Главная › Новости

Виды термической обработки сталей

Опубликовано: 30.09.2018

Термообработка, отпуск, отжиг, нормализация, побежалость

Процесс термообработки

Процесс термообработки представлен основными видами, среди которых необходимо выделить:

Лекция. Технология термической обработки стали

Отжиг, включая процедуру гомогенизации и нормализации, выполняется для получения металла, микроструктура которого отличается однородностью и зернистостью, с растворением включений. Следующее за этой операцией охлаждение выполняется в медленном режиме, что позволяет воспрепятствовать появлению мартенсита; Закалку выполняют при соблюдении высокого уровня скорости охлаждения, что позволяет получить мартенситные структуры. При определении критичного уровня скорости охлаждения, требуемой для выполнения закалки, учитываются марки и разновидности материалов; Отпуск требуется для удаления напряжений, образовавшихся при закалке, обеспечивая более высокую степень пластичности при одновременном уменьшении прочностных показателей; Нормализацию проводят при нагревании изделия до состояния аустенита, то есть на 30...50 градусов выше АС3, с выполнением в дальнейшем охлаждения на воздухе; Выполнение дисперсионного затвердения (или старения) осуществляют, если после операции отжига выполняется нагревание детали до более низкого температурного уровня для получения частиц фазы упрочнения. В некоторых случаях старение выполняется ступенчато, используя несколько температурных режимов для выделения упрочняющих в нескольких видах; Обработка холодом.

Гомогенизационный отжиг и старение

Рассмотрим суперсплав на основе никеля («Инконель 718»), для которого является типичной такая термообработка:

Производится гомогенизирование структурного состава и разжижение вкраплений при 768—782 0C с выполнением быстрого охлаждения. Затем выполняется двухэтапное старение последующей технологии: выдерживается 8 часов при 718 0C, постепенно охлаждается 2 часа до 621—649 0C и выдерживается 8 часов. После этих операций выполняется быстрое охлаждение.

Закалка и выполнение высокого отпуска (улучшение)

Для сталей используют процесс упрочнения при закалке методом быстрого охлаждения, производимого на воздухе, в масле или воде. Такая процедура способствует созданию неравновесного строения мартенсита. Операция закалки позволяет стали получить такие характеристики, как высокая твёрдость, низкий уровень пластичности и вязкости. Например, у стали 40ХНМА (SAE 4340) после того, как проведена процедура закалки, показатель твёрдости составляет более 50 HRC, поэтому материал не может быть использован по причине хрупкости и предрасположенности к разрушению. Проведение следующего отпуска, заключающегося в таких операциях, как нагрев до 450 C... 500 0C и выдерживание при этом температурном режиме, позволяет уменьшить внутренние напряжения, учитывая такие явления как распад мартенсита, изменение расстояний решётки. При этом незначительно снижается уровень твёрдости допоказателя 45...48 HRC. Процедура корригирования выполняется для стали, имеющей в своем составе 0,3...0,6 % углерода.

Отжиг представляет собой разновидность термообработки и состоит в проведении нагрева до установленного температурного режима, выдержки и охлаждения. При этом происходит возобновление, рекристаллизирование и гомогенизирование металла. Целью операции является требование снизить уровень твердости, что позволяет повысить обрабатываемость металла, улучшить структурный состав и достичь большей степени гомогенности металла, снять напряжения внутри решетки.

Процесс производства закалки

Закалка представляет вид термообработки металлов и их сплавов, стекла, и заключается в нагревании до температурного уровня, превышающего критические значения, и проведением быстрого охлаждения. Выполнение закалки металла, позволяющей получить качественные характеристики, не следует приравнивать к обычному виду обработки, производимой для осуществления фазовых преобразований.

Охлаждение зачастую выполняют в водной или масляной среде, но имеются и иные методы: твёрдый теплоноситель псевдокипящего характера, поток сжатого воздуха, водяное облако, полимеры.

Существуют такие виды закалки:

для сталей, обладающих полиморфическими преобразованиями; для преобладающей части цветных металлов без наличия полиморфического преобразования.

После закалочной операции возрастает твердость материала, но он приобретает хрупкость, наблюдается снижение уровня пластичности и вязкости при повторных процедурах нагрева и охлаждения. Применение отпуска металла после операции закаливания с полиморфным преобразованием позволяет добиться уменьшения хрупкости, повышая при этом характеристики пластичности и вязкости. При выполнении процедуры без структурных преобразований используют операцию старения. Отпуск способствует незначительному понижению твердости и прочностных характеристик металла.

Учитывая температурные режимы нагревания, выполняется разделение процедуры закаливания на полную и неполную. Полное закаливание выполняют нагреванием на 30...50 0С по уровню выше линии GS для сталей, обладающих доэвтектоидной и эвтектоидной структурой, для заэвтектоидной - по линии PSK (согласно диаграммы железоуглеродистых сплавов). При этом наблюдается образование структуры аустенита и аустенит + цементит. При производстве неполного закаливания выполняют нагрев выше линии PSK, что ведет к появлению излишних фаз.

Проведение отпуска позволяет снимать напряжения закаливания.

Для определенной категории изделий требуется проведение неполного или выборочного закаливания, к примеру, процесс производства катан (японских мечей) предполагает выполнение закаливания по режущей кромке.

Среды для закалки

При выполнении закаливания для получения эффекта переохлаждения аустенита до мартенситного превращения требуется провести ускоренную процедуру охолаживания. Причем это надо выполнить в промежутке 650...400 0C, где аустенит имеет свойства меньшей устойчивости и осуществляется ускоренное преобразование в смесь ферритно-цементитного состава. При температуре свыше 650 0C наблюдается невысокая скорость преобразования аустенита, что позволяет проводить процесс остывания в размеренном режиме при условии постоянного контроля за его ходом.

Сырьем для образования закалочных сред может быть использована вода, масло, водополимерные среды (Термат), солевые растворы, обладающие следующим механизмом воздействия. При опускании в среду закалки вокруг поверхности изделия из перекаленного пара происходит образование плёнки. Процедура охлаждения осуществляется посредством паровой рубашки и продолжается относительно долго. При достижении определенной температуры, задаваемой исходя из компонентов жидкости, происходит разрыв паровой рубашки, начинается кипение жидкости, проходящее на поверхности изделия, и достигается быстрое остывание.

Процесс медленного кипения происходит в несколько этапов:

плёночное; пузырьковое; конвективный теплообмен. При этом наблюдается явление более низкого уровня температуры на поверхности металла в сравнении с температурными показателями кипения жидкости. Учитывая невозможность кипения жидкости, происходит замедление охлаждения.

Способы закалки

Закалку деталей выполняют, используя такие способы:

производство закалки с одним охладителем представляет собой процесс опускания в среду нагретой детали, где ее требуется оставить до полного охлаждения. Используют при обработке деталей простой формы, для производства которых применяют углеродистый и легированный прокат; закалка сталей, имеющих в своем составе высокий процент углерода, выполняется в двух средах с применением прерывистой закалки. Вначале проводится ускоренное охлаждение (в воде), а затем - постепенное (в масле); для термообработки участка детали выполняют струйное закаливание путем орошения струёй воды сильного напора. При этом не происходит формирования паровой рубашки и обеспечивается глубокое прокаливание. Проводится на установках ТВЧ; охлаждение детали, выполняемое при температуре превышения мартенситной точки, проводится с использованием ступенчатой закалки. При этом требуется обеспечить условия для соблюдения технологии охлаждения и выдержки в данной среде, чтобы все точки сечения детали обладали температурой, создаваемой в закалочной ванне. Затем выполняют постепенное охлаждение и закаливание, обеспечивая преобразование аустенита в мартенсит; при изотермической закалке проводится выдержка стали в закалочной среде установленный технологией период времени для изотермического преобразования аустенита.

При выполнении отпуска, представляющего один из видов термообработки, происходит стадия распада мартенсита и рекристаллизации.

Проведение операции отпуска дает возможность получить материал, обладающий пластичными свойствами, и уменьшить его хрупкость, сохраняя показатели прочности. С этой целью выполняется нагрев изделий в промежутке от 150...260 0C до 370...650 0C и проведение медленного остывания.