Термообработка металлов

  1. Что такое термообработка
  2. Какие бывают виды термообработки
  3. Отжиг
  4. Закалка
  5. Отпуск
  6. Старение
  7. Криогенная обработка
  8. Термообработка цветных металлов
  9. Услуги и цены




Несмотря на то, что все металлы, за исключением ртути, относятся к очень прочным материалам, во многих сферах промышленности базовых параметров прочности металла недостаточно. Поэтому в металлургии производится такая операция, как термообработка металла, позволяющая значительно повысить его прочностные свойства.

Такой секрет улучшения характеристик металла был известен еще с древности. Знаменитые клинки из булатной, харалужной и дамасской стали своими уникальными свойствами, твердостью и прочностью были обязаны не только особому химическому составу и технологии плавки, но также многократному отжигу, закалке и отпуску. Благодаря этому такие клинки были необычайно прочными, не щербились, долго сохраняли острую заточку и были способны с одинаковой эффективностью рассечь на лету шелковый платок или разрубить прочный доспех.

heat-treatment-industry.jpg

Закалка стали

 

 

 

Что такое термообработка

Основным свойством металла является твердость, от которой зависит износоустойчивость, обрабатываемость, устойчивость к коррозии, нагрузкам, срок службы изделия и ряд других параметров.

Для того, чтобы улучить базовый показатель твердости металла, его подвергают дополнительной термической обработке, то есть воздействуют на него высокими и сверхвысокими температурами. Это позволяет не только придать металлу более высокую твердость, но также добиться однородности, улучшить микроструктуру и скорректировать химический состав всех элементов в составе сплава.

Несколько слов о твердости. В металлургии и металлообработке используются различные методы определения твердости: по Виккерсу, Бриннелю, Роквеллу, Мартенсу, Шору, Кнупу или склероскопом. Для сталей чаще всего используется определение твердости методом Виккерса, для менее прочных сплавов – метод Роквелла. Твердость сплавов из мягких металлов определяется методами Шора или Бриннеля

 

 

Какие бывают виды термообработки

В современной металлургии используется четыре технологических операции по термообработке:

·         Отжиг;

·         Закалка;

·         Отпуск

·         Старение;

·         Криогенная обработка.

 

Рассмотрим каждую из них подробнее.

 

Отжиг

Отжигом называется термообработка металла, при которой заготовку подвергают воздействию высокой температуры на протяжении определенного периода, после чего она медленно охлаждается естественным путем.

Цели отжига:

·         Улучшить пластичность металла и снизить его внутреннее сопротивление для последующей обработки;

·         Сделать сплав более однородным;

·         Повысить уровень сопротивляемости;

·         Увеличить механические показатели.

 

В зависимости от своего предназначения и используемой технологии, отжиг может быть следующих видов:

·         Неполный отжиг или сфероидизация. При этой операции нагрев производится до температуры максимум на 30°С выше точки А1 с последующим медленным охлаждением до комнатной температуры, в результате чего происходит изменение кристаллической решетки металла. Этот вид термообработки сплавов используется для легированных и заэвтектоидных сталей.

·         Полный отжиг. Металл нагревается до температуры на 50°С выше точки А3, после чего он охлаждается прямо в печи со скоростью не выше 100°С/ч до 500°С. В результате сталь получается крупнозернистую структуру, улучшается качестве ее поверхности и устраняются пороки структуры, возникшие в ходе литья, сварки или горячей деформации.

·         Диффузионный или гомогенизация. При такой термообработке сталь нагревается до 1150 °С, выдерживается при ней около 14 часов, после чего постепенно (в течение 80-85 часов) охлаждается до 200 °С. Это позволяет выровнять химическую неоднородность металла и получить гомогенную сталь.

·         Изотермический. Вся операция состоит из трех стадий. Сначала металл нагревается до температуры, превышающей точку А3 на 40°С, после этого ускоренно охлаждается до температуры ниже точки А1, а затем производится медленное охлаждение на обычной температуры. Такая операция дает возможность получить однородную структуру металла по сечению изделия.

·         Нормализационный или нормализация. Данная термообработка применяется для улучшения структуры металла перед закалкой. При нормализации металл нагревается до температуры на 50°С выше критической точки (Ас3 для доэвтектоидных сталей, Аcm для заэвтектоидных), затем охлаждается на воздухе.

 

 

Закалка

В отличие от отжига, такая термообработка сплавов, как закалка, предусматривает нагрев до критической температуры, превышающей точку А3 с последующим быстрым охлаждением. Охлаждение может производиться как воздухом, так и в других средах: водяном тумане, жидкой полимерной среде, масле, псевдокипящем слое твердого теплоносителя и так далее. По сути, происходит превращение металла – он теряет вязкость и пластичность, но становится более твердым и хрупким.




Закалка сталей производится с полиморфным превращением, термообработка цветных металлов – без него. Наиболее распространенные способы закалки:

·         В одном охладителе производится только закалка легированных и углеродистых сталей. Заготовка нагревается до требуемо температуры, после чего помещается в охлаждающую среду до полного охлаждения;

·         Прерывистая. Термообработка стали с высоким содержанием углерода. Нагретую заготовку сначала помещают в быстроохлаждающую среду на короткий срок, после чего переносят в медленноохладжающую среду до полного охлаждения.

·         Ступенчатая. Нагретый металл погружается в ванну с закалочной средой (легкоплавкие металлы, соляные растворы), температура которой выше  точки мартенситного превращения, на 90-120 секунд, после чего следует медленное окончательное охлаждение на воздухе. Такой способ позволяет устранить термические напряжения внутри металла и повысить сопротивление на излом и скручивание;

·         Изотермическое. Принцип действия, как и у ступенчатой закалки, но окончательное охлаждение сразу производится только после окончания изотермического превращения аустенита.

·         Индукционная. В отличие от остальных видов закалки, такая термообработка деталей предусматривает поверхностную обработку заготовки током высокой частоты (до 10 МГц) в индукторе. К плюсам такого метода относится возможность регулирования глубины закалки, отсутствие окалины, а также получение больше твердости металла, чем при других способах.

 

 

Отпуск

Отпуском называется вид термообработки, при котором уже закаленная деталь повторно нагревается до температуры от 150 до 650°С и затем медленно охлаждается на воздухе или в воде. В результате выделяется остаточный углерод, после чего происходит полигонизация и рекристаллизация металла.

Благодаря этому удается при сохранении высоких прочностных характеристик добиться увеличения пластичности и снизить хрупкость металла, что дает возможность дальнейшей обработки особо прочных видов сталей, таких как 40ХНМА и других. В зависимости от характеристик стали, а также предназначения деталей, различают три основных типа отпуска по используемой температуре:

·         Низкотемпературный. Проводится для низколегированных, малоуглеродистых, инструментальных и подшипниковых сталей с нагревом до 250°С в течение 60-180 минут;

·         Среднетемпературный. Нагрев до 350…500°С с последующим охлаждением обеспечивает высокую устойчивость, выносливость и упругость детали;

·         Высокотемпературный. Нагрев до 500…650°С позволяет обеспечить детали высокую вязкость, прочность и пластичность, а также устойчивость к высоким ударным нагрузкам. 

 

 

Старение

Технологический процесс, предназначенный для выделения частиц упрочняющей среды. Используется в цветной металлургии после отжига и/или закалки путем одно- или двухступенчатого перевода на более низкую температуру нагрева. Таким способом, например, получают жаропрочные сплавы и суперсплавы на базе никеля и хрома

 

Криогенная обработка

Современный и высокотехнологичный способ обработки, заключающийся в изменении механико-физических свойств металлов под воздействием сверхнизких температур. Заготовка помещается в камеру специального криопроцессора, где постепенно происходит охлаждение до сверхнизкой температуры (от  -153°С и ниже).  Во избежание теплового удара детали, снижение температуры происходит медленно, течение 20-24 часов. Затем деталь выдерживается еще 24 часа при стабильной температуре и после этого в течение последующих 24 часов происходит постепенный возврат к комнатной температуре.

 

Так как в ходе криогенной термообработки относительно мягкий и нестабильный остаточный аустенит трансформируется в прочный и стабильный мартенсит. Это повышает формоустойчивость детали, износостойкость и ударную прочность, повышается ресурс за счет снятия остаточных напряжений и увеличения теплопроводности.

К примеру, стволы современных снайперских винтовок проходят криогенную обработку для уменьшения износа внутреннего канала и снижения теплового коробления. Криообработка тормозных дисков автомобилей повышает их ресурс на 70-100%


 

Термообработка цветных металлов

В отличие от черных металлов, термическая обработка цветных металлов способствует не только изменению физико-механических, но и химических свойств. Поэтому не все методы термообработки стали подходят для цветных металлов. Чаще всего используются следующие методы:

·         Низкий (мягкий) или рекристаллизационный отжиг. В течение 60-90 минут производится нагревание до температуры, на 50…100 ˚С ниже точки Ас1, после чего деталь охлаждается на воздухе. Позволяет устранить небольшие внутренние дефекты, снять внутренние напряжения и наклеп, повысить пластичность и вязкость. Используется для медных, алюминиевых и никелевых сплавов.

·         Стабилизация. Термообработка деталей из цветного металла, имеющих деформацию и избыточные внутренние напряжения из-за неравномерного остывания изделия. Нагрев производится до температуры, которая ниже температуры рекристаллизации, после чего деталь некоторое время выдерживается при ней, пока полностью не прогреется и медленно охлаждается.

·         Гомогенизационный отжиг. Путем нагрева до высокой температуры и выдерживания при ней заготовки в течение определенного времени достигается равномерность структуры и состава металла (гомогенизация). Также такой способ термообработки используют для улучшения химической стойкости и вязкости деформированных металлов.

·         Дисперсионное отвержение. Трехступенчатый процесс, включающий в себя нагрев в соляной ванне до температуры, близкой к температуре солидуса, быстрое охлаждение в воде или масле и старение при высокой или нормальной температуре. Сплавы, прошедшие отверждение, имеют очень высокие показатели прочности при сохранении вязкости.

Также нужно понимать, что многие цветные металлы требуют особых технологий термообработки и точного соблюдения температурного диапазоне. Титан обрабатывают только в вакууме, так как он поглощает водород, что приводит к ухудшению механических характеристик. Термообработка меди должна производиться в защитной среде, так как у меди при высокой температуре происходит активное взаимодействие с кислородом. Изделия из алюминиевых сплавов обрабатываются при температуре 450-500˚С, так как при перегреве способны к деформации. 

Выполняем следующие виды термической обработки цветных металлов: 

• Замер твердости материалов и изделий по заявке Заказчика Цена 200,00 руб./один замер 

• Определение марки материала и количество содержания химических элементов в сталях при помощи оптического спектрометра «Минилаб СЛ». Результат анализа материала считается информационным и не является основанием для решения спорных вопросов через арбитраж. 

Цена 800,00 руб./один образец 

- Минимальный размер оплаты при поставке деталей на термообработку из одной марки стали: 

• до 55 кг ( закалка+отпуск ) Цена 1500,0                                                                                                                                                                                                                                         

• до 20 кг ( цементация+закалка ) Цена 1500,0

Также, Вы можете заказать бесплатный обратный звонок и наш менеджер ответит на все интересующие вопросы. Заказать термическую обработку металла вы можете по телефону: +7 (3412) 908-768  или через форму: "Заказать консультацию".