725 металлобаз
Проверка
юрлиц и физлиц
Калькулятор
металла
Калькулятор
доставки
Шина
Шина цветная

Виды термообработки стали

Поделиться статьей 

Изделия из металла и стали используются во всех отраслях промышленности и народного хозяйства. Популярность обусловлена высокой износостойкостью.

Чтобы повысить механические и физические свойства материала, заготовки проходят через повышенные или пониженные температуры. Процесс называется термической обработкой.

Термообработка – это технологический процесс нагрева, охлаждения и выдержки твердых сплавов, который проводится для получения дополнительных свойств за счет изменения структуры на молекулярном уровне.

Термическая обработка – это промежуточный этап при повышении обрабатываемости заготовок. В древности мастера также использовали для закаливания масло, вино и воду, создавая перепад температуры.

Обработка металла  по технологиям делится на:

  1. Термическую – это закалка, отпуск, отдых, нормализация и другие методы.
  2. Термо-механическую – на сплав параллельно воздействуют высокой температурой и механически.
  3. Химико-термическую – это штатная закалка металла с последующим нанесением на поверхность химических элементов (углерода, хрома) для обогащения.

Рассмотрим подробнее основные способы термической обработки стали.

Закалка стали

Сущность закалки стали – это технологический процесс, который состоит из следующих этапов:

  1. Металл нагревается до выбранной температуры, происходит выдержка для равномерного распределения по всей глубине детали.
  2. Стремительное охлаждение.
  3. Отпуск, чтобы снять напряжение внутри заготовки и откорректировать ее твердость до нужного значения.

По глубине обработки закалка бывает:

  1. Объемной – основной способ, использующийся повсеместно в машиностроении. Деталь равномерно разогревается на всю глубину. За счет резкого охлаждения твердость материала на поверхности и внутри различается на несколько единиц.
  2. Поверхностной – этот метод используется, когда нужен прочный верхний слой и пластичный внутренний. В печи заготовка прогревается на глубину до 20 мм, и тут же есть спрейер, который поливает раскаленный металл водой.

Закаливать можно марки стали от СТ 45 и выше. Главное ограничение тут по содержанию углерода. Температура прогрева напрямую зависит от того же углерода и легирующих веществ. Например, для СТ45 это 650 градусов, а для СТ90ХФ более 800.

Стали с высоким содержанием углерода прокаливают в несколько этапов, так как быстрый нагрев приведет к образованию трещин снаружи и внутри. Поэтому на температурах 300 и 600 градусов делается выдержка.

После закалки у стали меняются технические характеристики:

  1. Повышается твердость и прочность.
  2. Уменьшается размер зерна.
  3. Снижается пластичность и гибкость.
  4. Увеличивается хрупкость.
  5. Устойчивость к стиранию повышается.
  6. Сопротивление на излом становится меньше.

Каленые изделия также поставляются с высоким классом чистоты поверхности, так как сырая сталь тянется за кругом и ее невозможно шлифовать.

Рассмотрим несколько видов закалки стали:

В одной среде – среда определяет скорость охлаждения заготовок. Максимальная сложность достигается при окунании материала в воду. Если в металле более 0.5% углерода, то он из-за резкого охлаждения потрескается или разрушится сразу. Высоколегированные стали увеличивают твердость даже при охлаждении за счет воздуха.

Ступенчатая – сложные по составу стали закаляют в несколько этапов. Это вода, охлаждающая верхний слой, затем идет масло, где материал остывает до 320 градусов. Нормализация температуры происходит на воздухе. Если сразу опустить изделие в масло, то внутренний температурный режим будет тормозить общее остывание и понизит твердость структуры.

Изотермическая – эта методика подходит при работе с инструментальной сталью. При быстром охлаждении в материале создается сильное напряжение, которое снимается за счет отпуска. Он проводится в несколько этапов. Нормализация улучшает структуру, изделие нагревается до температуры закалки, которое после опускается в ванну с селитрой.

Светлая – легированная сталь не темнеет при нагреве в вакууме или в среде инертных газов. Закалка этим методом требует особого оборудования, сам процесс дорогой. На заводах целесообразна светлая закалка только при массовом производстве однотипных товаров.

Закалка с самоотпуском – при быстром нагреве материала внутри сохраняется источник тепла, который медленно снимает напряжение, то есть происходит самоотпуск. Проводить его могут только специалисты, которые знают, насколько можно сократить время пребывания изделия в охлаждающей жидкости.

Сегодня в промышленности используют для охлаждения пластиковую стружку, натриевые растворы, воду, масло и селитру.

При закаливании часто возникают несколько типов дефектов:

  • исправимые – связаны с пятнистой или неравномерной закалкой, и твердость не соответствует требованиям технологического процесса. Такие дефекты образуются из-за некачественной термообработки или неправильного охлаждения;
  • неисправимые – из-за некачественной заготовки при закалке образуются сколы, трещины, либо она полностью разрушается.

Конечный выбор технологии закалки зависит от температуры обработки, охлаждения, среды для закалки и периодичности.

Отпуск стали

При закалке металла внутри образуется напряжение, которое приводит к повышению хрупкости изделия. Цель отпуска стали — устранить внутренние дефекты.

Отпуск – это технологический процесс постепенного охлаждения металла в емкостях с расплавленными щелочами, селитрой или маслом, водой. Если сделано по ГОСТ, то твердость стали многократно возрастает.

Существует несколько видов отпуска:

  1. Низкий – заготовка охлаждается до температуры ниже критической. Металл разогревается до 250 градусов, а скорость охлаждения зависит от марки стали. Низкий отпуск применяется для деталей, которые прошли цементацию или нитроцементацию под воздействие токов высокой частоты.
  2. Средний – используется при обработке упругих деталей. Процесс проходит при температуре 350-400 градусов. Цель – уменьшить размер зерен и повысить прочность, снизить внутреннее напряжение, чтобы заготовка не деформировалась.
  3. Высокий – создание конструкционных металлов и износоустойчивых деталей. Заготовку разогревают до 450-550 градусов. Ее структура на молекулярном уровне меняется. Допустимо изменение формы материала и размера зерен. Их форма также приобретает форму сферы.

Отпускная хрупкость – это изменение ударной вязкости материала. Чтобы он не был хрупким, его разогревают в температурном режиме 250-550 градусов. На втором этапе материал нужно быстро остудить погружением в воду или состав на основе масла.

Отжиг стали

Отжиг – это один из этапов термообработки, который подготавливает или завершает закалку, сварку, давление или резание.

Назначение отжига стали это изменение структуры стали с целью понизить твердость, повысить пластичность и ударную вязкость, а также нивелировать внутреннее напряжение при обработке. Для этого деталь разогревают значительно выше критической температуры, а затем материал медленно остывает.

После термического воздействия меняется зернистость, структура кристаллической решетки. Температура подбирается под содержание легирующих компонентов и/или углерода.

Обжиг выполняет несколько других функций:

  1. Довести свойства материала к требованиям для последующей обработки.
  2. Улучшить параметры изделия перед резанием или давлением.
  3. Снизить вероятность деформации, внутреннего напряжения.
  4. Восстановить качество стали после неудачной закалки.

Одна из главных особенностей отжига – это отсутствие охлаждающих сред для снижения температуры металла. Остывание происходит естественным путем.

В промышленности известно два типа отжига – первого и второго рода. Рассмотрим их особенности подробнее в формате сводной таблицы.

Отжиг первого рода
Рекристаллизационный Деталь доводят до температуры на 150-200 градусов выше порога рекристаллизации, выдерживают под нагревом, а затем медленно остужают. Способ используется для понижения жесткости и повышения пластичности
Гомогенизационный Выравнивание структуры и распределение химических элементов происходит под действием диффузии. Из-за группировки древовидных неоднородностей используется нагрев. Материал разогревают до 1200 градусов, чтобы повысить подвижность атомов и убрать участки с высоким содержанием отдельных элементов. После разогрева деталь на протяжении десятков часов медленно остывает.
Для снижения напряжения Из-за обработки, нагрева и остывания возникает внутреннее напряжение. Чтобы избавиться от этого феномена, деталь выдерживают в температурном режиме ниже точки рекристаллизации, а затем остужают.
Высокий Метод используется для сталей с низким содержанием углерода. Изделие нагревают до 650-700 градусов, выдерживают в этом диапазоне около часа, а затем медленно охлаждают в печи или засыпают просушенным песком.

Исправить дефекты можно фазовым превращением составляющих частей изделия. Для этого используется отжиг второго рода. Рассмотрим подробнее методики.

Отжиг второго рода
Полный Метод используется для сталей с содержанием углерода не более 0.8%. В процессе контролировано уменьшается зернистость, параллельно возрастает ударная вязкость и пластичность.
Неполный Способ корректировки свойств используется для сталей с содержанием углерода более 0.8%.
Изотермический Материал разогревается выше точки Ас3, а затем он направляется в ванну или печь, разогреют до 620-700 градусов. Длительность выдержки в температурном диапазоне зависит от размера детали, времени полного распада аустенита.
Нормализационный Нормализация используется для сталей, где углерода не более 0.3%. В печи заготовка разогревается до критической температуры, а затем охлаждается под открытым небом.
Маятниковый Способ подходит для получения структуры стали под названием зернистый перлит. Он характеризуется меньшей хрупкостью/твердостью, но повышенной вязкостью и пластичностью. Процедура разогрева и выдержки материала до образования аустенита повторяется не менее трех раз для достижения перлита 100% зернистости.

Нормализация заготовок

Нормализация – это нагрев заготовок из стали на 50 градусов выше критической температуры. Затем проводится выдержка изделия до нормализации и окончательное охлаждение.

Проведение нормализации стали зависит напрямую от температуры нагрева, материала. Оптимальным считается час выдержки при толщине 25 мм.

Нормализацию используют для:

  1. Изменения молекулярной структуры металла или его однородности.
  2. Для повышения прочности/твердости.
  3. Коррекции механических свойств материала.
  4. Понижения напряжения металла, которое возникает на других этапах обработки.

Скорость охлаждения зависит от объема перлита, который входит в состав заготовки, а также размера детали. При повышении скорости охлаждения образуется большее количество перлита. Следовательно, растут показатели твердости/прочности.

Технологический процесс опирается на следующие показатели:

  1. Выдержка – равномерность термического воздействия на все слои стали.
  2. Скорость охлаждения – толщина образования перлитового слоя.
  3. Поэтапное охлаждение – в некоторых случаях требуется оперативное охлаждение при достижении определенного температурного уровня.

На производстве для нормализации используются специальные печи, зачастую оснащенные газовыми нагревателями. В таких системах есть следующие элементы:

  1. Камера – это герметичный закрывающийся бокс, куда помещается заготовка для термической обработки.
  2. Горелка – устройство нагнетает температуру в камере. Оно работает по технологии прямого или косвенного нагрева.
  3. Модуль управления регулирует мощность, бывает комбинированным, пропорциональным или импульсным.
  4. Материал для теплоизоляции.
  5. Запорно-регулирующий механизм.

В промышленности есть несколько видов обработки стали для изменения механических параметров заготовок. Под каждую задачу подбирается температурным режим, среда, оборудование, время на охлаждение.

Оцените нашу статью
[Всего голосов: 1 Рейтинг статьи: 5]
АВТОР СТАТЬИ Редакция E-metall Сайт-агрегатор позволяет искать металл без посредников у конечных поставщиков: владельцев металла и производителей. Данные о наличии и стоимости металла регулярно обновляются и отображаются в единой таблице поиска с удобными фильтрами и сортировкой. С помощью сервиса можно быстро найти металл и связаться с выбранным поставщиком.

Покупаете металл? На нашем сервисе вы бесплатно можете увидеть по какой цене, в каком объеме и где именно лежит та или иная позиция из вашей заявки. Мы размещаем наличие 725 проверенных поставщиков без посредников. Каталог
Поставляете металл? На нашем сервисе вы можете разместить свои складские остатки и начать получать дополнительные обращения от пользователей нашего сервиса. Разместить наличие

Комментарии

Войдите в свой аккаунт или зарегистрируйтесь, чтобы оставить комментарий
Вы есть в соцсетях?

Подписывайтесь на нас,
следите за новостями и бонусами.

Предложите тему

Мы стараемся писать на самые важные и актуальные темы для вас. Если вы не нашли в нашем блоге статьи на интересующие вас темы, скажите нам об этом.

Предложить тему
Разместите свой материал

Вы можете разместить свою статью рекламного или информационного содержания.

Связаться
Авторизация
*
*
Не нашли то, что искали?
Заявка на размещение

Калькулятор доставки

Откуда
Куда
Вес, кг
Объем, м3
Зарегистрируйтесь и получите дополнительные бесплатные возможности нашего сервиса Бесплатная регистрация