного пути транспортировки, но он сжимает его в спиралевидную форму, чтобы занимать меньше места. Spiral-Flow отлично подходит для производственных предприятий, которые ограничены в пространстве или хотят оптимизировать использование пространства.

Компания General Kinematics предлагает широкий ассортимент дополнительных конвейеров для различных целей термообработки. Независимо от того, хотите ли вы переместить свои материалы из точки А в точку Б, нагреть, охладить и т. д., у GK есть оборудование, необходимое для повышения вашей вычислительной мощности.

Питатели

Подача материала в желаемый процесс термообработки идеально выполняется с помощью промышленных питателей. Двухмассовые вибрационные питатели General Kinematics предназначены для работы в самых суровых условиях и с самыми высокими требованиями. Они оборудованы для работы с самыми сложными материалами, чтобы обеспечить бесперебойную работу вашего технологического процесса. Питатели GK разрабатываются по индивидуальному заказу и требуют минимального обслуживания, что означает меньшее время простоя и большую производительность.

General Kinematics предлагает разнообразное высокопроизводительное промышленное оборудование, предназначенное для различных отраслей промышленности. Узнайте, что еще может предложить компания General Kinematics и как наше лучшее в отрасли оборудование может помочь вашей организации.

Корпорация General Kinematics, зарегистрированная в 1960 году, была создана для продажи, проектирования и изготовления на заказ инновационного вибрационного оборудования для обработки и обработки материалов. Сегодня компания является одним из крупнейших в мире поставщиков вибрационного технологического оборудования, имея более 200 мировых патентов, и вносит значительный вклад в разработку вибрационного оборудования и технические усовершенствования в области его применения. General Kinematics обслуживает клиентскую базу по всему миру через сеть независимых торговых представителей, специализирующихся на инженерных разработках, которые охватывают основные промышленные рынки США. Международные рынки обслуживаются дочерними предприятиями и через комбинацию представителей, лицензированных производителей и стратегических альянсов с ведущими отраслевыми организациями в других стратегически важных местах. На сегодняшний день практически во всех промышленно развитых странах мира установлено более 50 000 единиц техники General Kinematics. По мере появления новых задач в области процессов и повышения эффективности компания General Kinematics способна решать эти задачи с помощью передовых технологий, инновационного проектирования, новых материалов и производственных технологий. Все это направлено на повышение производительности и прибыльности клиентов при соблюдении все более строгих требований.

Термическая обработка: процессы и применения

Термическая обработка относится к контролируемому процессу нагревания и охлаждения материала с целью улучшения его свойств, производительности и прочности. Большинство металлов и сплавов подвергаются термообработке тем или иным способом, и понимание и наука о термообработке были разработаны за последние 100–125 лет. Важность термической обработки очевидна для многих продуктов автомобильной, аэрокосмической, строительной, сельскохозяйственной, горнодобывающей и легкой промышленности, где термическая обработка используется для улучшения свойств материалов, особенно стали [2].

Термическая обработка увеличивает стоимость металлических изделий примерно на 15 миллиардов долларов в год, причем около 80 процентов из них приходится на изделия из стали [2].

Здесь вы узнаете о:

•   Что такое термическая обработка
• Основы термообработки
•   Методы термической обработки
•   Применение термообработки

Что такое термическая обработка?

Термическая обработка – это производственный процесс, при котором материал, обычно металл или сплав, подвергается изменению циклами нагрева и охлаждения при сложных граничных тепловых условиях и широком диапазоне температур. Термическая обработка определяет качество продукта с точки зрения микроструктуры, механических свойств, остаточных напряжений и точности размеров [3].

Основы термической обработки

Процесс термической обработки может применяться к черным металлам, таким как чугун, AHSS, нержавеющая сталь и другие легированные стали, а также к цветным металлам, таким как алюминий, магний, титан, медь или латуни [2].

Процессы термообработки требуют следующих трех основных этапов [2]:

1. Нагрев материала до определенной температуры (в диапазоне до 2400 °F / 1316 °C)
2. Замачивание или поддержание определенной температуры в течение определенного периода времени (от секунд до более чем 60 часов)
3. Охлаждение с подходящей скоростью в соответствии с предписанными методами. Материал можно охлаждать быстро, медленно (в печи) или закаливать (с использованием воды, рассола, масел, растворов полимеров, солей или газов).

Методы термической обработки

Термическая обработка обычно состоит из этапов контролируемого нагрева, выдержки и охлаждения.

Существует пять методов термообработки материалов. Ниже приводится обзор этих основных процессов термообработки и того, как они влияют на материал.

Нормализация

Этот процесс состоит из гомогенизации или измельчения зерна для получения однородности микроструктуры материала. Материал нагревают до температуры выше верхней критической линии фазовой диаграммы карбида железа для получения гомогенной аустенитной фазы. Затем следует фаза охлаждения в слегка перемешиваемом воздухе для образования феррита. Нормализация обычно применяется к слиткам перед обработкой и стальным корпусам перед закалкой [4][5]. Нормализация снижает твердость и повышает пластичность и обычно используется после того, как другие процессы непреднамеренно повысили твердость и снизили пластичность.

Отжиг

В этом процессе материал нагревается выше своей верхней критической точки (температуры, выше которой образуется аустенит), выдерживается там, а затем медленно охлаждается. Этот процесс в основном используется для снятия внутренних напряжений, размягчения и измельчения зернистой структуры металлов. Это приводит к изменению механических и электрических свойств металла. Преимущества отжига включают улучшение обрабатываемости, легкость холодной обработки и повышение стабильности размеров. Этот процесс обычно используется для сталей и стальных сплавов [4].

Поверхностное упрочнение

Это также известно как поверхностное упрочнение . Он включает в себя более дюжины обработок, при которых поверхность материала затвердевает, создавая твердый «корпус», в то время как сердцевина остается жесткой или мягкой. Это обеспечивает повышенную износостойкость таких деталей, как шестерни, кулачки и втулки. Этот процесс является одним из наиболее распространенных для стали и железа.

Закалка

Этот процесс состоит из нагревания материала выше критической точки, где образуется аустенит, с последующим охлаждением. Материал можно быстро охладить на воздухе, в масле, воде и т.д. Этот процесс быстрого охлаждения известен как с закалкой и обычно применяется к нержавеющим и высоколегированным сталям, прежде всего для получения контролируемого количества мартенсита в микроструктуре и получения повышенной твердости [2]. Закалка часто используется в чугунах и сталях, легированных такими металлами, как никель и магний.

Упрочнение старением

Этот процесс, также известный как дисперсионное упрочнение, повышает прочность металлов за счет легирования такими элементами, как медь, титан или алюминий. Этот процесс обычно применяется к нержавеющим сталям с эффектом повышения коррозионной стойкости и стойкости к окислению [6].

Отпуск

Этот процесс следует за предыдущим процессом закалки и состоит из нагревания материала до температуры ниже нижней критической точки с последующим охлаждением с подходящей скоростью. Он используется в основном для повышения пластичности и ударной вязкости, а также для увеличения размера зерна матрицы. Например, такие металлы, как сталь, часто более твердые и хрупкие, чем хотелось бы. Закалка снижает внутренние напряжения и хрупкость. Этот процесс в основном используется в сталях и сплавах на основе алюминия [4].

Применение термообработки

Термическая обработка чаще всего применяется в металлургии. Ниже приведены некоторые примеры применения термообработанных деталей [2][7]:

• Автомобили
•  Аэрокосмическая отрасль
•   Компьютеры
•   Металлообработка
•   Машины
•   Строительство
•   Другие

Мировая автомобильная промышленность в последнее время является крупным игроком на рынке термообработанных металлов. С точки зрения материалов в отрасли доминирует сталь, но прогнозируется, что алюминий и другие металлы для производства автомобилей и самолетов будут стимулировать рост рынка. Мировой рынок термообработки оценивается примерно в 9 долларов.0,7 миллиарда в 2016 году и, по оценкам, будет ежегодно увеличиваться на 3,5% с 2017 по 2025 год [7].

[1] Vanpaemel, J., History of the Hardening of Steel: Science and Technology, Journal de Physique Colloques, 1982, 43 (C4), pp.C4-847-C4-854

[2] Heat Общество лечения, ASM International, Что такое термообработка , The Hearth of Industry, [онлайн].

[3] Аримото, К., Ли, Г., Арвинд, А., и Ву, Т. В. (1988), Моделирование процесса термообработки , В термической обработке, включая мемориальный симпозиум Лю Дая, Труды 18-й конференции, октябрь, Общество термической обработки ASM.

[4] ASM International, Термическая обработка , предметное руководство, [онлайн].

[5] Шарма, Р.К. (1996), Принципы термообработки сталей , New Age International (P) Ltd Publishers, Нью-Дели.

[6] Сингх, Р. (2016), Сварка коррозионностойких сплавов в прикладной технике сварки, второе издание, Elsevier.

[7] Отчет об анализе размера рынка термообработки, доли и тенденций по материалам (сталь, чугун), процессам, оборудованию, приложениям (автомобильная, аэрокосмическая промышленность) и прогнозы по сегментам, 2018–2025 (2018), Grand Посмотреть исследование [онлайн].

Обзор методов термической обработки и их преимуществ

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

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

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

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

Преимущества

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

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

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

Этапы процесса термообработки

Проще говоря, термообработка — это процесс нагревания металла, выдерживания его при этой температуре и последующего охлаждения. В процессе металлическая деталь будет претерпевать изменения в своих механических свойствах. Это связано с тем, что высокая температура изменяет микроструктуру металла. А микроструктура играет важную роль в механических свойствах материала.

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

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

Нагрев

Детали реактивного двигателя отправляются в печь

Как мы уже говорили, микроструктура сплавов будет меняться при термообработке. Нагрев осуществляется по заданному тепловому профилю.

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

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

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

Каждое состояние несет в себе разные качества. Возможно изменение состояния путем нагрева по фазовой диаграмме. Однако охлаждение определяет окончательный результат. Сплав может оказаться в одном из трех состояний, в зависимости исключительно от метода.

Выдержка

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

Например, поверхностное упрочнение требует только структурных изменений поверхности металла для увеличения поверхностной твердости. В то же время другие методы нуждаются в единообразных свойствах. В этом случае срок хранения больше.

Время замачивания также зависит от типа материала и размера детали. Для более крупных деталей требуется больше времени, когда целью являются однородные свойства. Просто сердцевине большой детали требуется больше времени, чтобы достичь необходимой температуры.

Охлаждение

После завершения этапа выдержки металл необходимо охладить в установленном порядке. На этом этапе также происходят структурные изменения. Твердый раствор при охлаждении может остаться прежним, полностью или частично превратиться в механическую смесь в зависимости от различных факторов.

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

Также возможно использование печей в процессе охлаждения. Контролируемая среда обеспечивает высокую точность, когда необходимо медленное охлаждение.

Фазовые диаграммы

Каждый металлический сплав имеет свою фазовую диаграмму. Как было сказано ранее, термообработка производится по этим схемам. Они показывают структурные изменения, происходящие при различных температурах и различных химических составах.

Давайте в качестве примера возьмем фазовую диаграмму железо-углерод, так как она наиболее известна и широко изучается в университетах.

Фазовая диаграмма железо-углерод является важным инструментом при изучении поведения различных углеродистых сталей при термической обработке. Ось x показывает содержание углерода в сплаве, а ось y показывает температуру.

Обратите внимание, что 2,14% углерода является пределом, при котором сталь превращается в чугун.

На диаграмме показаны различные области, в которых металл находится в различных микросостояниях, таких как аустенит, цементит, перлит. Эти регионы отмечены границами A1, A2, A3 и Acm. На этих границах раздела происходят фазовые переходы при прохождении через них значения температуры или содержания углерода.

A1: Верхний предел фазы цементита/феррита.

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

A3: Интерфейс, который отделяет фазу аустенита + феррита от фазы γ (гамма) аустенита.

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

Фазовая диаграмма является важным инструментом для определения того, будет ли термическая обработка полезной или нет. Каждая структура придает конечному продукту определенные качества, на основании которых осуществляется выбор термообработки.

Общие методы термической обработки

Существует несколько методов термической обработки на выбор. Каждый из них несет в себе определенные качества.

К наиболее распространенным методам термообработки относятся:

• Отжиг
• Нормализация
• Закалка
• Старение
• снятие стресса
• Закалка
• Науглероживание

Отжиг

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

Отжиг проводится для размягчения металла. Это делает металл более подходящим для холодной обработки и формовки. Это также повышает обрабатываемость металла, пластичность и ударную вязкость.

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

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

Нормализация

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

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

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

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

Закалка

Наиболее распространенный процесс термической обработки, закалка используется для повышения твердости металла. В некоторых случаях может быть закалена только поверхность.

Заготовка закаляется путем нагревания ее до заданной температуры, а затем быстрого охлаждения путем погружения в охлаждающую среду. Можно использовать масло, рассол или воду. Полученная деталь будет иметь повышенную твердость и прочность, но одновременно возрастает и хрупкость.

Цементная закалка — это тип процесса закалки, при котором закаливается только внешний слой заготовки. Используемый процесс такой же, но поскольку этому процессу подвергается тонкий внешний слой, полученная заготовка имеет твердый внешний слой, но более мягкую сердцевину.

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

Индукционная закалка

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

Старение

Алюминий 6061 График старения

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

Дисперсионное твердение обычно происходит после другого процесса термической обработки, при котором достигаются более высокие температуры. Старение, однако, только поднимает температуру до среднего уровня и снова быстро снижает ее.

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

Снятие напряжения

Снятие напряжения особенно распространено для деталей котлов, баллонов с воздухом, аккумуляторов и т. д. Этот метод доводит металл до температуры чуть ниже нижней критической границы. Процесс охлаждения медленный и поэтому равномерный.

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

Отпуск

Отпуск – это процесс снижения избыточной твердости и, следовательно, хрупкости, возникающих в процессе закалки. Также снимается внутреннее напряжение. Прохождение этого процесса может сделать металл пригодным для многих применений, требующих таких свойств.

Температуры обычно намного ниже температур закалки. Чем выше используемая температура, тем мягче становится готовая деталь. Скорость охлаждения не влияет на структуру металла при отпуске и обычно металл охлаждается на воздухе.

Науглероживание

Науглероживание корпуса

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

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

Какие металлы подходят для термической обработки?

Хотя черные металлы составляют большую часть термообрабатываемых материалов, сплавы меди, магния, алюминия, никеля, латуни и титана также могут подвергаться термообработке.

Около 80% термообработанных металлов представляют собой различные марки стали. Черные металлы, которые можно подвергать термической обработке, включают чугун, нержавеющую сталь и различные марки инструментальной стали.

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

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

Алюминий подходит для таких методов термообработки, как отжиг, термообработка на твердый раствор, естественное и искусственное старение. Термическая обработка алюминия является точным процессом. Должен быть установлен объем процесса, и его следует тщательно контролировать на каждом этапе для достижения желаемых характеристик.

Очевидно, что не все материалы пригодны для форм термической обработки. Точно так же один материал не обязательно будет полезен для каждого метода. Поэтому каждый материал следует изучать отдельно для достижения желаемого результата. Использование фазовых диаграмм и доступной информации о влиянии вышеупомянутых методов является отправной точкой.

Термическая обработка металлов: обзор процесса и преимуществ

Много лет назад кузнецы использовали тепло для придания металлу формы деталей повозок, подков и многого другого. После придания желаемой формы металл быстро охлаждали. Это обычно делало металл намного более твердым и менее хрупким. Это основной процесс, называемый термической обработкой металлов. Современные процессы механической обработки и металлообработки стали более точными и сложными.

Множество различных техник помогают придавать металлу форму для различных целей. Процессы термообработки изменяют реакцию металлов на прецизионную обработку. Термическая обработка может изменить некоторые свойства металлов. К таким свойствам относятся твердость, прочность, формуемость, эластичность, обрабатываемость и многое другое.

На сегодняшний день существует несколько методов термообработки. Металлурги постоянно работают над повышением экономической эффективности и результатов методов. При правильном соблюдении эти методы могут дать вам металлы с замечательными химическими и физическими свойствами. Здесь мы более подробно рассмотрим виды термической обработки стали и металлов и их назначение.

Что такое термообработка ?

Термическая обработка стали обычно включает нагрев и охлаждение материала. Металл или сплав нагревают до определенной температуры. Затем происходит охлаждение для затвердевания нагретого материала. Процесс направлен на изменение микроструктуры металла. Кроме того, это помогает выявить желаемые механические, химические и физические характеристики.

Изменение этих свойств увеличивает срок службы компонента. Например, может быть повышенная пластичность, прочность, твердость поверхности или термостойкость. Термическая обработка является одним из основных этапов процесса производства металла. Это связано с тем, что это помогает улучшить металлическую деталь, чтобы она лучше противостояла износу.

Общее определение термической обработки может заключаться в нагреве и охлаждении металлов. Однако процесс термообработки более контролируемый. Пока идут процессы нагрева и охлаждения, форма обрабатываемого металла остается неизменной.

Во время этого процесса структурные и физические свойства материала изменяются, чтобы служить желаемой цели. Это также может быть для дальнейших работ по металлу. Термическая обработка стали или металлов играет важную роль на различных этапах производства.

Как работает Термическая обработка металлов ?

Несмотря на то, что существует множество видов термической обработки, они следуют схожим процессам. Первый этап включает нагрев металла или сплава до необходимой температуры. Иногда температура поднимается до 2400°F. Его выдерживают при температуре в течение определенного времени перед охлаждением.

Пока металл горячий, микроструктура меняется. Это физическая структура металла. Изменение структуры в конечном итоге приводит к изменению физических свойств металла. «Время выдержки» — это время, необходимое для нагревания металла.

Время выдержки является важным фактором в процессе термообработки. Металл, выдержанный в течение более длительного периода времени, будет иметь больше микроструктурных изменений, чем металл, выдержанный в течение более короткого периода времени. Охлаждение металла также играет решающую роль в конечном результате.

Процесс охлаждения может быть быстрым – закалка. В других случаях охлаждение можно проводить медленно в печи. Лучший тип охлаждения зависит от конечного результата, ожидаемого от процесса. Поэтому важно учитывать эти факторы перед началом термической обработки стали и металлов.

Другой фактор также определяет изменение свойств металла. Это конкретное время термической обработки в процессе производства. Некоторые металлы могут даже потребовать нагрева несколько раз во время производства. Поэтому важно понимать, как лучше всего выполнять операции правильно.

Преимущества Термическая обработка металлов

Без термической обработки металлов не может быть ничего подобного металлическим деталям приборов и оборудования. Даже если бы они существовали, они бы не функционировали должным образом. Например, детали из цветного металла будут слишком слабыми для некоторых применений.

Упрочнение металлов и сплавов, таких как сталь и алюминий, происходит посредством термической обработки. Применение многих из этих металлов в самолетах, автомобилях, компьютерах и других. Эти изделия опираются на металлы с высокой повышенной прочностью. Это необходимо для обеспечения надлежащей безопасности и повышения производительности.

Основное механическое свойство, которое изменяется после термической обработки, — это сопротивление сдвигу. Другие включают прочность на растяжение и ударную вязкость. Металлы с термической обработкой обычно прочнее, что обеспечивает долговечность. Поэтому не будет необходимости то и дело заменять дорогие металлические детали.

Использование эффективно термообработанных металлических деталей обеспечивает эффективную и экономичную эксплуатацию машин. Кроме того, продукт будет намного эффективнее даже в самых тяжелых условиях. Кроме того, для некоторых применений может потребоваться использование чрезвычайно твердых металлов. Приложениями могут быть те, которые требуют четко определенных границ.

Термическая обработка металлов является одним из лучших способов получения желаемых характеристик. Это также помогает разрабатывать твердые поверхности с пластичными материалами основы. Помимо преимуществ применения, термообработка также выгодна производителям.

Надлежащий процесс термообработки помогает снять внутренние напряжения. Следовательно, это облегчает сварку или обработку металла. Такие процессы, как горячая штамповка, могут со временем создавать напряжения в стальных материалах. Таким образом, эти материалы значительно выигрывают от термической обработки. В двух словах, преимущества термической обработки металлов включают:

• Увеличивает прочность, делая материал пластичным или более гибким.
• Придает металлу износостойкие свойства.
• Снимает напряжения, облегчая обработку детали или сварку.
• Повышает хрупкость.
• Может улучшить электрические и магнитные свойства металла.

Виды термической обработки и их назначение при механической обработке

Как упоминалось ранее, каждый процесс термической обработки включает в себя нагрев и охлаждение. В этом разделе мы обсудим четыре основных типа термообработки. Вы также поймете их уникальное назначение в механической обработке.

Закалка

Закалка включает нагрев металлического материала до определенной температуры. Эта температура является точкой, при которой элементы, присутствующие в металле, переходят в раствор. Структура кристаллической решетки металла может иметь дефекты, являющиеся источником пластичности. Термическая обработка помогает устранить эти дефекты.

Он делает это путем превращения металла в раствор мелких частиц. Это работает для укрепления металлического материала. После тщательного нагрева металла до необходимой температуры его максимально быстро закаливают. Закалка помогает металлу улавливать частицы в растворе. В некоторых случаях технические специалисты могут добавлять в сплав примеси для дальнейшего повышения прочности.

Целью закалки является повышение прочности металла. В то же время он делает металл более хрупким, снижая пластичность. Поэтому поможет, если вы закалите металл после процесса закалки.

Закалка

Это еще один процесс термообработки, помогающий повысить упругость стали. Сплавы на основе железа обычно твердые, но часто слишком хрупкие для определенных применений. Закалка помогает изменить твердость, хрупкость и пластичность металла. Это делается для того, чтобы упростить процесс обработки.

В этом случае нагрев происходит при температуре ниже критической. Более низкие температуры, как правило, уменьшают хрупкость и сохраняют твердость. Отпуск помогает уменьшить твердость, вызванную закалкой. Таким образом, вы можете развивать новые физические свойства вашего металла. Поэтому отпуск часто должен следовать за закалкой во время термической обработки.

Отжиг

Этот процесс подходит для таких металлов, как сталь, алюминий, медь, серебро или латунь. Отжиг заключается в нагреве металла до определенной температуры. Затем вы выдерживаете металл при этой температуре в течение некоторого времени для трансформации. Затем происходит воздушное охлаждение.

Охлаждение серебра, меди и латуни может происходить медленно или быстро. Однако для эффективного отжига охлаждение стали должно быть постепенным. Отжиг действует противоположно закалке. Он снижает твердость металла, повышая его пластичность. Таким образом, он облегчает работу с металлом. Это также отличный способ починить слабый металл. В то же время он способствует снятию внутренних напряжений в металлах.

Нормализация

Нормализация — еще одна форма отжига. При этом металлический материал нагревается до 200°F, что выше, чем при отжиге. Техник держит металл при критической температуре, пока не произойдет превращение. Этот процесс термообработки требует воздушного охлаждения после нагрева.

Процесс литья металла с высокотемпературным огнем на заводе по производству металлических деталей

Этот процесс приводит к более мелким аустенитным зернам. Воздушное охлаждение способствует получению более измельченных ферритных зерен. Он работает, чтобы удалить любую форму внутреннего напряжения из металлов. Внутренние напряжения могут привести к разрушению металла. Поэтому очень важно нормализовать металл. Тогда закалка может обеспечить успех производственных процессов.

Заключение

Термическая обработка металлов является отличным способом улучшения механических свойств металлов. Помимо физических, он также может улучшить электрические и магнитные свойства металла. Это дополнительно улучшает совместимость детали с другими материалами.

Как вы уже знаете, различные процессы термической обработки могут улучшить вашу продукцию. Тем не менее, вам нужны лучшие руки для работы над вашим проектом, чтобы получить желаемые результаты. RapidDirect является мировым лидером в области технологий термообработки. Мы можем похвастаться наличием мощностей, которые выполняют широкий спектр операций термической обработки.

Наши процессы термообработки выполняются лучшими техниками и инженерами в отрасли. Мы готовы использовать наши знания и опыт, чтобы предложить лучшие услуги. Вы можете быть уверены в адекватной поддержке и продуктах, отвечающих вашим уникальным требованиям. Все это вы получаете по конкурентоспособным ценам.

Загрузите файл проекта сюда

Часто задаваемые вопросы – Термическая обработка металлов

Делает ли термическая обработка металлов их прочнее?

Нагрев до определенного диапазона температур может дать более чистый и твердый металл. Термическая обработка обычно создает более прочные металлы. Однако также возможно, что некоторые виды обработки могут сделать металл слабее.

Что происходит при термической обработке металлов?

Повышение температуры металла увеличивает площадь его поверхности, объем и длину. Поэтому термическая обработка расширяет металл (терморасширение). Степень расширения будет зависеть от типа используемого металла.

При какой температуре сталь становится хрупкой?

Каждый стальной материал имеет свой верхний и нижний пределы ударной вязкости. Температура, при которой падает ударная вязкость стали, относится к «температуре перехода от вязкости к хрупкости». Обычно она составляет около 75°C для 0,01% углеродистой стали. Температура отличается для различных типов стальных материалов.

Термообработка металлов — MetalTek

Что такое термообработка?

Термическая обработка представляет собой термический процесс, который обеспечивает три основных улучшения свойств материала металлических отливок:

• Улучшение механических свойств
• Повышение коррозионной стойкости
• Снижение остаточных напряжений

Процесс термической обработки начинается с нагрева металлической отливки до желаемой температуры перед контролируемым охлаждением металла для достижения желаемых улучшений. Этот процесс нагрева и охлаждения «запирает» окончательную микроструктуру металла и улучшенные свойства материала.

Процесс термообработки начинается с нагрева металлической отливки до заданной температуры.

Почему термообработка?

Как указано выше, термическая обработка используется для достижения различных желаемых результатов металлического литья. Термическая обработка также может быть предназначена для снижения уровня водорода, имитации условий эксплуатации, восстановления механических свойств и снижения напряжений после сварки объекта. Эти различные результаты достигаются с помощью различных процессов термообработки. Главной целью термообработки является выполнение требований спецификации заказчика и соблюдение отраслевых стандартов. Сертификаты MetalTek для термической обработки включают NADCAP и соответствие требованиям AMS 2750. NADCAP — это программа аккредитации для установления унифицированных производственных процессов для аэрокосмической техники, обороны и смежных отраслей.

Какие виды термической обработки существуют?

Несмотря на то, что MetalTek предлагает целый ряд различных процессов термообработки, некоторые из них используются чаще, чем другие.

Гомогенизирующая термообработка:

Этот процесс включает в себя нагрев металлической отливки в печи до очень высокой температуры и выдержку в течение длительного времени для улучшения химической однородности за счет диффузии. Гомогенизация иногда используется в качестве предварительной обработки, чтобы сделать последующие термообработки более эффективными.

Нормализующая термическая обработка:

Нормализация – это нагрев металлической отливки до температуры, превышающей температуру превращения, и последующее охлаждение на воздухе до комнатной температуры. Этот процесс изменяет микроструктуру, чтобы уменьшить колебания твердости и пластичности отливки. Температура и время обычно ниже и короче, чем при гомогенизации. За нормализацией часто следует отпуск. Отпуск — это нагрев металлической отливки до температуры ниже температуры превращения для снижения твердости и повышения пластичности металла.

Упрочняющая термическая обработка и закалка термическая обработка:

Использование этой обработки приводит к улучшению механических свойств металлического литья, особенно связанных с повышением твердости или долговечности. Часто используется для стальных деталей. Металл нагревают до повышенной температуры (выше температуры превращения), а затем быстро охлаждают (закаливают). Это заставляет более мягкий исходный материал трансформировать свою структуру в более прочную.

Закалка маслом, выполненная в Центробежном отделении MetalTek в Висконсине.

Закалка охлаждает металлическую отливку после начального процесса нагрева. Закалка обычно выполняется в масле или воде, в зависимости от материала и технических требований. Отпуск является последним этапом в процессе закалки и отпуска и требуется после закалки. Он включает в себя повторный нагрев металла при низкой температуре (ниже температуры превращения) для достижения окончательных характеристик. Отпуск снижает твердость после закалки, восстанавливает пластичность и снижает напряжения полностью закаленной стали. MetalTek часто использует этот полный процесс.

Термическая обработка отжигом:

Отжиг – это нагрев и выдержка металла при повышенной температуре с последующим охлаждением в печи для получения желаемой твердости. Это обычно выполняется на «упрочняемых» ферросплавах для снижения твердости, повышения пластичности и улучшения обрабатываемости отливки. Этот процесс часто используется для инструментальных сталей, легированных сталей и мартенситных нержавеющих сталей, чтобы обеспечить быструю черновую обработку перед любой операцией закалки и отпуска.

Термическая обработка с отжигом на раствор:

Отжиг на раствор — это нагрев и выдержка металла при повышенной температуре для перевода таких компонентов, как карбиды и нежелательные фазы, в твердый раствор, а затем быстрое охлаждение для удержания этих компонентов в растворе. Этот процесс улучшает механические свойства и коррозионную стойкость сплава. Аустенитные и дуплексные нержавеющие стали обычно поставляются в состоянии отжига на твердый раствор.

Термическая обработка для снятия напряжения:

Снятие напряжения – это нагрев до относительно низкой температуры и выдержка в течение достаточно долгого времени для уменьшения остаточного напряжения в отливке. В процессе обычно используются контролируемые скорости нагрева и охлаждения, чтобы свести к минимуму развитие новых напряжений. Снятие напряжения часто выполняется после черновой обработки перед чистовой обработкой с жесткими допусками.

Другая термообработка:

Другие процессы термообработки, выполняемые MetalTek, включают термообработку после сварки, стабилизацию, водородный обжиг и имитацию термообработки в процессе эксплуатации. В конце концов, конкретный используемый процесс термообработки определяется потребностями клиента. Клиенты иногда хотят, чтобы детали были «более мягкими», чтобы их было легче обрабатывать. Другие металлические отливки необходимо делать прочнее и долговечнее. Желаемая окончательная микроструктура также влияет на выбор используемого процесса термообработки.

Термическая обработка MetalTek Преимущество:

Выполнение термообработки позволяет MetalTek полностью соответствовать спецификациям клиентов, ограничивая время выполнения заказа. Наши металлурги являются экспертами в сотрудничестве с клиентами для достижения точных свойств материала, которые им нужны.

Металлические отливки могут потребовать нескольких циклов термообработки, поэтому термообработка на месте может значительно сэкономить время. Наши клиенты могут быть уверены, что наши специалисты ответят на все вопросы и смогут завершить процесс быстро и правильно. От начала до конца любого литейного проекта все процессы и этапы можно выполнить в MetalTek. Подразделению центробежных установок MetalTek в Висконсине повезло, что у него есть резервуар для масла на 20 000 галлонов и резервуар для закалки водой на 40 000 галлонов. Крупные детали не являются проблемой для процессов термообработки. MetalTek стоит за поговоркой: «Если мы можем отлить — мы можем и закалить!»

Для получения дополнительной информации о термообработке и других возможностях MetalTek свяжитесь с нами.