Термическая обработка

Лекция №7.

1.Виды термической обработки.

2.Отжиг и нормализация.

3.Закалка.

Виды термической обработки.

Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры.

Термическая обработка используется в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости резанием, давлением и др. и как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень физико-механических свойств детали.

Различают три основных вида термической обработки металлов:

- собственно термическая обработка, которая предусматривает только температурное воздействие на металл.,

- химико-термическая обработка, при которой в результате взаимодействия с окружающей средой при нагреве меняется состав поверхностного слоя металла и происходит его насыщение различными химическими элементами.,

- термомеханическая обработка, при которой структура металла изменяется за счет термического и деформационного воздействия.

Основные виды собственно термической обработки стали:

- отжиг первого рода- нагрев, выдержка и охлаждение стального изделия с целью снятия остаточных напряжений и искажений кристаллической решетки после предшествующей обработки.,

- отжиг второго рода- нагрев выше температуры фазового превращения и медленное охлаждение, для получения равновесного фазового состава стали.,

- закалка- нагрев выше температур фазового превращения с последующим быстрым охлаждением для получения структурно неравновесного состояния.,

-отпуск- нагрев закаленной стали ниже температур фазовых превращений и охлаждение для снятия остаточных напряжений после закалки. Если отпуск проводится при комнатной температуре или несколько ее превышающей, он называется старением.

Отжиг и нормализация.

Отжиг- термическая обработка, при которой сталь нагревается до определенной температуры, выдерживается при ней и затем медленно охлаждается в печи для получения равновесной, менее твердой структуры, свободной от остаточных напряжений.

К отжигу 1 рода относятся:

- диффузионный отжиг (или гомогенизация)- нагрев до 1000-1100ºС для устранения химической неоднородности, образовавшейся при кристаллизации металла. Гомогенизации подвергают слитки или отливки высоколегированных сталей.,

- рекристаллизационный отжиг, который применяется для снятия наклепа после холодной пластической деформации. Температура нагрева чаще всего находится в пределах 650-700º.,

- отжиг для снятия внутренних напряжений. Применяют с целью уменьшения напряжений, образовавшихся в металле при литье, сварке, обработке резанием и т.д. Температура отжига находится в пределах 200-700ºС, чаще 350-600ºС.

Отжиг 2 рода (или фазовая перекристаллизация) может быть полным и неполным:

- полный отжиг- нагрев стали на 30-50º выше верхней критической точки с последующим медленным охлаждением. При этом отжиге происходит полная перекристаллизация: при нагреве феррито-перлитная структура переходит в аустенитную, а при охлаждении аустенит превращается обратно в феррит и перлит.

Полному отжигу подвергают отливки, поковки, прокат для измельчения зерна, снятия внутренних напряжений. При этом повышаются пластичность и вязкость.

- неполный отжиг отличается от полного тем, что сталь нагревают до более низкой температуры (на 30-50º выше температуры перлитного превращения). При этом произойдет перекристаллизация только перлитной составляющей. Это более экономичная операция, чем полный отжиг, так как нагрев производится до более низких температур.

При неполном отжиге улучшается обрабатываемость резанием в результате снижения твердости и повышения пластичности стали.

Изотермический отжиг заключается в нагреве и выдержке при температуре на 30-50º выше верхней критической точки, охлаждении до 600-700ºС, выдержке при этой температуре до полного превращения аустенита в перлит и последующем охлаждении на воздухе.

Нормализация- разновидность отжига., при нормализации охлаждение проводится на спокойном воздухе. Скорость охлаждения несколько больше, чем при обычном отжиге, что определяет некоторое отличие свойств отожженной и нормализованной стали.

Закалка.

Закалка- это термическая обработка, которая заключается в нагреве стали до температур, превышающих температуру фазовых превращений, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую минимальную скорость охлаждения. Основной целью закалки является получение высокой твердости, упрочнение.

В зависимости от температуры нагрева различают:

- полную закалку, при которой нагрев осуществляется в однофазную аустенитную область (на 30-50º выше линии А3). При быстром охлаждении происходит полное превращение аустенита в мартенсит.,

- неполную закалку, при которой нагрев осуществляется в двухфазную область (между линиями А3 и А1).

На практике полную закалку применяют для доэвтектоидных сталей, неполную для заэвтектоидных сталей.

Температура нагрева под закалку легированных сталей обычно выше, чем для углеродистых. Диффузионные процессы в легированных сталях протекают медленнее, поэтому для них требуется более длительная выдержка.

Для достижения максимальной твердости при закалке стремятся получать мартенситную структуру. Минимальная скорость охлаждения, необходимая для переохлаждения аустенита до мартенситного превращения, называется критической скоростью закалки. Скорость охлаждения определяется видом охлаждающей среды.

Обычно для закалки используют кипящие жидкости:

-воду.,

-водные растворы солей и щелочей.,

-масла.

Выбор конкретной закалочной среды определяется видом изделия. Например, воду с температурой 18-25ºС используют в основном при закалке деталей простой формы и небольших размеров, выполненных из углеродистой стали. Детали более сложной формы из углеродистых и легированных сталей закаляют в маслах. Для закалки легированных сталей часто используют водные растворы.

Важными характеристиками стали, необходимыми для назначения технологических режимов закалки, являются закаливаемость и прокаливаемость.

Закаливаемость характеризует способность стали к повышению твердости при закалке и зависит главным образом от содержания углерода в стали. Закаливаемость оценивают по твердости поверхностного слоя стального образца после закалки.

Прокаливаемость характеризует способность стали закаливаться на требуемую глубину. Прокаливаемость оценивается по расстоянию от поверхности изделия до слоя, в котором содержится не менее 50% мартенсита.

Способы закалки стали:

-закалка в одном охладителе, при которой нагретая деталь погружается в охлаждающую жидкость и остается там до полного охлаждения. Наиболее простой способ. Недостаток- возникновение значительных внутренних напряжений.,

- закалка в двух средах, при которой деталь до 300-400ºС охлаждают в воде, а затем переносят в масло. Применяют для уменьшения внутренних напряжений при термообработке изделий из инструментальных высокоуглеродистых сталей. Недостаток- трудность регулирования выдержки деталей в первой среде.,

- ступенчатая закалка, при которой деталь быстро охлаждается погружением в соляную ванну с температурой, немного превышающей температуру мартенситного превращения, выдерживается до достижения одинаковой температуры по всему сечению, а затем охлаждается на воздухе. Медленное охлаждение на воздухе снижает внутренние напряжения и возможность коробления. Недостаток- ограничение размера деталей.,

- изотермическая закалка, при которой деталь выдерживается в соляной ванне до окончания изотермического превращения аустенита.,

- закалка с самоотпуском, при которой в закалочной среде охлаждают только часть изделия, а теплота, сохранившаяся в остальной части детали после извлечения из среды, вызывает отпуск охлажденной части. Применяют для термообработки ударного инструмента типа зубил, молотков, которые должны сочетать высокую твердость и вязкость.,

-обработка холодом состоит в продолжении охлаждения закаленной стали ниже 0ºС до температур конца мартенситного превращения (обычно не ниже -75ºС). В результате обработки холодом повышается твердость и стабилизуются размеры деталей.

Дата добавления: 2014-01-13