Термообработка металлов: технологии, режимы, виды

Как будет осуществляться отжиг, закалка стали или ее отпуск, напрямую зависит от марки металла и формы обрабатываемых образцов. Также учитываются характеристики, необходимые продукции, которых можно добиться, применяя определенный комплекс действий и методик.

Промышленные и лабораторные печи для термообработки металла позволяют выполнять широкий спектр функций. Техника отличается простотой применения и точностью выполнения задач.

Термическая обработка стали – это тепловое воздействие на металл, с применением определенных режимов. Температурные процессы позволяют изменить структуру и свойства материала, усовершенствовав его качественные характеристики

Термообработка разных марок стали – основные операции

Каждый из видов термической обработки стали представляет собой сложный производственный комплекс. Среди различных процессов базовыми являются:

• В одном охладителе
• Прерывистая
• Ступенчатая
• Изотермическая
• С самоотпуском
• Индукционная

1. Низкий
2. Средний
3. Высокий

Муфельные печи позволяют осуществлять термообработку металла предельно четко. Благодаря современному оборудованию легко выставлять и поддерживать температуру необходимое количество времени

Особенности процесса закалки стали

Независимо от того, какая технология закалки стали будет выбрана, она будет состоять из следующих этапов:

• Нагрева. Сколько изделия будут находиться в камере печи, зависит от марки металла и необходимого эффекта.
• Выдержки. Температура и период зависят от объемов продукции и ее характеристик. Этап сквозного прогрева позволяет завершить преобразование структуры стали.
• Охлаждения. Важна не только охлаждающая среда, но и скорость, с которой будет выполняться процесс.

Для обработки углеродистой стали лучше всего подойдут камерные печи. Стоит учесть, что в этом случае не потребуется предварительный подогрев образца. Данные марки не подвержены короблению или растрескиванию основы.

Закалка стали – это технология термообработки, благодаря которой даже недорогим сортам металла легко повысить эксплуатационные характеристики. В результате можно снизить стоимость продукции, увеличив рентабельность производства

Изменение свойств металла зависит от соблюдения каждого критерия закалки. Самым значимым является температура нагрева. Именно она влияет на изменение атомной решетки.

Какую термоотметку выбрать и определить период выдержки? Необходимые режимы термообработки стали зависят от требуемого уровня прочности и твердости для максимально долгого эксплуатационного срока изделия, при повышенном износе.

Камерные печи для термообработки разных марок стали выполняются с разными размерами рабочих камер и способами загрузки образцов. Выбрать подходящий вариант можно, исходя из производственных объемов

Технология закалки разных марок стали – как и для чего выполняется

Согласно ГОСТ на термообработку стали, закаливание разных марок может быть:

• С одним охладителем. Образец, доведенный до определенной температуры, погружают в жидкость. Там металл находится, пока не остынет до требуемой отметки. Применяется метод для углеродистых и легированных, а также изделий с несложной конструкцией.
• Прерывистой. Используются две среды. Металл сначала проходит быстрое охлаждение. Для этого подойдет вода. Затем продукцию погружают в масло. Это необходимо для медленного достижения определенной температурной отметки. Применяют способ для высокоуглеродистой стали.

При разных способах закалки отличаться могут не только получаемые качественные характеристики стали, но и цвета каления

• Ступенчатой. Изделия охлаждаются в среде, чья термоотметка превышает мартенситный уровень обрабатываемой марки. Во время остывания и выдержки, деталь по всему периметру становится температуры закалочной емкости. После этого осуществляется медленное охлаждение с закалкой. Так аустенит преобразуется в мартенсит.
• Струйной. Поверхность интенсивно обрызгивают водным напором. Паровой кокон при этом не образуется, благодаря чему можно добиться глубокой прокалки. Применяют если необходимо обработать только часть поверхности.
• Изотермической. Метод схож со ступенчатым закаливанием, но отличается временем выдержки. Сталь пребывает в среде ровно столько времени, сколько необходимо для завершения изотермического преобразования аустенита.

Основные температурные и временные режимы термообработки сталей – таблица показателей разных марок

Преимущества технологии закалки стали

Закаливание стали необходимо для изменения свойств изделий. Правильное выполнение всех процессов позволяет:

• Увеличить твердость поверхностного слоя.
• Повысить прочностные показатели.
• Снизить пластичность до нужного значения, повысив сопротивление на изгиб.
• Уменьшить вес продукции, сохраняя ее прочность и твердость.

Термообработка стали – основные технологические этапы

Основные дефекты при неправильной закалке стали

Независимо от того, какие виды термообработки стали осуществляются, при несоблюдении технологии можно ухудшить характеристики металла. Если закалка была выполнена неправильно, результатом станет:

1. Недостаточная твердость. Обусловлена слишком низкой температурой нагрева и малой выдержкой. Также к этому приведет и сниженная скорость остывания.

2. Перегрев. Возможен, если деталь доведена до большей температуры, превышающей отметку закаливания. Определить изъян можно по образованию крупнозернистой структуры. Это повлечет хрупкость металла.

Чтобы исправить дефекты, нужно провести термопроцесс заново, с корректировкой всех несоответствующих показателей

3. Пережог. Получают при нагревании металла до температуры близкой к плавлению. При этом в основу стали попадает кислород. В результате на зернистости образуются окислы. Исправить такой дефект невозможно, поскольку сталь становится чрезмерно хрупкой.

4. Обезуглероживание / окисление. На деталях образуются окалины, при этом на поверхностном уровне выгорает углерод. Такой дефект не исправить при помощи новой термообработки. Если есть припуск, позволяющий выполнить механическое воздействие, испорченный слой шлифуют.

Избежать окисления и обезуглероживания можно при помощи нагрева стали в электропечах с защитной атмосферой

5. Коробление и трещины. Появляются при сильном внутреннем напряжении. Проблема связана со спецификой обработки. В процессе нагревания и охлаждения металла происходит изменение объема. Зависят колебания, как от температуры, так и структурных преобразований, их скорости.

Только верно выполненная закалка металла обеспечит требуемые характеристики изделий различного назначения. Выполнять термообработку стали необходимо в строгом соответствии с производственной технологией

Подробнее о том, какие камерные или шахтные печи наилучшим образом подойдут для конкретных задач или будут универсальными, расскажут специалисты компании «Лабор». Для детальной консультации звоните прямо сейчас!

Термообработка металлов: какие бывают способы и технологии для стали

Термообработка — основополагающий химический процесс, проводимый при работе со сплавами. В черной и цветной металлургии методика берется за основу и имеет огромное количество различных вариаций.

От правильного проведения операции зависят химические, технические и механические свойства металла.

Все виды термообработки стали подразделяются на определённые группы, что позволяет подбирать рациональные вариации.

Основные виды термической обработки

На промышленных предприятиях все процессы автоматизированы и человек принимает в них лишь косвенное участие. Все технологии практически идентичные, но имеют отличия по условиям температуры и другим факторам.

В первую очередь сплав нагревается до определённой температуры, далее его выдерживают в этих температурных режимах. На последнем этапе происходит моментальное охлаждение.

Таким образом, термообработанная сталь будет иметь уникальные технические характеристики. Основные типы технологий:

1. Термическое воздействие включает в себя закалку, старение, отпуск, криогенный нагрев.
2. Термомеханические методики. Сопровождаются не только нагревом, но и механическими воздействиями.
3. Термохимические технологии. После воздействия температурой происходит обработка различными типами жидкостей или газов, что может упрочнять сплав.

Любой способ подразумевает под собой получение требуемых условий, поэтому в случае возникновения сложностей вторичная обработка будет неприемлемой. Каждая технология по-своему уникальна, но при этом основывается на нагревании металлов.

Поэтому требуется более основательно разобраться с различиями и другими факторами. Это позволит получить более конкретную информацию обо всех интересующих аспектах.

Отжиг металлов в печи

Стандартная методика, при которой заготовки отправляют в печь и нагревают. В дальнейшем остывание происходит не в отдельных камерах, а в той же печи.

Таким образом, начинается естественный процесс остывания за счет температуры окружающей среды. Если рассматривать виды термообработки металлов, то представленная технология — одна из самых простых.

Технология позволяет получить следующие свойства:

1. Уменьшается твердость, в дальнейшем легко перерабатывать сплавы.
2. Повышается зернистость структуры.
3. Исчезают неоднородные сегменты.
4. Исчезает внутреннее напряжение.

В настоящее время представленная технология реализуется в нескольких разнообразных вариациях. Как указывает технологический справочник, для различных нужд создаются оптимальные условия.

На промышленных предприятиях данные работы должны проводиться в специальных печах. Сегодня отжиг стальных заготовок применяется для получения высококачественной стали.

Такие методики очень важны для промышленности и развития индустрии в этом сегменте.

Технология закалки

Один из самых распространённых методов термической обработки — это закалка. Технология представляет собой термические манипуляции с металлами и нагрев их до критических температур. Результатом технологии становится повышение пластичности и прочности сплавов. Отличием закалки от отжига является довольно быстрое охлаждение. Для этих целей применяются ванны с водой, что в значительной степени ускоряет процессы. С технической точки зрения это уникальная методика. Существует несколько основных разновидностей закалки:

1. Технология, где используют только один тип жидкости для охлаждения.
2. Прерывистая методика. Сначала металл нагревают до критического показателя и опускают в воду. После остывания до температуры 300 градусов оставляют на воздухе или в масле.
3. Ступенчатая. В этом случае применяется методика охлаждения в воде, потом в специальных солях и на последнем этапе оставляют остывать на воздухе. Таким образом, на каждом этапе металл приобретает более уникальные технические характеристики.
4. Изотермическая — практически идентична ступенчатой закалке.
5. Частичная закалка. Охлаждение происходит только по краям металла, в середине он остается горячим. Такая методика применяется при изготовлении отбойных инструментов, так как сплав получается вязким в середине и прочным по краям.

Технология закалки очень часто используется в кузницах как основной метод термообработки. Его эффективность подтверждается многими годами использования и указывает на невероятные преимущества. В настоящее время на каждом этапе технологического процесса нужно контролировать показатели. Это позволит получить металл с требуемыми характеристиками.

Отпуск и старение сплавов

Если нет информации о том, какая обработка стальных изделий характеризуется улучшением технических показателей, то можно выбрать любую методику. Все связано с тем, что каждая технология имеет определённые преимущества и достоинства. Отпуск — это методика, используемая на последнем этапе обработки металлов, таким образом, за счет нее придаются различные физические свойства конечного формата. Для этого металлическую деталь нагревают до температуры, которая должна быть ниже критической, и проводят охлаждения. В настоящее время известно несколько основных типов отпуска:

• высокий;
• средний;
• низкий.

Процесс старения применяется для обработки чугуна и различных типов цветных металлов. Технология очень распространена, так как позволяет увеличивать пределы текучести и прочности металлов. Проводят старение после отжига при нормальной температуре, это позволяет добиться требуемого эффекта без каких-либо сторонних технологий.

Особенность любого типа термической обработки заключается в профессионализме исполнителей. У каждого специалиста, работающего с металлом, есть свои секреты, которые он применяет на практике.

Удается получать металл с уникальными техническими характеристиками. В заводских условиях нужно придерживаться технического регламента, поэтому металл всегда одинакового формата, это иногда является большой проблемой.

Технические стандарты остаются постоянными.

Криогенное воздействие

В настоящее время техника и технология постоянно развиваются, появляются новые варианты воздействий на сплавы. Сегодня можно использовать не только высокие температуры, но и низкие. То есть холод также улучшает качество материалов. Существуют специальные криогенные камеры, в которых и проводятся технологические процедуры. Температура, при которой находятся детали и заготовки, равна -196 градусов Цельсия. Преимущество технологии заключается в том, что не требуется повторная обработка.

Конечно же, технология не всегда бывает подходящей и имеет множество различных нюансов. Рекомендуется пользоваться технологическими регламентами, что позволит в значительной степени повысить качество продукта. Также при такой обработке в значительной степени снижаются затраты. Достаточно использовать холодильник, при высоких температурах нужны сторонние ресурсы на разогрев печи и так далее.

Термомеханическое воздействие

Из всех перечисленных технологий представленная методика в промышленных масштабах используется уже давно. Суть заключается в предварительном нагревании металла до пластичного состояния и в дальнейшем механическом воздействии. Термомеханическая обработка может быть нескольких видов:

1. Низкотемпературная обработка. Ее отличие заключается в том, что металл нагревается до аустенитного состояния. Технология включает в себя пластическую деформацию, закалку и отпуск. Все делается в соответствии с техническим регламентом.
2. Высокотемпературная обработка. Металл нагревается до мартенситного состояния, проводится пластическая деформация.
3. Предварительная обработка.

Выбрать нужный метод позволяют практика и те цели, которые вы преследуете.

С технологической точки зрения каждый метод любого типа термической обработки подходит только для определённых металлов и сплавов. Именно этим фактором обусловлено разнообразие.

То есть ни в коем случае нельзя подвергать сталь воздействию определенного типа, если оно не подходит. Это приведет к ухудшению качества материалов.

Химическая обработка

Химические реакции с металлами в совокупности с термическими воздействием приводят к повышению износостойкости, устойчивости к воздействию кислот и щелочей. В настоящее время существуют специализированные промышленные условия для проведения большого количества процессов. Важно различать методики и использовать их в нужный момент. Типы термохимических реакций:

1. Цианирование — металл подвергают одновременному воздействию углерода и азота. Основа методики заключается в насыщении сплава данными элементами.
2. Азотирование — технология, позволяющая повысить коррозионную устойчивость металлов до максимальных показателей, также повышается прочность. Для этого сплавы погружают в азотную среду.
3. Диффузионная металлизация — очень сложная технология, но схожая с предыдущими. Благодаря ее проведению металл становится более прочным, износостойким и не подвергается воздействию агрессивных средств. Для этого поверхность сплавов обрабатывают бромом, хромом, алюминием.
4. Цементация — методика, повышающая прочность металла. Для этого используют углерод, который в газовом состоянии непрерывно подается на металл в печи.

В каждом отдельном случае важно соблюдать все правила технологического сопровождения. Сплав при неправильном воздействии может потерять свои технические характеристики и будет отправлен на дополнительную переплавку. В таких ситуациях используются контрольно-измерительные приборы, исключающие нарушение технологии.

Цветные сплавы

Каждый отдельный цветной металл или сплав отличается от других физическими и химическими свойствами, что не скажешь о черных металлах.

Поэтому рекомендуется для каждого отдельного случая подбирать свои методики, чтобы не потерять качество.

Рекристализационный отжиг проводится для меди, что в значительной степени повышает качество, и происходит термоупрочнение. Различают такие особенности:

1. Латунь ни в коем случае нельзя сильно нагревать, предел — 250−300 градусов Цельсия. При неправильной обработке либо высоких температурах происходит растрескивание структуры.
2. Бронзу нужно гомогенизировать и в последующем нагревать до 600 градусов Цельсия.
3. Магний можно обрабатывать различными методами: старение, отжиг и так далее.
4. Титановые сплавы можно закаливать, отжигать, подвергать старению, цементации.

В настоящее время существуют специальные справочники и технические пособия, позволяющие подбирать соответствующие методики для повышения технических свойств металлов.

Специалисты, работающие на промышленных предприятиях, действуют по заранее заложенным планам и техническим документам.

Таким образом, каждая методика по-своему уникальна и делает металлы и сплавы более качественными и подходящими для технических и промышленных нужд.

Промышленные компании применяют практически все существующие методы, что дает возможность получить сплавы различного формата. Очень важно придерживаться регламентов и стандартов ГОСТ. Каждая рассмотренная термическая обработка имеет свои стандарты и технические нормативы. Любое отклонение приведет к получению некачественного материала, и, следовательно, будет брак.

Термическая обработка металлов. Особенности каждого вида обработки

Многие металлические изделия практически всегда подлежат термообработке, задача которой — управление последующими механическими параметрами и структурой изделия. Целями операций термообработки является изменение твёрдости, микро- и макроструктуры деталей.

Классификация

Согласно требованиям чертежа или по условиям последующих формоизменяющих (либо сборочных операций), термообработка металлических деталей классифицируется по следующим признакам:

1. По величине итоговой твёрдости изделия – упрочняющая или разупрочняющая.
2. По наличию изменений в структуре – поверхностная или глубинная.
3. По источнику внешнего воздействия – пламенная или высокоэнергетическая.
4. По месту процесса в общей – последовательности технологических операций – предварительная, промежуточная, конечная (финишная).
5. По уровню температурных воздействий – обработка при повышенных или пониженных температурах.

Наиболее распространённые виды термической обработки металлов различают по параметрам необходимой температуры и времени обработки. Главным образом, термообработке подвергают изделия из стали, а также из некоторых металлов и сплавов – например, дюралюминия, титана.

Отжиг, его задачи и технология проведения

Цель отжига – обеспечить выравнивание механических свойств, структуры, а также добиться ликвидации внутренних напряжений, которые практически всегда появляются в результате формоизменяющих операций (преимущественно ковки или холодной объёмной штамповки). Отожжённые детали характеризуются повышенной технологической обрабатываемостью, но уменьшенной твёрдостью.

Отжиг может быть:

• Рекристаллизационным, вследствие которого понижается предел прочности. Такой отжиг может быть низко-, средне- и высокотемпературным;
• Диффузионным, после чего структура стали становится более равномерной;
• Сфероидизирующим, который обеспечивает улучшенную обрабатываемость.

В общем случае, технология проведения отжига состоит из переходов нагрева заготовки в пламенной печи до требуемой температуры, выдержки её при этой температуре некоторое время и последующее медленное охлаждение: вначале в печи, а далее — на спокойном воздухе.

Нормализация и её необходимость

Под нормализацией понимают повышение температуры детали до значений, на 30…600С превышающих температуру структурных превращений, после чего заготовка/изделие находится под воздействием этих температур, а далее медленно охлаждается.

Нормализации подвергают преимущественно конструкционные стали, поскольку после неё обрабатываемость металла увеличивается, а внутренние напряжения исчезают. С увеличением процентного содержания углерода в стали, требуемые температуры для проведения увеличиваются. Как и отжиг, ее ведут преимущественно в пламенных печах.

Нормализация часто является промежуточной стадией процессов термообработки, поскольку достигаемая при этом твёрдость не обеспечивает должной стойкости детали при её работе в составе какого-либо узла или конструкции.

Закалка: разновидности, технология

Суть закалки – быстрый нагрев до температур начала формирования неравновесных структур – мартенсита, аустенита и высокотемпературных карбидов.

Для определённых групп сталей (сложнолегированных) при закалке происходят процессы дисперсионного твердения, в результате которых повышение твёрдости достигается не вследствие повышенного карбидообразования, а как результат осаждения интерметаллидных составляющих, главным образом, титана, кобальта, молибдена. Твёрдость таких сталей возрастает особенно интенсивно.

При необходимых температурах структурных превращений металл выдерживают определённое время, после чего интенсивно охлаждают, фиксируя неравновесные структуры в конечном изделии. Закалку проводят полностью погружая изделие в воду или (для особо ответственных деталей сложной конфигурации) в масло.

Закалка – одна из наиболее ответственных операций термообработки. Выбор способа определяется многими факторами: химическим составом сплава, заданным уровнем твёрдости, предельными значениями остаточных внутренних напряжений, конфигурацией детали и т.д.

Закалка может быть по объёму и по поверхностному слою детали. В первом случае, процесс ведут в пламенных печах с контролируемой атмосферой. Для поверхностной закалки используют высокочастотные электрические установки, которые обеспечивают требуемый комплекс физико-механических свойств лишь в относительно небольшом по толщине слое.

Основными дефектами закалки являются перегрев и пережог готового изделия. В результате перегрева формируется грубодисперсная структура с неравномерной твёрдостью и сниженной пластичностью. Этот дефект можно исправить повторным проведением данной операции.

При значительном превышении верхнего предела закалочной температуры в микроструктуре металла происходят необратимые изменения: его кристаллическая структура разрушается, а в межзёренных промежутках появляются жидкие фазы легкоплавких примесей – серы и фосфора.

Это – пережог, необратимый дефект термической обработки, потому как пережжённые детали разрушаются при малейших механических нагрузках на них.

Отпуск и улучшение

Часто наличие внутренних напряжений в закалённой детали приводят к её короблению и потере пластических свойств, что особенно недопустимо для инструментальных и легированных конструкционных сталей. Поэтому практически во всех случаях после закалки термообрабатываемые изделия подвергают отпуску.

Отпуск заключается в нагреве изделия до температур, которые несколько меньше температур начала структурных превращений, последующей выдержке и дальнейшему медленному охлаждению. Отпуск подразделяют на одно- и многократный. После него хрупкость металлов уменьшается, а показатели пластичности и вязкости возрастают.

Разновидностью отпуска считается улучшение. Оно проводится с целью эксплуатационных свойств изделий, которые в дальнейшем будут подвергаться значительным знакопеременным нагрузкам. Поэтому температура выдержки при улучшении несколько выше, чем при отпуске.

Криогенная обработка

Желаемого изменения структуры и физико-механических характеристик металлов можно достичь не только при их нагреве, но и при глубоком охлаждении. Многие конструкционные стали обрабатывают холодом при температурах -60…-1200С.

Криогенной обработкой решаются следующие задачи:

• Повышается стойкость изделий к износу;
• Размеры деталей становятся стабильными;
• Улучшается качество последующей поверхностной доводки и полирования;
• Увеличивается твёрдость.

Особенно эффективна обработка холодом для легированных сталей, которые содержат значительный процент сравнительно мягкого остаточного аустенита. В процессе глубокого охлаждения аустенит превращается в значительно более твёрдую структурную составляющую – мартенсит.

Кроме объёмных процессов термической обработки широкое распространение получили также процессы, при которых повышается твёрдость лишь тонкого поверхностного слоя изделия.

Такая термообработка выполняется электрофизическими методами (воздействием на поверхность металла теплом искрового или дугового разрядов) или электрохимическими методами – термообработкой в расплавах или в атмосфере различных веществ.

Термическая обработка металла

Термическая обработка металлов — это процесс температурного воздействия на сплав, с целью изменения его структуры и (или) свойств. Термообработка применяется для изменения структуры и свойств как железоуглеродистых сплавов, так и цветных сплавов.

Основные виды термической обработки металлов

Термическая обработка металла представляет собой не только упрочнение. Во многих случаях применяется разупрочняющая термическая обработка или термообработка на определенную структуру. Для смягчения стали перед холодной пластической деформацией (ХПД) в большинстве случаев делается отжиг с полной перекристаллизацией сплава.

Для улучшения обрабатываемости резанием металла применяется нормализация, отжиг на зернистый перлит или улучшение. Отжиг на зернистый перлит применяется и для получения требуемого комплекса механических свойств перед высадкой или холодной штамповкой.

Перед волочением проволоки из некоторых марок сталей делается патентирование на трооститную структуру.

Термическая обработка металлов подразделяется на следующие виды:

1. Объёмная термообработка металла — применяется для получения определенной структуры или свойств по всему сечению детали или заготовки.

• Основные виды объёмной термической обработки сталей и сплавов:
• а) Закалка стали (сплава)
• б) Отжиг и нормализация стали (сплава)
• в) Отпуск стали или старение сплава
• 2. Локальная термическая обработка — применяется для получения структуры или свойств в определённом объеме детали или заготовки, при этом термическому воздействию подвергается только определенный объем металла (закалка токами высокой частоты, лазерная закалка, закалка с электроконтактным нагревом)
• 3. Химико-термическая обработка — применяется для получения структуры или свойств в определённом объеме детали или заготовки, при этом термическому воздействию подвергается весь объем металла (цементация, нитроцементация, азотирование)

Для достижения требований, которые предъявляются к металлу используется множество разновидностей этих видов термообработки. Так например, один только отжиг насчитывает более 10 разновидностей.

Термическая обработка, как способ получения заданного комплекса механических свойств, подразумевает под собой не только высокотемпературное воздействие на металл. Есть определенные группы сталей, для обработки которых применяется так называемая обработка холодом.

Это стали, у которых точка конца мартенситного превращения лежит ниже комнатных температур. Соответственно у этих сталей будет идти превращение А-М и при низких температурах.

К таким сталям относятся: инструментальные стали, обработка холодом которых позволяет получить максимальную твердость и износостойкость; мерительный инструмент, для которого важна размерная стабильность; изделия из стали, которые работают в условиях низких температур.

Термическая обработка металлов и сплавов (стр. 1 из 3)

Курсовая работа

на тему: «Термическая обработка металлов и сплавов»

Термическую обработку применяют на различных стадиях производства деталей машин и металлоизделий.

В одних случаях она может быть промежуточной операцией, служащей для улучшения обрабатываемости сплавов давлением, резанием, в других – является окончательной операцией, обеспечивающей необходимый комплекс показателей механических, физических и эксплуатационных свойств изделий или полуфабрикатов.

Полуфабрикаты подвергают термической обработке для улучшения структуры, снижения твердости (улучшения обрабатываемости), а детали – для придания им определенных, требуемых свойств (твердости, износостойкости, прочности и других).

В результате термической обработки свойства сплавов могут быть изменены в широких пределах.

Возможность значительного повышения механических свойств после термической обработки по сравнению с исходным состоянием позволяет увеличить допускаемые напряжения, уменьшить размеры и массу машин и механизмов, повысить надежность и срок службы изделий.

Улучшение свойств в результате термической обработки позволяет применять сплавы более простых составов, а поэтому более дешевые. Сплавы приобретают также некоторые новые свойства, в связи с чем расширяется область их применения.

Назначение и виды термической обработки

Термической (тепловой) обработкой называются процессы, сущность которых заключается в нагреве и охлаждении изделий по определенным режимам, в результате чего происходят изменения структуры, фазового состава, механических и физических свойств материала, без изменения химического состава.

Назначение термической обработки металлов – получение требуемой твердости, улучшение прочностных характеристик металлов и сплавов. Термическая обработка подразделяется на термическую, термомеханическую и химико-термическую.

Термическая обработка – только термическое воздействие, термомеханическая – сочетание термического воздействия и пластической деформации, химико-термическая – сочетание термического и химического воздействия.

Термическая обработка, в зависимости от структурного состояния, получаемого в результате ее применения, подразделяется на отжиг (первого и второго рода), закалку и отпуск.

Отжиг –
термическая обработка заключающаяся в нагреве металла до определенных температур, выдержка и последующего очень медленного охлаждения вместе с печью.

Применяют для улучшения обработки металлов резанием, снижения твердости, получения зернистой структуры, а также для снятия напряжений, устраняет частично (или полностью) всякого рода неоднородности, которые были внесены в металл при предшествующих операциях (механическая обработка, обработка давлением, литье, сварка), улучшает структуру стали.

Отжиг первого рода
. Это отжиг при котором не происходит фазовых превращений, а если они имеют место, то не оказывают влияния на конечные результаты, предусмотренные его целевым назначением. Различают следующие разновидности отжига первого рода: гомогенизационный и рекристаллизационный.

Гомогенизационный – это отжиг с длительной выдержкой при температуре выше 950ºС (обычно 1100–1200ºС) с целью выравнивания химического состава.

Рекристаллизационный – это отжиг наклепанной стали при температуре, превышающей температуру начала рекристаллизации, с целью устранения наклепаи получение определенной величины зерна.

Отжиг второго рода
. Это отжиг, при котором фазовые превращения определяют его целевое назначение. Различают следующие виды: полный, неполный, диффузионный, изотермический, светлый, нормализованный (нормализация), сфероидизирующий (на зернистый перлит).

Полный отжиг производят путем нагрева стали на 30–50 °С выше критической точки, выдержкой при этой температуре и медленным охлаждением до 400–500 °С со скоростью 200 °С в час углеродистых сталей, 100 °С в час для низколегированных сталей и 50 °С в час для высоколегированных сталей. Структура стали после отжига равновесная, устойчивая.

Неполный отжиг производится путем нагрева стали до одной из температур, находящейся в интервале превращений, выдержкой и медленным охлаждением. Неполный отжиг применяют для снижения внутренних напряжений, понижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием

Диффузионный отжиг
. Металл нагревают до температур 1100–1200ºС, так как при этом более полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания химического состава.

Изотермический отжиг заключается в следующем: сталь нагревают, а затем быстро охлаждают (чаще переносом в другую печь) до температуры, находящейся ниже критической на 50–100ºС. В основном применяется для легированных сталей. Экономически выгоден, так как длительность обычного отжига (13 – 15) ч, а изотермического отжига (4 – 6) ч

Сфероидизирующий отжиг (на зернистый перлит
) заключается в нагреве стали выше критической температуры на 20 – 30 °С, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении.

Светлый отжиг осуществляется по режимам полного или неполного отжига с применением защитных атмосфер ил в печах с частичным вакуумом. Применяется с целью защиты поверхности металла от окисления и обезуглероживания.

Нормализация – заключается в нагреве металла до температуры на (30–50) ºС выше критической точки и последующего охлаждения на воздухе. Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Вместо отжига низкоуглеродистые стали подвергают нормализации.

Для среднеуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо закалки и высокого отпуска. Высокоуглеродистые стали подвергают нормализации с целью устранения цементитной сетки. Нормализацию с последующим высоким отпуском применяют вместо отжига для исправления структуры легированных сталей.

Нормализация по сравнению с отжигом – более экономичная операция, так как не требует охлаждения вместе с печью.

Закалка – это нагрев до оптимальной температуры, выдержка и последующее быстрое охлаждение с целью получения неравновесной структуры.

В результате закалки повышается прочность и твердость и понжается пластичность стали. Основные параметры при закалке – температура нагрева и скорость охлаждения. Критической скоростью закалки называется скорость охлаждения, обеспечивающая получение структуры – мартенсит или мартенсит и остаточный аустенит.

В зависимости от формы детали, марки стали и требуемого комплекса свойств применяют различные способы закалки.

Закалка в одном охладителе
. Деталь нагревают до температуры закалки и охлаждают в одном охладителе (вода, масло).

Закалка в двух средах (прерывистая закалка) – это закалка при которой деталь охлаждают последовательно в двух средах: первая среда – охлаждающая жидкость (вода), вторая – воздух или масло.

Ступенчатая закалка
. Нагретую до температуры закалки деталь охлаждают в расплавленных солях, после выдержки в течении времени необходимого для выравнивания температуры по всему сечению, деталь охлаждают на воздухе, что способствует снижению закалочных напряжений.

Изотермическая закалка
так же, как и ступенчатая, производится в двух охлаждающих средах.

Температура горячей среды (соляные, селитровые или щелочные ванны) различна: она зависит от химического состава стали, но всегда на 20–100 °С выше точки мартенситного превращения для данной стали. Окончательное охлаждение до комнатной температуры производится на воздухе.

Изотермическая закалка широко применяется для деталей из высоколегированных сталей. После изотермической закалки сталь приобретает высокие прочностные свойства, то есть сочетание высокой вязкости с прочностью.

Закалка с самоотпуском имеет широкое применение в инструментальном производстве. Процесс состоит в том, что детали выдерживаются в охлаждающей среде не до полного охлаждения, а в определенный момент извлекаются из нее с целью сохранения в сердцевине детали некоторого количества тепла, за счет которого производится последующий отпуск.

Отпуск
стали является завершающей операцией термической обработки, формирующей структуру, а следовательно, и свойства стали.

Отпуск заключается в нагреве стали до различных температур (в зависимости от вида отпуска, но всегда ниже критической точки), выдержке при этой температуре и охлаждении с разными скоростями.

Назначение отпуска – снять внутренние напряжения, возникающие в процессе закалки, и получить необходимую структуру.

• В зависимости от температуры нагрева закаленной детали различают три вида отпуска: высокий, средний и низкий.
• Высокий отпуск производится при температурах нагрева выше 350–600 °С, но ниже критической точки; такой отпуск применяется для конструкционных сталей.
• Средний отпуск производится при температурах нагрева 350 – 500 °С; такой отпуск широко применяется для пружинной и рессорной сталей.

Низкий отпуск производится при температурах 150–250 °С. Твердость детали после закалки почти не изменяется; низкий отпуск применяется для углеродистых и легированных инструментальных сталей, для которых необходимы высокая твердость и износостойкость.

Контроль отпуска осуществляется по цветам побежалости, появляющимся на поверхности детали.

Старение
–это процесс изменения свойств сплавов без заметного изменения микроструктуры. Известны два вида старения: термическое и деформационное.

Художественная обработка металла

Одним из самых древних видов народного искусства считается декоративная обработка металлов. Этот народный промысел использовался для изготовления и отделки предметов домашнего обихода, орудий труда и украшений.

Мы живем в стремительном XXI веке, когда прогресс проникает в каждую сферу человеческой деятельности. Электронные технологии и автоматизация развивается головокружительными темпами. Несмотря на это, ручная художественная обработка металла по-прежнему остается востребованной разновидностью ремесел.

Элементы и сплавы, используемые в работе

Каждый мастер, занимающийся этим делом на профессиональном уровне, должен в совершенстве знать все разновидности и особенности профильного сырья. Работа выполняется с применением черных и цветных металлов.

В основном используются следующие виды материалов:

Сталь с повышенным содержанием углерода. Сплав на базе железа практически не имеет посторонних примесей. Он отличается особой твердостью наружного слоя, сочетающейся с внутренней упругостью. Легко поддается резке и технологическим деформациям при нагревании.

Медь. Легко обрабатываемый коррозионностойкий элемент с красноватым оттенком. Высокой тепло- и электропроводностью, пластичностью обусловлено широкое распространение металла при изготовлении различных сувениров методом художественной обработки металла.

Латунь и бронза. Эти сплавы на основе меди применяются для создания инкрустированных изделий и чеканки.

Цинк. Металл имеет белый цвет, слегка отдающий синевой. Легко паяется, поэтому художники-граверы нередко пользуются им для получения отчеканенных рисунков, литья миниатюрных скульптур.

Свинец. Ядовитый металл. В промышленности используется в качестве составляющей легкоплавких сплавов, которые в свою очередь идут на декоративное литье.

Также для инкрустации применяют серебро, олово и алюминий.

Виды механических воздействий

Суть художественной обработки металла заключается в выполнении ряда технологических операций, ведущих к изменению физического состояния материалов.

Метод по всем параметрам отличается от производства промышленным способом. Он открывает возможность получать не просто безликую штампованную посуду, а утварь или предметы интерьера, несущие эстетическую составляющую. Продукция, изготавливаемая мастерами вручную, обладает ярко выраженной индивидуальностью и поэтической выразительностью.

К видам художественной обработки металла относят:

Литье

Этот древнейший метод предполагает заливку расплавленного металла в специально подготовленные формы. Он позволяет получать сложные элегантные изделия, приближенные по внешнему виду к скульптурам. С мраморными или гипсовыми статуями их объединяет удивительная точность передачи мельчайших деталей.

Когда предстоит создать особо причудливые или многогранные композиции, готовится несколько отливочных песчаных форм, впоследствии соединяющихся между собой. Для выплавки используют профессиональные печи. По окончании работ формы остужают, зачищают и отшлифовывают.

Ковка

Наряду с литьем считается одним из самых древних способов художественной обработки металла. Подготовленная заготовка подвергается деформации при помощи кузнечных молотов. Различают горячую и холодную ковку. Популярнее и эффективнее считается первый вариант. Он больше подходит при работе с малоуглеродистыми сталями.

Драгоценные металлы хорошо куются холодным методом. Под ударами молотка серебро или золото, а также медь меняют свою форму. Пропадает пластичность, вследствие чего плотность увеличивается. Этот процесс называет нагартовкой. Сразу за ним проводится такой этап, как отжиг, сопровождающийся рекристаллизацией.

Чеканка

Под этим типом художественной обработки металла подразумевается создание рельефного изображения на поверхности материала, без изменения его толщины. На металлические объекты оказывается точечное давление посредством чеканов, пуансонов и других профессиональных инструментов. В результате многократных ударов образуется рисунок, каждый мельчайший элемент которого повторяет форму наконечника молоточка.

Чеканы существенно различаются между собой. Опытные мастера используют целые группы фигурных приспособлений, начиная от канфарников и заканчивая цировками.

Металлопластика

Такая художественная обработка металла по внешнему результату довольно схожа с обычной чеканкой. Отличия кроются в самом процессе создания рисунка, и прежде всего в толщине применяемых жестяных листов. Выбираются совсем тонкие металлические пластины (не более 0,5 мм). Они напоминают фольгу, выпрямленную из рулонов. Используются специальные стеки, напоминающие инструменты скульптора.

В общих чертах рабочий процесс состоит из следующих этапов:

Отжиг заготовки (кроме оловянных). Лента нагревается аккуратно до появления слегка бурого каления. Затем болванка медленно охлаждается.

Предварительно подготовленный, сохраненный на кальку в зеркальном отображении бумажный рисунок переводится на обработанный материал. После процедуры отжига на нем образуется оксидный слой, который отлично воспринимает изображение.

Контуры обводятся стекой. В качестве подложки чаще всего применяют кусок ровного линолеума. Пластинку с наброском переносят на стеклянный стол, где выравнивается фон, наводятся вспомогательные линии.

С помощью металлопластики можно декорировать элементы мебели, деревянные предметы интерьера, двери и т.д.

Гравирование и травление

Широко распространенный прием художественной обработки металла. Линейная картинка либо рельефный эскиз наносится при помощи особого резца. Работа выполняется плоскостным либо обронным методами. Их еще называют соответственно двухмерным и трехмерным.

В первом случае декорируется поверхность готового изделия. Это могут быть изображения, памятные надписи, орнаменты. Объемная гравировка состоит в формировании рельефа или даже отдельной фигурки.

Кроме того, к этому типу художественной обработки металла специалисты относят и травление. Различают химический и гальванический вариант. Электрический способ считается менее токсичным. При использовании кислотной или щелочной ванны необходимые сектора на изделии заранее покрываются сверхстойким лаком, который невосприимчив к действию агрессивных веществ. Незащищенные участки выедаются, образуя заданный узор.

Существуют и более сложные, специфические способы художественной обработки металла, к которым относят филигрань и эмалирование. Работы по созданию скани проводятся исключительно высококвалифицированными художниками и ювелирами.

Покрытие металла эмалью – это недорогой метод эффективного преображения посуды и предметов. Слоем расплавленного стекла со специальными свойствами покрывается поверхность меди, серебра либо других драгметаллов. В настоящее время разноцветные полуфабрикаты эмали в виде брикетов или порошков выпускаются на промышленных предприятиях.

Новые технологии обработки металла

Обработка металла берет начало в доисторический период, когда древние люди научились отливать из меди орудья труда и наконечники стрел. Так началась эпоха металла, ископаемого которое и по сей день остается актуальным. Сегодня новые технологии обработки металла позволяют создавать различные сплавы, изменять технологические свойства, получать сложные формы и конструкции.

В наши дни самым востребованным материалом является железо. На его основе отливают множество сплавов с различным содержанием углерода и легирующих добавок. Кроме стали, в промышленности широко применяют цветные металлы, которые также используются в широком разнообразии сплавов. Каждый сплав характеризуется не только эксплуатационными свойствами, но и технологическими, что и определяет способ его обработки:

• литье;
• термическая обработка;
• механическая обработка резанием;
• холодная или горячая деформация;
• сваривание.

Литейное производство

Литье – это самый первый способ, который стал применять человек. Первой была медь, а выплавлять железо из руды в сыродутной печи начали в XII веке до н. э. Современные технологии позволяют получать различные сплавы, рафинировать и раскислять металл. Например, раскисление меди фосфором делает ее более пластичной, а переплавка в инертной среде повышает электропроводимость.

Последними достижениями в металлургии стали появление новых сплавов. Разработаны новые, более качественные марки нержавеющей высоколегированной стали аустенитного и ферритного класса. Появились более долговечные и устойчивые к коррозии жаростойкие, жаропрочные, кислотостойкие и пищевые стали AISI 300-ой и 400-ой серии. Некоторые сплавы были усовершенствованны и в их состав в качестве стабилизатора введен титан.

В цветной металлургии также были получены сплавы с оптимальными характеристиками для той или иной отрасли. Вторичный алюминий общего назначения 1105, алюминий высокой чистоты А0 для пищевой промышленности, авиалиний, среди которого наиболее востребованы в авиационной промышленности марки АВ, АД31 и АД 35, устойчивый к морской воде корабельный алюминий 1561 и АМг5, свариваемые алюминиевые сплавы легированные магнием или марганцем, жаропрочные алюминии, такие как АК4. Широкий спектр сплавов на основе меди – бронза и латунь также отличаются характерными особенностями и удовлетворяют все потребности народного хозяйства.

Формирование технологических характеристик сплава

На современном рынке металлопроката представлены различные полуфабрикатные изделия из различных сплавов стали и цветмета. При этом одна и та же марка может предлагаться в различном технологическом состоянии.

Термическая обработка

Посредством термической обработки сплав может доводиться до максимально жесткого и прочного состояния или наоборот до более пластичного. Твердое состояние «Т» ‒ термически закаленный, достигается нагревом до определенной температуры и последующим резким охлаждением в воде или масле. Мягкое состояние «М» ‒ термически отожженный, когда после нагрева остывание производится медленно. Для алюминия также существуют термические методы естественного и искусственного старения.

Для каждой марки определены свои режимы термообработки, изучены влияния напряжения на коррозионные свойства, что также позволяет формировать технологические процессы.

Упрочнение давлением

Этот способ был известен еще нашим предкам. Кузнецы увеличивали плотность материала, куя его на холодную. Это называлось отклепать косу или клинок. Сегодня этот процесс получил название ‒ нагартовка, которая в маркировке проката обозначается «Н». Современные технологии позволяют получать механическое упрочнение любой степени с высокой точностью. Например, «Н2» ‒ полунагартовка, «Н3» ‒ треть нагартовка и т. д.

Метод заключается в максимально возможном механическом обжатии с последующим частичным отожжением до необходимого технологического состояния.

Химическая обработка

Травление поверхности химическими реактивами. Способ применяется для изменения зернистости поверхности и придания ей матового или блестящего оттенка. Обычно методика используется как доработка поверхности проката, произведенного горячей деформацией.

Защита от коррозии

Кроме покрытия защитными лаками или композита с пластиком, в современной металлургии применяют 4 основных способа:

• анодирование – анодная поляризация в растворе электролита с целью получения оксидной пленки, защищающей от коррозии;
• пассивирование – защитный пассивный слой появляется вследствие воздействия окисляющих агентов;
• гальванический метод покрытия одного металла другим. Процесс достигается за счёт электролиза. В частности, покрытие стали никелем, оловом, цинком и другими металлами, устойчивыми к коррозии;
• плакирование – применяется для защиты алюминиевых сплавов, недостаточно устойчивых к коррозии. Методика заключается в механическом покрытии слоем чистого алюминия (прокатом, волочением).

Технология биметаллов

Метод основан на сращивании различных металлов посредством возникновения между ними диффузионной связи. Его суть состоит в необходимости получения материала, обладающего качествами двух элементов. Например, высоковольтные провода должны быть достаточно прочными и характеризоваться высокой электропроводимостью. Для этого сращивают сталь и алюминий. Стальная сердцевина провода принимает на себя механическую нагрузку, а алюминиевая оболочка становится превосходным проводником. В термометрической технике используют биметаллы с различным коэффициентом термического расширения.

В России биметаллы также используются для чеканки монет.

Механическая обработка

Это неотъемлемая часть любого металлообрабатывающего производства, которая выполняется режущим инструментом: резка, рубка, фрезеровка, сверление и др. На современном производстве применяются высокоточные и высокопроизводительные станки и комплексы с ЧПУ. При этом до недавнего времени новые технологии в обработке металлов были недоступны на строительных площадках при сборке металлоконструкций. Механизм выполнения производства работ по месту монтажа предусматривал применение ручных механических и электрических инструментов.

Сегодня разработаны специальные магнитные станки с программным управлением. Оборудование позволяет выполнять сверление на высоте под любым углом. Устройство полностью контролирует процесс, исключая неточности и ошибки, а также позволяет высверливать отверстия большого диаметра, что раннее на высоте было практически невозможно.

Обработка давлением

По способу обработка давлением различается на горячую и холодную деформацию, а по виду ‒ на штамповку, ковку, прокат, вытяжку и высадку. Здесь также внедрена механизация и компьютеризация производства. Это значительно снижает себестоимость продукта, в то же время повышает качество и производительность. Недавним достижением в области холодной деформации стала холодная ковка. Специальное оборудование позволяет с минимальными затратами производить высокохудожественные и одновременно функциональные элементы декора.

Сваривание

Среди ставших уже традиционными методами можно выделить электродуговую, аргонодуговую, точечную, роликовую и газовую сварку. Разделить сварочный процесс можно также на ручной, автоматический и полуавтоматический. При этом для высокоточных процессов сварки применяются новые методы.

Лазерная сварка

Благодаря применению сфокусированного лазера появилась возможность производства сварочных работ на мелких деталях в радиоэлектронике или присоединение твердосплавных режущих элементов к различным фрезам.

В недалеком прошлом технология обходилась достаточно дорого, но с применением современного оборудования, в котором импульсный лазер заменили газовым, методика стала более доступной. Оборудование для лазерной сварки или резки также оснащается программным управлением, а при необходимости производится в вакууме или инертной среде

Плазменная резка

Если по сравнению с лазерной резкой плазменная отличается большей толщиной реза, то по экономичности в разы её превосходит. Это самый распространенный на сегодня метод серийного производства с высокой точностью повторения. Методика заключается в выдувании электрической дуги высокоскоростной струей газа. Уже существуют и ручные плазменные резаки, которые являются превосходящей альтернативой газовой резке.

Новейшие разработки в производстве сложных и малоразмерных деталей

Какая бы совершенная не была механическая обработка у нее есть свой предел по минимальным габаритам производимой детали. В современной радиоэлектронике используются многослойные платы, содержащие сотни микросхем, каждая из которых содержит тысячи микроскопических деталей. Производство таких деталей может показаться волшебством, но это возможно.

Электроэрозионный метод обработки

Технология основана на разрушении и выпаривании микроскопических слоев металла электрической искрой.

Процесс выполняется на роботизированном оборудовании и контролируется компьютером.

Ультразвуковой метод обработки

Этот способ похож на предыдущий, но в нем разрушение материала происходит под воздействием высокочастотных механических колебаний. В основном ультразвуковое оборудование применяют для разделительных процессов. При этом ультразвук используется и в других областях металлообработки ‒ в очистке металла, изготовлении ферритовых матриц и др.

Нанотехнологии

Метод фемтосекундной лазерной абляции остается актуальным способом получения в металле наноотверстий. При этом появляются новые, менее затратные и более эффективные технологии. Изготовление металлических наномембран путем пробивания отверстий методом ионного травления. Отверстия получаются диаметром 28,98 нм с плотностью 23,6х10 6 на мм 2 .

К тому же ученые из США разрабатывают новый, более прогрессивный способ получение металлического массива наноотверстий методом испарения металла по шаблону из кремния. В наши дни свойства таких мембран изучаются с перспективой применения в солнечных батареях.

Источник https://nzmetallspb.ru/benzoinstrument/termoobrabotka-metallov-tehnologii-rezhimy-vidy.html

Источник https://www.createmet.ru/articles/khudozhestvennaya-obrabotka-metalla/

Источник https://qwizz.ru/%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B5-%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B8-%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%BA%D0%B8-%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%B0/