Особливості термічної обробки
Для додання потрібних властивостей металевої деталі вона піддається термічній обробці. Під час цього процесу відбувається структурна зміна матеріалу.
Металеві вироби, використовувані в господарстві, повинні бути стійкими до зовнішнього впливу. Щоб цього досягти, метал необхідно підсилити за допомогою впливу високої температури. Така обробка змінює форму кристалічної решітки, мінімізує внутрішню напругу і покращує його властивості.
Види термічної обробки стали
Термообробка стали зводиться до трьох етапів: нагрівання, витримці і швидкого охолодження. Існує кілька видів цього процесу, але основні етапи у них залишаються однаковими.
Виділяють такі види термічної обробки:
- Технічна (відпустка, гарт, кріогенна обробка, старіння).
- Термомеханічна, при якій використовують не тільки високу температуру, але і фізичний вплив на метал.
- Хіміко-термічна включає в себе термічну обробку металу з подальшим впливом на поверхню азотом, хромом або вуглецем.
відпал
Це виробничий процес нагрівання металу до заданої температури, а потім повільного охолодження, яке відбувається природним шляхом. В результаті цієї процедури усувається неоднорідність металу, знижується внутрішнє напруження, і зменшується твердість сплаву, що значно полегшує його переробку. Існує два види відпалу: першого і другого роду.
При відпалі першого роду фазовий стан сплаву змінюється незначно. У нього є різновиди:
- Гомогенізований - температура становить 1100-1200 ° C, метал витримується від 7-14 годин в таких умовах.
- Рекрісталлізаціонний - температура відпалу 100-200 ° C, ця процедура використовується для клепано стали.
При відпалі другого роду відбувається фазовий зміни металу. Процес має кілька видів:
Повний відпал - метал нагрівається на 25-40 ° C вище критичної позначки для цього матеріалу і охолоджується зі спеціальною швидкістю.- Неповний - сплав нагрівається до критичної точки і довго остигає.
- Дифузійний - отжиг проводиться при температурі 1100-1200 ° C.
- Ізотермічний - нагрівання металу відбувається як при повному відпалі, але охолодження нижче критичної температури, охолодження на відкритому повітрі.
- Нормалізований - проводиться повний відпал металу з охолодженням на повітрі.
загартування
Це процес маніпуляції металом для досягнення мартенситного перетворення, чим забезпечується підвищена міцність і зменшена пластичність вироби. При загартуванню сплав нагрівають до критичного значення, як і при відпалі, але процес охолодження виробляється значно швидше, і для цього використовують ванну з рідиною. Існує кілька видів загартування:
- Загартування в одній рідини, для дрібних деталей використовують масло, а для великих - воду.
- Переривчаста гарт - зниження температури відбувається в два етапи: різке охолодження до температури в 300 ° C, за допомогою води, а потім виріб поміщають в масло або на відкрите повітря.
- Ступінчаста - при досягненні металу необхідної температури, його охолоджують в розплавлених солях, а потім на відкритому повітрі.
- Изотермическая - подібний зі ступінчастою, відрізняється в часі витримки.
- Загартування з самоотпуском, сплав охолоджується в повному обсязі, залишається тепла ділянка в середині. В результаті метал отримує підвищену міцність і високу в'язкість. Таке поєднання відмінно підходить для ударних інструментів.
Неправильно зроблена гарт може привести до появи таких дефектів:
- обезуглероживание;
- тріщини;
- викривлення або повідці.
Головна причина поводок і тріщин - нерівномірне зміна розміру деталі при охолодженні або нагріванні. Вони також можуть виникнути при різкому підвищенні міцності в окремих місцях. Кращий спосіб уникнути цих проблем - повільне охолодження металу до значення мартенситного перетворення.
Повідка і викривлення виникає при нерівномірному охолодженні викривлених деталей. Ці дефекти досить невеликі і можуть бути виправлені шліфуванням. Попередній отжиг деталей і їх поступовий і рівномірний нагрів допоможуть уникнути викривлення.
Обезуглероживание металу відбувається в результаті вигоряння вуглецю при тривалому нагріванні. Інтенсивність процесу залежить від температури нагріву, чим вона вища, тим швидше процес. Для виправлення деталь нагрівають в нейтральному середовищі (муфельній печі).
Окалини на поверхні металу призводять до чаду і деформації вироби. Це знижує швидкість нагріву і робить механічну обробку більш важкою. Окалини видаляються хімічним або механічним способом. Для того щоб уникнути їх появи, потрібно використовувати спеціальну пасту (100 г рідкого скла, 25 г графіту, 75 г вогнетривкої глини, 14 г бури, 100 г води, 30 г карборунда). Склад наноситься на вироби і залишається до повного висихання, а потім нагрівається як зазвичай.
відпустка
Він пом'якшує вплив загартування, знімає напругу, зменшує крихкість, підвищує в'язкість. Відпустка проводиться за допомогою нагрівання деталі, загартованої до критичної температури. Залежно від значення температури можна отримати стану тростіта, мартенситу, сорбіту. Вони відрізняються від схожих станів в загартуванні по властивостях і структурі, яка більш точкова. Це збільшує пластичність і міцність сплаву. Метал з точковою структурою має більш високу ударну в'язкість.
Залежно від температури розрізняють такі види відпустки: низький, середній, високий.
Для точного визначення температури використовують таблицю кольорів. Плівка оксидів заліза надає металу різні кольори. Вона з'являється, якщо виріб очистити від окалин і нагріти до 210 ° C, при підвищенні температури товщина плівки збільшується.
При низькому відпустці (температура до 300 ° C) в складі сплаву залишається мартенсит, який змінює структуру матеріалу. Крім того, виділяється карбід заліза. Це збільшує в'язкість стали і зменшує її твердість. При низькому відпустці метал охолоджують в соляних і масляних ваннах.
Високий відпустку значно покращує механічні властивості стали, збільшує в'язкість, пластичність, міцність. Її широко використовують для виготовлення ресор, шатунів двигунів, ковальських штампів, осей автомобілів. Для дрібнозернистої легованої сталі відпустку проводять відразу після нормалізації.
Щоб збільшити оброблюваність металу, його нормалізацію виробляють при високій температурі (970 ° C), що підвищує його твердість. Для зменшення цього параметра роблять високий відпустку.
кріогенна обробка
Зміни структури металу можна домогтися не тільки високою температурою, але і низькою. Обробка сплаву при температурі нижче 0 ° C широко застосовується в різних галузях виробництва. Процес відбувається при температурі 195 ° C.
Плюси кріогенної обробки:
- Знижує кількість аустеніту, що надає стійкість розмірами деталей.
- Не потребує подальшого відпустки, що скорочує виробничий цикл.
- Після такої обробки деталі краще піддаються шліфування та полірування.
Хіміко-термічна обробка
Хіміко-термічна обробка включає в себе не тільки вплив за допомогою високої температури, але і хімічне. Результатом цієї процедури є підвищена міцність і зносостійкість металу, а також надання вогнестійкості і кислотоустойчивости.
Розрізняють такі види обробки:
- Цементація.
- Азотування.
- Нітроцементація.
- Борирование.
Цементація стали - являє собою процес додаткової обробки металу вуглецем перед загартуванням і відпусткою. Після проведення процедури підвищується витривалість вироби при крученні і вигині.
Перед початком цементації проводиться ретельне очищення поверхні, після чого її покривають спеціальними речовинами. Процедуру проводять після повного висихання поверхні.
Розрізняють декілька видів цементації: рідка, тверда, газова. При першому виді використовують спеціальну піч-ванну, в яку засипають 75% соди, 10% карбіду кремнію, 15% хлористого натрію. Після чого виріб занурюють в ємність. Процес протікає протягом 2 годин при температурі 850 ° C.
Тверду цементацию зручно виконувати в домашній майстерні. Для неї використовують спеціальну пасту на основі кальцинованої соди, сажі, щавлево-кислого натрію і води. Отриманий склад наносять на поверхню і чекають висихання. Після цього виріб поміщають в піч на 2 години при температурі в 900 ° C.
При газовій цементації використовують суміші газів, що містять метан. Процедура відбувається в спеціальній камері при температурі в 900 ° C.
Азотування сталі - процес насичення поверхні металу азотом за допомогою нагрівання до 650 ° C в аміачної атмосфері. Після обробки сплав збільшує свою твердість, а також набуває опір до корозії. Азотування, на відміну від цементації, дозволяє зберегти високу міцність при високих температурах. А також вироби не коробляться при охолодженні. Азотування металу широко застосовується в промисловості для додання виробу зносостійкості, збільшення твердості і захисту від корозії.
Нітроцементація стали полягає в обробці поверхні вуглецем і азотом при високій температурі з подальшою загартуванням і відпусткою. Процедура може здійснюватися при температурі 850 ° C в газовому середовищі. Нітроцементації використовують для інструментальних сталей.
При борировании стали на поверхню металу наносять шар бору. Процедура відбувається при температурі 910 ° C. Така обробка використовується для підвищення стійкості штампового і бурового інструментів.
термомеханічна обробка
При використанні цього методу застосовують високу температуру і пластичну деформацію. Розрізняють такі види термомеханічної обробки:
- Високотемпературна.
- Низькотемпературна.
- Попередня.
При високотемпературній обробці деформація металу відбувається після розігріву. Сплав підігрівають вище температури рекристалізації. Після чого проводиться гарт з відпусткою.
Високотемпературна обробка металу:
- Підвищує в'язкість.
- Усуває відпускну крихкість.
Такий обробці піддають конструкційні, інструментальні, вуглецеві, пружинні, леговані стали.
При низькотемпературної обробки заготовку після охолодження витримують при температурі нижче значення рекристалізації і вище мартенситного перетворення. На цьому етапі роблять пластичну деформацію. Така обробка не дає стійкості металу при відпустці, а для її здійснення необхідно потужне обладнання.
Для здійснення термомеханічної обробки необхідно застосовувати спеціальні пристосування для тиску, нагрівання та охолодження заготовки.
Термообробка кольорових сплавів
Кольорові метали відрізняються за своїми властивостями один від одного, тому для них застосовують свої види термообробки. Для вирівнювання хімічного складу міді її піддають відпал рекристалізації. Латунь обробляють при низькій температурі (200 ° C). Бронзу піддають відпалу при температурі 550 ° C. Магній загартовують, отжигают і піддають старінню, алюміній піддають схожою обробці.
У чорної і кольорової металургії широко застосовуються різні види термічної обробки металів. Їх використовують для отримання потрібних властивостей у сплавів, а також економії коштів. Для кожної процедури і металу підбираються свої значення температури.