Термообработка

Операции, сопряжённые с нагревом, охлаждением металла и в итоге приводящие к изменению внутреннего строения и структуры материала называют термической обработкой. Термообработка – по сути промежуточная операция, приводящая к повышению обрабатываемости заготовки давлением, резанием и пр., она же может быть и финишной операцией, обеспечивающей заданный уровень свойств изделия.

На самом деле, на практике используют большое количество видов термообработки металла, среди них можно выделить следующие:

• Отжиг;
• Закалка;
• Отпуск;
• Нормализация;
• Старение.

Отжиг

Это тип термообработки, суть которого заключается в нагревании металла до определённой температуры, последующей выдержки при ней, и как правило, плавном её снижении до комнатной. Отжиг сопровождается рекристаллизацией, гомогенизацией. Этот способ обработки используют для:

• уменьшения твёрдости заготовки, что облегчает ее дальнейшую обработку;
• улучшения микроструктуры и получения большей однородности сплава;
• устранения внутренних напряжений.

На практике применяют несколько вариантов отжига:

Отжиг I рода — применяют для приведения металла в сбалансированное структурное состояние, после этой операции исчезает наклёп, падает твёрдость, увеличивается пластичность, устраняется внутреннее напряжение, последнее связано с рекристаллизацией.

Отжиг II рода — в ходе его проведения происходит фазовая перекристаллизация

Полный — при проведении полного отжига сталь нагревают на 30—50 °C выше верхней критической точки для превращения структуры стали в аустенит и дальнейшем охлаждении до 500—600 °C. Это необходимо для формирования феррита и перлита. Заготовку охлаждают со скоростью 50—100 °C/час. Если охлаждение осуществляется на воздухе, то происходит нормализация.

Неполный — при выполнении этой операции заготовку нагревают до температуры, расположившейся между критическими точками и медленном остывании.

Диффузионный — при выполнении этой формы отжига, заготовку разогревают до температуры, превышающей критические точки и дальнейшей длительной выдержке. Т. о. происходит формирование сбалансированной структуры материала заготовки. Эту форму отжига используют при работе с отливками.

Этот способ обеспечивает получение однотипной структуры во всей заготовке.

При отжиге этого типа активизируются следующие процессы:

• Химсостав приходит в сбалансированное состояние;
• Исчезают избыточные фазы;
• Увеличение зерен;
• Формирование и увеличение пор.

Закалка

Закалка (закаливание) – это способ термообработки, в состав которого входит нагревание до некоторой температуры, выдержки и быстрого охлаждения. Его используют в комбинации с другим способом термической обработки и отпуском. Эта обработка обеспечивает улучшение механических характеристик простых марок стали. За счет них уменьшается себестоимость изготавливаемых изделий и конструкций.

Этот способ обеспечивает:

• Увеличение твердости;
• Рост прочностных параметров;
• Возможность применения пустотелых изделий вместо цельных, что влечёт за собой снижение веса изделия и металлоёмкость изготовления.

Основные фазы закаливания:

• Нагревание до температур, при которых изменяется структурное состояние материала;
• Выдержка, определённая в технологическом процессе;
• Охлаждение со скоростью, способствующей получению требуемой кристаллической структуры.

По окончании закаливания выполняют отпуск, заключающийся в нагревании заготовки до температур, расположенных ниже линии фазовых преобразований с последующим снижением температуры. На результат термообработки оказывают влияние:

• Уровень нагрева;
• Скорость подъёма температуры;
• Время выдерживания при закалочной температуре;
• Характеристика охлаждающей среды и время, расходуемое на снижение температуры.

Основной параметр – температура нагрева, оказывающая влияние на создание структуры материала.

Закаливание может быть объёмным и поверхностным. В изготовлении продукции для машиностроения, как правило, используют объёмное закаливание. После её использования твёрдость поверхности и сердцевины отличается незначительно. Поверхностная термообработка нужна для деталей, где важна высокая твёрдость поверхности и вязкая сердцевина.

Также следует отметить, что не все стали могут быть подвергнуты этой форме термообработки. Сплавы, в которых содержание углерода составляет меньше 0,4%, не изменяют твердость по достижении закалочных температур, поэтому данные стали не подвергают закаливанию. Закаливание чаще используют для инструментальных марок сталей.

Закалка сталей с полиморфным превращением

При повышении температуры до определённого уровня в углеродистой стали протекают фазовые трансформации, влекущие за собой изменения кристаллической решетки. По достижении критической температуры, а ее значение сопряжено с долей содержания углерода, протекает разложение карбида железа и формирование раствора углерода в железе, его называют аустенит. Медленное остывание приводит к его распаду, и решётка возвращается в исходное состояние. Если стали этого типа охлаждать достаточно быстро, то в них происходит формирование разных фазовых состояний. Например мартенсит.

Немного о цветных металлах

Закаливание цветных металлов не всегда приводит к росту прочности металла. Медные сплавы после термообработки становятся пластичными. Для таких металлов используют отпуск, он приводит к снятию напряжения, благодаря которому снимаются напряжения после литья, прокатки, штамповки, ковки или прессования.

Отпуск

Отпуск металлов – это одна из форм термообработки, суть которой заключена в нагреве закалённого сплава до температуры ниже нижней критической точки, выдержке и дальнейшем охлаждении. Отпуск используют по отношению к сталям.

Чаше всего эту операцию назначают как финишную следом за закаливанием. По сути, отпуск – это нагревание заготовки до определённой температуры с последующим охлаждением. Назначение отпуска – устранение внутренних напряжений, оказывающих негативное влияние на эксплуатационные характеристики стального изделия.

Основные стадии отпуска:

• Нагревание стальной заготовки до температуры, при которой начинаются фазовые превращения;
• Выдерживание при необходимой температуре;
• Охлаждение с определенной скоростью.

В итоге после отпуска будут получены требуемые технические параметры изделий, сведены к минимуму внутренние напряжения. Чем выше температура отпуска и ниже скорость остывания, тем результативнее будут устранены остаточные напряжения.

Разумеется, приведены не все способы термической обработки металла. Компания «Сварог» осуществляет термическую обработку металла с полным соблюдением технологического процесса и гарантией качества готовых изделий.