Tehnik-ast.ru

Электро Техник
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Назначение и виды термической обработки

Назначение и виды термической обработки

Термическая обработка формирует физико-механические свойства инструмента: теплостойкость, прочность, твердость, износостойкость. Для изготовления инструмента используют такие виды термической обработки, как отжиг, закалка, отпуск, химико-термическая обработка. При неправильно выбранных или при нарушении заданных режимов термической обработки инструмент может оказаться вообще неработоспособным. Поэтому высокая культура термической обработки, особенно закалки и отпуска, предопределяет высокое качество инструмента.

Отжиг.

Отжиг осуществляют для снятия внутренних напряжений и понижения твердости после горячей обработки давлением (прокатка, ковка, штамповка) и сварки заготовок. Перед повторной закалкой инструментов, если первичная выполнена неправильно, инструменты также отжигают. Для этого заготовку или инструмент нагревают до температуры 830—850 °С, выдерживают при этой температуре 3—4 часа, а затем охлаждают с различными скоростями. Приблизительный режим отжига быстрорежущей стали представлен диаграммой рис. 3.18. Более предпочтительный — изотермический отжиг по диаграмме рис. 3.19.

Термическая обработка

Повышение температуры отжига и увеличение выдержки при этой температуре способствуют более полному растворению карбидов в аустените. После закалки и отпуска получается более легированный мартенсит, что повышает красностойкость инструмента. Однако увеличивается опасность окисления и обезуглероживания поверхностных слоев заготовки или инструмента. Поэтому обычно стремятся сокращать время нагрева стали при высоких температурах. Для повышения пластичности быстрорежущей стали перед холодной обработкой давлением (волочение, редуцирование, ротационное обжатие, прокат тонких листов, рубка, штамповка) рекомендуют термическую обработку, занимающую промежуточное место между отжигом и неполной закалкой. Сталь нагревают до 720—780 °С, выдерживают при этой температуре один час, после чего охлаждают в масле или на воздухе. Закалка.

Цель закалки — увеличить твердость инструмента, превратив исходную перлитную структуру быстрорежущей стали в мартенсит. Для этого необходимо исходный перлит превратить в аустенит, нагревая сталь до температуры аустенитных превращений. Затем сталь быстро охлаждают в масле до температуры мартенситных превращений, чтобы аустенит не превратился в промежуточные структуры. После этого охлаждение должно быть медленным, чтобы обеспечить более полный распад аустенита.

Нагрев. Быстрорежущая сталь обладает пониженной теплопроводностью. Поэтому нагрев до закалочной температуры 1200—1300 °С необходимо осуществлять медленно, для того чтобы избежать появления закалочных трещин — следствия высоких внутренних растягивающих напряжений в сердцевине инструмента от разности объемов горячих поверхностных слоев инструмента и относительно холодной сердцевины. Инструмент сначала медленно подпревают до температуры 780—840 °С, а затем быстро нагревают до окончательной температуры. Быстрый нагрев уменьшает рост зерна стали и обезуглероживание поверхностных слоев инструмента. Крупногабаритные и фасонные инструменты подогревают дважды, сначала до 400—500 °С, а затем до 780—840 °С.

Температура окончательного нагрева, продолжительность подогрева и окончательного нагрева зависят от целого ряда факторов:

а) требуемых физико-механических свойств инструмента;

б) химсостава стали;

в) теплоемкости и теплопроводности стали,

г) продолжительности фазовых превращений и процессов растворения карбидов в аустените;

д) физических свойств нагревающей среды;

е) конфигурации и размера нагреваемого инструмента.

Поэтому режим термической обработки назначают и экспериментально проверяют не только для конкретного инструмента из стали данной марки, но и для каждого номера плавки стали этой же марки, и даже для каждого проката стали той же плавки. Установленный таким образом режим нагрева строго контролируется и поддерживается. Например, отклонение температуры нагрева допускается в пределах ± 10°С. Время выдержки при окончательном нагреве быстрорежущей стали в хлорбариевых ваннах 6—7 с на каждый миллиметр сечения инструмента, а в печах с газовой средой 10—12 с. Температура окончательного нагрева, в зависимости от марки стали, колеблется в пределах 1200—1300 °С. Уточненные значения температуры и времени выдержки при нагреве под закалку можно найти в специальной литературе, например, [14; 170]. Инженеру-механику важно знать, что повышение температуры окончательного нагрева и увеличение времени выдержки при этой температуре способствует более полному растворению карбидов. В результате после закалки и отпуска получаем более легированный мартенсит, что повышает твердость и теплостойкость инструмента. Однако при этом увеличивается опасность окисления и обезуглероживания поверхности инструмента, структура металла становится крупнозернистой, появляется ледобу- ритная сетка, что понижает прочность инструмента. Кроме того, уменьшение содержания свободных карбидов в стали вследствие их более полного растворения понижает износостойкость инструмента. Поэтому повышенные температуры нагрева и увеличенные выдержки можно рекомендовать лишь для простых инструментов, работающих с высокими скоростями, например, для резцов общего назначения. Дня сложнорежущих и мелкопрофильных инструментов, протяжек, зуборезных, резьбонарезных и других подобных инструментов такой нагрев неприемлем.

Охлаждение. Выбор метода охлаждения и охлаждающих сред зависит от состава стали, сложности инструмента и требуемых свойств.

Охлаждение до температуры мартенситного превращения следует вести быстро, чтобы аустенит не превратился в промежуточные структуры. Для каждой марки стали существует своя постоянная скорость охлаждения, а стало быть, и своя охлаждающая среда.

Охлаждение в интервале температур мартенситного превращения (300—200 °С) следует вести более медленно, так как при быстрых структурных превращениях объем металла изменяется быстро, что может явиться причиной появления трещин. Поэтому для разных марок сталей и форм инструмента чаще всего применяется комбинированное охлаждение: сначала в одной среде, а затем в другой.

Охлаждающими средами могут быть: вода, масло, расплавы и растворы солей, щелочей, воздух.

Инструменты из углеродистой стали сложной конфигурации сначала охлаждают в воде до температуры 300—250 °С, а затем в масле. Простые инструменты охлаждают только в воде.

Быстрорежущие инструменты простой формы охлаждают в масле, а небольшого поперечника (3—5 мм) даже на спокойном воздухе или под вентилятором.

Инструменты сложной формы, фасонные, подвергают ступенчатой закалке, т.е. комбинированному охлаждению, с целью снижения деформаций и возможности появления трещин. Сначала инструмент охлаждают в расплавленной калиевой селитре (хуже — в натриевой, разъедает инструмент) до температуры 500—450 °С с выдержкой при этой температуре 2—5 мин, в зависимости от сечения инструмента. Это область температур наибольшей устойчивости аустенита. Затем инструмент охлаждают на воздухе.

Для инструментов особо сложной формы, а также крупных размеров и большой длины рекомендуется изотермическая закачка, значительно уменьшающая внутренние напряжения и деформацию. При этом инструмент сначала охлаждают в соли с температурой 250—300 °С, выдерживают 40—60 мин., а затем на воздухе. Если температура соли 200—250 °С, то выдержка при этой темперагуре 30—40 мин, дальнейшее охлаждение на воздухе. Охлаждающая среда — смесь едких щелочей NaOH и КОН в различной пропорции в зависимости от требуемой температуры. Можно использовать смесь селитр KN03 (56 %) и NaN03 (44 %).

Читайте так же:
Линия по производству пеллет из опилок

Светлая закалка. Нагрев инструмента обычный, в соляных ваннах, а охлаждение в растворе щелочей: 80 % КОН + 20 % NaOH + + 6 частей воды на 100 частей щелочей. Чтобы поверхность инструмента не была пятнистой, перед нагревом его обезжиривают в горячем растворе следующего состава: на 1 л воды 250 г NaOH и 15 г Na3PG4. Затем инструмент высушивают при температуре 400—500 °С и только после этого переносят в ванну для нагрева под закалку, так как попадание влаги в соляную ванну может вызвать взрыв и выплескивание солей. После охлаждения инструмент промывают в горячей воде для удаления солей и высушивают или сразу же отпускают. Такая промывка с просушкой предохраняет инструмент от коррозии.

Отпуск.

Нормальный отпуск. После закалки быстрорежущей стали в ее структуре остается около 20 % аустенита. В результате — пониженная твердость инструмента. Кроме того, во время работы инструмента под воздействием температуры резания аустенит как бы самопроизвольно распадается, превращаясь в мартенсит. Казалось бы, это неплохо. Но беда в том, что при таких структурных превращениях изменяется объем стали, причем только в отдельных частях инструмента. Возникают внутренние напряжения, которые, складываясь с напряжениями от действия сил резания, могут привести к поломке инструмента. Таким образом, прочность инструмента понижена. Понижена также и износостойкость, так как аустенит мягкий и быстро размазывается по детали. Поэтому оставшийся после закалки аустенит необходимо перевести в мартенсит. Этой цели служит отпуск. Закаленные инструменты загружают в печь, нагревают до 525—575 °С, выдерживают 1,0—1,5 часа и выгружают для остывания на воздухе. Так повторяют два-три раза, т.е. делают двух-, трехкратный отпуск. В это время происходит превращение остаточного аустенита в мартенсит и выделение мелкодисперсных, устойчивых против коагуляции карбидов, что вызывает дисперсионное твердение, называемое вторичной твердостью. В результате остается 2—3 % аустенита, повышается твердость инструмента на 2—3 единицы HRC3. Во время последнего отпуска окончательно снимаются внутренние напряжения, что является второй задачей отпуска. Первая задача — перевод остаточного аустенита в мартенсит.

Обработка холодом. Сразу после закалки инструмент можно обработать холодом в жидком азоте (-197 °С) или в твердой углекислоте, растворенной в бензине (-80… -100 °С). После такой обработки в стали практически не остается аустенита и можно обойтись только одним отпуском для снятия внутренних напряжений. Кроме того, обработка в жидком азоте даже готового инструмента повышает его стойкость тем значительнее, чем больше нарушен режим термообработки инструмента.

Высокий отпуск. Задние поверхности многих инструментов после закалки и отпуска не шлифуют, как, например, у стандартных фасонных фрез, резьбонарезных гребенчатых фрез, резьбонарезных плашек. Не шлифуют фасонные поверхности инструментов, если в инструментальном цехе конкретного завода по той или иной причине сделать это невозможно. Тем не менее шероховатость таких поверхностей должна быть минимальной, и ее надо обеспечить лезвийной обработкой. Для этой цели делают неполную закалку инструмента с последующим высоким отпуском, нагрев до 920—950 °С, охлаждение на воздухе или в масле и высокий отпуск при температуре 700—720 °С. После отпуска сталь имеет твердость 260—270 НВ, несколько труднее обрабатывается, но обеспечивает меньшую шероховатость обработанной поверхности.

Такой закалке с высоким отпуском подвергают также протяжки перед чистовой лезвийной обработкой, хотя после последующей нормальной закалки и отпуска их шлифуют.

Высокий отпуск делают лапкам конусов инструментов и ушкам ножовочных полотен для понижения их твердости.

Низкий отпуск. Его проводят при температурах 200—250 °С для ответственных режущих инструментов, например, внутренних протяжек, чтобы исключить их поводку во время эксплуатации под действием остаточных внутренних напряжений. Такому отпуску подвергают уже готовые инструменты или инструменты перед чистовым шлифованием.

Дефекты при термической обработке стали

Термическая обработка проката – эффективный прием улучшения эксплуатационных показателей различных сталей и сплавов. Различные виды термообработки адаптированы под достижение конкретных результатов. Например, термическая обработка стыков после сварки выполняется методами поверхностной закалки ТВЧ, а для изменения структуры и состава поверхностных слоев стали используется её химико-термическая обработка.

термообработка стали

Для обеспечения необходимого качества рассматриваемых технологий необходимо своевременно и эффективно предотвращать возможные дефекты термической обработки.

Виды термообработки сталей

В зависимости от характера термического воздействия на металл, и способов введения дополнительной энергии в его структуру различают следующие основные виды термической обработки:

  1. Отжиг – применяется с целью улучшения последующей деформации заготовок, и обеспечивает им равновесную мелкозернистую структуру. В свою очередь, отжиг может быть высоко- и низкотемпературным.
  2. Закалка – придает деталям повышенную твердость и механическую прочность. Выполняется в электрических или пламенных нагревательных устройствах, подразделяется на поверхностную и объемную.
  3. Отпуск – выполняется, как правило, после закалки, и обеспечивает плавное снижение прочностных показателей стали по мере удаления от поверхности. В результате снимаются термические напряжения, приводящие к короблению деталей.
  4. Нормализация – заключается в исправлении неблагоприятной структуры стали и улучшения ее последующей обрабатываемости резанием.
  5. Улучшение – выполняется для придания стальным деталям оптимального сочетания прочности и вязкости, что существенно, если изделие работает при значительных динамических нагрузках.

термическая обработка стали

Менее распространены, но также используются: старение (стабилизация структуры термообработанной стали), обработка холодом (обеспечивает деталям повышенную точность), а также комбинированные процессы, сочетающие термообработку с деформацией стали, насыщением ее поверхности другими элементами и так далее.

Дефекты

Дефекты, возникающие при термической обработке стали, принято подразделять на два вида: обратимые и необратимые. В первом случае, их можно «снять» дополнительной тепловой обработкой заготовки, во втором – изделие является браком, и далее подлежит переплавке.

Читайте так же:
Как нарезать резьбу в металле метчиком

К первой группе относится перегрев – нагрев стали до температуры выше 1250…11000С (меньшие значения – для сталей с повышенным содержанием углерода). Дефект усугубляется, если к тому же увеличить время выдержки заготовки при таких температурах. В перегретом металле начинается интенсивный рост зерен, сопровождающийся неблагоприятным изменением их формы. У высокоуглеродистых сталей на фоне такой структуры дополнительно появляются грубые игольчатые формы цементита Fe3C. В результате механические свойства стали резко падают, причем особенно интенсивно у перегретого изделия уменьшаются показатели ударной вязкости. Такие заготовки разрушаются при попытке любой механической их обработки (а также обработки давлением со сколько-нибудь значительными степенями деформаций).

Перегрев стали можно устранить. Для этого применяют отжиг до температур, на 40…600С превышающих температуру начала аустенитного превращения. После некоторой выдержки заготовки медленно охлаждают вместе с печью. В теплое время года возможно охлаждение на спокойном воздухе (без сквозняков и искусственных воздушных потоков). В результате зерна становятся мельче, приобретают округлую форму, а металлу возвращаются его прежние физико-механические характеристики.

Необратимым дефектом термообработки является пережог. Он возникает при нагреве стали до температур ниже температуры начала плавления на 50…1000С. При таких температурах неметаллические включения в стали, располагающиеся всегда по границам зёрен – сера и фосфор – плавятся. Этому сопутствует также интенсивное окисление, которое проходит по границам зерен. Пережженный металл полностью теряет свою пластичность, следствием чего является появление рваных трещин при последующей ковке или прокатке. Восстановить исходную структуру такой стали невозможно.

дефекты при термообработке стали

Способы исправления брака

Кроме основных дефектов, каждому виду термической обработки свойственны и локальные. Во многих случаях они устранимы. Типовые дефекты термической обработки стали могут быть сведены к следующим:

  • Несоответствие твердости обработанного изделия. Возникает при нарушении заданного режима: например, при повышенной/пониженной скорости охлаждения, недостаточном времени выдержки заготовки в печи или в результате нагрева до более низких/высоких температур. Исправляется повторной термообработкой;
  • Появление сетки карбидных включений. Вызывается перегревом стали и устраняется выполнением нормализации металла, либо многократной перековкой заготовки;
  • Трещинообразование, вызванное растрескиванием стальной заготовки из-за возникших в ней высоких термических напряжений при мартенситном превращении. Сталь становится хрупкой, излом имеет ярко выраженный крупнозернистый характер. Проявляется при превышении допустимых скоростей охлаждения металла при закалке. Исправить такой брак невозможно;
  • Обезуглероживание: выгорание цементита в поверхностных слоях стали с одновременным образованием высокотемпературного оксида железа FeO. Происходит при слишком длительной выдержке нагретой заготовки в печи, либо при использовании пламенных нагревательных устройств с неконтролируемой атмосферой. Брак исправим лишь частично: заготовки можно подвергнуть нормализации, но марка стали при этом изменится в сторону снижения процентного содержания углерода. Нагрев следует вести в электропечах, либо в печах безокислительного нагрева;
  • Неравномерная твердость по поверхности или сечению. Дефект связан с некачественным отпуском (например, использованием загрязненной включениями охлаждающей среды или касанием заготовок друг друга в отпускной емкости). Дефект устраняется последующей нормализацией и закалкой с применением более интенсивной охлаждающей среды, в частности, воды или водного раствора NaCl;
  • Механическая деформация или коробление термообработанных изделий. Устраняется их правкой на гидравлических прессах, а – при необходимости – применением повторной термообработки, но с более медленной скоростью охлаждения.

исправление дефектов при термообработке стали

Дефекты, возникающие при термической обработке стыков сварных конструкций, устраняются их повторным нагревом и последующим охлаждением на спокойном воздухе.

Услуги по термической обработке стоит заказывать на предприятиях с высокой культурой производства, современным оборудованием, эффективными средствами КИПиА, а также располагающими квалифицированным персоналом.

Термическая обработка сплавов. Виды термообработки

Термообработка сплавов является неотъемлемой частью производственного процесса чёрной и цветной металлургии. В результате такой процедуры металлы способны изменить свои характеристики до необходимых значений. В данной статье мы рассмотрим основные виды термообработки, применяемые в современной промышленности.

Сущность термической обработки

В процессе производства полуфабрикаты, металлические детали подвергаются термической обработке для придания им нужных свойств (прочности, устойчивость к коррозии и износу и т. д.). Термическая обработка сплавов – это совокупность искусственно созданных процессов, в ходе которых в сплавах под действием высоких температур происходят структурные и физико-механические изменения, но сохраняется химический состав вещества.

Назначение термообработки

Металлические изделия, которые используются ежедневно в любых отраслях народного хозяйства, должны отвечать высоким требованиям устойчивости к износу. Металл, как сырьё, нуждается в усилении нужных эксплуатационных свойств, которых можно добиться воздействием на него высокими температурами. Термическая обработка сплавов высокими температурами изменяет изначальную структуру вещества, перераспределяет составляющие его компоненты, преобразует размер и форму кристаллов. Всё это приводит к минимизации внутреннего напряжения металла и таким образом повышает его физико-механические свойства.

Виды термической обработки

Термообработка металлических сплавов сводится к трём незатейливым процессам: нагреву сырья (полуфабриката) до нужной температуры, выдерживанию его в заданных условиях необходимое время и быстрому охлаждению. В современном производстве используется несколько видов термообработки, отличающихся между собой некоторыми технологическими особенностями, но алгоритм процесса в общем везде остаётся одинаковым.

По способу совершения термическая обработка бывает следующих видов:

  • Термическая (закалка, отпуск, отжиг, старение, криогенная обработка).
  • Термо-механическая включает обработку высокими температурами в сочетании с механическим воздействием на сплав.
  • Химико-термическая подразумевает термическую обработку металла с последующим обогащением поверхности изделия химическими элементами (углеродом, азотом, хромом и др.).

Отжиг

Отжиг – производственный процесс, при котором металлы и сплавы подвергаются нагреванию до заданного значения температуры, а затем вместе с печью, в которой происходила процедура, очень медленно естественным путём остывают. В результате отжига удаётся устранить неоднородности химического состава вещества, снять внутренне напряжение, добиться зернистой структуры и улучшить её как таковую, а также снизить твёрдость сплава для облегчения его дальнейшей переработки. Различают два вида отжига: отжиг первого и второго рода.

термическая обработка сплавов

Отжиг первого рода подразумевает термическую обработку, в результате которой изменения фазового состояния сплава незначительны или отсутствуют вовсе. У него также есть свои разновидности: гомогенизированный – температура отжига составляет 1100-1200 , в таких условиях сплавы выдерживают в течение 8-15 часов, рекристаллизационный (при t 100-200 ) отжиг применяется для клёпаной стали, то есть деформированной уже будучи холодной.

Читайте так же:
Конус в18 размеры гост

Отжиг второго рода приводит к значимым фазовым изменениям сплава. Он также имеет несколько разновидностей:

  • Полный отжиг – нагрев сплава на 30-50 выше критической температурной отметки, характерной для данного вещества и охлаждения с указанной скоростью (200 /час – углеродистые стали, 100 /час и 50 /час – низколегированные и высоколегированные стали соответственно).
  • Неполный – нагрев до критической точки и медленное охлаждение.
  • Диффузионный – температура отжига 1100-1200.
  • Изотермический – нагрев происходит так же, как при полном отжиге, однако после этого проводят быстрое охлаждение до температуры несколько ниже критической и оставляют остывать на воздухе.
  • Нормализованный – полный отжиг с последующим остыванием металла на воздухе, а не в печи.

Закалка

Закалка – это манипуляция со сплавом, целью которой является достижение мартенситного превращения металл, обеспечивающее понижение пластичности изделия и повышение его прочности. Закалка, равно как и отжиг, предполагает нагрев металла в печи выше критической температуры до температуры закалки, отличие состоит в большей скорости охлаждения, которое происходит в ванне с жидкостью. В зависимости от металла и даже его формы применяют разные виды закалки:

  • Закалка в одной среде, то есть в одной ванне с жидкостью (вода – для крупных деталей, масло – для мелких деталей).
  • Прерывистая закалка – охлаждение проходит два последовательных этапа: сперва в жидкости (более резком охладителе) до температуры приблизительно 300 , затем на воздухе либо в другой ванне с маслом.
  • Ступенчатая – по достижению изделием температуры закалки, его охлаждают какое-то время в расплавленных солях с последующим охлаждением на воздухе.
  • Изотермическая – по технологии очень похожа на ступенчатую закалку, отличается только временем выдержки изделия при температуре мартенситного превращения.
  • Закалка с самоотпуском отличается от других видов тем, что нагретый метал охлаждают не полностью, оставив в середине детали тёплый участок. В результате такой манипуляции изделие приобретает свойства повышенной прочности на поверхности и высокой вязкости в середине. Такое сочетание крайне необходимо для ударных инструментов (молотки, зубила и др.)

виды термообработки

Отпуск

Отпуск – это завершающий этап термической обработки сплавов, определяющий конечную структуру металла. Основная цель отпуска является снижение хрупкости металлического изделия. Принцип заключается в нагреве детали до температуры ниже критической и охлаждении. Поскольку режимы термической обработки и скорость охлаждения металлических изделий различного назначения могут отличаться, то выделяют три вида отпуска:

  • Высокий — температура нагрева от 350-600 до значения ниже критической. Данная процедура чаще всего используется для металлических конструкций.
  • Средний – термообработка при t 350-500, распространена для пружинных изделий и рессор.
  • Низкий — температура нагрева изделия не выше 250 позволяет достичь высокой прочности и износостойкости деталей.

металлы и сплавы

Старение

Старение – это термическая обработка сплавов, обуславливающая процессы распада пересыщенного металла после закалки. Результатом старения является увеличение пределов твёрдости, текучести и прочности готового изделия. Старению подвергаются не только чугун, но и цветные металлы, в том числе и легко деформируемые алюминиевые сплавы. Если металлическое изделие, подвергнутое закалке выдержать при нормальной температуре, в нём происходят процессы, приводящие к самопроизвольному увеличению прочности и уменьшению пластичности. Это называется естественное старение металла. Если эту же манипуляцию проделать в условиях повышенной температуры, она будет называться искусственным старением.

режимы термической обработки

Криогенная обработка

Изменения структуры сплавов, а значит, и их свойств можно добиться не только высокими, но и крайне низкими температурами. Термическая обработка сплавов при t ниже нуля получила название криогенной. Данная технология широко используется в самых разных отраслях народного хозяйства в качестве дополнения к термообработкам с высокими температурами, поскольку позволяет существенно снизить расходы на процессы термического упрочнение изделий.

термообработка сплавов

Криогенная обработка сплавов проводится при t -196 в специальном криогенном процессоре. Данная технология позволяет существенно увеличить срок службы обработанной детали и антикоррозионные свойства, а также исключить необходимость повторных обработок.

Термомеханическая обработка

Новый метод обработки сплавов сочетает в себе обработку металлов при высоких температурах с механической деформацией изделий, находящихся в пластичном состоянии. Термомеханическая обработка (ТМО) по способу совершения может быть трёх видов:

  • Низкотемпературная ТМО состоит из двух этапов: пластической деформации с последующим закалкой и отпуском детали. Главное отличие от других видов ТМО – температура нагрева до аустенитного состояния сплава.
  • Высокотемпературная ТМО подразумевает нагрев сплава до мартенситного состояния в сочетании с пластической деформацией.
  • Предварительная – деформация производится при t 20 с последующей закалкой и отпуском металла.

закалка отпуск отжиг

Химико-термическая обработка

Изменить структуру и свойства сплавов возможно и с помощью химико-термической обработки, которая сочетает в себе термическое и химическое воздействие на металлы. Конечной целью данной процедуры помимо придания повышенной прочности, твёрдости, износостойкости изделия является и придание детали кислотоустойчивости и огнестойкости. К данной группе относятся следующие виды термообработки:

  • Цементация проводится для придания поверхности изделия дополнительной прочности. Суть процедуры заключается в насыщении металла углеродом. Цементация может быть выполнена двумя способами: твёрдая и газовая цементация. В первом случае обрабатываемый материал вместе с углём и его активатором помещают в печь и нагревают до определённой температуры с последующей выдержкой его в данной среде и охлаждением. В случае с газовой цементацией изделие нагревается в печи до 900 под непрерывной струёй углеродосодержащего газа.
  • Азотирование – это химико-термическая обработка металлических изделий путём насыщения их поверхности в азотных средах. Результатом данной процедуры становится повышение предела прочности детали и увеличение его коррозионной устойчивости.
  • Цианирование – насыщение металла одновременно и азотом и углеродом. Среда может быть жидкой (расплавленные углерод- и азотсодержащие соли) и газообразной.
  • Диффузионная металлизация представляет собой современный метод придания металлическим изделиям жаростойкости, кислотоустойчивости и износостойкости. Поверхность таких сплавов насыщают различными металлами (алюминий, хром) и металлоидами (кремний, бор).
Читайте так же:
Как проверить варистор тестером

Особенности термической обработки чугуна

Литейные сплавы чугуна повергаются термической обработке по несколько иной технологии, чем сплавы цветных металлов. Чугун (серый, высокопрочный, легированный) проходит следующие виды термообработки: отжиг (при t 500-650 ­), нормализация, закалка (непрерывная, изотермическая, поверхностная), отпуск, азотирование (серые чугуны), алитирование (перлитные чугуны), хромирование. Все эти процедуры в результате значительно улучшают свойства конечных изделий чугуна: увеличивают эксплуатационный срок, исключают вероятность возникновения трещин при использовании изделия, повышают прочность и жаростойкость чугуна.

температура отжига

Термообработка цветных сплавов

Цветные металлы и сплавы обладают отличными друг от друга свойствами, поэтому обрабатываются разными методами. Так, медные сплавы для выравнивания химического состава подвергаются рекристаллизационному отжигу. Для латуни предусмотрена технология низкотемпературного отжига (200-300 ), поскольку этот сплав склонен при влажной среде к самопроизвольному растрескиванию. Бронза подвергается гомогенизации и отжигу при t до 550 . Магний отжигают, закаляют и подвергают искусственному старению (естественное старение для закалённого магния не происходит). Алюминий, равно как и магний, подвергается трём методам термообработки: отжигу, закалке и старению, после которых деформируемые алюминиевые сплавы значительно повышают свою прочность. Обработка титановых сплавов включает: рекристаллизационный отжиг, закалку, старение, азотирование и цементацию.

Резюме

Термическая обработка металлов и сплавов является основным технологическим процессом, как в чёрной, так и в цветной металлургии. Современные технологии располагают множеством методов термообработки, позволяющих добиться нужных свойств каждого вида обрабатываемых сплавов. Для каждого металла свойственна своя критическая температура, а это значит, что термообработка должна производиться с учётом структурных и физико-химических особенностей вещества. В конечном итоге это позволит не только достичь нужных результатов, но и в значительной степени рационализировать производственные процессы.

Термическая обработка инструментов

Термическая обработка инструментов требуется для придания последним теплостойкости, прочности, твердости и износостойкости. Если в ходе закалки, отпуска и других технологических процессов были допущены ошибки, инструмент может оказаться непригодным к использованию. Вот почему так важно соблюдать культуру термической обработки изделий из легированных, углеродистых и быстрорежущих сталей.

Какие инструменты требуют обязательной термической обработки?

Обязательную термическую обработку проходят режущие инструменты: резцы, фрезы, сверла, метчики. Необходима эта процедура и для измерительных инструментов, а также абразивных кругов. Закалка последних производится по особой схеме и носит название бакелизации. Об особенностях термической обработки изделий разных типов мы расскажем в отдельном пункте. А пока перечислим свойства, которые инструменты приобретают в ходе закалки и отпуска.

Какие свойства получают инструменты в результате термической обработки?

Высокая твердость рабочей части. Твердость рабочей кромки режущего инструмента, превышающая твердость обрабатываемой детали.

Высокая износостойкость. Уменьшает износ режущей кромки во время постоянного трения.

Теплостойкость. Сохраняет твердость режущей кромки при нагреве до высокой температуры, который неизбежен при обработке деталей на высоких скоростях.

Виды термической обработки

Рассмотрим основные виды термической обработки, которые применяются для инструментов разных типов.

Изображение №1: основные режимы термической обработки инструментов

Отжиг

Используется для снятия внутренних напряжений и понижения твердости после прокатки, штамповки и сварки изделий. Этот же процесс предшествует повторной закалке, если первичная обработка была выполнена неправильно. В ходе отжига инструмент нагревают до +830 – +850 °С, выдерживают при этой температуре 3 часа, после чего охлаждают.

Изображение №2: отжиг углеродистых сталей

Закалка

Закалку выполняют с целью увеличения твердости инструмента. В процессе перлитная структура быстрорежущей стали превращается в мартенсит с промежуточным переходом через аустенит. Для этого сталь нагревают, а затем быстро охлаждают в масле до температуры мартенситных превращений. Дальнейшее охлаждение выполняют медленно, чтобы аустенит распался практически полностью.

Изображение №3: схема закалки стали

Нагрев

Так называют процесс термической обработки инструментов из быстрорежущих сталей, в ходе которого изделия медленно нагревают до закалочной температуры +1200 – +1300 °С. Продолжительный нагрев исключает возникновение закалочных трещин, причиной появления которых становится напряжение в сердцевине инструмента.

В ходе нагрева температуру инструмента медленно поднимают до +780 – +840 °С, а затем быстро доводят до окончательной. Крупногабаритные и фасонные инструменты нагревают два раза: вначале до +400 – +500, а потом до +780 – +840 °С.

Температура окончательного нагрева и продолжительность воздействия зависят:

от ожидаемых физико-механических свойств инструмента;

химического состава стали;

теплоемкости и теплопроводности стали;

формы и размера нагреваемого инструмента.

Принимая во внимание эти особенности, режим термической обработки слесарных инструментов устанавливают экспериментально. Выбранные параметры строго контролируют, выдерживая максимально допустимое отклонение в ± 10 °С.

Время выдержки при окончательном нагреве быстрорежущих сталей в хлорбариевых ваннах — 6–7 с на каждый миллиметр сечения инструмента, в печах с газовой средой — 10–12 с. А температура окончательного нагрева находится в промежутке между +1200 и +1300 °С.

Охлаждение

Способ охлаждения и охлаждающие среды выбирают с учетом состава стали, сложности инструмента и свойств, которые он должен приобрести после обработки. При этом до температуры мартенситного превращения изделия охлаждают быстро, чтобы не допустить превращения аустенита в промежуточные структуры. Для каждой марки стали есть свои рекомендуемые скорости охлаждения и охлаждающие среды. Широкое распространение получила практика комбинированного охлаждения со сменой сред, в роли которых выступают вода, масло, растворы солей, щелочи, воздух.

После термической обработки инструменты средней сложности и сложные охлаждают в воде до +300 – +250 °С, а затем в масле. Температуру простых изделий понижают только в воде.

Изображение №4: увеличение твердости инструментальных сталей в результате обработки холодом

Светлая закалка

Подразумевает стандартный нагрев инструмента в соляных ваннах с последующим охлаждением в щелочном растворе. Чтобы металлические поверхности не покрылись пятнами, перед нагревом их обезжиривают и высушивают при температуре +400 – +500 °С. Предварительная просушка предупреждает взрыв и выплескивание солей из соляной ванны. После охлаждения инструмент промывают, чтобы удалить соли, просушивают и сразу же отпускают. Технология предохраняет инструмент от коррозии.

Отпуск

Применяют три варианта термической обработки инструментов на этапе отпуска.

Нормальный отпуск. Закаленные инструменты выдерживают в печи 60–90 мин при температуре +525 – +575 °С, после чего остужают на воздухе. Процедуру проводят два-три раза. В результате изделия приобретают вторичную твердость, внутренние остаточные напряжения снимаются.

Читайте так же:
Как отрезать половую плитку

Обработка холодом. После закалки инструменты обрабатывают в жидком азоте (при -197 °С) или твердой углекислоте, растворенной в бензине (при -80… -100 °С). Обработка холодом повышает износостойкость инструмента, это особенно важно, если режим термической обработки режущего инструмента был нарушен.

Высокий отпуск. Неполную закалку с последующим высоким отпуском проводят перед лезвийной обработкой задних поверхностей инструментов. Также процесс используется для протяжек перед чистовой обработкой, лапок конусов инструментов и ушек ножовочных полотен. После высокого отпуска сталь приобретает твердость 260–270 НВ, она сложнее в обработке, но зато имеет меньшую шероховатость.

Низкий отпуск. Проводится при температуре +200 – +250 °С и применяется в отношении ответственных режущих инструментов, чтобы их не повело в ходе эксплуатации под влиянием остаточных внутренних напряжений. Низкому отпуску подвергают готовые инструменты и инструменты перед чистовым шлифованием.

Термическая обработка основных типов режущего инструмента

Приведем режимы термической обработки широко применяемых типов режущего инструмента.

Изображение №5: таблица с обозначениями параметров термической обработки режущих инструментов

Сверла

Чтобы перемычка сверла закалилась по всей длине рабочей части, оснастку подвергают сквозной закалке по сечению. При этом следят, чтобы глубина закаленного слоя была не меньше половины толщины перемычки на расстоянии 100 мм от конца сверла.

Сверла нагревают в свинцовых и соляных ваннах или печах. Чтобы уменьшить поводку инструмента:

сверла нагревают в вертикальном положении;

мелкие сверла (диаметром до 10 мм) охлаждают в горячих средах по способу изотермической закалки;

крупные сверла погружают в масло вертикально и вынимают еще горячими;

сверла из углеродистой стали погружают при закалке в воду до полного охлаждения.

Метчики

Особенности термической обработки таких режущих инструментов, как метчики, обусловлены спецификой их использования. В метчике рабочим является поверхностный слой, при этом сердцевина инструмента должна оставаться вязкой.

При обработке метчиков соблюдают такие рекомендации:

температуру нагрева при закалке выставляют по нижнему пределу;

время выдержки при закалке устанавливают небольшое, достаточное для прогрева поверхностного слоя;

для сокращения времени нагрева используют свинцовые и соляные ванны;

метчики из углеродистой стали охлаждают в воде 4–8 с, а потом в масле;

метчики диаметром до 10 мм охлаждают в масле.

Плашки

Чтобы предупредить поломку плашек, их перемычки должны оставаться максимально вязкими. Поэтому плашки нагревают в несколько этапов, короткими выдержками. Плашки имеют резкие переходы в сечении, поэтому для защиты их от трещин избегают резкого нагрева и быстрого охлаждения при закалке.

При термической обработке этого типа режущего инструмента соблюдают такие рекомендации:

плашки нагревают в соляной, а не в свинцовой ванне;

крупные изделия охлаждают в горячих средах (плашки из углеродистой стали — в горячем масле, из легированной стали — в расплавленных солях);

охлаждение производят в клещах-патронах, которые позволяют оставить открытой режущую часть и закрытой — цилиндрическую;

перемычки с резкими переходами перед нагревом изолируют асбестом;

плашки отпускают длительное время, чтобы снять образующиеся при закалке напряжения.

Фрезы

Термическая обработка фрез средней сложности (цилиндрических, дисковых и др.) производится в медленном темпе. Если окончательный нагрев выполняют в соляных или свинцовых ваннах, инструменты вначале нагревают при температуре +300 – +400°. Выдержка при нагреве обеспечивает сквозной прогрев фрез, поскольку охлаждение происходит с одинаковой интенсивностью как с наружной, так и с внутренней стороны. Если поверхности прогреются недостаточно, в момент охлаждения возникнут неравномерные напряжения, которые приведут к появлению трещин.

Зенкеры и развертки

Термическая обработка этих режущих инструментов производится по тому же принципу, как и метчиков. В ходе охлаждения развертки берегут от возможной деформации, для этого используют такие среды, как нагретое масло и легкоплавкие соли при температуре +150 – +170°.

Большего внимания требует закалка ступенчатых разверток, которые имеют по длине разные диаметры рабочей части. Чтобы на металле не появились трещины, сначала в воду погружают более тонкую часть, через 2–3 с — среднюю и только потом всю рабочую часть целиком.

Термическая обработка измерительных инструментов

Схему термической обработки измерительных инструментов подбирают в зависимости от типа последних.

Гладкие и резьбовые калибры и калибры для конусов нагревают в термических печах.

Резьбовые кольца и плоскопараллельные концевые меры нагревают в соляных ваннах.

Линейки угольников закаливают токами высокой частоты, охлаждают в масле при температуре +70…– +150 °С и отпускают при температуре +200–220 °С в течение 2–2,5 ч, после чего охлаждают на воздухе.

Микровинты нагревают под закалку в соляной ванне при температуре +760. – +780 °С в течение 6–7 мин, затем охлаждают в воде при +20 – +40 °С, отпускают в селитровой ванне при температуре +280 °С в течение 1,5 мин и охлаждают в воде.

Скобы и шаблоны из малоуглеродистой стали подвергают цементации на глубину 0,3–1 мм, затем закаливают и отпускают.

Изображение №6: термическая обработка после цементации

Бакелизация как вид термической обработки абразивных деталей

Бакелизация — процесс упрочнения абразивных деталей. Чтобы инструменты приобрели необходимую теплостойкость и плотность, их нагревают до +140 – +250 °С. В ходе термической обработки сырая связка абразивного инструмента преобразуется в готовую.

В ходе нагрева отдельные молекулы сращиваются в более крупные: линейные, сетчатые и трехмерные. А бакелит перераспределяется на зернах абразивного материала, покрываясь равномерным слоем связки. Связка заполняет капиллярные промежутки между зернами и увеличивает прочность и твердость изделия.

Где купить качественные режущие и измерительные инструменты?

Купить качественные режущие и измерительные инструменты, прошедшие процедуру термической обработки с соблюдением технологий вы можете в интернет-магазине «Ринком». Консультанты посоветуют оснастку с нужными характеристиками. Доставка товаров производится по Москве и во все регионы России.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector