Как называется термическая обработка металла

Виды термообработки

Термическая обработка (термообработка) стали, цветных металлов — процесс изменения структуры стали, цветных металлов, сплавов при нагревании и последующем охлаждении с определенной скоростью.
Термическая обработка (термообработка) приводит к существенным изменениям свойств стали, цветных металлов, сплавов. Химический состав металла не изменяется.

Виды термической обработки стали

Отжиг

Отжиг — термическая обработка (термообработка) металла, при которой производится нагревание металла, а затем медленное охлаждение. Эта термообработка (т. е. отжиг) бывает разных видов (вид отжига зависит от температуры нагрева, скорости охлаждения металла).

Закалка

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

Отпуск — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, проводимая после закалки для уменьшения или снятия остаточных напряжений в стали и сплавах, повышающая вязкость, уменьшающая твердость и хрупкость металла.

Нормализация

Нормализация — термическая обработка (термообработка), схожая с отжигом. Различия этих термообработок (нормализации и отжига) состоит в том, что при нормализации сталь охлаждается на воздухе (при отжиге — в печи).

Нагрев заготовки

Нагрев заготовки — ответственная операция. От правильности ее проведения зависят качество изделия, производительность труда. Необходимо знать, что в процессе нагрева металл меняет свою структуру, свойства и характеристику поверхностного слоя и в результате от взаимодействия металла с воздухом атмосферы, и на поверхности образуется окалина, толщина слоя окалины зависит от температуры и продолжительности нагрева, химического состава металла. Стали окисляются наиболее интенсивно при нагреве больше 900°С, при нагреве в 1000°С окисляемость увеличивается в 2 раза, а при 1200°С — в 5 раз.

Хромоникелевые стали называют жаростойкими потому, что они практически не окисляются.

Легированные стали образуют плотный, но не толстый слой окалины, который защищает металл от дальнейшего окисления и не растрескивается при ковке.

Углеродистые стали при нагреве теряют углерод с поверхностного слоя в 2-4 мм. Это грозит металлу уменьшением прочности, твердости стали и ухудшается закаливание. Особенно пагубно обезуглероживание для поковок небольших размеров с последующей закалкой.

Заготовки из углеродистой стали с сечением до 100 мм можно быстро нагревать и потому их кладут холодными, без предварительного прогрева, в печь, где температура 1300°С. Во избежание появлений трещин высоколегированные и высокоуглеродистые стали необходимо нагревать медленно.

При перегреве металл приобретает крупнозернистую структуру и его пластичность снижается. Поэтому необходимо обращаться к диаграмме «железо-углерод», где определены температуры для начала и конца ковки. Однако перегрев заготовки можно при необходимости исправить методом термической обработки, но на это требуется дополнительное время и энергия. Нагрев металла до еще большей температуры приводит к пережогу, от чего происходит нарушение связей между зернами и такой металл полностью разрушается при ковке.

Пережог

Пережог — неисправимый брак. При ковке изделий из низкоуглеродистых сталей требуется меньше число нагревов, чем при ковке подобного изделия из высокоуглеродистой или легированной стали.

При нагреве металла требуется следить за температурой нагрева, временем нагрева и температурой конца нагрева. При увеличении времени нагрева — слой окалины растет, а при интенсивном, быстром нагреве могут появиться трещины. Известно из опыта, что на древесном угле заготовка 10-20 мм в диаметре нагревается до ковочной температуры за 3-4 минуты, а заготовки диаметром 40-50 мм прогревают 15-25 минут, отслеживая цвет каления.

Химико-термическая обработка

Химико-термическая обработка (ХТО) стали — совокупность операций термической обработки с насыщением поверхности изделия различными элементами (углерод, азот, алюминий, кремний, хром и др.) при высоких температурах.

Поверхностное насыщение стали металлами (хром, алюминий, кремний и др.), образующими с железом твердые растворы замещения, более энергоемко и длительнее, чем насыщение азотом и углеродом, образующими с железом твердые растворы внедрения. При этом диффузия элементов легче протекает в решетке альфа-железо, чем в более плотноупакованной решетке гамма-железо.

Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, кавитационную, коррозионную стойкость. Химико-термическая обработка, создавая на поверхности изделий благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность, долговечность.

Цементация стали

Цементация стали — химико-термическая обработка поверхностным насыщением малоуглеродистой (С табл.1

Температура, °С Цвета каления Температура, °С Цвета каления 1600 Ослепительно бело-голубой 850 Светло-красный 1400 Ярко-белый 800 Светло-вишневый 1200 Желто-белый 750 Вишнево-красный 1100 Светло-белый 600 Средне-вишневый 1000 Лимонно-желтый 550 Темно-вишневый 950 Ярко-красный 500 Темно-красный 900 Красный 400 Очень темно-красный (видимый в темноте)

Тонкая пленка окислов железа, придающая металлу различные быстро меняющиеся цвета — от светло-желтого до серого. Такая пленка появляется, если очищенное от окалины стальное изделие нагреть до 220°С; при увеличении времени нагрева или повышении температуры окисная пленка утолщается и цвет ее изменяется. Цвета побежалости одинаково проявляются как на сырой, так и на закаленной стали.

При низком отпуске (нагрев до температуры 200-300° ) в структуре стали в основном остается мартенсит, который, однако, изменяется решетку. Кроме того, начинается выделение карбидов железа из твердого раствора углерода в альфа-железе и начальное скопление их небольшими группами. Это влечет за собой некоторое уменьшение твердости и увеличение пластических и вязких свойств стали, а также уменьшение внутренних напряжений в деталях.

Для низкого отпуска детали выдерживают в течение определенного времени обычно в масляных или соляных ваннах. Если для низкого отпуска детали нагревают на воздухе, то для контроля температуры часто пользуются цветами побежалости, появляющимися на поверхности детали.

табл.1

Цвет побежалости Температура, °С Инструмент, который следует отпускать
Бледно-желтый 210
Светло-желтый 220 Токарные и строгальные резцы для обработки чугуна и стали
Желтый 230 Тоже
Темно-желтый 240 Чеканы для чеканки по литью
Коричневый 255
Коричнево-красный 265 Плашки, сверла, резцы для обработки меди, латуни, бронзы
Фиолетовый 285 Зубила для обработки стали
Темно-синий 300 Чеканы для чеканки из листовой меди, латуни и серебра
Светло-синий 325
Серый 330

Появление этих цветов связано с интерференцией белого света в пленках окисла железа, возникающих на поверхности детали при ее нагреве. В интервале температур от 220 до 330 ° в зависимости от толщины пленки цвет изменяется от светло-желтого до серого. Низкий отпуск применяется для режущего, измерительного инструмента и зубчатых колес.

При среднем (нагрев в пределах 300-500°) и высоком (500-700°) отпуске сталь из состояния мартенсита переходит соответственно в состояние тростита или сорбита. Чем выше отпуск, тем меньше твердость отпущенной стали и тем больше ее пластичность и вязкость.

При высоком отпуске сталь получает наилучшее сочетание механических свойств, повышение прочности, пластичности и вязкости, поэтому высокий отпуск стали после закалки ее на мартенсит назначают для кузнечных штампов, пружин, рессор, а высокий — для многих деталей, подверженных действию высоких напряжений (например, осей автомобилей, шатунов двигателей).

Для некоторых марок стали отпуск производят после нормализации. Этот относится к мелкозернистой легированной доэвтектоидной стали (особенно никелевой), имеющий высокую вязкость и поэтому плохую обрабатываемость режущим инструментом.

Для улучшения обрабатываемости производят нормализацию стали при повышенной температуре (до 950-970°), в результате чего она приобретает крупную структуру (определяющую лучшую обрабатываемость) и одновременно повышенную твердость (ввиду малой критической скорости закалки никелевой стали). С целью уменьшения твердости производят высокий отпуск этой стали.

Дефекты закалки

К дефектам закалки относятся:

  • трещины,
  • поводки или коробление,
  • обезуглероживание.

Главная причина трещин и поводки — неравномерное изменение объема детали при нагреве и, особенно, при резком охлаждении. Другая причина — увеличение объема при закалке на мартенсит.

Трещины возникают потому, что напряжения при неравномерном изменении объема в отдельных местах детали превышают прочность металла в этих местах.

Лучшим способом уменьшения напряжений является медленное охлаждение около температуры мартенситного превращения. При конструировании деталей необходимо учитывать, что наличие острых углов и резких изменений сечения увеличивает внутреннее напряжение при закалке.

Коробление (или поводка)возникает также от напряжений в результате неравномерного охлаждения и проявляется в искривлениях деталей. Если эти искривления невелики, они могут быть исправлены, например, шлифованием. Трещины и коробление могут быть предотвращены предварительным отжигом деталей, равномерным и постепенным нагревом их, а также применением ступенчатой и изотермической закалки.

Обезуглероживание стали с поверхности — результат выгорания углерода при высоком и продолжительном нагреве детали в окислительной среде. Для предотвращения обезуглероживания детали нагревают в восстановительной или нейтральной среде (восстановительное пламя, муфельные печи, нагрев в жидких средах).

Образование окалины на поверхности изделия приводит к угару металла, деформации. Это уменьшает теплопроводность и, стало быть, понижает скорость нагрева изделия в печи, затрудняет механическую обработку. Удаляют окалину либо механическим способом, либо химическим (травлением).

Выгоревший с поверхности металла углерод делает изделия обезуглероженным с пониженными прочностными характеристиками, с затрудненной механической обработкой. Интенсивность, с которой происходит окисление и обезуглерожевание, зависит от температуры нагрева, т. е. чем больше нагрев, тем быстрее идут процессы.

Образование окалины при нагреве можно избежать, если под закалку применить пасту, состоящую из жидкого стекла — 100 г, огнеупорной глины — 75 г, графита — 25 г, буры — 14 г, карборунда — 30 г, воды — 100 г. Пасту наносят на изделие и дают ей высохнуть, затем нагревают изделие обычным способом. После закалки его промывают в горячем содовом растворе. Для предупреждения образования окалины на инструментах быстрорежущей стали применяют покрытие бурой. Для этого нагретый до 850°С инструмент погружают в насыщенный водный раствор или порошок буры

Антикоррозионная обработка изделий после термической обработки

После термической обработки, связанной с применением солей, щелочей, воды и прочих веществ, могущих вызывать при длительном хранении изделий коррозию, следует провести антикоррозионную обработку стальных изделий, заключающуюся в том, что очищенные, промытые и высушенные изделия погружают на 5 минут в 20 — 30% водный раствор нитрита натрия, после чего заворачивают в пропитанную этим же раствором бумагу.
В таком виде изделия могут храниться длительное время

Источник

Про термическую обработку металлов (что, зачем и как)

Помимо чистого формообразования в машиностроении также применяют иные меры воздействия на материал, чтобы получить определенные конечные свойства. Весьма значимое место здесь занимает термическая обработка металлов и сплавов.

С помощью таких технологий исходную заготовку можно сделать мягче и податливей, а можно — в разы прочнее и тверже, чем было на старте. Варьируя режимы нагрева и охлаждения, термисты управляют физико-механическими характеристиками металла и даже его «памятью» относительно ранее произведенных манипуляций.

Механика термической обработки металлов

Металлы и сплавы способны находиться в двух предельных состояниях — твердом и жидком. Вместе с нагревом материал теряет собственную прочность, постепенно размягчаясь, пока в определенный момент не становится расплавом.

В зависимости от температуры и собственного химического состава каждый металл демонстрирует определенный набор вариантов структуры — манеры элементарных частиц выстраиваться в кристаллическую решетку. Характеристикой каждой структуры становится фазовая составляющая, и ее определение отражает свойства материала в нужный момент времени.

Наиболее показательна вариативность фазовых составляющих у сталей:

Они встречаются как в чистом виде, так и в виде комплексных сочетаний (например, цементит + перлит или аустенит + вторичный цементит). Такой вариант можно сравнить с салатом, в котором несколько ингредиентов тщательно перемешаны друг с другом до единой монолитной массы.

Исходная структура зависит от химического состава металла (для сталей и чугунов — от процентного содержания углерода). Ее смена происходит с нагревом выше определенных температур, которые называют критическими точками. Достигнув за счет теплового воздействия нужного состояния, термисты модифицируют и закрепляют результат с помощью охлаждения — ускоренного или замедленного.

Термическая обработка — это последовательная смена режимов нагрева и охлаждения с контролем температуры и скорости происходящих процессов. Всё это позволяет получить и закрепить структуру металла, отличающуюся от исходной.

Вместе с фазовыми превращениями напрямую воздействуют на механические характеристики материала — прочность, твердость и ударную вязкость. В меньшей степени проявляется зависимость от структуры иных свойств: коррозионной стойкости, электропроводимости, возможности работать магнитом.

Что примечательно, в большинстве случаев планомерный нагрев выше определенной температуры позволяет металлу благополучно «забыть» всё, чего от него добивались ранее. Такой порог называют температурой рекристаллизации, когда кристаллическая решетка перестраивается в максимально комфортное для себя состояние, соответствующее «сырому» материалу.

Что имеет значение при термической обработке:

  • скорость нагрева;
  • температура нагрева;
  • время выдержки при достижении нужной температуры (структуре нужен запас, чтобы полностью перестроиться);
  • скорость охлаждения;
  • условия охлаждения.

Часто все эти процессы сопровождаются окислением поверхностного слоя металла, из-за чего поверхность меняет цвет и на ней образуется окалина. Так с углеродистых сталей после 1000°С можно сбивать прямо-таки куски окалины, а хромоникелевые нержавейки при достижении 800°С просто становятся сине-фиолетового цвета.

Заготовки до нужной температуры доводят тремя способами: разогревая вместе с печью, засовывая уже в разогретую печь и направленным местным локальным воздействием. При этом могут использовать различные технологии:

  • в газовых и электропечах;
  • токами высокой частоты (ТВЧ);
  • электронным лучом;
  • с помощью тлеющего разряда в ионизирующей атмосфере при пониженном давлении;
  • сфокусированным лазерным лучом.

Чтобы защитить металлы от окисления и нежелательных химических реакций с кислородом, часто нагрев ведут в вакуумных камерах или в атмосфере инертного газа.

Из рабочих «полевых» методик — заготовку греют пламенем кислородного резака, оценивая температуру на глаз по степени покраснения. Но металл прогревается крайне неравномерно и бесконтрольно, а финальный результат тяжело предсказать.

Скорость и условия охлаждения напрямую зависят от среды, в которую помещают раскаленный металл, а также способа ее подачи. Это может быть:

  • вода (в том числе соленая и содержащая иные добавки);
  • индустриальное масло;
  • расплавы солей и щелочей;
  • воздух;
  • водовоздушная смесь;
  • водный раствор жидкого стекла;
  • водные растворы полимеров;
  • пена.

Нагретую заготовку могут опускать в емкость с охлаждающей средой, подавать ее потоком, струями или брызгами. Для этого используют ванны и различные механизированные установки, которые позволяют вращать заготовку при статичной подаче жидкости. В том числе практикуют охлаждение в масляном тумане в специальных камерах.

Сегодня термическая обработка металлов и сплавов очень хорошо изучена. Нет смысла действовать наощупь, методом проб и экспериментов. Для каждой марки материала предложены четкие режимы: рекомендуемые скорости, температуры критических точек, время выдержки.

Кроме того, прекрасно известна степень влияния основных элементов химсостава на поведение сплава при термообработке. Так ванадий, вольфрам и кремний повышают необходимую температуру нагрева для фазовых превращений. Молибден, титан и хром обладают тем же действием, вдобавок улучшают общую прокаливаемость. А марганец и никель наоборот — понижают положение критических точек.

При необходимости, даже не имея под рукой справочника термиста, можно быстро рассчитать нужные параметры нагрева, ориентируясь на содержание углерода и легирующих веществ. Работая со сталями и чугунами, используют диаграмму «железо-углерод».

Классификация методов термообработки

Термическая обработка — невероятно обширная сфера вариантов технологических воздействий на материал. Чтобы перечислить все известные методы, пришлось бы составить список на несколько сотен позиций, поскольку каждый сплав требует почти индивидуального подхода, а общая стратегия не ограничивается лишь изменением прочности.

Наиболее удобная классификация — с разбивкой на три ключевых способа: отпуск, отжиг и закалку. Из их сочетаний и режимов подбирают варианты под каждый конкретный случай.

Отжиг

Ключевые задачи этого вида термической обработки — снятие внутренних напряжений, стабилизация структуры, выравнивание химического состава и физико-механических свойств. Вместе с этим наблюдается незначительное упрочнение за счет устранения структурных дефектов.

Чтобы отжечь изделие, его нагревают, выдерживают под температурой и медленно охлаждают. Чтобы уменьшить скорость охлаждения, материал укутывают ватой или огнеупорными материалами, а часто — оставляют остывать вместе с печью. На эту процедуру может уйти до 2 суток.

По степени влияния на структуру различают:

  • отжиг I рода — фазовых превращений не происходит, но уходят структурные дефекты;
  • отжиг II рода — минимальные фазовые превращения присутствуют.

По объему воздействия различают:

  • полный отжиг — с нагревом выше третьей критической точки, что соответствует полной рекристаллизации («сброс» до исходных характеристик металла);
  • неполный отжиг — с нагревом между первой и третьей критической точкой, с частичной рекристаллизацией.

По характеру действия различают:

  • нормализационный отжиг (нормализация) — выравнивание структуры, измельчение зерна материала;
  • изотермический отжиг — позволяет произвести полный распад аустенита до перлита;
  • сфероидизирующий отжиг — для сфероидизации карбидов и превращения пластинчатого перлита в зернистый;
  • гомогенизированный отжиг — выравнивание химического состава;
  • отжиг, увеличивающий зерно;
  • рекристаллизационный отжиг — устраняет наклеп с поверхности.

Отжигу чаще всего подвергают отливки и сварные конструкции. Причем он может быть как объемным — когда воздействуют на всю деталь целиком, — так и местным, сосредоточенным на строго определенной зоне. Так обрабатывают сварной шов на электросварных стальных трубах: греют с помощью ТВЧ или лазера. Вместе с отжигом уходят остаточные растягивающие напряжения, и риск получить растущие трещины внутри шва снижается до минимума.

К своеобразной разновидности отжига можно отнести и старение металла. Эта операция предусматривает медленный нагрев с длительной выдержкой (от нескольких часов до нескольких суток), с управляемым охлаждением и цикличным повторением процедуры. В результате металл приобретает равновесную и упрочненную структуру, к которой бы пришел спустя несколько месяцев эксплуатации.

Отпуск

Этот вид термической обработки полностью соответствует своему названию. Отпуск — возможность сбросить накопленный груз, обновиться и вернуться к делу свежим. Отпускают преимущественно закаленные сплавы, чтобы понизить полученную твердость, сделать металл не таким напряженным, вернуться к стартовым характеристикам.

Механика отпуска состоит в нагреве до определенной температуры, при которой закалочные структуры сменяются иными, выдержке и спокойном охлаждении. В чем-то отпуск близок к отжигу, но предназначен для совершенно иной цели и выступает сопутствующей операцией после закалки.

Термисты делят варианты отпуска исключительно по температуре нагрева:

  • высокий — в диапазоне 500. 680°С, позволяет весьма существенно снизить обретенную с закалкой прочность;
  • средний — в диапазоне 250. 500°С;
  • низкий — до 250°С, дает возможность убрать наиболее опасные напряжения и выровнять полученную прочность до стабильного уровня.

Если нужно полностью убрать результат закалки и вернуть металл к исходному состоянию, то отпускают на температуре рекристаллизации и долгой выдержкой под нагревом добиваются, чтобы материал полностью перестроился и «забыл» предыдущую термическую обработку.

Одним из негативных эффектов отпуска выступает отпускная хрупкость: после воздействия вместе с разупрочнением стремительно снижается и ударная вязкость. Сплав становится не только менее прочным, но и куда более хрупким — в несколько раз. Отпускная хрупкость чаще всего наблюдается у малоуглеродистых легированных сталей и может быть как обратимой, так и необратимой.

Закалка

Даже человек, чудовищно далекий от металловедения, хорошо представляет себе, для чего нужна закалка. Эта операция позволяет в существенной мере упрочнить материал, получить повышенную твердость и износостойкость поверхностного слоя, а в отдельных случаях — и очевидные пружинящие свойства.

Цель закалки — добиться мартенситной структуры. По сравнению с иными фазовыми составляющими, мартенсит можно представить себе как «запорожец», набитый пятнадцатью пассажирами одновременно. Это максимально напряженная структура, вместе с которой приходит и повышение механических характеристик. Чтобы металл не разорвало от внутренних напряжений, и он мог дальше работать, его обязательно отпускают, уменьшая тем самым количество «пассажиров».

Механика закалки известна всем: заготовку разогревают до нужной температуры, после чего подвергают ускоренному охлаждению, опуская в воду или масло. Именно за счет резкой смены состояний получают столь заметный эффект в повышении прочности.

По объему воздействия различают:

  • объемную закалку — когда обрабатывают изделие целиком, стараясь добиться равномерной мартенситной структуры по всему объему металла;
  • поверхностную закалку — когда обрабатывают только узкий поверхностный слой на определенном участке изделия, на глубину не более 5 мм, а сердцевина при этом сохраняет свойства исходной структуры.

По методу охлаждения различают:

  • непрерывную закалку — в одной среде;
  • прерывистую закалку — в нескольких средах последовательно;
  • ступенчатую — с разделением охлаждения на несколько этапов и выдержкой между ними;
  • с обработкой холодом — когда охлаждение продолжают с понижением температуры среды ниже 20°С.

Интересен вариант закалки с самоотпуском. В этом случае охлаждению повергают исключительно поверхностную зону металла, а последующий отпуск происходит под влиянием остаточного тепла, распространяющегося от сердцевины наружу.

Термообработка различных материалов

Термообработка сталей и чугунов

Наиболее разнообразно технология термического воздействия на металлы проявляет себя в отношении сплавов железа и углерода. Именно здесь возможности термообработки раскрываются максимально широко.

Самые распространенные решения в отношении сталей:

  • отжиг — для отливок, штамповок, поковок и сварных конструкций;
  • объемная закалка с высоким отпуском (улучшение) — для рычагов, колес и валов или если решите заказать нестандартный крепеж;
  • объемная закалка с низким отпуском — для нагруженных деталей малого размера (шестерни, ролики);
  • поверхностная закалка токами высокой частоты — для шеек валов под подшипники, зубьев колес;
  • сорбитизация (закалка с поверхностным охлаждением спрейером) — для крановых колес.

Закалке можно подвергать любые марки сталей, но эффект от этой операции тем выше, чем больше удельная доля углерода. Этот элемент в ответе за то, насколько высоким будет скачок прочности после получения мартенситной структуры. Стали с содержанием углерода ниже 0,3% практически не реагируют на закалку, зато для инструментальных, где этот параметр превышает 0,8%, обнаруживают в итоге твердость выше 60 HRC.

В отношении чугунов следует максимально жестко контролировать режимы нагрева и охлаждения. В отличие от сталей чугуны не прощают ошибок, и неверное решение приведет к стремительному развитию внутренних напряжений. Бывали случаи, когда чугунные заготовки буквально взрывались сами по себе, и куски металла отлетали на несколько метров.

Для чугуна применяют:

  • низкотемпературный отжиг;
  • графитизирующий отжиг;
  • нормализацию;
  • закалку.

Упрочнение чугунов позволяет добиться твердости около 51 HRC. Такую термообработку применяют редко ввиду чрезвычайной сложности реализации. Чаще всего отливки из чугуна (в особенности — легированного) просто отжигают.

Термообработка медных сплавов

Для промышленной и электротехнической меди, латуней и бронз также предусмотрены меры термического воздействия. Они направлены на выравнивание химического состава, снятие остаточных напряжений после волочения или прессования, повышение прочности и пластичности.

Ориентируясь на ГОСТ 1535-2016 и ГОСТ 2060-2006, можно указать основные структурные состояния медных сплавов:

  • мягкое (полностью отожженное);
  • полутвердое (частично отожженное);
  • твердое (напряженное).

Каждый вариант несет в себе не только очевидное изменение механических характеристик, но и некоторую динамику электро- и теплопроводности. Это особенно актуально в отношении металла, идущего на производство теплотехники и кабельной продукции. Так для жил гибких проводов используют преимущественно мягкую отожженную медную проволоку, зато при сборке теплообменников лучше работать с полутвердыми латунными трубками.

Термообработка алюминия и титана

В сравнении со сталью все цветные сплавы в куда меньшей степени реагируют на упрочнение методами термической обработки. Поэтому чаще термисты используют свое мастерство только для размягчения металла и снятия напряжений. Но здесь алюминий и его группа — интересное исключение.

Для материалов этой категории предусмотрен целый перечень возможного термического воздействия:

  • подготовительный отжиг;
  • промежуточный отжиг;
  • окончательный отжиг;
  • закалка;
  • закалка с естественным старением;
  • закалка с искусственным старением;
  • отжиг для снятия наклепа.

Следует отметить, что некоторые алюминиевые сплавы после закалки со старением показывают рост предела прочности в 1,5..2 раза. Такие марки находят применение в авиационно-космической отрасли, а также в автомобильной промышленности.

Закалочные процессы по отношению к алюминию и его сплавам происходят преимущественно в селитровых ваннах. Поэтому после термической обработки в техпроцесс вводят дополнительную операцию по очистке поверхностей от остатков селитры.

Не отказываются от термообработки и в задачах, связанных с применением титана и титановых сплавов. Для таких конструкционных материалов термисты используют:

  • неполный отжиг — в диапазоне температур 445..600°С;
  • полный отжиг — на 670..800°С;
  • закалку — с нагревом до 820..940°С;
  • искусственное старение — с нагревом до 450..600°С и выдержкой до 16 часов.

Чтобы избежать окисления металла в процессе воздействия, все операции производят в вакуумных печах.

Термическая обработка в производстве крепежа

Промышленный выпуск метизной продукции предусматривает два основных разделения: на изделия, упрочненные в ходе непосредственной пластической деформации на станках, и на изделия, упрочненные при помощи закалки. Второй вариант характерен исключительно для стального крепежа.

Технология термической обработки метизов включает закалку с отпуском, идущие после основной формующей операции (холодной или горячей высадки, точения или фрезерования). В редких случаях заготовку сначала калят, а только потом начинают обрабатывать. Удобство и безопасность такого варианта просчитывают технологи.

В массовом и крупносерийном производстве весь путь от нагрева до охлаждения проходит в автоматизированном режиме — на линиях конвейерного типа. Для мелкой серии и единичного выпуска изделия калят порционно, собирая в пакеты.

Чтобы оценить требования к уровню прочности стального крепежа, следует обратиться к ГОСТ 1759.4 (болты, шпильки, винты), ГОСТ 1759.5 (гайки), ГОСТ 11371 (подкладные шайбы) и ГОСТ 6402 (пружинные шайбы).

Разделение по классам прочности стержневых деталей выглядит так:

  • от 3.6 до 6.8 — отсутствует термическая обработка;
  • 8.8 и 9.8 — закалка и отпуск на 425°С;
  • 10.9 — закалка и отпуск на 340..425°С;
  • 12.9 — закалка и отпуск на 380°С.

Работа с легированными среднеуглеродистыми сталями по наивысшему классу дает предел прочности не менее 1220 МПа с поверхностной твердостью 385..435 HV. Подобным болтам или резьбовым шпилькам соответствуют гайки класса 12 — с твердостью 295..353 HV. Этих показателей достигают одними и теми же методами, варьируя лишь исходные материалы и режимы нагрева/охлаждения.

Интересней обстоят дела с шайбами. Для подкладных круглых изделий нужна минимальная твердость — около 110 HV. Это соответствует сырому состоянию низкоуглеродистых сталей. Зато выпуск стопорных шайб непременно включает операцию закалки: их твердость приходится на диапазон 40. 48 HRC (389. 508 HV), а в некоторых случаях достигает 50 HRC (539 HV). Для такого результата берут высокоуглеродистые рессорно-пружинные марки, а стабилизирующий отпуск после закалки делают минимальным — лишь бы снять остаточные напряжения, чтобы деталь не разорвало в работе.

Вы можете всегда определить, присутствовала или нет термическая обработка в изготовлении крепежа, оценив три параметра: материал изготовления, стандарт (ГОСТ, DIN или EN) и маркировку. Относительно болтов с широкой шестигранной головкой класс прочности всегда набивают на верхнем торце. Если видите числа 8.8, 9.8, 10.9 или 12.9 — у вас в руках стальной крепеж, прошедший огонь и воду, чтобы стать в разы крепче и выдержать увеличенные нагрузки.

Заключение

Термообработка — это воздействие, эффект которого нельзя увидеть невооруженным глазом, как результат фрезерования или штамповки. Чтобы понять, что именно произошло и чего добились термисты, придется заглянуть в микроскоп по микрошлифам или использовать приборы для измерения механических характеристик материала.

Но роль термической обработки в формировании всего комплекса свойств конечного изделия нельзя обойти вниманием: именно она определяет выносливость, эксплуатационную прочность и в итоге — общий ресурс работы машины, узла или механизма.

Источник

Читайте также:  Восковки что это такое золото
Поделиться с друзьями
Металл и камни