Термическая обработка металлов. Лекция №12-13

1. Основы термической обработки металлов
Термическая обработка металлов – это основа всей металлообрабатывающей промышленности. Именно эта отрасль позволяет создавать различные сплавы с уникальной структурой и физическими свойствами.

Под термином термической обработки металлов понимают процесс изменения структуры стали и металлических сплавов за счет воздействия на них температуры.

Путем термической обработки стали можно придавать ей различные
свойства: сделать стальное изделие хрупким и твердым или, наоборот, мягким и пластичным.

Термообработке могут подвергаться цветные металлы, сплавы или сталь различной категории.
В зависимости от выбранного режима нагрева, вида термической обработки и температуры охлаждения можно получить абсолютно уникальную структуру и свойства материала.

Нагрев и последующее охлаждение с определенной скоростью и при определенных условиях устанавливается отдельно, исходя из свойств и структуры исходного металла.

Виды термической обработки:
- Отжиг;
- Закалка;
- Отпуск;
- Нормализация;
- Криогенная обработка.

2. Отжиг
Отжиг – термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают структуру, близкую к равновесной.

Цели отжига:
снятие внутренних напряжений;
устранение структурной и химической неоднородности;
снижение твердости и улучшение обрабатываемости;
подготовка к последующей операции термообработки.

Отжиг заключается в нагреве изделий до определенной температуры, выдержке их при данной температуре с последующим медленным охлаждением вместе с печью. При этом заготовки или изделия получают устойчивую структуру без остаточных напряжений.

Микроструктура стали ДО и ПОСЛЕ отжига

3. Закалка.
Закалка – заключается в нагревании стального изделия до определенной температуры, выдержки и быстром охлаждении.

Цель закалки состоит в том, чтобы зафиксировать при более низкой температуре высокотемпературные структурные составляющие или продукты их распада.
Закалку применяют для повышения твердости, прочности и износостойкости.

Скорость охлаждения зависит от охлаждающей среды.
Распространенной охлаждающей жидкостью является вода. Кроме воды, для охлаждения при закалке применяют ряд растворов, масло, расплавленный свинец и др.

Сталь различного состава при одинаковом режиме
закалки имеет неодинаковую толщину закаленного
слоя. В изделиях большой толщины скорость
охлаждения внутренних и поверхностных слоев
различна.
Способность стали закаливаться на большую или
меньшую глубину называется прокаливаемостью.
Наименьшей прокаливаемостью обладают
углеродистые стали.

Способы закалки:
1. Закалка в одном охладителе — нагретую до определённых температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остаётся до полного охлаждения. Этот способ применяется при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей.

2. Прерывистая закалка в двух средах – этот способ применяют при закалке высокоуглеродистых сталей.
Деталь сначала быстро охлаждают в быстро охлаждающей среде (например воде), а затем в медленно охлаждающей (масло).

3. Струйная закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струёй воды и обычно её применяют тогда, когда нужно закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде.
Такая закалка обычно производится в индукторах на установках ТВЧ (токи высокой частоты).

Микроструктура быстрорежущей стали:
а) литое состояние; б) после закалки

4. Отпуск
Отпуск – заключается в нагреве закаленной
стали до определенной температуры (ниже
723°С), выдержке при этой температуре и
охлаждении; проводится сразу после
закалки.

Закалка и последующий отпуск при высокой температуре называют термическим улучшением.
При этом механические свойства
стали становятся наиболее высокими.

Отпуск проводят с целью получения более высокой пластичности и снижения хрупкости материала при сохранении приемлемого уровня его прочности. Для этого изделие подвергается нагреву в печи до температуры от 150—260 °C до 370—650 °C с последующим медленным остыванием.
Термическую обработку легированных
сталей производят с учетом влияния
легирующих элементов.

5. Нормализация
Нормализация (нормализационный отжиг) — вид термической обработки, заключающийся в нагреве до определённой температуры, выдержке и последующем охлаждении на спокойном воздухе

Часто нормализацию используют для
подготовки стали к закалке. Нормализация обеспечивает большую производительность и лучшее качество поверхности при обработке резанием

6. Криогенная обработка или обработка холодом
Чтобы повысить механические свойства
стали ее обрабатывают холодом. Сталь охлаждают в специальных холодильных установках до температуры от -20 до 100 с выдержкой около 1,5 часов.