Термическая обработка – это физический процесс, который наделяет металл нужными изготовителю свойствами. Далее предлагается познакомиться со всеми особенностями данного процесса. Разбираем подробнее изготовление металлических деталей на заказ.
Что такое термообработка
В целом, термообработка – комплекс процессов выдержки, нагрева и остужения твёрдых металлических сплавов для получения нужных качеств за счёт изменения их состава и структуры. Она наделяет изделия необходимыми качествами и свойствами.
Виды термической обработки
Существует 3 вида термической обработки стали.
К первичным формам относят такие понятия, как нормализацию и отжиг, к главным — методы закалки и обработки с повышенной температурой, к финальным — отпуск. Подобное дробление тепловых процессов в большинстве своем считается символическим, т. к. в отдельных случаях отпуск выполняют в самом начале термообработки, а нормализацию и отжиг — в конце.
Процесс обжига содержит 3 режима обработки стали:
- нагревание до нужной температуры;
- поддержание рабочей температуры в течение требуемого периода времени;
- охлаждение с назначенной скоростью.
Кроме того, чтобы повысить износостойкость изделий из легированных сталей, сталеварами используется термическая обработка с опущением детали в холодную среду с охлаждением ниже -150 ºC.
Отжиг
Отжиг применяется следующим образом – изделие разогревают до конкретной температуры, а затем медленно и постепенно остужают. Текущая технология обработки стали допускает образовывать однородную кристаллическую структуру и полное снятие остаточных напряжений.
С учетом группы металла и необходимого результата, отжиг разделяется на следующие виды:
- Гомогенизация. Деталь нагревают до температуры 1200 ºC, а затем постепенно остужают в течение нескольких часов (большие изделия — несколько суток).
- Полный. Применяется прежде всего для так называемой конструкционной стали. Он снижает шероховатость кристаллической структуры, улучшает ее пластические свойства и уменьшает твердость, а также успешно снимает внутренние напряжения. Этот способ иногда используют до этапа закалки, чтобы понизить зернистость сплава.
- Неполный. Итог получается такой же, что и при полном отжиге, но он не обеспечивает полного изменения кристаллической структуры. Однако, он требует меньше энергии, производится за более короткий промежуток времени, а на детали образовывается меньше окалины.
- Изотермический. Деталь нагревают до показателя 727 ºC, после чего сразу же перемещают в ванну с расплавом при 650÷700 ºC, где она находится определенное время до завершения формирования требуемой структуры.
- Рекристаллизация. Такая термический процесс используется с целью ликвидации нагартовки после протяжки, штамповки, волочения и т.д. Так, материал нагревается до 727 ºC, определенное время выдерживается в этом состоянии, а затем медленно остужается.
- Сфероидизизация. Этот тип отжига используется при улучшении высокоуглеродистой стали. Во время этого процесса происходит преобразование перлитовой структуры из пластинчатой в сферическую.
Как проходит закалка металла
Закалку признают главной составной частью многих процессов тепловой обработки, она обеспечивает приобретение необходимых рабочих свойств закаливаемого металла.
Виды закалки металла представляют собой 3 главных этапа:
- нагревание металла более чем 727 ºC;
- сохранение установленной температуры вплоть до образования нужной кристаллической структуры;
- быстрое остывание для регистрации полученного результата.
Главными технологическими параметрами при закалке считаются:
- температура нагрева;
- температура охлаждения;
- скорость прохождения тепловых процессов.
Температура нагрева низкоуглеродистого металла непосредственно зависит от процентного содержания углерода: чем оно меньше, тем больше необходимо повышать температуру детали. Инструментальные стали нагревают на 40÷50 ºC выше 727 ºC.
Скорость нагревания при обжиге зачастую зависит от модели изделия, веса и формы детали, типа источника тепла и необходимого результата. Это также относится и к скорости охлаждения.
Отпуск
При отпуске изделие нагревают до температуры ниже 727 ºC, а потом медленно остужают на открытом воздухе. Отпуск — конечная процедура тепловой обработки стали, выполняющаяся, чтобы снять у металла остаточные напряжения и улучшить его качество. Также используется для снижения хрупкости и сопротивляемости ударным нагрузкам.
Если рассматривать влияние жара на металл, то выделяют следующие способы обработки стали:
- Низкий. Изделие нагревают до 200 ºC и используют для сохранения повышенной твердости и стойкости к амортизации.
- Умеренный. Детали нагревают до 350÷450 ºC и используют для увеличения гибкости и сопротивления таких групп металла, как рессорных и пружинных.
- Высокий. Спектр нагрева составляет 470÷710 ºC. У термистов такой тип называется улучшение, т. к. в этом случае достигаются следующие свойства стали после термической обработки – мягкость, износостойкость и вязкость.
Процесс химико-термической обработки
Один из способов составной термической работы — это высокотемпературное концентрирование верхнего слоя металла химическими веществами, увеличивающими его твердость и устойчивость.
В зависимости от строения соединений, используемых для такого насыщения, химико-термическую обработку металла разделяют на следующие способы:
- Цементовка. Пропитка верхнего слоя стали углеродом при температуре в диапазоне от 900 до 950 ºC.
- Нитроцементация. В данном варианте тепловое насыщение выполняется одновременно азотом и углеродом из газообразной среды при нагреве от 800 до 900 ºC.
- Цианирование. Верхний слой пропитывается теми же веществами, только из расплава солей цианидов.
- Нитрирование. Температура обработки стали – не выше 600 ºC.
- Насыщение твердыми соединениями металлов и неметаллов.
Изменение физических показателей и работа над сталью – сложный и ёмкий процесс, требующий специальных технологических знаний и умений. Металлообработка — сложный процесс со множеством ответвлений и каждое из них диктует свои