Термообработка металлов отжиг нормализация закалка отпуск

Термообработка металлов отжиг нормализация закалка отпуск

Отжиг, нормализация, закалка и отпуск

Термическая обработка означает воздействие на металлы, которое изменяет их строение и свойства.

При механической обработке в металлах и сплавах возникают внутренние напряжения. Например, при обработке стали давлением, с повышением степени деформации внутреннее строение ее кристаллической решетки изменяется и кристаллы принимают неестественное напряженное состояние. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все кристаллы не вытянутся в виде волокон в направлении действия силы давления. Происходит это при холодной обработке металла. В результате изменяются его различные свойства – твердость и прочность повышаются, а удлинением понижаются. Если продолжать обработку, могут произойти трещины, разрывы. Чтобы вернуть стали первоначальные свойства, необходимо вывести структуры из напряженного состояния и придать им вновь устойчивое положение, иными словами, нужна рекристаллизация. Для этого необходима тепловая или термическая обработка металла.

При термической (тепловой) обработке необходимо нагревание металла до определенной температуры, выдержка при этой температуре и затем охлаждение с нужной скоростью. Различают несколько видов термической обработки: отжиг, нормализацию, закалку, отпуск, химико-термическую обработку.

Отжигом называется вид термической обработки, при котором изделия нагревают до определенной температуры, выдерживают определенное время при этой температуре и затем медленно охлаждают, достигая устойчивой равновесной структуры стали.

Основное назначение отжига – получение равновесной структуры, поэтому при отжиге, как правило, детали охлаждают медленно. К примеру, углеродистые стали – со скоростью примерно 200°С, а легированных – 30-100°С/ч.

Отжиг улучшает обрабатываемость, повышает пластичность, уменьшает остаточные напряжения и т.д. Производят его в электрических печах. Обрабатываемый металл нагревают при температурах 650 – 720°С 2 – 3 часа, а затем охлаждают вместе с печью.

В случае нагрева изделия в кузнечном горне, самой хорошей средой охлаждения является сухая, просеянная зола, которую подогревают в горне и закапывают в нее охлаждаемое изделие. Для этой цели используют еще нагретый чистый песок.

В производстве художественных изделий отжиг применяют при ковке, штамповке, дифовке, чеканке.

Во время отжига нужно следить, чтобы не произошло пережога, который вызывает окисление и оплавление границ зерен, резкое падение крепости и пластичности. Иногда изделие совершенно рассыпается.

Структура металла при пережоге не поддается исправлению, изделие подлежит переплавке.

Нормализацией называется вид термической обработки, применяемой в основном для стальных изделий. Изделия нагревают и затем охлаждают на спокойном воздухе.

В зависимости от количества углерода, содержащегося в стали, нормализация вызывает различные измения ее свойств.

Для малоуглеродистых сталей нормализация заменяет отжиг, так как при этом структура получается почти такой же, как и после отжига, однако процесс протекает быстрее и поэтому он более экономичен.

Нормализацию производят для повышения механических свойств стали, а также для улучшения обрабатываемости резанием.

Для высокоуглеродистых, легированных сталей нормализация является по существу закалкой.

Закалкой называют вид термической обработки, при которой изделию придают высокую твердость, упругость и прочность. Однако при закалке с повышением твердости сталь становится более хрупкой. Процесс закалки заключается в нагреве изделия до высокой температуры (740 – 850°С), выдержке и быстром охлаждении до 400 – 450°С с разной скоростью в разных средах – масле, воде, соляных и иных растворах. Как правило, скорость охлаждения должна быть не меньше 150°С в секунду, т.е. охлаждение должно произойти за очень короткий интервал времени – 2 – 3 секунды. Охлаждение ниже 300°С может произойти при любой температуре, так как полученная при закалке структура достаточно устойчива и скорость дальнейшего охлаждения на нее не оказывает влияния.

В зависимости от цвета накала изменяется и приближенная температура стали. Так, при темно-коричневом цвете накала температура стали находится в пределах от 530 до 580°С, при коричнево-красном цвете – 580 – 650 градусов, при темно-вишневом – 650 – 730°С, при светло-красном – 830 – 980 градусов, при оранжевом – 900 – 1050°С, желтый цвет накала возникает при 1050 – 1150°С, светло-желтый – 1150 – 1250°С, ослепительно белый цвет накала возникает при 1250 – 1300°С.

Читайте также:  Откачка выгребных ям в улан удэ

Отпуском называется вид термической обработки, который осуществляют после закалки. Он смягчает действие закалки, повышает вязкость, уменьшает хрупкость и твердость изделия.

Охлаждение может осуществляться на воздухе или в воде. Различают низкий, средний и высокий отпуск.

При низком отпуске закаленное изделие нагревают до 150 – 200°С, что снижает остаточное напряжение и хрупкость, оставляя прежней твердость. Применяется при изготовлении инструментов из углеродистой и легированной стали.

При среднем отпуске закаленное изделие нагревают до 350 – 450°С, что повышает пластичность и упругость, понижает твердость и внутренние напряжения. Используется для опуска пружин, рессор, ударного инструмента.

При высоком отпуске закаленное изделие нагревают до 450 – 650°С.

Для изделий из стали, чувствительной к скорости охлаждения, при изготовлении деталей из улучшенных конструкционных сталей, инструмента из быстрорежущей стали применяют ускоренное охлаждение в воде или масле.

При многократном опуске изделие два-четыре раза нагревают и охлаждают. Этот прием применяют при изготовлении инструмента из быстрорежущей стали.

Для определения температуры при отпуске инструментов пользуются цветами побежалости. Если очищенное от окалины стальное изделие нагреть, то, начиная с температуры 220°С, на нем образуются пленки окислов железа, которые придают изделию различные цвета от светло-желтого до серого.

При светло-желтом цвете побежалости температура изделия нагрева составляет 220°С, при желтом – 230°С, при темно-желтом – 240°С, при коричневом – 255°С, при коричнево-красном – 265°С, при фиолетовом – 285°С, при темно-синем – 300°С, при светло-синем – 325°С, при сером – 330°С.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Для расчета стоимости и сроков исполнения заказа вы можете написать нам на почту sales@mdnprom.com , позвонить по номеру +7 (495) 518 64 87 или же воспользоваться одной из приведённых ниже форм обратной связи, прикрепив соответствующие файлы:

Наша производственная организация ПК «МДН-Пром» предлагает услуги по термической обработке изделий любых габаритов. Представленная технология состоит из трех основных стадий, следующих друг за другом в строгой очередности. Это нагрев, выдержка и охлаждение заготовок (готовых металлоконструкций), необходимые для изменения структуры (но при сохранении химического состава). Таким способом термическая обработка металлов позволяет улучшать их свойства, например, увеличивать прочность изделий, сопротивляемость коррозии, износоустойчивость и т.д.

Преимущества и виды термической обработки металлов

Как уже было указано выше, изменение структуры металлов влечет за собой соответствующее изменение свойств, что позволяет выпускать на отечественный рынок качественные металлоконструкции. Действительно, чтобы избежать возникновения производственного брака, производители столетиями использовали примитивные способы термической обработки. Нынешние технологии позволяют работать с гораздо большим объемом металла при достижении максимальной эффективности.

Также обработка способствует увеличению долговечности деталей: более надежные, устойчивые к износу стальные изделия прослужат значительно дольше, чем обычная неподготовленная сталь. Благотворно это влияет и на экономию денежных средств, ведь чем качественнее будут конструкции, тем они дольше прослужат (и, соответственно, реже придется их менять).

В зависимости от того, что будет воздействовать на металл (только температура, либо же температура в совместимости с механическим давлением или химическими веществами), выделяют термическую, термомеханическую и химико-термическую обработки. Касательно непосредственно термического вида, его тоже можно разделить на отдельные процедуры:

Читайте также:  Бант из ленты для цветов

Нормализация металла

Чаще всего данный метод используется для изменения свойств углеродистых сталей: в результате перекристаллизации металла формируется мелкозернистая структура взамен крупнозернистой, а также улучшается прочность. Преимущественно выступает в роли промежуточной обработки для улучшения обрабатываемости (например, выравнивания структуры для закалки или уменьшения жесткости перед резанием).

Сам процесс нормализации стали представляет собой помещение металла в печь для нагрева, после чего он на протяжении некоторого времени выдерживается при заданной температуре. Чтобы охладить конструкции, их достают из печи, и оставляют на открытом воздухе.

Термическая закалка металла

Как и при предыдущем способе обработки, сталь под закалку помещается в печь для нагревания (выше критической температуры), в течение заданного времени находится там, а после сразу же охлаждается в воде (техническом масле, солевом растворе и т.д.). Что это дает: уровень пластичности снижается, зато увеличивается прочность и износостойкость.

Закалка металла характеризуется двумя важными показателями: закаливаемостью (степень твердости) и прокаливаемостью (глубина распространения обработки, непосредственно зависящая от габаритов изделия, скорости охлаждения, содержания углерода).

Классифицировать закалку можно по способу охлаждения:

  • в одной среде (металл погружают в емкость с водой или маслом);
  • в двух средах (металл погружают по очереди в две емкости с жидкостями);
  • ступенчатая (сначала для охлаждения металл погружают в соляной раствор (от 200 до 300˚C), после чего дальнейшее охлаждение осуществляется на воздухе);
  • изотермическая (похожая на ступенчатый тип закалка, проходящая в ванне с маслом или соляным раствором, и использующаяся преимущественно для малогабаритных изделий).

Отжиг металла

Чтобы снять образовавшиеся внутренние напряжения, а также снизить твердость, улучшить структуру и достигнуть однородности химического состава, необходимо загрузить металлоконструкции в печь, нагреть их до нужного уровня, а после оставить остывать прямо в печи.

В зависимости от уровня фазовых изменений сплава выделяют отжиг первого и второго рода. Первый вид характеризуется незначительными изменениями (и подразделяется на гомогенизированный и рекристаллизационный типы), а второй вид отличается значительными фазовыми изменениями сплава. Его подразделяют на изотермический, полный и неполный отжиг.

Термический отпуск металла

Нередко в термической обработке отпуск используется в качестве завершающего этапа, направленного на снижение хрупкости материала и улучшения пластичности. Для этого металлоизделия нагреваются до температуры ниже критической точки, и медленно охлаждаются.

Принято различать три вида обработки:

  • высокий отпуск стали (для углеродистых или легированных сталей; происходит при температуре 500-650 °С с постепенным охлаждением; позволяет достичь нужного уровня прочности и пластичности);
  • средний отпуск стали (происходит при температуре 350-450 °С с последующим охлаждением; сопровождается увеличением вязкости и уменьшением твердости конструкций);
  • низкий отпуск стали (выдержка происходит при температуре 150-250˚C, после чего изделие охлаждается; твердость металла почти не изменяется, зато увеличивается вязкость, и снижается степень хрупкости).

Криогенная обработка металлов

Распространенный в наше время способ увеличения прочности, твердости и износостойкости сплавов при воздействии сверхнизких температур также входит в список видов термической обработки металлов. Для этого металлоизделия помещаются в криопроцессоры – камеры, в которых поддерживается температура от -150 °С.

Для придания стальным заготовкам особых свойств выполняют термическую обработку. Технология зависит от конечных параметров и свойств металла, его качества. На выбор вида термической обработки влияет марка стали, требуемые эксплуатационные характеристики конечного изделия.

Виды отжигов

Суть процесса заключается в нагреве металлического изделия и последующего медленного охлаждения. В результате этого улучшается показатель вязкости, достигается химическая и структурная однородность. Термическая обработка методом отжига негативно влияет на жесткость стали.

Читайте также:  Точечная роспись контурами фото

В зависимости от требуемых качеств изделия выполняют такие виды отжига:

    Диффузионный. Цель обработки – уменьшение химической неоднородности состава. Сначала сталь нагревают до температуры +1150°С и в таком состоянии заготовка остается 10-15 часов. Затем выполняют медленное (естественное) охлаждение. Полный. Она выполняется для штамповочных изделий или заготовок, сделанных методом литья или ковки. Цель – формирование мелкозернистой структуры. Сталь нагревается до температуры, превышающей значение критической верхней точки на +50°С. Затем происходит медленное охлаждение со скоростью не более 75°С (для легированных сортов) или +200°С (для углеродистых марок) в час. Неполный отжиг. Термическая обработка применяется для уменьшения показателя жесткости и снятия напряжения структуры. Технология аналогична вышеописанной, за исключением значения максимальной температуры. Она не должна превышать +750°С. Изотермический. Он актуален только для легированных сортов стали. Температура воздействия выше критической точки на 20-30%. Отличия от полного отжига – быстрое охлаждение до +600°С. Методика применяется для оперативной обработки стальных заготовок.

Для выполнения этих процедур необходимо специальное оборудование. Качество обработки зависит от выполняемых требований. В случае несоблюдения технологии велика вероятность появления дефектов – пережог.

Закалка

Методика актуальна для создания неравномерной структуры стали заготовки. Это увеличивает твердость, но также повышает хрупкость конструкции. Выбор температуры воздействия зависит от химического состава. Также важными являются скорость охлаждения и периодичность повторения процедуры.

При выборе технологии закаливания учитывают следующие факторы:

    Температура обработки. Если она не превышает критическое значение – закалка относится к категории неполной. Для обработки всей структуры заготовки термическое воздействие должно быть выше точки Асз на 30-40°. Охлаждение. Оно может выполняться быстро или медленно. В первом случае твердость неравномерная, ближе к поверхности. При медленном охлаждении напряжение структуры выравнивается. Выбор среды для закалки. Чаще всего используют соляную ванную или масло с добавлением специальных веществ. Периодичность. Она влияет на распределение жесткости в структуре стали.

Способы закалки рассчитываются индивидуально для каждого типа изделия. О том, как закаливать и делать отпуск металла в домашних условиях, читайте здесь.

Отпуск

Для нормализации характеристик стальных заготовок после закалки рекомендуется делать ее отпуск. Его суть заключается в термическом воздействии температурами, при которых не происходит фазового превращения. Итогом этой операции будет однородность структуры стали.

Виды отпуска для металлических заготовок:

    Низкий. Применяется для углеродистых сортов стали. Максимальная температура воздействия — +200°С. В результате уменьшается показатель хрупкости и снижается натяжение в структуре. Средний. Термическая обработка происходит при +400°С. Технология необходима для удаления избыточного углерода. При этом кристаллическая решетка становится кубической. Высокий. Температура обработки – до +650°С. Применяется для появления оптимальных характеристик прочности, вязкости и пластичности.

Определяющим показателем для этого процесса является отпускная хрупкость. Она указывает на степень падения ударной вязкости при резких перепадах температур.

Нормализация металлических заготовок

Технология схожа с отжигом стали. Разница заключается в способе охлаждения заготовки. Это происходит не в печи, как в первом случае, а на воздухе. В результате происходит нормализация структуры кристаллической решетки, повышаются показатели прочности и вязкости.

При выполнении этого процесса учитывают такие показатели:

    Выдержка. Она характеризует степень равномерного термического воздействия на все слои стальной заготовки. Скорость охлаждения. Влияет на толщины перлитных пластин. Поэтапное охлаждение. В некоторых случаях после достижения определенного уровня снижения температуры деталь помещают в масло для оперативного охлаждения.

Для появления нужных свойств стальной заготовки могут выполняться несколько типов термической обработки.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector