Термическая обработка стали
Виды термической обработки.
Термическая обработка металлов – это тепловая обработка, в результате которой изменяются структура и физико-механические свойства металлов.
Термическая обработка зависит от температуры нагрева, продолжительности выдержки при данной температуре, скорости нагрева и скорости охлаждения.
Регулируя эти параметры, можно придавать сплавам различную структуру и свойства.
Закалка.
Процесс закалки заключается в нагреве стали до температуры выше критической (линия GSE), выдержке при этой температуре и последующем быстром охлаждении в закалочной среде (вода, масло, водные растворы солей, расплавленные соли или щёлочи).
Стали, содержащие менее 0,3% углерода, закалке не подвергаются, т.к. вследствие малого содержания углерода её не принимают.
Закалочная среда должна обеспечивать критическую скорость охлаждения стали, при которой образуется нужная структура стали.
При закалке сталей очень большое значение имеет скорость охлаждения в двух интервалах, а именно 650 — 550°С и 300 — 200°С.
Очень важно, чтобы в первом температурном интервале скорость охлаждения была наибольшей, а во втором – замедленной.
Вода как закаливающая среда создаёт быстрое охлаждение в обоих интервалах, и это является её недостатком, т.к. быстрое охлаждение в интервале 300 — 200°С способствует сильной деформации и образованию закалочных трещин.
ВИДЫ ЗАКАЛКИ
1. Объёмная (закаливается весь объём заготовки)
2. Поверхностная (закаливается только поверхность заготовки на определённую глубину)
Различают следующие способы объёмной закалки стали :
1.Закалка в одном охладителе.
Нагретое изделие погружается в воду или масло ( для тонких сечений ) до полного охлаждения.
2.Закалка прерывистая.
Нагретое изделие погружается в воду, а затем в масло до полного охлаждения.
3.Закалка с самоотпуском.
Охлаждение изделия от температуры закалки в охлаждающей среде происходит только в течение времени, которое необходимо для прокаливания изделия на определённую глубину.
Дальнейшее охлаждение производится на воздухе.
При поверхностной закалке нагревается только поверхностный слой стали на заданную глубину.
1.Высокочастотная закалка.
Нагрев поверхности стальных изделий происходит из-за возникновения в поверхностных слоях индуцированных токов высокой частоты ( от 500 Гц до 10 мГц ).
Индуктор представляет собой медную трубку, изогнутую таким образом, чтобы она как можно теснее окружала нагреваемое изделие, однако нигде его не касалась.
Из-за сложности изготовления индуктора этот способ применяется для закалки деталей простой формы.
Важнейшим преимуществом поверхностной закалки являются высокая производительность, незначительное коробление, безокислительный нагрев, высокие прочностные свойства изделий.
2.Пламенная поверхностная закалка.
Сущность пламенной поверхностной закалки заключается в том, что подвергаемую закалке поверхность нагревают газокислородно-ацетиленовым пламенем до заданной температуры с последующим охлаждением водой или воздухом.
Отпуск.
После закалки в металле возникают внутренние напряжения как результат разности температур между отдельными участками охлаждаемого тела.
Внутренние напряжения искажают кристаллическую решетку металла , приводят к короблению и деформации изделий.
Когда внутренние напряжения достигают величины, превышающей предел прочности при растяжении, в металле появляются трещины.
Для снятия внутренних напряжений применяют отпуск.
Отпуск заключается в нагреве закалённой стали до температуры ниже критической, выдержке при этой температуре и последующем медленном или быстром охлаждении.
Целью отпуска является повышение вязкости закалённой стали при сохранении достаточно высокого предела прочности, уменьшение внутренних напряжений после закалки и получение более устойчивых внутренних структур.
В зависимости от температуры нагрева закаленной стали при отпуске различают следующие его виды.
Отпуск низкий.
Этот вид отпуска характеризуется нагревом закалённой стали до температуры не выше 300°С, которая способствует снижению внутренних напряжений и сохранению высокой твёрдости при пониженной вязкости.
Применяется такой отпуск для инструмента и изделий, которые должны обладать высокой твёрдостью и износостойкостью.
Отпуск средний.
Этот вид отпуска характеризуется нагревом закалённой стали в интервале температур 300 — 500°С, который приводит к снижению твёрдости и повышению вязкости стали по сравнению с низким отпуском.
Применяется при термической обработке пружин, штампов, ударного инструмента.
Высокий отпуск.
Этот вид отпуска характеризуется нагревом закалённой стали в интервале температур 500 — 700°С, который способствует получению наибольшей вязкости при сохранении достаточно высокой прочности.
В результате высокого отпуска твёрдость закалённой стали сильно снижается, и при этом также снижаются внутренние напряжения.
Применяется высокий отпуск для деталей из конструкционных сталей, для которых важно после термической обработки получить хорошее сочетание прочности и вязкости.
Охлаждение после отпуска обычно производится на воздухе.
Отжиг
Отжиг представляет собой операцию термической обработки, заключающуюся в нагреве стали, выдержке при данной температуре и последующем медленном охлаждении.
Цели применения отжига:
1.Снижение твёрдости и повышение пластичности
2.Улучшение обрабатываемости
3.Снятие внутренних напряжений после отливки, обработки давлением или механической обработки
4.Устранение структурной неоднородности
5.Изменение физических свойств ( например, магнитных свойств трансформаторной стали )
6.Изменение свойств наклёпанного металла
Различают следующие виды отжига:
1.Полный отжиг
2.Неполный отжиг
3.Низкий отжиг
4.Диффузионный отжиг
5.Изотермический отжиг
Опасностями при термической обработке стали являются обезуглероживание и её перегрев.
Обработка холодом.
Обработка основана на преобразовании внутренней структуры за счёт охлаждения закаленных сталей до температуры минус 80 — 170°С.
Обработка холодом быстрорежущих сталей после термической обработки повышает их твёрдость и режущие свойства.
Кроссворды по теме
Игра «Термическая обработка стали»
