Основные виды термической обработки стали: отжиг, закалка, отпуск и нормализация. Виды термической обработки стали

отжиг, закалка, отпуск и нормализация

Для придания стальным заготовкам особых свойств выполняют термическую обработку. Технология зависит от конечных параметров и свойств металла, его качества. На выбор вида термической обработки влияет марка стали, требуемые эксплуатационные характеристики конечного изделия.

Виды отжигов

Суть процесса заключается в нагреве металлического изделия и последующего медленного охлаждения. В результате этого улучшается показатель вязкости, достигается химическая и структурная однородность. Термическая обработка методом отжига негативно влияет на жесткость стали.

В зависимости от требуемых качеств изделия выполняют такие виды отжига:

•  Диффузионный.  Цель обработки – уменьшение химической неоднородности состава. Сначала сталь нагревают до температуры +1150°С и в таком состоянии заготовка остается 10-15 часов. Затем выполняют медленное (естественное) охлаждение.
•  Полный.  Она выполняется для штамповочных изделий или заготовок, сделанных методом литья или ковки. Цель – формирование мелкозернистой структуры. Сталь нагревается до температуры, превышающей значение критической верхней точки на +50°С. Затем происходит медленное охлаждение со скоростью не более 75°С (для легированных сортов) или +200°С (для углеродистых марок) в час.
•  Неполный отжиг.  Термическая обработка применяется для уменьшения показателя жесткости и снятия напряжения структуры. Технология аналогична вышеописанной, за исключением значения максимальной температуры. Она не должна превышать +750°С.
•  Изотермический.  Он актуален только для легированных сортов стали. Температура воздействия выше критической точки на 20-30%. Отличия от полного отжига – быстрое охлаждение до +600°С. Методика применяется для оперативной обработки стальных заготовок.

Для выполнения этих процедур необходимо специальное оборудование. Качество обработки зависит от выполняемых требований. В случае несоблюдения технологии велика вероятность появления дефектов – пережог.

Закалка

Методика актуальна для создания неравномерной структуры стали заготовки. Это увеличивает твердость, но также повышает хрупкость конструкции. Выбор температуры воздействия зависит от химического состава. Также важными являются скорость охлаждения и периодичность повторения процедуры.

При выборе технологии закаливания учитывают следующие факторы:

•  Температура обработки.  Если она не превышает критическое значение – закалка относится к категории неполной. Для обработки всей структуры заготовки термическое воздействие должно быть выше точки Асз на 30-40°.
•  Охлаждение.  Оно может выполняться быстро или медленно. В первом случае твердость неравномерная, ближе к поверхности. При медленном охлаждении напряжение структуры выравнивается.
•  Выбор среды для закалки.  Чаще всего используют соляную ванную или масло с добавлением специальных веществ.
•  Периодичность.  Она влияет на распределение жесткости в структуре стали.

Способы закалки рассчитываются индивидуально для каждого типа изделия. О том, как закаливать и делать отпуск металла в домашних условиях, читайте здесь.

Отпуск

Для нормализации характеристик стальных заготовок после закалки рекомендуется делать ее отпуск. Его суть заключается в термическом воздействии температурами, при которых не происходит фазового превращения. Итогом этой операции будет однородность структуры стали.

Виды отпуска для металлических заготовок:

•  Низкий.  Применяется для углеродистых сортов стали. Максимальная температура воздействия — +200°С. В результате уменьшается показатель хрупкости и снижается натяжение в структуре.
•  Средний.  Термическая обработка происходит при +400°С. Технология необходима для удаления избыточного углерода. При этом кристаллическая решетка становится кубической.
•  Высокий.  Температура обработки – до +650°С. Применяется для появления оптимальных характеристик прочности, вязкости и пластичности.

Нормализация металлических заготовок

Технология схожа с отжигом стали. Разница заключается в способе охлаждения заготовки. Это происходит не в печи, как в первом случае, а на воздухе. В результате происходит нормализация структуры кристаллической решетки, повышаются показатели прочности и вязкости.

При выполнении этого процесса учитывают такие показатели:

•  Выдержка.  Она характеризует степень равномерного термического воздействия на все слои стальной заготовки.
•  Скорость охлаждения.  Влияет на толщины перлитных пластин.
•  Поэтапное охлаждение.  В некоторых случаях после достижения определенного уровня снижения температуры деталь помещают в масло для оперативного охлаждения.

Для появления нужных свойств стальной заготовки могут выполняться несколько типов термической обработки.

ismith.ru

Понятие о термической обработке металлов, ее назначение. Основные виды термической обработки стали

Физико-механические свойства стали и чугуна можно улучшить, изменив химический состав этих сплавов или их струк­туру.

Изменение химического состава железоуглеродистых сплавов за счет введения легирующих химических требует использования дорогих и редких элементов. Экономически выгоднее улучшать в определенных пределах физико-механические свойства стали и чугуна за счет изменения их структуры. Тогда можно будет для тех же целей применять сплавы более простого состава. Достигается это термической обработкой.

При формировании свойств готового изделия первоочередную роль играет термическая обработка. В принципе, правильно подобранной и точно выполненной термической обработкой можно добиться высокого комплекса свойств даже для изделий из такой стали, которая содержит малые количества недорогих легирующих присадок.

Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, выполняемых в определенной последовательности при определенных режимах, с целью изменения внутреннего строения сплава и получения нужных свойств.

При термической обработке перекристаллизация сплавов проис­ходит в твердом состоянии.

Основные виды термической обработки стали и чугуна: отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг – нагрев стали до заданной температуры, выдержка при такой температуре до полного прогрева металла и последующее очень медленное охлаждение (вместе с охлаждаемой печью).

Отжиг стали производится в тех случаях, когда необходимо уменьшить твердость, повысить пластичность и вязкость, ликвидировать последствия перегрева, получить равновесное состояние, улучшить обрабатываемость при резании.

Отжиг, снижая твердость и повышая пластичность и вязкость за счет получения равновесной мелкозернистой структуры, позволяет:

• улучшить обрабатываемость заготовок давлением и резанием;
• исправить структуру сварных швов, перегретой при обработке давлением и литье стали;
• подготовить структуру к последующей термической обработке.

Разновидностями отжига сталей является нормализация.

Нормализация - вид термической обработки стали, за­ключающийся в нагреве до определённой температуры, вы­держке и охлаждении на спокойном воздухе.

Нормализация применяется в тех случаях, когда необходимо получить мелкозернистую однородную структуру с более высокой твердостью и прочностью, но с несколько меньшей пластичностью, чем после отжига.

В результате нормализации уменьшаются внутренние напряжения, устраняются пороки, полученные в процессе предшествующей обработки.

Основная цель нормализации – повышение механических свойств стали.

Нормализация более производительный и экономичный процесс, чем отжиг.

Закалка - нагрев стали до заданной температуры, выдержка при достигнутой температуре до полного прогрева металла и последующее очень быстрое его охлаждение (в воде, масле, солевых растворах).

Основной целью закалки инструментальных сталей является придание им высокой твёрдости. Детали машин закаливают для повышения их упругости и прочности, твёрдости и износоустойчивости.

Стали, подвергающиеся закалке, характеризуются закаливаемостью и прокаливаемостью.

Закаливаемость – способность стали приобретать высокую твердость при закалке. Закаливаемость определяется содержанием углерода. Стали с содержанием углерода менее 0,20 % не закаливаются.

Прокаливаемость – способность получать закаленный слой, обладающей высокой твердостью, на определенную глубину.

В тех случаях, когда требуются высокая твердость и повышенная износостойкость поверхности при сохранении вязкой и достаточно прочной сердцевины изделия, применяется поверхностная закалка, то есть закалка не на полную глубину. Выбор оптимальной толщины упрочняемого слоя определяется условиями работы детали и составляет от 1,5 до 15 мм (и выше). В практике наиболее часто используют поверхностную закалку с индукционным нагревом током высокой частоты (ТВЧ).

В результате закалки сталь становится хрупкой, в ней появляются значительные внутренние напряжения. С целью снижения закалочной хрупкости и уменьшения внутренних напряжений после закалки производится отпуск.

Отпуск - термическая обработка, включающая нагрев закаленной стали до температуры ниже критических точек, выдержка при этой температуре и охлаждение.

Отпуск является окончательной термической обработкой.

Целью отпуска является повышение вязкости и пластичности, снижение твердости и уменьшение внутренних напряжений закаленных сталей.

С повышением температуры нагрева прочность обычно снижается, а пластичность и вязкость растут. Температуру отпуска выбирают, исходя из требуемой прочности конкретной детали.

Различают три вида отпуска:

1) Низкий отпуск с температурой нагрева Тн = 150…300oС.

В результате его проведения частично снимаются закалочные напряжения – проводят для инструментальных сталей.

2) Средний отпуск с температурой нагрева Тн = 300…450oС.

Получают структуру, сочетающую высокую твердость с хорошей упругостью и вязкостью.

Используется для изделий типа пружин, рессор.

3) Высокий отпуск с температурой нагрева Тн = 450…650oС..

Получают структуру, сочетающую достаточно высокую твердость и повышенную ударную вязкость (оптимальное сочетание свойств). Используется для деталей машин, испытывающих ударные нагрузки. Комплекс термической обработки, включающий закалку и высокий отпуск, называется улучшением.

Конструкционные стали подвергают закалке и отпуску для повышения прочности и твердости, получения высокой пластичности, вязкости и высокой износостойкости, а инструментальные – для повышения твердости и износостойкости.

megaobuchalka.ru

Назначение и виды термической обработки — Режущий инструмент

Назначение и виды термической обработки

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

Отжиг.

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

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

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

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

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

а)   требуемых физико-механических свойств инструмента;

б)   химсостава стали;

в)    теплоемкости и теплопроводности стали,

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

д)   физических свойств нагревающей среды;

е)    конфигурации и размера нагреваемого инструмента.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Отпуск.

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

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

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

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

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

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

Смотрите также

rezh-instrument.ru

Основные виды термической обработки стали

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОЛГОДОНСКИЙ ИНСТИТУТ СЕРВИСА

ЮЖНО-РОССИЙКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА

Кафедра___Технический сервис ____________________________________________

(название кафедры, за которой закреплена учебная дисциплина)

по дисциплине:__Материаловедение _________________________________________

(наименование учебной дисциплины)

на тему:____Основные виды термической обработки стали _______________

(тема индивидуального задания)

по специальности:___Информационный сервис _______________________________

(шифр и наименование специальности)

Выполнил: ___________ __Кутногорский А.В _______________

(подпись) (Ф.И.О. студента)

__2 курс ______СИ ___________________

(курс, группа)

Руководитель: ___________ ___Пучкина И.Ю __________________

(консультант) (подпись) (Ф.И.О. преподавателя)

Волгодонск

2003

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.................................................................................................................3

Выбор темы............................................................................................................4

Актуальность темы................................................................................................4

Цель работы............................................................................................................4

Основная часть (Основные виды термической обработки стали).....................4

Список литературы...............................................................................................10

ВВЕДЕНИЕ

Материаловедение – это наука о связях между составом, строением и свойствами материалов и закономерностях их изменений при внешних физико-химических воздействиях.

Термическая обработка стали – это совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью придания им определённых свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры. Цель термообработки – это придание сплавам таких свойств, которые требуются в процессе эксплуатации этих изделий. Есть упрочнение металла (например: коленчатый вал в двигателе автомобиля – к нему предъявляется повышенная прочность при эксплуатации). Но есть и такие технологические процессы, в которых термообработка не является конечной операцией, а промежуточной и её цель – снижение твёрдости стали, сплава для последующей обработки. Процесс термообработки состоит из нагревания до каких то определённых температур, выдержки детали, заготовки при этих температурах и последующем охлаждении с определённой скоростью. Термообработке подвергают заготовки (кованные, штампованные и т.д.), детали машин и различный инструмент. Для заготовок термообработка заключается в снижении твердости, улучшении их структуры, а для деталей – это придание им определённых свойств (твердости, прочности, износостойкости). Улучшение механических качеств даёт возможности использовать сплавы более простых составов, расширить область их применения. Термообработкой можно повысить допускаемые напряжения, уменьшить массу деталей и механизмов, а также существенно повысить их надёжность и долговечность, что очень важно в машиностроении. Например, упрочнению термообработкой подвергаются до 10% общей выплавки в стране, а в машиностроении до 40%. В термообработке есть следующие виды этого процесса: отжиг, закалка, отпуск, а также есть химико-термическая и термомеханическая обработка. В данном реферате будут рассмотрены, основные виды термической обработки стали .

Выбор темы

Тема «Основные виды термической обработки стали» была выбрана, потому, что термообработка сталей применяется очень давно, является интересной, ёмкой и наиболее практичной (можно, что-то почерпнуть и взять на собственное «вооружение»). Узнать, какие происходят видоизменения, в процессе термообработки стали, которые необходимы при работе и эксплуатации машин, механизмов, приборов.

Актуальность темы

Не смотря на наш компьютерный век, современному человеку необходимо знать и применять термообработку сталей и сплавов.

Цель работы

Ознакомится, и изучить термическую обработку, сплавов.

Основная часть

Основные виды термической обработки стали .

После проката, литья, ковки, обработки резаньем и прочих видов обработки происходит неравномерное охлаждение заготовок. В результате чего появляется неоднородность, как структуры, так и свойств, а также появление внутренних напряжений. А также отливки при затвердевании получаются неоднородными по химическому составу. Для устранения таких дефектов и применяют отжиг.

Отжигом – называется вид термической обработки, состоящий в нагреве металла, имеющего неустойчивое состояние в результате предшествующей обработки и приводящей металл в более устойчивое состояние. При этом процессе заготовки и изделия получают устойчивую структуру без остаточных напряжений.

Цели отжига – снятие внутренних напряжений, устранение структурной и химической неоднородности, снижение твердости и улучшение обрабатываемости, подготовка к последующим операциям.

Отжиг делится на полный, неполный, диффузионный, рекристаллизационный, низкий, изотермический и нормализационный. Полный отжиг применяется для снижения твердости, прочности стали, а пластичность при этом повышается. При полном отжиге в металле происходит, перекристаллизация стали и уменьшения размера зерна, за счёт чего и достигаются указанные выше свойства.

Неполный отжиг применяется, для улучшения обрабатываемости резанием и для подготовки стали к закаливанию.

Изотермический отжиг заключается, в нагреве стали до определённой температуры и относительно быстром охлаждении, также до определенных температур и последующем охлаждении на воздухе. При этом получается, более однородная структура стали. Изотермическая выдержка производится в расплаве соли.

Диффузионный отжиг заключается, в нагреве стали до 1000-1100 градусов по Цельсию, выдержке (10-15 часов) при этой температуре и последующем медленном охлаждении. В результате такого отжига происходит, выравнивание неоднородности стали по химическому составу. Такая высокая температура необходима для ускорения диффузионных процессов. При высокой температуре нагрева и продолжительной выдержке получается крупнозернистая структура, которая устраняется последующим полным отжигом.

Рекристаллизационный отжиг необходим для снятия наклёпа и внутренних напряжений после холодных деформаций и подготовки к дальнейшему деформированию. В результате такого отжига образуется однородная мелкозернистая структура с небольшой твердостью и значительной вязкостью.

Низкий отжиг применяют для того, что бы только снять внутреннее напряжение, которое возникает после механической обработки.

Нормализация состоит, из нагрева стали, её выдержке при определенной температуре и после чего оставляют охлаждаться на воздухе. Нормализация – это более дешёвая термическая операция, чем отжиг, так как печи используют только для нагрева и выдержки.

К термической обработке стали также, относят закалку . Суть этого процесса заключается, в нагреве стали до больших температур и после чего сталь быстро охлаждают. Цель закалки – это придание стали повышенной прочности, твердости, но при этом снижается вязкость и пластичность. Закалка характеризуется двумя способностями: закаливаемостью и прокаливаемостью. Закаливаемость характеризуется определённой твёрдостью, которая сталь приобретает после закалки, а также зависит от содержания углерода в данной стали. Стали с очень низким содержанием углерода (до 0,3) закалке не поддаются и она для них не применяется.

Прокаливаемость – это глубина проникновения закалённой зоны (области).

Прокаливаемость зависит от химического состава стали. С повышением содержания углерода прокаливаемость увеличивается. На прокаливаемость влияет также скорость охлаждения. Чем выше скорость охлаждения, тем больше прокаливаемость. Поэтому при закалке в воде прокаливаемость более высокая, чем при закалке в масле. Большие размеры закаливаемой детали, также приводят к значительному уменьшению прокаливаемости.

Способы охлаждения также относят к одной из операций термообработки.

По способу охлаждения различают виды закалки: в одной среде, в двух средах, ступенчатая и изотермическая. Закалке в одной среде проще и наиболее чаще применяется, но недостаток её состоит в том, что возникают внутренние напряжения. При закалке в двух средах, изделие сначала охлаждают сначала в одной среде, а затем в другой (вода, масло, воздух).

Ступенчатую закалку производят путем быстрого охлаждения в соляной ванне, затем делают выдержку и охлаждают на воздухе. Ступенчатую закалку применяют для деталей из углеродистой стали небольшого сечения (8-10 мм). Для сталей, имеющих небольшую критическую скорость закалки, ступенчатую закалку применяют в основном для изделий большого сечения.

При изотермической закалке, как и при ступенчатой, детали переохлаждают в среде, далее на воздухе. Преимущества этого способа закалки заключается в большей вязкости, отсутствии трещин, минимальном короблении. Изотермическую закалку применяют для изделий сложной формы. Существенную роль играют также способы погружения деталей в охлаждающую жидкость. Например длинные изделия вытянутой формы ( свёрла, метчики) погружают в строго вертикальном положении, чтобы избежать коробления.

Отпуск стали – это вид термической обработки, следующий за закалкой и заключающийся в нагреве стали до определённой температуры, выдержки и охлаждении. Цель отпуска стали - снятие внутренних напряжений, повышение вязкости и пластичности.

Различают низкий, средний и высокий отпуск. Низкий отпуск проводится при температуре 150-200 градусов Цельсия. В результате снимаются внутренние напряжения, происходит увеличение пластичности и вязкости без заметного снижения твердости и износостойкости. Низкому отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент, а также детали, которые должны обладать высокой износостойкостью и твёрдостью.

mirznanii.com

Основные виды термической обработки стали

Лабораторная работа № 2

«Термическая обработка сталей»

Цель работы - ознакомиться с методиками термической обработки сталей.

Задачи:

1. Изучить теоретические сведения термической обработки сталей.

2. Определить режим закалки образца стали в соответствии с заданием.

3. Определить режим низкого, среднего и высокого отпуска образцов стали в соответствии с заданием.

4. Указать твердость образцов после закалки.

5. Указать твердость образцов после отпуска.

6. Охарактеризовать структуру стали после выполненных различных видов термической обработки.

7. Сделать анализ влияния термической обработки стали на ее механические свойства.

Краткие теоретические сведения

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

Свойства сплава зависят от его структуры (внутреннего строения). Основным способом, позволяющим изменять структуру, а, следовательно, и свойства, является термическая обработка.

Основы термической обработки были разработаны великим русским ученым Д. К. Черновым. Дальнейшее развитие теория и практика термической обработки получила в работах С. С. Штейнберга, А. А. Бочвара, Г. В. Курдюмова, Н. А. Минкевича, А. П. Гуляева, Э. Бейна, Э. Давенпорта и других ученых.

Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, проводимых в определенной последовательности с целью изменения внутреннего строения сплава и получения нужных свойств. Любой вид термической обработки может быть представлен графиком в координатах температура—время (рис. 1 а).

основные виды термической обработки стали

По классификации А. А. Бочвара различают четыре основных вида термической обработки: I) отжиг I рода;2) отжиг II рода; 3) закалка; 4) отпуск.

Отжиг I рода. Этот вид термической обработки возможен для любых металлов и сплавов. Его проведение не обусловлено фазовыми превращениями в твердом состоянии. Нагрев при отжиге I рода, повышая подвижность атомов, частично или полностью устраняет химическую неоднородность, уменьшает внутренние напряжения, т. е. способствует получению более равновесного состояния. Основное значение при проведении такого отжига имеют температуры нагрева и время выдержки при этой температуре, так как именно эти параметры

Рис. 1. Графики различных видов термической обработки: а — общая схема; б — отжиг II рода; в — закалка; г — отпуск

определяют скорость процессов, устраняющих отклонения от равновесного состояния. Скорость нагрева и охлаждения для отжига I рода имеет второстепенное значение.

Различают следующие разновидности отжига I рода:

Диффузионный отжиг (гомогенизирующий) используют для устранения химической неоднородности, возникающей при кристаллизации сплава (дендритной ликвации).

Выравнивание химического состава происходит благодаря диффузионным процессам, скорость которых зависит от температуры. Поэтому обычно температура такого отжига составляет 0,8—0,9Тпл. Время выдержки при этой температуре должно обеспечить выравнивание состава и растворение избыточных фаз.

Рекристаллизационный отжиг применяют после холодной пластической деформации (холодной обработки давлением) для снятия наклепа и получения равновесного состояния сплава. В результате рекристаллизации в деформированном металле образуются новые зерна, снимаются напряжения и восстанавливается пластичность металла.

Отжиг для снятия напряжений, возникающих при ковке, сварке, литье и т. п., которые могут вызвать коробление, т. е. изменение формы, размеров и даже разрушение изделий.

Отжиг II рода. Так называют отжиг металлов и сплавов, испытывающих фазовые превращения при нагреве и охлаждении. Графически такая термическая обработка представлена на рис. 1 б. При нагреве происходит фазовое превращение α→β, а при охлаждении обратное: β→α.

Весь процесс можно записать так:

Такую термическую обработку проводят для сплавов, в которых имеются полиморфные, эвтектоидные или перитектоидные превращения, а также может быть переменной растворимость в твердом состоянии. Практическая целесообразность фазовой перекристаллизации определяется тем, каково влияние структурных изменений на свойства сплава.

Закалка. Закалка, как и отжиг II рода, осуществляется только для металлов и сплавов, имеющих фазовые превращения в твердом состоянии. Главное различие этих видов термической обработки — скорость охлаждения. Все виды отжига проводят с медленным охлаждением, а закалку — с быстрым.

Графически закалка представлена на рис. 1 в. При закалке возможны два варианта структурных изменений: 1) α→β, т. е. быстрым охлаждением фиксируется высокотемпературное состояние; 2) α→β→α', где α' — метастабильная фаза, состав которой одинаков с составом исходной β фазы. В этом случае при охлаждении происходит бездиффузионное превращение, имеющее мартенситную кинетику. Для закалки основными параметрами являются температура нагрева, время выдержки и скорость охлаждения.

Отпуск. Этот вид термической обработки применим лишь к закаленным сплавам. При этом закаленные изделия нагревают ниже температуры фазового превращения (рис. 1 г).

Основные параметры отпуска — температура нагрева и время выдержки. В результате отпуска уменьшаются внутренние напряжения, сплавы переходят в более равновесное состояние.

Кроме этих основных видов термической обработки, имеются еще два принципиально различающихся способа обработки, представляющих сочетание термической обработки с металлургией или механической технологией.

Химико-термическая обработка (ХТО). При этом виде обработки обязательно изменяется химический состав поверхностных слоев изделия. При ХТО обрабатываемые изделия нагревают в каких-либо химически активных средах.

В результате диффузии происходит насыщение поверхностных слоев тем или иным элементом (обычно на небольшую глубину). Изменяя химический состав поверхностных слоев, тем самым изменяют их свойства (твердость, износоустойчивость, антикоррозионные свойства и т. д.).

Поскольку диффузионные процессы в твердом состоянии протекают медленно, ХТО обычно осуществляется за длительное время. Температуру процесса выбирают конкретно для каждого вида ХТО.

Термомеханическая обработка (ТМО). Этот вид обработки появился сравнительно недавно. При ТМО сочетают пластическую деформацию с термической обработкой таким образом, чтобы наклеп оказывал влияние на кинетику фазовых и структурных превращений, происходящих при термической обработке.

mykonspekts.ru

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ | Kursak.NET

 К основным видам термической обработки относятся:

1. Отжиг
2. Нормализация
3. Закалка
4. Отпуск

Рассмотрим каждый вид термической обработки, классификацию, режимы и назначение.

ОТЖИГ

Отжигом называется термическая обработка, при которой производится нагрев до определенной температуры с последующей выдержкой и медленным охлаждением вместе с печью.

Назначение отжига получение однородной, равновесной структуры, свободной от остаточных напряжений.

На практике используют два принципиально различных вида отжига: отжиг I рода и отжиг II рода.

Отжиг I рода.

Особенностью всех разновидностей отжига I рода является то, что все они не связаны с фазовыми превращениями в твердом состоянии стали и протекают независимо от того, идут при этом фазовые превращения или нет.

Отжиг I рода включает:

1. Диффузионный отжиг применяют для устранения химической неоднородности, возникающей при кристаллизации металла. Этому отжигу подвергают слитки и отливки из легированной стали для устранения  ликвации, которая повышает склонность стали при обработке давлением к трещинообразованию.

Нагрев при диффузионном отжиге проводят до максимально высоких температур, так как при этом наиболее интенсивно происходят диффузионные процессы, необходимые для выравнивания в отдельных объемах состава стали. Обычно для легированных сталей температуру диффузионного отжига выбирают в интервале 1050 ‑ 1250 °С.

2. Рекристаллизационный отжиг заключается в нагреве деформированной стали выше температуры начала рекристаллизации, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении.

Рекристаллизационный отжиг применяют для устранения наклепа после холодной пластической деформации. При проведении этого отжига главным процессом является рекристаллизация металла.

Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа).

3.  Низкий отжиг для снятия внутренних напряжений проводят с целью уменьшения остаточных напряжений, образовавшихся в металле при ковке, литье, сварке и способных вызвать коробление и разрушение детали. Главным процессом, проходящим при отжиге для снятия внутренних напряжений, является полная или частичная релаксация остаточных напряжений.

На практике отжиг стальных изделий для снятия напряжений проводят в температурном интервале  200 – 700 °С с последующим медленным охлаждением.

Отжиг II рода

Отжиг II рода – термическая обработка, заключающаяся в нагреве стали до температур выше критических точек Ас1 или Ас3, выдержке и, как правило, в последующем медленном охлаждении. Отжиг II рода основан на прохождении фазовых превращений в твердом состоянии – превращении γ → α – и поэтому часто называется фазовой перекристаллизацией. При фазовой перекристаллизации измельчается зерно и устраняются неблагоприятные структуры стали.

В большинстве случаев отжиг II рода является подготовительной термической обработкой – в процессе отжига снижается твердость и прочность, что облегчает обработку резанием средне- и высокоуглеродистых сталей. Неполный отжиг инструментальных сталей предшествует окончательной термической обработке.

Существуют следующие виды отжига II рода:

1. Полный отжиг применяется для доэвтектоидных сталей и состоит в нагреве стали на 30 – 50 °С выше точки Ас3, выдержке при этой температуре до полной перекристаллизации металла и медленном охлаждении. При таком отжиге образуется мелкое аустенитное зерно, из которого при охлаждении формируется равномерная мелкозернистая феррито-перлитная структура.

2. Неполный отжиг широко применяется для заэвтектоидных углеродистых и легированных сталей. При неполном отжиге проводится нагрев до температур немного выше (на 10 – 30 °С) точки А1, что приводит к практически полной перекристаллизации стали и получению зернистой формы перлита вместо обычной пластинчатой.

Отжигу на зернистый перлит подвергают также тонкие листы и прутки из низко- и среднеуглеродистой стали перед холодной штамповкой или волочением для повышения пластичности.

После отжига на зернистый перлит эвтектоидные и заэвтектоидные стали обладают наилучшей обрабатываемостью резанием.

НОРМАЛИЗАЦИЯ

При нормализации сталь нагревают до температуры на 30 – 50 °С выше линии GSE и охлаждают на воздухе.

Ускоренное по сравнению с обычным отжигом охлаждение обусловливает несколько большее переохлаждение аустенита.  Поэтому при нормализации получается более тонкое строение перлита и более мелкое зерно.  В результате прочность стали после нормализации становится больше прочности после отжига.

Нормализацию применяют чаще всего в следующих случаях: как промежуточную операцию для смягчения стали перед обработкой резанием и общего улучшения структуры стали перед закалкой.

Нормализацию используют и как окончательную термическую обработку средне- и высокоуглеродистых доэвтектоидных сталей, если требования к свойствам этих сталей умеренные и для них не обязательна закалка с высоким отпуском.

ЗАКАЛКА

Закалка стали состоит в нагреве ее выше температур фазовых превращений, выдержке для завершения всех превращений и охлаждении с высокой скоростью в закалочной среде с целью получения структуры мартенсита, обеспечивающего более высокую прочность и твердость стали.

В качестве закалочных сред используют жидкости разной плотности (вода, масло).

В зависимости от температуры нагрева различают:

1. Полная закалка – нагрев на 30 – 50 °С выше Ас3, выдержка, охлаждение в закалочной среде. Полная закалка используется для доэвтектоидных сталей.

После полной закалки получается мартенситная структура.

2. Неполная закалка  –  нагрев на 30 – 50 °С выше Ас1, выдержка, охлаждение в закалочной среде. Неполная закалка используется для заэвтектоидных сталей.

После неполной закалки образуется структура мартенсит и цементит вторичный.

Заэвтектоидные стали обычно используют для изготовления инструмента. Важнейшим требованием, предъявляемым к инструментальным сталям, является твердость. Включения цементита после закалки не только не уменьшают, но даже увеличивают твердость, а следовательно, и износостойкость стали.

Таким образом, для доэвтектоидных сталей рационально применять полную закалку, для заэвтектоидных – неполную (рис.10.2).

kursak.net

Виды термической обработки стали и чугуна

В зависимости от требований, предъявляемых к изделию, термическая обработка подразделяется на пять основных видов: отжиг без фазовых превращений в структуре металла, или рекристаллизация; отжиг, и нормализация с перекристаллизацией, или структурными превращениями; закалку, отпуск, химико-термическую обработку.

Отжиг без фазовых превращений. Этот вид термической обработки заключается в нагревании изделия до температуры ниже критической (600-700° С), в выдержке при этой температуре для равномерного прогревания изделия и медленном охлаждении вместе с печью.

Такой отжиг применяют после холодной деформации стали, в результате которой зерна стали вытягиваются в направлении деформации, т. е. преимущественно в одном направлении. В металле создается напряженное состояние, твердость и прочность повышаются, а пластичность падает. Такое явление называют наклепом. Чтобы повысить пластичность стали, ее нагревают до температуры 600-700° С.

В результате напряженное состояние металла снимается, зерна стали восстанавливают свою первоначальную форму и пластические свойства, происходит рекристаллизация.

Отжиг и нормализация с перекристаллизацией. Этот вид термической обработки заключается в нагревании доэвтектоидных сталей до температуры выше линии GS (см. рис. 13) на 30-50° С, а заэвтектоидных сталей — выше линии РК на 30-50° С, в выдержке при этих температурах и медленном охлаждении вместе с печью.

Цель этого отжига — снижение твердости стали, повышение пластичности и вязкости, улучшение обрабатываемости резанием и измельчение зерна металла. Измельчение зерна происходит следующим образом. При температурах выше линии РК происходит эвтектоидное превращение — перлит перекристаллизуется в аустенит. Зерна аустенита зарождаются в перлите на границе между ферритом и цементитом.

Таким образом, зерен аустенита образуется значительно больше, чем зерен перлита, но по размерам они мельче зерен перлита. При охлаждении из мелких зерен аустенита образуются мелкие зерна перлита, т. е. структура стали измельчается и механические свойства повышаются.

Нормализация отличается от отжига тем, что охлаждение изделия происходит на воздухе, следовательно, быстрее, чем при отжиге. Структура стали получается более мелкозернистая, поэтому механические свойства — твердость и прочность — будут выше. Нормализация в сравнении с отжигом более экономична, потому что не требует охлаждения вместе с печью. Большинство сталей поставляется металлургическими заводами после нормализации.

Закалка. Чтобы повысить твердость стали, производят ее закалку. Закалка заключается в нагревании изделий из доэвтектоидных сталей до температур выше линии GS на 30-50° С, а из заэвтектоидных сталей до температур выше линии РК на 30-50° С, в выдержке при этих температурах с последующим очень быстрым охлаждением.

При закалке твердость стали повышается следующим образом. Сталь нагревается до аустенитного состояния. В аустените — твердом растворе углерода в у-железе-* углерода растворяется больше, чем в феррите — твердом растворе углерода в железе.

Происходит перекристаллизация ужелеза в железо. Во вновь образовавшемся а-железе количество растворенного углерода будет такое же, как в у-железе. Поэтому после закалки стали получается структура пересыщенного углеродом а-железа, в результате чего повышается твердость металла. Такая структура называется мартенситом. Твердость мартенсита НВ700.

Необходимая скорость охлаждения при закалке обеспечивается охлаждающей средой. Например, все углеродистые стали для получения мартенситной структуры охлаждают в воде. Легированные стали требуют меньшей скорости охлаждения, поэтому их охлаждают в масле или других средах в зависимости от количества легирующих элементов.

Отпуск. Отпуск заключается в нагревании закаленной стали до температуры ниже критической, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении. Отпуск служит для снятия внутренних напряжений в изделии, которые возникают при закалке, а также для повышения пластических свойств у изделий после закалки.

Мартенсит, получаемый после закалки стали,- не-, устойчивая структура. Поэтому при нагревании: закаленного изделия до температур, значительно ниже критических, мартенсит разрушается, образуя механическую смесь феррита и цементита.,

Различают три вида отпуска: низкий, средний и высокий. Отпуск при температуре 200-250°С называется низким. Этому виду отпуска подвергают режущий инструмент для уменьшения хрупкости и снятия напряжений, при этом сохраняется высокая твердость. После низкого отпуска получается структура, называемая мартенситом отпуска.

Отпуск при температуре 400-450°С называют средним. При этих температурах мартенсит распадается на ферритоцементитную смесь более мелкодисперсную, чем перлит.

Такая структура называется тро-оститом отпуска. После среднего отпуска твердость понижается (НВ380-420), а прочность и вязкость будут очень высокими.

Отпуск при температуре 600-650° С называют высоким. При этих температурах мартенсит распадается также на ферритоцементитную смесь более крупного, грубого строения, чем троостит отпуска. Структуру, полученную после высокого отпуска, называют сорбитом отпуска. Высокий отпуск обеспечивает высокие пластические свойства, достаточно высокую прочность и небольшую твердость (НВ280-320).

www.inmetal.ru

• 
  Земляные работы это
• 
  Крепление троса
• 
  Краны автомобильные
• 
  Общие правила техники безопасности
• 
  Электрический экскаватор
• 
  Механические характеристики машин
• 
  Снежные заносы
• 
  Контрольная диагностическая работа
• 
  Схема карбюратора
• 
  Машинист экскаватора должностная инструкция
• 
  Основными элементами дороги в городе являются