Ассоциация EAM
Ассоциация эффективного управления производственными активами

Термическая обработка сталей

материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович

Термическая обработка (ТО) – совокупность операций по нагреву, изотермической выдержке и охлаждению материала для изменения структуры и свойств.

В технологическом процессе предварительная (первичная) ТО проводится для исправления дефектов структуры в заготовках, снятия напряжений, улучшения обрабатываемости резанием. Затем осуществляется механическая обработка и окончательная ТО для приобретения деталью требуемых свойств. Завершает процесс изготовления окончательная механическая обработка (шлифовка, полировка).

Разновидности ТО сталей

  1. Отжиг – ТО, при которой металл нагревают, выдерживают и медленно охлаждают (вместе с печью, в горячем песке и пр.) для приобретения структуры, близкой к равновесной (распад аустенита с образованием перлита). Приводит к понижению прочности и твёрдости, повышению пластичности и вязкости, улучшает обрабатываемость резанием (ОР). Преимущественно используется в качестве предварительной ТО:
    • полный отжиг – для измельчения зерна, снятия напряжений после литья и ковки, улучшения ОР;
    • неполный отжиг – для снижения твёрдости, улучшения ОР;
    • сфероидизирующий отжиг – устраняет сетку цементита, способствуя образованию зернистого перлита, понижению твёрдости и повышению пластичности, улучшению ОР;
    • низкий отжиг (высокий отпуск) – для сталей, у которых аустенит при любой скорости охлаждения превращается в твёрдые структуры (мартенсит, троостит), с целью образования из этих структур более мягких (сорбит, перлит), что улучшает ОР;
    • диффузионный отжиг (гомогенизация) – для устранения ликваций, выравнивания химического состава сталей;
    • нормализационный отжиг (нормализация) – охлаждение после выдержки на спокойном воздухе для измельчения зерна, снятия напряжений, используется и как окончательная ТО;
    • изотермический отжиг – нагрев, охлаждение и изотермическая выдержка до полного превращения аустенита в феррито-цементитную смесь.
  2. Закалка – ТО для упрочнения путём получения неравновесной структуры, при которой сплав нагревают выше температуры фазового превращения в твёрдом состоянии, после чего быстро охлаждают, чтобы предотвратить равновесное превращение при охлаждении. Для охлаждения используют различные жидкости (вода, масло, растворы солей, кислот, щелочей).
    Поверхностная закалка – нагрев и быстрое охлаждение той части поверхности детали, которая должна иметь высокую твёрдость (глубина слоя – 1-15 мм).
    Закалка ТВЧ – нагрев осуществляется токами высокой частоты.
    Закаливаемость – способность стали повышать твёрдость на поверхности после закалки. Зависит от содержания С в стали (< 0,3% – практически не закаливаются, 0,3-0,5% – до 50-55 HRC, > 0,5% – до 60-63 HRC).
    Прокаливаемость – способность стали закаливаться на определённую глубину. Растёт с увеличением количества легирующих элементов.
    Способы закалки:

    • в одном охладителе (нагретая деталь погружается в жидкость, где остаётся до полного охлаждения);
    • прерывистая (в двух средах – сначала быстро, затем медленно);
    • с подстуживанием (обрызгивание интенсивной струёй жидкости для более глубокой прокаливаемости);
    • ступенчатая (в подогретой среде);
    • изотермическая (для полного превращения аустенита).
  3. Отпуск – окончательная ТО, проводимая после закалки с нагревом, выдержкой и охлаждением (чаще на воздухе). По температуре нагрева различают:
    • низкий (при 180-250 °С) – для снятия закалочных напряжений; прочность, твёрдость и износостойкость остаются высокими (структура – мартенсит); применяется для режущего и мерительного инструмента, деталей после поверхностной закалки, цементации, нитроцементации с последующей закалкой; твёрдость – 55-63 HRC;
    • средний (при 350-450 °С) – повышает предел упругости (структура – троостит); применяется для рессор, пружин, штампов; твёрдость – 40-53 HRC;
    • высокий (при 500-650 °С) – повышает конструкционную прочность, вязкость, пластичность при снижении твёрдости и предела прочности (структура – сорбит); твёрдость – 20-40 HRC.
  4. Улучшение – ТО, состоящая из закалки и высокого отпуска, для среднеуглеродистых сталей (С = 0,3-0,5%) с получением лучшего комплекса свойств по сравнению с отжигом.
  5. Химико-термическая обработка – процесс поверхностного насыщения материала различными химическими элементами путём их диффузии из внешней среды при высокой температуре с целью поверхностного упрочнения и повышения стойкости к воздействию внешних агрессивных сред.
    • цементация – насыщение поверхностного слоя низкоулеродистых сталей (С < 0,3%) углеродом для придания поверхности высокой твёрдости и износостойкости с сохранением вязкости и пластичности сердцевины;
    • азотирование – процесс насыщения поверхностного слоя легированных и среднеуглеродистых сталей (С = 0,3-0,5%) после улучшения азотом для повышения твёрдости, износостойкости, коррозионной стойкости;
    • нитроцементация, цианирование, карбонитрирование – насыщение низкоулеродистых сталей (С < 0,3%) одновременно углеродом и азотом с последующей закалкой и низким отпуском;
    • борирование – насыщение поверхности бором для повышения износо-, окалино-, теплостойкости и коррозионной стойкости.

Список литературы

  1. Загуляева С.В., Макашова Л.С. Материаловедение. – Ярославль: ЯГТУ, 1996. – 60 с.
  2. Мальцев И.М. Лекции по курсу “Материаловедение”. – Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет , 1995. – 103 с.
< Цветные сплавы Содержание Свойства конструкционных материалов >

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Аналогичные записи
  • Введение в материаловедение материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович Материаловедение – научная дисциплина, изучающая взаимосвязь между составом, строением и свойствами материалов. Назначение материала определяется требованиями конструкции (конструкционные критерии – прочность, долговечность, коррозийные свойства и т.п.) и возможностью переработки в изделие (технологические критерии – коэффициент обрабатываемости резанием, сварки и обработки давлением и т.п.). Разновидности материалов: металлические материалы; неметаллические материалы (резина, [...]
  • Основные понятия теории сплавов материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович Сплав – макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов. Сплавы получают путём: плавления – процесса перехода материалов из твёрдого состояния в жидкое при повышенных температурах; спекания – процесса получения твёрдых и пористых материалов из мелких порошкообразных или пылевидных материалов при повышенных температурах; осаждения из газовой фазы – процесса [...]
  • Свойства конструкционных материалов материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович Механические свойства определяются по результатам механических испытаний, при которых материалы подвергаются воздействию внешних (статических, динамических, циклических) сил, вызывающих напряжение и деформацию. Напряжение – величина нагрузки, отнесённая к единице площади поперечного сечения испытуемого образца. Деформация – изменение формы и размеров твёрдого тела под влиянием внешних сил. Различают деформации растяжения, сжатия, изгиба, [...]
  • Цветные сплавы материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович Алюминиевые сплавы Алюминий (Al) – лёгкий металл серебристо-белого цвета. Плотность – 2,7 т/м3, температура плавления – 660 °С, временное сопротивление разрыву – 80 МПа, относительное удлинение – 45%, твёрдость – 20 НВ. Обладает высокой удельной прочностью (отношением предела прочности к плотности), пластичностью, хорошими тепло- и электропроводимостью, коррозионной стойкостью благодаря образованию [...]
  • Стали материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович Сталь – сплав железа (не менее 45%) с углеродом (0,022-2,14%) и другими элементами. Обычно сталь имеет плотность 7,6-7,9 т/м3, временное сопротивление растяжению – 800-3000 МПа, относительное удлинение – 5-12%. Сталь является важнейшим конструкционным материалом для тяжёлой промышленности, строительства и прочих отраслей. Влияние углерода и постоянных примесей на свойства сталей Углерод [...]

Поддержите нас

Подписка

Рубрики