Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Глава 5. 1/ 5. 1. 3. Превращения в стали при охлаждении

Глава 5.1/ 5.1.3. Превращения в стали при охлаждении

При термической обработке режимы нагрева сталей и чугунов определяются диаграммой железо — цементит. Эта диаграмма, построенная для бесконечно большого количества сплавов, описывает их структуры в равновесном состоянии, т.е. полученные в результате весьма медленных нагрева и охлаждения. Таким образом, она не учитывает скоростей нагрева, а главное, и охлаждения, которые весьма существенно влияют на структуру и свойства сплавов системы Fe — Fe3C.

Структуры, получаемые при различных скоростях охлаждения, описываются диаграммой изотермического превращения аустенита (рис. 5.6). Эта диаграмма строится в координатах время τ, или Igτ, — температура t для сплава (стали) одного состава. Таким образом, для каждой стали эта диаграмма имеет свой вид.

Рассмотрим превращения аустентита при охлаждении с различными скоростями на примере эвтекгоидной стали (0,8% С, см. рис. 5.6). Превращения по механизму их протекания можно разделить на перлитное, бейнитное и мартенситное.

Рис. 5.6. Диаграмма изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали (0,8 % С)

Перлитное превращение заключается в распаде аустенита на феррит и цементит A0,8 → П0,8[Ф 0,02 + Ц6,67], которое протекает при медленном охлаждении (см. рис. 5.6).

При температуре выше А1 (область I на диаграмме) аустенит является равновесной фазой, т. е. при этой температуре такая структура будет оставаться неизменной бесконечно долго. При температуре А1, аустенит и перлит находятся в равновесии.

Для превращения аустенита в перлит необходимо некоторое переохлаждение, чтобы свободная энергия перлита стала меньше, чем у аустенита. Таким образом, при понижении температуры ниже А1 (область II) аустенит становится неустойчивым, переохлажденным и через определенное время начнется его распад на ферритно-цементитную структуру.

При малой степени переохлаждения параметры кристаллизации (число центров кристаллизации и скорость их роста) низки, поэтому превращение начинается через достаточно длительное время. Такой же эффект будет и при большой степени переохлаждения (см. рис. 2.14). Это означает, что наибольшая скорость кристаллизации (т.е. превращения А  II) будет достигнута при некоторых промежуточных (средних) степенях переохлаждения. Другими словами, кривая начала распада (кривая а на диаграмме) должна иметь минимум по координате т (время) — быть С-образной. Действительно, при температуре 550 °С достигается наименьшая устойчивость переохлажденного аустенита. При этой температуре время существования переохлажденного аустенита минимально, для углеродистых сталей — 1. 2 с. Аналогичный вид имеет кривая конца превращений (кривая б). Форма этих кривых определила второе название диаграммы изотермического превращения — С-образная диаграмма.

На диаграмме в области левее первой кривой находится переохлажденный аустенит (см. рис. 5.6). Он претерпевает распад между кривыми начала и конца превращения — это кривые ап б, которые ограничивают область существования трех фаз: аустенита, феррита и цементита (область III). При превращении аустенита в перлит происходят как диффузионные, так и бездиффузионные процессы.

Диффузионные процессы заключаются, во-первых, в выделении из аустенита кристаллов цементита и, во-вторых, в их росте. Вследствие выделения цементита из аустенита концентрация углерода в нем снижается (А0,8 → А0,02 ).

При содержании углерода в аустените, равном 0,02 %, что соответствует максимальной растворимости углерода в феррите при 727 °С — точке Р на диаграмме Fе— Fе3C (см. рис. 4.2), происходит бездиффузионное превращение аустенита в феррит (А0,02 → Ф0,02) с изменением кристаллической ГЦК решетки на ОЦК.

Меняя скорость охлаждения, т.е. степень переохлаждения, мы можем влиять на диффузионные процессы, которые развиваются во времени, но не можем управлять бездиффузионными процессами, происходящими с очень большой скоростью, практически мгновенно.

Подавление, в большей или меньшей степени, второй стации диффузионного процесса — роста (коагуляции) кристаллов цементита — позволяет получить структуры с разными размерами этих кристаллов (разной дисперсностью). Таким образом, структура и свойства продуктов распада аустенита зависят от температуры превращения.

В том случае, если превращение происходит при высоких температурах, т.е. низкой скорости охлаждения и малой степени переохлаждения, которым соответствует луч 1 (см. рис. 5.6), получается грубая смесь феррита и цементита (его кристаллы успели вырасти), которая называется перлитом. Эта структура является равновесной, поэтому именно она описывается диаграммой состояния Fe — Fe3C.

Понижение температуры превращения, следовательно, ускорение охлаждения, приводит к меньшей степени роста кристаллов цементита (луч 2), что вызывает образование смеси более тонкого строения, которая получила название сорбит.

При еще более низкой температуре превращения образуется троостит — дисперсная структура (луч 3).

Таким образом перлит, сорбит и троостит — это ферритно-цементитные смеси (область IV) различной дисперсности. Цементит этих структур имеет пластинчатое строение.

Рис. 5.7. Диаграммы изотермического превращения аустенита: а — доэвтектоидная сталь; б — заэвтектоидная сталь

Твердость и прочность ферритно-цементитных смесей тем выше, чем тоньше строение цементита и дисперснее его структура. Так, для стали с 0,8 % С твердость перлита, сорбита и троостита примерно составляет 200; 300 и 400 НВ соответственно.

Читайте так же:
Тепло и электропроводность цинка

Изотермическое превращение аустенита в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях отличается от превращения в эвтектоидной стали. В верхнем интервале температур сначала происходит выделение из аустенита избыточных фаз: феррита в доэвтектоидных сталях и цементита в заэвтектоидных. Выделение этих фаз описывают дополнительные линии на диаграммах (рис. 5.7). Однако выделение избыточных фаз возможно только при небольших степенях переохлаждения; при значительном переохлаждении распад аустенита происходит без их предварительного выделения. В этом случае содержание углерода в образующейся ферритно-цементитной смеси будет отличаться от эвтектоидного. Сорбит и троостит в доэвтектоидных сталях содержат менее, а в заэвтектоидных более 0,8 % углерода.

Мартенситное превращение происходит при охлаждении с весьма высокой скоростью (луч 4) (см. рис. 5.6), когда удается полностью подавить диффузионные процессы (выделение цементита из аустенита), но бездиффузионное (γ → α)-превращение при этом все же происходит. Такое превращение называется мартенситным, а полученная структура — мартенситом.

При бездиффузионном превращении, каким является мартенситное, происходит лишь перестройка ГЦК решетки аустенита в ОЦК решетку a-железа без выделения углерода [Feγ (C)Feα (С)]. Это означает, что содержание углерода в мартенсите сохранилось таким же, каким оно было в исходном аустените, т.е. значительно большим его предельной растворимости в a-железе. В соответствии с диаграммой Fe — Fe3C растворимость углерода при комнатной температуре составляет 0,006 % — точка Q диаграммы Fe

Fe3C (см. рис. 4.2). Таким образом, мартенсит — это пересыщенный и, следовательно, неравновесный твердый раствор углерода в α-железе.

Из-за высокого содержания углерода кристаллическая решетка a-железа сильно искажена. Мартенсит имеет тетрагональную кристаллическую решетку, в которой в отличие от кубической параметр с больше параметра а (рис. 5.8). Отношение с/а называется степенью тетрагональности. С увеличением содержания углерода степень тетрагональности растет (рис. 5.9).

Мартенсит имеет высокую твердость, которая повышается с увеличением содержания углерода (рис. 5.10).

Минимальная скорость охлаждения, обеспечивающая подавление диффузионных процессов, называется критической скоростью охлаждения vкр. Графически она представлена касательной к первой С-образной кривой (см. рис. 5.6). При такой и больших скоростях охлаждения аустенит превращается в мартенсит без образования структур перлитного типа.

Рис. 5.8. Тетрагональная решетка мартенсита с параметрами а и с: О — атомы железа; • — атом углерода

Рис. 5.9. Зависимость периодов и степени тетрагональности кристаллической решетки мартенсита от содержания в нем углерода: а и с — параметры кристаллической решетки

Рис. 5.10. Зависимость твердости мартенсита от содержания углерода

Превращение аустенита в мартенсит происходит в интервале температур, ко¬торым соответствует область V на диа¬грамме (см. рис. 5.6). Температура начала мартенситного превращения обозначает¬ся Мн; конца превращения — Мк. Для того чтобы мартенситное превращение проис¬ходило, необходимо непрерывное охлаждение аустенита в интерва¬ле температур Мн — Мк. Если охлаждение прекратить, то превращение аустенита в мартенсит остановится.

Температуры начала и конца мартенситного превращения (точки Мн и Мк) не зависят от скорости охлаждения и определяются химическим составом стали. Чем больше углерода в стали, а при нагреве в аустените, тем ниже эти температуры (рис. 5.11, а). Все легирующие элементы, за исключением кобальта и алюминия, понижают температуры точек Мн и Мк (рис. 5.11, б). Если температура Мк ниже 20 °С (температура цеха, до которой реально происходит охлаждение при закалке), то после закалки в структуре сохраняется аустенит, называемый остаточным.

Мартенситное превращение характеризуется высокой скоростью роста зародышей кристаллов, которая лежит в пределах 1000. 7000 м/с.

Кристаллы мартенсита, представляющие собой пластины, обычно ориентированы между собой под углом 60 или 120°.

Рис. 5.11. Влияние содержания в стали углерода на температуру начала Мн и конца Мк мартенситного превращения (я) и легирующих элементов на температуру начала мартенситного превращения Мн (б)

Размеры пластин мартенсита определяются величиной исходного зерна аустенита. Чем больше зерно аустенита, тем крупнее пластины мартенсита. В плоскости шлифа пластины имеют вид игл, поэтому в микроскопе видна игольчатая структура.

Бейнитное (промежуточное) превращение происходит при температурах, когда диффузия атомов железа сильно замедляется, а атомов углерода протекает сравнительно легко (скорость охлаждения выше, чем при образовании троостита, но недостаточна для получения мартенсита). Для превращения характерны особенности как перлитного, так и мартенситного превращений.

В результате промежуточного превращения образуется структура, состоящая из смеси α-железа, часто пересыщенного углеродом (малоуглеродистого мартенсита) и цементита. Эта структура получила название бейнит.

В зависимости от температур образования различают верхний и нижний бейнит, образующиеся соответственно в верхнем или нижнем интервале температур промежуточного превращения.

Верхний бейнит по своему строению напоминает троостит, а нижний — мартенсит. Прочность и пластичность нижнего бейнита выше, чем верхнего.

Структурные превращения в стали при нагреве и медленном охлаждении

Реестр кадастровых инженеров на карте

На рис. 51 изображены в виде схемы структурные превращения, которые происходят при нагреве и медленном охлаждении в стали с содержанием углерода, равным 0,8%. (сталь У8).

Читайте так же:
Редуктор пропановый для резака

Следует обратить внимание на то, что образующийся при нагреве аустенит получается более мелкозернистым, чем исходное перлитное зерно. Размер получающихся зерен аустенита будет определяться размером пластинок перлита.

схема структурных превращений в стали у8 при нагреве и медленном охлаждении

При охлаждении размер получающихся зерен перлита будет определяться размером зерен аустенита. Из мелкого аустенитного зерна получится мелкое перлитное зерно, что достаточно хорошо видно из рассматриваемого рисунка.

Таким образом, вызывая перекристаллизацию перлита в аустенит, можно размельчить структуру стали, чем на практике часто пользуются.

Из этой же схемы видно, что при нагреве аустенитное зерно растет. Чем выше температура, тем крупнее зерно аустенита.

Если хотят получить мелкое зерно в стали при комнатной температуре (мелкозернистая структура имеет более высокое значение ударной вязкости, твердости и прочности), необходимо иметь мелкое аустенитное зерно перед охлаждением.

До сего времени мы разбирали структурные превращения при медленном охлаждении. Практически такое охлаждение можно осуществить охлаждением детали вместе с печью либо в горячей золе, песке и т.д. В результате такого охлаждения сталь получается довольно мягкой, пластичной и хорошо обрабатывается резанием, но обладает сравнительно невысокой прочностью.

Прочность и твердость стали можно повысить за счет увеличения скорости охлаждения после нагрева до аустенитной структуры. Это вызывается тем, что в стали образуются другие, отличные от перлита, структуры, которые и повышают твердость и прочность стали.

На рис. 52 показана схема превращения аустенита в стали У8 при охлаждении с различными скоростями. Так, при охлаждении вместе с печью, как и было отмечено на рис. 51, аустенит превращается в пластинчатый перлит. Причем это превращение проходит почти три постоянной температуре (723°).

схема структурных превращений аустенита в стали у8 при охлаждении с различными скоростями

При охлаждении на воздухе аустенит превращается в структуру, которая носит название сорбит, при охлаждении в горячем масле — в троостит (названия даны в честь ученых Сорби и Трооста).

Образование сорбита начинается при температуре 600° и заканчивается при температуре 500°.

Троостит образуется при еще более низких температурах — 500—200°.

По своему строению перлит, сорбит и троостит очень сходны.

Все они являются механическими смесями феррита и цементита. Разница лишь в размерах пластинок феррита и цементита. В троостите они самые тонкие, в перлите самые крупные, что видно из рис. 52.

Мартенсит

При охлаждении в воде аустенит сохраняется в стали до температуры примерно 200° и затем мгновенно превращается в структуру, которую называютмартенситом. (Название дано в честь ученого Мартенса).

В сталях с большим содержанием углерода аустенит не полностью превращается в мартенсит. Часть его сохраняется. Такой аустенит называют остаточным аустенитом.

Структура мартенсита отлична и по строению и по свойствам от сорбита и троостита.

Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе.

Сталь, имеющая структуру мартенсита, обладает высокой твердостью, прочностью, электросопротивлением, но она хрупка.

Скорости охлаждения и получаемые при этом структуры, которые рассмотрены на примере стали У8, характеризуют только углеродистые стали.

При охлаждении легированных сталей рассмотренные структуры могут получиться при иных скоростях охлаждения.

Почти во всех легированных сталях при охлаждении в масле получается структура мартенсита. В некоторых легированных сталях, даже при охлаждении на воздухе, получается мартенсит.

В связи с этим при изучении термической обработки следует ознакомиться с терминомкритическая скорость закалки, т.е. наименьшая скорость охлаждения, при которой в структуре стали получается чистый мартенсит.

Что такое термическая обработка металлов? Методы и преимущества

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

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

Для этого они разрабатывают новые графики или циклы для производства различных сортов. Каждый график относится к разной скорости нагрева, выдержки и охлаждения металла.

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

Польза

Причины проведения термообработки могут быть разными. Некоторые процедуры делают металл мягким, а другие повышают твердость . Они также могут влиять 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.

Читайте так же:
Силиконовая резина холодной вулканизации

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, которая 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 этих процессов свойства металла изменятся. Среди этих свойств — электрическое сопротивление, магнетизм, твердость, вязкость, пластичность, хрупкость и коррозионная стойкость.

Нагрев

Детали реактивного двигателя, направляемые в печь

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

При нагревании сплав может находиться в одном из трех различных состояний. 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.

Каждое состояние 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.

Выдержка

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

Например, поверхностное упрочнение требует только структурных изменений поверхности металла, чтобы повысить твердость поверхности. В то же время для других методов требуются единые свойства. В этом случае период выдержки больше.

Время выдержки также зависит от типа материала и размера детали. Более крупным деталям требуется больше времени, когда целью являются однородные свойства. Это происходит из-за того, что сердцевине большой части требуется больше времени, чтобы достичь необходимой температуры.

Охлаждение

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

Скорость охлаждения регулируется различными средами, такими как солевой раствор, вода, масло или воздух. Вышеупомянутая последовательность охлаждающих сред находится в порядке убывания эффективной скорости охлаждения. Солевой раствор быстрее всего поглощает тепло, а воздух — медленнее всего.

Также возможно использование печи в процессе охлаждения. Контролируемая среда обеспечивает высокую точность, когда необходимо медленное охлаждение.

Фазовые диаграммы

У каждого металлического сплава своя фазовая диаграмма. Как уже было сказано ранее, термическая обработка проводится по этим схемам. Они показывают структурные изменения, происходящие при разных температурах и различном химическом составе.

Давайте возьмем фазовую диаграмму железо-углерод в качестве примера, так как она наиболее известна и широко преподается в университетах.

Фазовая диаграмма железо-углерод является важным инструментом при изучении поведения различных углеродистых сталей при термообработке. Ось x показывает содержание углерода в сплаве, а ось y — температуру.

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

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

A1: Верхняя граница фазы цементит/феррит.

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

A3: Граница раздела, отделяющая фазу аустенит + феррит от фазы γ (гамма) аустенита.

Acm: Граница раздела, отделяющая аустенит γ от аустенита + цементита.

Фазовая диаграмма является важным инструментом, позволяющим определить, будет ли термообработка полезной или нет. Каждая структура привносит определенные качества в конечный продукт, и выбор термообработки делается на основе этого.

Распространенные методы термической обработки

Существует довольно много методов термической обработки. Каждый из них обладает определенными качествами.

К наиболее распространенным методам термообработки относятся:

  • Отжиг;
  • Нормализация;
  • Закаливание;
  • Старение;
  • Снятие напряжения;
  • Темперирование;
  • Цементация.

Отжиг

При отжиге металл нагревается выше верхней критической температуры, а затем охлаждается с медленной скоростью.

Отжиг проводится для размягчения металла. Это делает металл более пригодным для холодной обработки и формовки. Он также повышает 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.

Читайте так же:
Мини пилорама на базе бензопилы

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 при закалке или отжиге. 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

Самый распространенный процесс термообработки — закалка — используется для увеличения твердости металла. В некоторых случаях затвердеть может только поверхность.

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

Цементное упрочнение — это тип процесса упрочнения, при котором упрочняется только внешний слой заготовки. Используемый процесс такой же, но поскольку тонкий внешний слой подвергается процессу, полученная в результате 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, которые ускорят процесс износа. Закаленная поверхность обеспечивает защиту от этого, а сердечник по-прежнему обладает необходимыми свойствами, чтобы выдерживать усталостные напряжения.

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

График старения алюминия 6061

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

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 напряжения

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

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

Отпуск

Отпуск — это процесс уменьшения избыточной твердости и, следовательно, хрупкости, возникающей в процессе закалки. Также снимаются внутренние напряжения. Прохождение этого процесса может сделать металл пригодным для многих применений, в которых требуются такие свойства.

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

Цементация стали

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

Освободившийся углерод поглощается поверхностью металла. Содержание углерода на 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% термически обрабатываемых металлов — это разные марки стали. 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 на твердый раствор, 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 не обязательно использовать каждый метод для отдельного материала. Поэтому каждый материал нужно изучать отдельно, чтобы добиться желаемого результата. Использование фазовых диаграмм и доступной информации о влиянии вышеупомянутых методов является отправной точкой.

Читайте так же:
Насадки на дремель своими руками

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

Виды термообработки стали

Термообработка металлических изделий подразделяется на несколько видов: закалка, отжиг, нормализация, отпуск, а также термообработка сварных швов. Обработка металла под воздействием высокой температуры позволяет добиться более высокой прочности на поверхности изделия, а также размягчает металл при деформации. Индукционная установка отлично подходит для термообработки стали. Ниже мы более подробно рассмотрим каждый вид обработки стали и сможем подобрать более подходящий для удовлетворения той или иной потребности.

Термообработка стали – Отжиг

Отжиг – это один из видов высокотемпературной обработки металлического изделия, подразумевающий нагрев металла, а затем медленное охлаждение. Отжиг также подразделяется на несколько видов в зависимости от температуры, до которой будет нагреваться изделие, а также процесса охлаждения изделия.

  • Во время отжига структура металла переходит из неравновесного состояния до более равновесного. Ниже мы рассмотрим возможные виды отжига стали.
  • Возврат или, как его еще называют, отдых стали. При использовании данного способа изделие нагревается до 200-400°С. Возврат производится для уменьшения уровня наклепа. Результатом данного вида отжига становиться уменьшение искажений решеток у кристаллов, а также частичный возврат физико-химических свойств стали.
  • Рекристаллизация. При использовании данного вида отжига изделие нагревается до температуры 500-550°С. Если необходимо снять внутреннее напряжение металла, то нагрев производится до температуры 600-700°С. Рекристаллизационный способ отжига применяется для снятия внутреннего напряжения металла отливок от неравномерного охлаждения частей. Рекристаллизация позволяет восстановить новые кристаллы из деформированных зерен в структуре металла. При использовании рекристаллизационного отжига твердость стали немного уменьшается, зато ее вязкость и пластичность становятся выше.
  • Гомогенизация или диффузионный отжиг стали. Применяется в тех случаях, когда сталь обладает внутрикристаллической ликвацией. Результатом применения гомогенизации становится получение стали однородного состава. При использовании данного вида отжига очень важно сохранять высокую температуру нагрева, но не допускать пережога зерен. Пережог исправить не получится, а потому изделие будет считаться бракованным.
  • Полный отжиг стали. Применяется для того, чтобы произвести улучшения структуры стали, тем самым облегчив его последующую обработку, например, штамповку или закалку.
  • Неполный отжиг стали. Применяется, как правило, после высокотемпературной обработки изделия под давлением, если у него мелкозернистая структура.
  • Изотермический отжиг. Данный способ термообработки металла применяется гораздо чаще в последнее время, потому что позволяет сократить время нагрева и охлаждения металла, тем самым повышая производительность предприятия. Изотермический отжиг производится за 4-7 часов, в то время как на обычный тратится до 15 часов.

Термообработка стали – Закалка

Закалка – это вид высокотемпературной обработки металла, который основывается на перекристаллизации стали при ее нагреве до температуры, которая несколько выше критической. После выдержки изделия в тепловой среде, оно проходит процесс охлаждения.
Чаще всего закалка производится в отношении изделий, требующих высокой прочности. Металл, прошедший закалку, становится более прочным на поверхности, но сохраняет вязкость внутри. В некоторых случаях закалка может сделать изделие наоборот очень вязким, например, если очень быстро охладить его – это производится для деформации металла.
Закалка ТВЧ дает возможность получить необходимые результаты от закалки за короткий промежуток времени. Программное обеспечение индукционного оборудования может полностью контролировать весь закалочный процесс, соблюдая все заданные параметры (температура, время выдержки, способ охлаждения и т.п.).

Термообработка стали – Отпуск

Отпуск – это еще один вид высокотемпературной обработки стали, позволяющий уменьшить остаточное напряжение металла после закалки, повышая вязкость изделия и уменьшая хрупкость металла. Отпуск стали позволяет смягчить эффект закалки.
Производится отпуск при помощи нагрева металлического изделия, закаленного на мартенсит. Во время отпуска, зависимо от температуры нагрева, есть возможность получения состояния мартенсита, сорбита или троостита.
Отпуск может быть низким, средним или высоким – его уровень полностью зависит от температуры, до которой будет нагреваться изделие.

Термообработка стали – нормализация

Нормализация – это вид термообработки металла, проводящийся преимущественно по окончании обработки изделия для его финального нагрева и выравнивания напряжения по всей поверхности.
После нормализации сталь, содержащая более 0,4% углерода, становится более прочной. На практике данный вид стали обрабатывают при помощи нормализации, а затем применяют отпуск в диапазоне температур 650-700°С, чтобы немного понизить уровень плотности.
Индукционная установка отлично подходит для термообработки металлических изделий, позволяя производить ее быстро, качественно и с высокой точностью. Только при использовании программного обеспечения ТВЧ оборудования можно четко проконтролировать процесс нагрева изделия, время его выдержки, а также охлаждение.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector