Что такое термическая обработка металлов


Термическая обработка металла. Все что нужно знать о процессе...

После воздействия на сталь давлением (ковка, прессование, прокат, выдавливание) необходимо придать материалу дополнительные физико-механические свойства: жесткость и определенную твердость. Для этого в металлургии и производстве применяется воздействие температурами.

В данной статье рассмотрим все этапы и особенности процесса по порядку.

Параметры твердости и ее показатели

Твердость — один из интереснейших показателей для оценки свойств материала и металлических конструкций и деталей. На основе твердости можно вычислить прочность, параметры обрабатываемости, а также устойчивость к износу.

Последний показатель наиболее важен, поскольку он отвечает за срок службы и безопасность изделия из металла или сплава. В металлургической промышленности зарекомендовали себя несколько видов испытаний изделий на твердость:

  1. Твердость по Роквеллу. Это вариант быстрого, автоматизированного метода тестирования. При этом используется специфический инструмент конической или сферической формы, изготовленный из ультрапрочных материалов, в частности алмаз или твердый сплав. Данный инструмент производит давление на образец испытуемой детали. Сначала применяется испытательное количество силы для воздействия на образец, а затем прикладывается еще и дополнительная на необходимый промежуток времени. После этого дополнительное воздействие убирается и расчет твердости происходит по глубине проникновения и численных показателей N и S.
  2. Твердость по Бриннеллю. Данный метод применяется в самых разных конструкциях, для металла от низкой до средней степени твердости. В данном случае инструментом избирается закаленный шарик из стали. Конечная величина зависит от прикладываемой силы, диаметра шарика, а также диаметра полученного отпечатка.
  3. Твердость по Виккерсу. Способ примени вне зависимости от твердости металла. Распространяется на конструкции, прошедшие химическую и термическую закалки. Инструментом для проверки считается алмазная пирамида, у которой угол при вершине равен 136°
  4. Твердость по Кнупу. Этот способ очень схож с методом Виккерса, но полученный отпечаток имеет форму удлиненного ромба. Для расчета необходимы показатели прилагаемой силы, параметры большой диагонали ромба.
  5. Твёрдость по отпечатку шариком. В данном случае метод больше подходит не для металла, а для изделий из твердой резины. В качестве инструмента используется закаленный шарик из стали с диаметров 0.5 см. Испытуемый образец не должен иметь толщину меньше диаметра шарика.
  6. По Мартенсу. Так оценивается пластическая и упругая деформация при помощи проникновения инструмента в виде пирамиды в испытуемый образец.
  7. Склероскоп. Этот способ помогает установить твердость громоздкий и крупных конструкций из металла.

Вне зависимости от способа установления показателей прочности, после правильной квалифицированной термической обработки металл становится прочнее.

См.также: Обработка металла давлением

Суть процесса

Термическая обработка — это воздействие на металл температурой с целью получения материала с иными характеристиками. Термообработка применяется для получения следующих результатов:

  • придать изделию необходимый уровень твердости в каком-либо отдельном узле или по всей поверхности металла;
  • придать наилучшую микроструктуру сплаву или стали;
  • корректировка химического состава в частицах микроструктуры различных сплавов.

При обработке высокими температурами легко добиться однородности материала. Это помогает в последующем при механической обработке узлов и механизмов. Также снижается риск получить на производстве бракованную деталь из данного материала.

Также при помощи термической обработки можно повысить возможность деформации заготовки, чтобы из приготовленного материала было проще сделать готовый узел или необходимую деталь.

Важно знать: Виды резки металла 

Виды термической обработки металла

Существует 3 основных вида термической обработки металла:

  • отжиг;
  • закалка;
  • отпуск.

Также имеется еще и термохимическая обработка, которая относится к комбинированным методам придания материалу свойств повышенной твердости и износостойкости.

Отжиг

Суть отжига — металл нагревают до определенной температуры, держат необходимый промежуток времени, после чего медленно охлаждают до обычной комнатной температуры.

Чаще всего отжиг производится для решения следующих задач:

  • увеличение механических показателей материала;
  • приведения материала к однородному состоянию;
  • улучшение пластичности;
  • повышение уровня сопротивляемости;
  • уменьшение внутреннего сопротивления материала для последующей ковки.

Отжиг — процесс, разделяющийся на несколько видов, в зависимости от нюансов проведения процедуры:

  • диффузионный;
  • полный или неполный;
  • сфероидизация;
  • изотермический;
  • нормализация.

Методов отжига больше, но это основные и наиболее часто используемые.

Также процедура полного отжига подразумевает улучшения свойств материала для обработки и избавления от внутреннего сопротивления. Полный отжиг применяется для обработки:

  • стали с минимальным количеством карбона;
  • доэвтектоидного сплава.

При полном варианте процесса изделие доводят критической температуры ( точка А3) и после необходимого периода времени охлаждают до комнатных показателей. Так как конкретные параметры температуры зависят от вида используемых материалов. В следствии чего, время передержки также напрямую зависит от вида сплава, подвергающегося данному технологическому процессу.

При неполном отжиге конечная цель иная — по возможности создать более мягкий и пластичный материал. В этом случаи температура нагрева может достигать 770 градусов. Охлаждение делится на 2 этапа: сначала в печи, а затем уже на открытом воздухе.

Изотермическая разновидность отжига используется для высокохромистых сталей. При этом методе значительно экономится время производства, поскольку в одном из этапов охлаждения используется ускоренный процесс. Нет нужды ждать пока сталь остынет вместе с печью.

Закалка металла

При закалке происходит нагрев изделия до критических показателей. В следствии чего последующее охлаждение производится не постепенно и естественно, а резко и принудительно. При этом для снижения температуры применяются такие вещества как: сжатый воздух, водяной туман, а также жидкая полимерная закалочная среда. помимо прочности металл получает меньшие параметры вязкости и эластичности.

Способы закалки:

  1. Использование одной среды — простой метод, который, однако, имеет ограничения по материалу использования. Происходит быстрое охлаждение и возникает неравномерность температур. Нельзя так обрабатывать металл с большим содержанием углерода, поскольку такой материал может разрушиться от агрессивного воздействия.
  2. Многоступенчатая закалка — сначала металл термически обрабатывают, а после достижения необходимой температуры его укладывают в соляную ванну. Температура уравнивается и только потом материал охлаждают с использованием масла, воздуха или тумана.
  3. Светлая закалка. При таком методе, сначала материал выдерживают в соляной ванне с добавлением хлористого натрия. Потом его же охлаждают в ванне с едким натрием и едким калием.
  4. Самоотпуск. При таком способе деталь вытаскивается из системы охлаждения еще до того момента, как температура упадет. В центре заготовки или детали в это время еще сохранится высокий показатель температуры. После того, как закончен отпуск детали, ее охлаждают полностью с помощью погружения в специальную среду.
  5. Изотермическое закаливание. Аналог ступенчатой закалки с более долгим временем передержки в соляной ванне.

При таких методах металл приобретает иные свойства, поскольку резкое охлаждение влияют на внутреннее напряжение изделия. Но как показывает практика, при неправильном выборе среды для охлаждения можно испортить исходный материал. Важно, что именно используют для охлаждения. При применении воды качество металла сразу снижается. Поэтому лучше использовать масло.

Если материал или заготовка неравномерны по толщине, то в первую очередь охлаждают более толстую часть заготовки.

Длинные детали опускают в охлаждающую среду строго вертикально.

При нарушениях технологического процесса, при закалке могут возникнуть различные дефекты:

  • крупнозернистая структура материала;
  • повышенные параметры хрупкости;
  • заготовку или деталь может при закалке покоробить;
  • возникают трещины.

Исправить мелкие дефекты можно при помощи отжига, повторной закалки с использованием другой закалочной среды и соблюдением всех технологических деталей.

Отпуск

Отпуск — еще один вид воздействия высоких температур на исходный материал. Делится по показателям нагрева на низкий и высокий.

При низком варианте отпуска заготовку нагревают до 120-200°С. Применяется для последующего производства наиболее точных деталей и инструментов. После нагрева заготовку некоторое время держат при нужных показателях, а затем охлаждают естественным путем на воздухе.

Сталь при такой обработке не только сохраняет свою первичную твердость, но и становится прочнее за счет разрушения некоторых остаточных веществ.

Иногда измерительные инструменты и наиболее точные механизмы обрабатывают при помощи низкого отпуска при температуре не выше 160°С. Этот процесс специалисты называют еще искусственным старением.

При процессе высокого отпуска температурные параметры гораздо выше 350-600°С. Охлаждение также происходит на воздухе. Особую эффективность данный метод показывает при обработке углеродистой стали.

Температурные рамки отпуска часто зависят от деталей, которые производятся. Например, при выпуске пружин и прочих деталей с переменными нагрузками используют отпуск при температуре 350-450°С.

Процедура отпуска проводится в специальных печах шахтного типа, как в воздушной, так и в масляной среде.

Химико-термическая обработка

Это комбинированный метод, который позволяет придать металлу необходимые свойства прочности, твердости, эластичности и вязкости.

Процесс термо-химической обработки включает три ступени:

  1. Диссоциация.
  2. Адсорбация.
  3. Диффузия.

При этом размер диффузионного слоя напрямую зависит от температуры и времени выдержки металла при определенной температуре.

Среды, в которых проводится насыщение разделяют на газовые, жидкие и твердые. Поскольку газовый вариант среды нагревается в разы быстрее, его использует чаще, как наиболее удобный.

Имеется несколько видов химико-термической обработки:

  1. Диффузная металлизация — сталь поверхностно насыщают металлами. Проводить данный процесс можно в любой из сред. В итоге получается тонкий диффузный слой. Температура проведения процесса — 900-1200°С. Детали получаются исключительно жаропрочными. В свою очередь в зависимости от используемых веществ металлизацию подразделяют на хромирование, борирование, алитирование.
  2. Науглероживание. Это процедура по насыщению поверхности основного металла углеродом. Повышает параметры твердости и износостойкости на поверхности металла.
  3. Азотирование. Процедура насыщения азотом. Производится при высоких температурах в аммиаке.
  4. Цианирование. Обработка стали двумя веществами — азотом и углеродом. Применяется на обработку стали с низким стартовым количеством углерода. Проводится в газовой или жидкой среде.

Заключение 

Это основные методы химико-термической обработки. Они помогают предотвратить раннюю коррозию металла, улучшают его параметры прочности при малом изменении гибкости.

Термическая обработка металлов — один из основных процессов современной металлургической промышленности и различного вида производств. В зависимости от выбранного вида производится различное воздействие температурами, чтобы добиться эффектов прочности и твердости металла.

Также термообработка позволяет избежать дополнительного брака в готовых деталях. Основа всех термических процессов — воздействие температурой с остыванием, резким или естественным.

Термическая обработка металлов - свидетельство об отпуске Технические заметки

Auto Navigation
  • Конструкторский сертификат - Coláiste Pobail Bheanntraí
    • Макет экзаменационной работы
    • Домашнее задание на пятый год
    • Завершение домашнего задания Cert.
    • Модель автомобиля с дистанционным управлением (пятница, 6 марта 2020 г.)
    • Техническая графика
  • Диаграмма равновесия (тепловая).
    • Диаграмма теплового равновесия
  • Термическая обработка металлов

    • Определение общих терминов термической обработки
    • Процессы закалки
    • Температурные зоны термообработки
    • Типы пирометров
  • Диаграмма углерода железа
  • Обработка
    • Образование стружки
    • Сверление
    • Шлифовка
    • Фрезерование
    • Токарная обработка
  • Испытание материалов
    • Испытание на твердость
    • Испытание на ударную вязкость
    • Неразрушающий контроль
    • Испытание на растяжение
  • Механизмы
    • Сцепление
    • Шаговый двигатель
    • Универсальный шарнир
  • Полимерная технология
    • Выдувное формование
    • Каландрирование
    • Компрессионное формование
    • Определение общепринятых терминов для полимеров
    • Экструзия
  • 900 20
.

Обзор методов термообработки и их преимуществ

Термическая обработка - это процесс нагрева и охлаждения металлов с использованием определенных заранее определенных методов для получения желаемых свойств . Как черные, так и цветные металлы перед использованием проходят термическую обработку.

Со временем было разработано множество различных методов. Даже сегодня металлурги постоянно работают над улучшением результатов и рентабельности этих процессов.

Для этого они разрабатывают новые графиков или циклов для производства различных марок.Каждый график относится к разной скорости нагрева, выдержки и охлаждения металла.

При тщательном соблюдении этих методов можно производить металлы разных стандартов с удивительно специфическими физическими и химическими свойствами.

Преимущества

Есть разные причины для проведения термообработки. Некоторые процедуры делают металл мягким, а другие повышают твердость. Они также могут повлиять на электрическую и теплопроводность этих материалов.

Некоторые методы термообработки снимают напряжения, возникшие в более ранних процессах холодной обработки.Другие придают металлам желаемые химические свойства. Выбор идеального метода зависит от типа металла и требуемых свойств.

В некоторых случаях металлическая деталь может пройти несколько процедур термической обработки. Например, некоторые суперсплавы, используемые в авиастроении, могут пройти до шести различных этапов термообработки, чтобы оптимизировать их для применения.

Этапы процесса термообработки

Проще говоря, термическая обработка - это процесс нагрева металла, выдержки его при этой температуре и последующего охлаждения.В процессе обработки металлическая деталь претерпевает изменения своих механических свойств. Это связано с тем, что высокая температура изменяет микроструктуру металла. И микроструктура играет важную роль в механических свойствах материала.

Конечный результат зависит от множества различных факторов. К ним относятся время нагрева, время выдержки металлической детали при определенной температуре, скорость охлаждения, окружающие условия и т. Д. Параметры зависят от метода термообработки, типа металла и размера детали.

В ходе этого процесса свойства металла изменятся. Среди этих свойств - электрическое сопротивление, магнетизм, твердость, вязкость, пластичность, хрупкость и коррозионная стойкость.

Отопление

Детали реактивного двигателя, идущие в печь

Как мы уже обсуждали, микроструктура сплавов будет изменяться в процессе термообработки. Нагрев осуществляется в соответствии с заданным термическим профилем.

Сплав может находиться в одном из трех различных состояний при нагревании.Это может быть механическая смесь, твердый раствор или их комбинация.

Механическая смесь аналогична бетонной смеси, в которой цемент связывает песок и гравий. Песок и гравий все еще видны как отдельные частицы. В случае металлических сплавов механическая смесь удерживается основным металлом.

С другой стороны, в твердом растворе все компоненты смешиваются гомогенно. Это означает, что их невозможно идентифицировать индивидуально даже под микроскопом.

Каждый штат приносит с собой разные качества. По фазовой диаграмме возможно изменение состояния путем нагрева. Однако охлаждение определяет конечный результат. Сплав может оказаться в одном из трех состояний, в зависимости только от метода.

Холдинг

Во время выдержки или выдержки металл поддерживается при достигнутой температуре. Продолжительность зависит от требований.

Например, поверхностная закалка требует только структурных изменений поверхности металла для повышения твердости поверхности.В то же время для других методов требуются единые свойства. В этом случае период владения больше.

Время замачивания также зависит от типа материала и размера детали. Для более крупных деталей требуется больше времени, если целью является единообразие свойств. Просто требуется больше времени, чтобы сердцевина большой детали достигла необходимой температуры.

Охлаждение

После завершения стадии пропитывания металл необходимо охладить в установленном порядке. На этом этапе тоже происходят структурные изменения.Твердый раствор при охлаждении может оставаться таким же, полностью или частично превращаться в механическую смесь, в зависимости от различных факторов.

Различные среды, такие как рассол, вода, масло или принудительный воздух, регулируют скорость охлаждения. Указанная выше последовательность охлаждающих сред находится в порядке убывания эффективной скорости охлаждения. Рассол быстрее всего поглощает тепло, а воздух - медленнее всего.

В процессе охлаждения также можно использовать печи. Контролируемая среда обеспечивает высокую точность, когда необходимо медленное охлаждение.

Фазовые диаграммы

Каждый металлический сплав имеет свою фазовую диаграмму. Как было сказано ранее, термическая обработка производится по этим схемам. Они показывают структурные изменения, которые происходят при разных температурах и различном химическом составе.

Давайте возьмем фазовую диаграмму железо-углерод в качестве примера, так как это наиболее известная и широко используемая в университетах диаграмма.

Фазовая диаграмма железо-углерод является важным инструментом при изучении поведения различных углеродистых сталей при термической обработке.По оси абсцисс показано содержание углерода в сплаве, а по оси ординат - температура.

Обратите внимание, что 2,14% углерода - это предел, при котором сталь становится чугуном,

На диаграмме показаны различные области, где металл находится в различных микросостояниях, таких как аустенит, цементит, перлит. Эти области обозначены границами A1, A2, A3 и Acm. На этих границах раздела фазовые изменения происходят, когда через них проходит значение температуры или содержания углерода.

A1: Верхний предел фазы цементита / феррита.

A2: Предел, при котором железо теряет свой магнетизм. Температура, при которой металл теряет свой магнетизм, также называется температурой Кюри.

A3: граница раздела фаз аустенит + феррит от γ (гамма) аустенитной фазы.

Acm: граница раздела, отделяющая γ-аустенит от месторождения аустенит + цементит.

Фазовая диаграмма является важным инструментом для определения того, будет ли термическая обработка полезной или нет. Каждая структура придает конечному продукту определенные качества, и выбор термообработки зависит от этого.

Общие методы термической обработки

Существует довольно много методов термообработки на выбор. Каждый из них обладает определенными качествами.

К наиболее распространенным методам термической обработки относятся:

  • Отжиг
  • Нормализация
  • Закалка
  • Старение
  • Снятие напряжения
  • Закалка
  • науглероживание

Отжиг

При отжиге металл нагревается выше верхней критической температуры, а затем медленно охлаждается.

Отжиг проводится для размягчения металла. Это делает металл более пригодным для холодной обработки и формовки. Он также улучшает обрабатываемость, пластичность и вязкость металла.

Отжиг также полезен для снятия напряжений в детали, вызванных предшествующими процессами холодной обработки. Присутствующие пластические деформации устраняются во время рекристаллизации, когда температура металла пересекает верхнюю критическую температуру.

Металлы могут подвергаться множеству методов отжига, таких как рекристаллизационный отжиг, полный отжиг, частичный отжиг и окончательный отжиг.

Нормализация

Нормализация - это процесс термообработки, используемый для снятия внутренних напряжений, вызванных такими процессами, как сварка, литье или закалка.

В этом процессе металл нагревается до температуры, которая на 40 ° C выше его верхней критической температуры.

Эта температура выше, чем температура, используемая для закалки или отжига. После выдержки при этой температуре в течение определенного периода времени его охлаждают на воздухе. Нормализация создает однородный размер зерна и состав по всей детали.

Нормализованная сталь тверже и прочнее отожженной стали. Фактически, в нормализованном виде сталь прочнее, чем в любом другом состоянии. Вот почему детали, которые требуют ударной вязкости или должны выдерживать большие внешние нагрузки, почти всегда будут нормализованы.

Закалка

Закалка, самый распространенный из всех процессов термообработки, используется для увеличения твердости металла. В некоторых случаях затвердеть может только поверхность.

Заготовку закаляют, нагревая ее до заданной температуры, а затем быстро охлаждая, погружая в охлаждающую среду.Можно использовать масло, рассол или воду. Полученная деталь будет иметь повышенную твердость и прочность, но одновременно возрастет и хрупкость.

Цементная закалка - это процесс упрочнения, при котором упрочняется только внешний слой детали. Используемый процесс такой же, но поскольку тонкий внешний слой подвергается обработке, полученная заготовка имеет твердый внешний слой, но более мягкую сердцевину.

Это обычное дело для валов. Твердый внешний слой защищает его от износа материала.В противном случае при установке подшипника на вал он может повредить поверхность и сместить некоторые частицы, что ускорит процесс износа. Закаленная поверхность обеспечивает защиту от этого, а сердечник по-прежнему обладает необходимыми свойствами, чтобы выдерживать усталостные напряжения.

Индукционная закалка
Тип поверхностного упрочнения закалкой

Другие типы процессов закалки включают индукционную закалку, дифференциальную закалку и закалку пламенем. Однако закалка пламенем может привести к образованию зоны термического влияния, которая возникает после охлаждения детали.

Старение

Алюминий 6061 График старения

Старение или дисперсионное твердение - это метод термической обработки, который в основном используется для повышения предела текучести ковких металлов. В ходе процесса образуются равномерно диспергированные частицы в структуре зерна металла, которые вызывают изменения свойств.

Осадочное твердение обычно происходит после еще одного процесса термообработки, при котором достигается более высокая температура. Однако старение только повышает температуру до среднего уровня и снова быстро снижает ее.

Некоторые материалы могут стареть естественным образом (при комнатной температуре), в то время как другие стареют только искусственно, то есть при повышенных температурах. Для естественно стареющих материалов может быть удобно хранить их при более низких температурах.

Снятие стресса

Снятие напряжения особенно часто используется для деталей котлов, баллонов с воздухом, аккумуляторов и т. Д. При этом методе металл нагревается до температуры чуть ниже его нижней критической границы. Процесс охлаждения медленный и, следовательно, равномерный.

Это делается для снятия напряжений, накопившихся в деталях из-за более ранних процессов, таких как формовка, механическая обработка, прокатка или правка.

Закалка

Закалка - это процесс уменьшения избыточной твердости и, следовательно, хрупкости, возникающей в процессе закалки. Также снимаются внутренние напряжения. Этот процесс может сделать металл пригодным для многих применений, в которых требуются такие свойства.

температура обычно намного ниже температуры застывания. Чем выше температура, тем мягче становится конечная заготовка. Скорость охлаждения не влияет на структуру металла во время отпуска, и обычно металл охлаждается на неподвижном воздухе.

Науглероживание

Науглероживание корпуса
Объяснение преимуществ науглероживания

В этом процессе термообработки металл нагревается в присутствии другого материала, который выделяет углерод при разложении.

Высвободившийся углерод абсорбируется поверхностью металла. Содержание углерода в поверхности увеличивается, что делает ее более твердой, чем внутреннее ядро.

Какие металлы подходят для термической обработки?

Хотя черные металлы составляют большинство термообработанных материалов, сплавы меди, магния, алюминия, никеля, латуни и титана также могут подвергаться термообработке.

Около 80% термообработанных металлов - это стали различных марок. Черные металлы, которые можно подвергать термической обработке, включают чугун, нержавеющую сталь и различные марки инструментальной стали.

Такие процессы, как закалка, отжиг, нормализация, снятие напряжений, цементирование, азотирование и отпуск, обычно выполняются на черных металлах.

Медь и медные сплавы подвергаются таким методам термической обработки, как отжиг, старение и закалка.

Алюминий подходит для таких методов термообработки, как отжиг, термообработка в растворе, естественное и искусственное старение.Термическая обработка алюминия - это точный процесс. Объем процесса должен быть установлен, и его следует тщательно контролировать на каждом этапе для достижения желаемых характеристик.

Очевидно, не все материалы подходят для термической обработки. Точно так же отдельный материал не обязательно будет иметь преимущества от каждого метода. Поэтому каждый материал нужно изучать отдельно, чтобы добиться желаемого результата. Использование фазовых диаграмм и доступной информации о влиянии вышеупомянутых методов является отправной точкой.

.

Термическая обработка металлов - Сообщество производителей ювелирных изделий Ganoksin

Когда я впервые услышал фразу «преобразование беспорядка в порядок» во время разговора о термической обработке металлов, я, должно быть, проголодался. Мой озабоченный ум вырвал слова из контекста металлургического лексикона и применил их к моей кухне, которая переходит из беспорядочного состояния благодаря обеду моих детей в очень упорядоченное состояние, когда я готовлюсь к одному из моих частых кулинарных предприятий. .

И, подобно «термообработке» сырого нарезанного филе миньона, чтобы превратить его в восхитительный обед, термическая обработка металлов, особенно сплавов золота, может сделать их более привлекательными для работы, в данном случае за счет повышения их твердости.Эта довольно простая процедура может продлить жизнь вашим продуктам на годы без дополнительных затрат времени и средств на текущие процессы.

Фото Гэри Доусона

Я впервые открыл для себя чудеса термообработки, когда готовил презентацию по этой теме для Kraftwerks 2004 года, проведенного на заводе PM West / Fine Gold в Онтарио, Калифорния. Хотя я практически не использовал термическую обработку для упрочнения металла в своей мастерской, я, вероятно, отжигал металл почти каждый день в течение 30 лет работы ювелиром.Я подумал, что такого особенного в том, чтобы пойти другим путем. Ах, блаженство наивности.

Спонсором Ганоксина является

Было несколько утешительно обнаружить, что я был не один, когда наблюдал за r

.

термическая обработка

Термическая обработка - это метод, используемый для изменения физических, а иногда и химических свойств материала. Чаще всего применяется в металлургии. Термическая обработка также используется при производстве многих других материалов, таких как стекло. Термическая обработка включает использование нагревания или охлаждения, обычно до экстремальных температур, для достижения желаемого результата, такого как отверждение или размягчение материала. Методы термообработки включают отжиг, цементирование, дисперсионное упрочнение, отпуск и закалку.Примечательно, что, хотя термин термическая обработка применяется только к процессам, в которых нагрев и охлаждение выполняются с конкретной целью намеренного изменения свойств, нагрев и охлаждение часто происходят как побочные фазы других производственных процессов, таких как горячая штамповка или сварка.

Дополнительные рекомендуемые знания

Термическая обработка металлов и сплавов

Металлические материалы состоят из микроструктуры мелких кристаллов, называемых «зернами» или кристаллитами.Природа зерен (то есть размер и состав зерна) определяет общее механическое поведение металла. Термическая обработка обеспечивает эффективный способ управления свойствами металла, контролируя скорость диффузии и скорость охлаждения внутри микроструктуры.

Отжиг

Основная статья: Отжиг (металлургия)

Отжиг - это метод, используемый для восстановления холодной обработки и снятия напряжений в металле. Отжиг обычно приводит к получению мягкого пластичного металла.Когда отожженной детали дают остыть в печи, это называется термообработкой «полный отжиг». Когда отожженная деталь вынимается из печи и охлаждается на воздухе, это называется «нормализующей» термообработкой. Во время отжига мелкие зерна рекристаллизуются с образованием более крупных зерен. В сплавах с дисперсионным твердением частицы растворяются в матрице, «растворяя» сплав.

Закалка и отпуск (закалка и отпуск)

Для закалки металл (обычно сталь или чугун) необходимо нагреть до аустенитной кристаллической фазы и затем быстро охладить.В зависимости от сплава и других соображений (например, соображений максимальной твердости по сравнению с растрескиванием и деформацией) охлаждение может осуществляться принудительным воздухом или другим газом (например, азотом), маслом, полимером, растворенным в воде, или рассолом. При быстром охлаждении аустентит превращается в мартенсит, твердую хрупкую кристаллическую структуру.

Незакаленный мартенсит, хотя и очень твердый и прочный, слишком хрупкий, чтобы его можно было использовать в большинстве случаев. Метод, позволяющий решить эту проблему, называется закалкой.В большинстве случаев требуется, чтобы закаленные детали были отпущены (термообработка при низкой температуре, часто триста градусов по Фаренгейту или сто пятьдесят градусов по Цельсию) для придания некоторой прочности. Более высокие температуры отпуска (могут достигать тридцати тысяч градусов по Фаренгейту, в зависимости от сплава и применения) иногда используются для придания дополнительной пластичности, хотя некоторая прочность теряется.

Металлурги часто разрабатывают сложные графики термической обработки для оптимизации механических свойств сплава.В аэрокосмической промышленности суперсплав может подвергаться пяти или более различным операциям термической обработки для достижения желаемых свойств. Это может привести к проблемам с качеством в зависимости от точности контроля температуры печи и таймера.

Осадочное твердение

Основная статья: Осадки усиление

Некоторые металлы считаются дисперсионно-твердеющими металлами . Примеры включают алюминиевые сплавы серий 2000, 6000 и 7000, а также некоторые суперсплавы и некоторые нержавеющие стали.Если закалить дисперсионно-твердый сплав, его легирующие элементы будут захвачены в растворе, что приведет к мягкому металлу. Старение «растворенного» металла (либо при комнатной температуре - «естественное старение» - или при нескольких сотнях градусов - «искусственное старение») позволяет легирующим элементам диффундировать через микроструктуру и образовывать интерметаллические частицы. Эти интерметаллические частицы выпадают из раствора и действуют как усиливающая фаза, увеличивая прочность сплава. В некоторых случаях естественным образом стареющие сплавы могут храниться в морозильной камере, чтобы предотвратить затвердевание до тех пор, пока не будут выполнены дальнейшие операции - например, сборка заклепок может быть проще с более мягкой частью.

Выборочная закалка

Некоторые методы позволяют обрабатывать разные области одного объекта по-разному. Это называется дифференциальным упрочнением. Часто встречается в высококачественных ножах и мечах. Китайский цзянь - один из самых ранних известных примеров этого, а японская катана - наиболее широко известный. Другой пример - непальские хукури.

См. Также

  • APS Heat Treaters - предоставляет все виды услуг по термообработке.

Список литературы

«Основы физического металлургии».Рид-Хилл, Роберт. 3-е издание. PWS Publishing, Бостон. 1994 г.

Металлообработка
Металлообработка Литье • ЧПУ • Режущие инструменты • Сверление и нарезание резьбы • Изготовление • Ковка • Шлифовка • Ювелирные изделия • Токарный станок • Обработка • Станки • Измерение • Металлообработка • Ручной инструмент • Металлургия • Фрезерование • Профессии • Пресс-инструменты • Трубы и гибка труб • Кузнечное дело • Терминология • Сварка
.

Смотрите также