Термическая обработка – это последовательность операций нагрева до заданной температуры, выдержки при этой температуре и охлаждения с заданной скоростью твёрдых металлов и их сплавов.

Если вы хотите повысить прочность, твердость и обрабатываемость деталей из металла, то в данном случае понадобиться термическая обработка стали и чугуна.

Цель термической обработки – получение необходимых механических и физических свойств (улучшение обрабатываемости, повышение либо понижение твердости и прочности стали и т.п.) металлов и их сплавов в результате изменения внутреннего строения и структуры без изменения формы изделия и состава.

 Термическая обработка может применяться либо в качестве промежуточной операции (предварительная термообработка) для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, снятия напряжений и др., либо как окончательная операция (окончательная термообработка) технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств изделия.

Ваш квалифицированный опытный персонал на нашем оборудование, имеющееся у вас на предприятии, сможет выполнять большинство известных видов термической обработки:

– ОТЖИГ

– НОРМАЛИЗАЦИЯ

– АУСТЕНИЗАЦИЯ (ЗАКАЛКА НА АУСТЕНИТ)

– ЗАКАЛКА

– ЗАКАЛКА В ЗАЩИТНЫХ СРЕДАХ

– ОТПУСК

– СТАРЕНИЕ

ОТЖИГ

Отжиг металла осуществляется при температурах 500-1150 градусов по Цельсию. В результате этого процесса происходит повышение пластичности, уменьшение внутреннего напряжения и хрупкости, что позволяет значительно улучшить обрабатываемость изделий.

Отжиг – вид термической обработки, заключающийся в нагреве стали, выдержке при заданной температуре и последующем медленном охлаждении вместе с печью. Отжиг применяется для того, чтобы упростить механическую обработку металла, а также подготовить его для последующей термической обработки и получения требуемых механических свойств и параметров.

В результате отжига образуется устойчивая структура, свободная от остаточных напряжений.

 Цели отжига:

• снижение твердости и повышение пластичности для облегчения обработки металлов резанием;
• уменьшение внутреннего напряжения, возникающего после обработки давлением (ковка, штамповка), механической обработки и т. д.;
• снятие хрупкости и повышение сопротивляемости ударной вязкости;
• устранение структурной неоднородности состава материала, возникающей при затвердевании отливки в результате ликвации;
• изменение свойств наклепанного металла.

НОРМАЛИЗАЦИЯ

Эта технология относится к тем видам обработки при которых производится нагрев и выдержка изделий при заданной температуре с последующим постепенным охлаждением. Температура нормализации стали зависит от вида материала.

Этот процесс способен привести к внутренней перекристаллизации с устранением крупнозернистой структуры. Нормализация может использоваться для меди и чугуна, но наибольшее распространение получила нормализация стали.

Нормализация – это вид термической обработки, который заключается в нагреве деталей до определённой температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на воздухе.

Цели нормализации:
• улучшение микроструктуры стали;
• повышение механических свойств и подготовка к последующей термической обработке.
• исправление структуры после ковки и штамповки деталей;
• убрать перегрев после сварки деталей и снять напряжения в сварном шве.
• повышение в отливках предела текучести и прочности, а также ударной вязкости.

Для некоторых марок углеродистых и специальных сталей нормализация является окончательной операцией термической обработки, так как в результате нормализации эта сталь приобретает требуемые свойства.

АУСТЕНИЗАЦИЯ

Для улучшения механических свойств металла применяется процесс аустенизации при температуре 1050-1100 градусов. Наиболее часто его используют для сварных соединений паропроводов изготовленных из аустенитной стали.

Цели аустенизации:
• получение однородной структуры аустенита;
• улучшение механических свойств стали (особенно пластичности);
• снижение уровня остаточных сварочных напряжений (на 70-80%).

Аустенизации подвергаются сварные соединения паропроводов из жаропрочных высоколегированных сталей аустенитного класса.

ЗАКАЛКА

Данный вид термообработки заключается в нагреве деталей и быстром последующем охлаждении в воде, закалочной жидкости или масле.

Наиболее часто используется закалка стали 20, закалка стали 40х и закалка стали 45. В результате закалки стали значительно повышается прочность и твердость, увеличивается износостойкость. Популярными является закалка в соляной ванне, защитных покрытиях и индукционная закалка. Закалка ТВЧ позволяет значительно упрочить детали путем воздействия токов высокой частоты.

Закалка – барабана, втулки, оси редуктора, полуоси заднего моста, пружины, ролика натяжного, шестерни, шкива, зуба бороны, ножа измельчителя, вала коленчатого.

Для углеродистых сталей охлаждение проводят чаще всего в воде, а для легированных в масле либо в других закалочных жидкостях. Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Для того чтобы уменьшить хрупкость и остаточные напряжения в заготовках, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства их подвергают отпуску.

Цели закалки:
• повышение твердости;
• повышение прочности;
• повышение износостойкости;
• повышение физико-механических свойств.

ЗАКАЛКА В ЗАЩИТНЫХ СРЕДАХ

Закалка с нагревом в соляной печи-ванне

Нагрев до температуры закалки при такой обработке происходит в специально разработанном составе солей. При этом максимально снижаются или вообще не происходят окислительные процессы на деталях и окалинообразование. При выгрузке деталей из расплава соли на поверхности образуется тонкая защитная плёнка, которая препятствует воздействию кислорода из атмосферы, а во время непосредственно закалки она самопроизвольно удаляется с обрабатываемых изделий.

Закалка в защитных покрытиях

Закалку с применением защитных технологических покрытий, которые предохраняют детали от окисления и обезуглероживания в процессе высокотемпературного нагрева под закалку. При охлаждении за счет разных коэффициентов линейного расширения покрытие самопроизвольно отслаивается от обрабатываемых деталей, что исключает необходимость дополнительной очистки деталей.
Покрытие наносят путем окунания или распыления в два приёма с промежуточной сушкой 10-20 минут, детали предварительно очищаются от загрязнений и масла, а также подогреваются для лучшего схватывания покрытия на поверхности. Применение защитных покрытий при термической обработке позволяет осуществлять без окислительный нагрев практически любых деталей, что в свою очередь помогает сократить расход дорогостоящего режущего инструмента, снизить трудоёмкость механической обработки, а следовательно себестоимости изготовления деталей.

ЗАКАЛКА ТВЧ (ИНДУКЦИОННАЯ ЗАКАЛКА)

Закалка поверхностного упрочнения стальных изделий путем закалки токами высокой частоты (ТВЧ), т.н. индукционная закалка.
При поверхностной закалке на заданную глубину закаливается только поверхностный слой, тогда как сердцевина изделия остаётся не закалённой. Сердцевина изделия остаётся вязкой и хорошо воспринимает ударные нагрузки.
Индукционный нагрев происходит вследствие теплового воздействия тока, индуктируемого в изделии, помещённом в переменное магнитное поле. Выбор оптимальной толщины упрочняемого слоя определяется условиями работы обрабатываемой детали. Когда изделие работает только на износ или в условиях усталости, толщину закалённого слоя чаще всего принимают 1,5-3,0мм; в условиях высоких контактных нагрузок и возможной перешлифовки 4,0-5,0мм. В случае особо больших контактных нагрузок толщина закалённого слоя может достигать 10-15мм и больше.
При поверхностной закалке ТВЧ нагрев проводится до более высокой температуры, чем при обычной объемной закалке. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, при очень большой скорости нагрева температуры критических точек, при которых происходит переход перлита в аустенит, повышаются, а во-вторых, нужно, чтобы это превращение успело завершиться за очень короткое время нагрева, а чем выше температура, тем быстрее оно происходит.
Несмотря на то, что нагрев при высокочастотной закалке проводится до более высокой температуры, чем при обычной, перегрева металла не происходит. Это объясняется тем, что время высокочастотного нагрева очень короткое, и зерно в стали не успевает вырасти. С другой стороны, благодаря более высокой температуре нагрева и более интенсивному охлаждению твердость после закалки ТВЧ получается выше примерно на 2— 3 единицы по Роквеллу. Это обеспечивает более высокую прочность и износостойкость поверхности детали.
Во многих случаях высокочастотная закалка позволяет заменить легированные стали более дешевыми – углеродистыми. Объясняется это тем, что такие важные преимущества легированных сталей, как глубокая прокаливаемость и меньшая деформация, для ряда деталей утрачивают свое значение. Так, например, при закалке шестерен с мелким зубом глубокая прокаливаемость даже нежелательна, поскольку при этом может произойти сквозная закалка зубьев, что вызовет их хрупкость.
После проведения поверхностной высокочастотной закалки детали подвергают низкому отпуску при температуре 160-200°С. Это способствует уменьшению хрупкости закаленного слоя. Отпуск проводится в электропечах. Можно также осуществить самоотпуск.
Индукционный нагрев позволяет сократить длительность термической обработки, получать изделия без окалины, что уменьшает величину припуска на дальнейшую механическую обработку и уменьшает деформацию и коробление изделий в процессе термообработки.
Цели поверхностной закалки:
• повышение твёрдости;
• повышение износостойкости;
• повышение предела выносливости.

ОТПУСК

Отпуск – это вид термической обработки, который заключается в нагреве деталей до температур ниже АС1, выдержке при заданных температурах и последующем охлаждении с определённой скоростью.

Для мерительного и режущего инструмента подойдет низкотемпературный отпуск 250 ºС, для пружин, рессор и штампов нужен будет среднетемпературный отпуск (350-500ºС), а наилучшего сочетания прочности и вязкости стали можно добиться высокотемпературным отпуском при температуре 500-680ºС.
Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которого детали получают требуемые механические свойства.

 В зависимости от температуры и назначения отпуска бывают:

• Низкотемпературный (низкий) отпуск проводят при температуре до 250ºС. При это снижаются закалочные макронапряжения, мартенсит закалки переводится в мартенсит отпуска, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твёрдости.
  Низкотемпературный отпуск применяют для режущего и мерительного инструмента из углеродистых и низколегированных сталей, а также для деталей после закалки ТВЧ (поверхностная закалка), цементации, цианирования и нитроцементации.
• Среднетемпературный (средний) отпуск выполняют при температуре 350-500ºС и применяют для рессор, пружин, а так же штампов. Такой отпуск обеспечивает высокие пределы упругости и выносливости, а так же релаксационную стойкость.
  Структура стали после среднего отпуска – троостит отпуска или троостомартенсит, твердость стали 40-50HRC.
• Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при температуре 500-680ºС. Структура стали после высокого отпуска – сорбит отпуска. Высокий отпуск создаёт наилучшее сочетание прочности и вязкости стали.
  Закалка с высоким отпуском одновременно повышает временное сопротивление, предел текучести, относительное сужение и особенно ударную вязкость. Термическую обработку состоящую из закалки с высоким отпуском часто называют – термоулучшением.
• Стабилизирующий отпуск – это особый вид отпуска, который проводят в процессе изготовления упрочненной детали для снижения и стабилизации остаточных напряжений, вызванных механической обработкой. Температура стабилизирующего отпуска должна быть ниже температуры отпуска после закалки на 20—30° С.

В закаленной стали даже при комнатной температуре, а тем более в результате климатических колебаний температуры происходят медленные (в течение многих лет) процессы распада мартенсита, перехода остаточного аустенита в мартенсит и снятия напряжений. Все эти явления ведут к постепенному изменению размеров изделия. Для таких изделий, как мерительный инструмент высокого класса точности и прецизионные подшипники, недопустимы изменения размеров даже на насколько микронов. Стабилизации мартенсита и напряженного состояния достигают низким (стабилизирующим) отпуском при 100—180 °С с выдержкой до 30, а иногда и до 150 ч.

СТАРЕНИЕ

Старения – это операция термической обработки, при которой в закаленном без полиморфного превращения сплаве происходит распад пересыщенного твердого раствора.
Причиной старения стали является перенасыщение феррита углеродом и азотом, а также примесными атомами и характерно для низкоуглеродистых сталей (≤ 0,03 % С).
В результате старения происходит изменение свойств закаленных сплавов. В отличие от отпуска, после старения увеличиваются прочность и твердость, и уменьшается пластичность.
Старение сплавов связано с переменной растворимостью избыточной фазы, а упрочнение при старении происходит в результате дисперсионных выделений при распаде пересыщенного твердого раствора и возникающих при этом внутренних напряжений.
В зависимости о температуры нагрева закаленного сплава старение может происходить при комнатной температуре (естественное старение) или повышенной (искусственное). Кроме того, различают еще два вида старения в зависимости от движущей силы распада: термическое старение, протекающее в закаленном сплаве и деформационное, происходящее в изделиях после пластической деформации при температуре ниже температуры рекристаллизации.

_____________________

Термическая обработка металлов
Термическая обработка (отжиг, нормализация, закалка) представляет собой высокотемпературное воздействие на сталь для смены структуры или свойств металла.
На металлообрабатывающих предприятиях термическая обработка используется для воздействия на структуру цветных и черных металлов.
Разные виды металла обладают разной прочностью, склонностью к различным химическим реакциям, коррозии. Термическая обработка — отжиг, закалка, нормализация помогают улучшить свойства стали или любого металлического сплава, повысить прочность, подготовить к последующей обработке.

Термическая обработка — назначение
Термическая обработка металлов, такая как нормализация, закалка и отжиг могут производиться как с металлическими изделиями, так и с заготовками.
У готовых изделий термическая обработка помогает снять напряжённость и сделать материал податливым после штамповки и литья. Обработанный таким методом, как закалка, либо отжиг, либо нормализация материал легко поддается предусмотренному воздействию.
Если термическая обработка применяется к заготовке, то цель стоит повысить устойчивость к температурным воздействиям, повысить прочность, защитить от коррозии, и в целом улучшение эксплуатационных качеств металлопроката.

Термическая обработка стали — виды
Термическая обработка стали и чугуна производится не только для повышения прочности, а также может быть сделана для размягчения стали.
Для понижения прочности металлопроката перед началом манипуляций по деформации обычно производят отжиг. Чтобы сделать металл более податливым для резки, производится нормализация заготовки или же отжиг металла. Термическая обработка делится на такие виды:
1. Термическая обработка объемная (закалка, нормализация, отпуск металла). Она нужна для придания заданной структуры или же необходимых свойств металлическому изделию полностью по всей глубине.
Термическая обработка этого вида имеет три подвида:
– закалка,
– отжиг стали и нормализация,
– отпуск или состаривание.
2. Термическая обработка локального типа. Этот способ нужен для придания нужной структуры либо качеств в обозначенном объёме металлоизделия, следовательно, отжиг, закалка или нормализация производится лишь на заданный объем заготовки (закалка стали 45, закалка стали 40х, закалка стали 20).
3. Химико-термические работы с металлом. Эта термическая обработка используется для приведения к требуемым качествам или для придания какой-либо текстуры какой-либо части металлоизделия. При этом методе температурное влияние направлено на внешний слой заготовки путем нанесения химикатов при определенной температуре. Процесс может производить в различных средах: жидких, газовых, порошкообразных.
Эти виды термообработки (отжиг, закалка, нормализация) имеют очень много разновидностей. Только процедура отжига насчитывает более десяти вариантов методик.

Отпуск
При произведении первичных манипуляций с металлом он получает напряжение, то есть близкое касание молекул вещества. Это приводит к высокой хрупкости металлопроката. Процедура отпуска упрочняет сталь и снижает её напряжение.

Отжиг
Отжиг чугуна, отжиг меди, отжиг латуни и сплавов производится для уравновешивания структуры металла для последующей обработки путем резки. Отжиг бывает полный и неполный. Отжиг полный помогает создать однородную пластичную структуру стали, отжиг неполный придает жесткость пластичной стали.

Закалка
Закалка очень распространена на предприятиях, потому как помогает придать металлу большую восприимчивость к различным технологическим манипуляциям. Закалка увеличивает срок службы металлоизделий и их стойкость к внешним неблагоприятным факторам. Закалка предполагает сильное нагревание стали, а затем резкое охлаждение с целью предотвратить диффузию в металле. При данной технологии закалка придает стали игольчатую структуру.

Нормализация
Нормализация стали производится для уменьшения напряжения и зернистости. Также нормализация нужна для улучшения характеристик металла для последующей работы с ним. Нормализация стали 45 по технологии похожа на отжиг, но температура нормализации не контролируется в печи, так как остывает заготовка в обычной среде. Нормализация стали 40х, и нормализация стали 20 – наиболее востребованные виды нормализации.

Механическая термическая обработка
Механико-термическое воздействие на металлоизделие — это классический метод, который ремесленники применяли издревле при работе с металлом. Этот способ представляет собой процедуру пластичной деформации металлоизделия, которая осуществляется после нагревания заготовки. Термическая обработка такой методикой чаще всего завершается закалкой стали, чтобы улучшить ее эксплуатационные характеристики.

Криогенный метод
Такой способ предполагает термальное воздействие без нагрева. Металлоизделие помещают в холодильную камеру, и холод с последующим соревнованием эффективно снижает риск появления ржавчины, увеличивает прочность изделия и срок эксплуатации.

Закаливаемость металла
Показатели закаливаемости металла показывают насколько эффективной была термическая обработка (нормализация, закалка, отжиг). Закаливаемость показывает достигнутую твердость стали, а прокаливание показывает, на какую глубину закалена сталь.

Термическая обработка — плюсы методики
Термическая обработка (закалка, отжиг металлопроката, нормализация) используется на большинстве металлообрабатывающих предприятий, так как ее применение имеет следующие преимущества:
– закалка заготовок, отжиг и нормализация могут производиться со всеми видами металла;
– термическая обработка помогает продлить срок эксплуатации металлоизделия;
– нормализация, закалка стали и отжиг способствуют снижению абразивного износа изделий;
– нормализация металлопроката, отжиг стали и закалка помогают минимизировать брак на предприятии;
– отжиг, нормализация и закалка, упрощают последующие операции с металлическими изделиями и заготовками.

Воронение – это процесс термической обработки металла, который используется для улучшения его механических свойств. В результате воронения металл приобретает повышенную прочность и твердость, что делает его идеальным для использования в условиях повышенных нагрузок.

Отжиг – это процесс термической обработки металла, который используется для снятия внутренних напряжений, улучшения пластичности и повышения деформируемости материала. Отжиг также помогает устранить дефекты металла, улучшая его качество.

Нормализация – это процесс термической обработки металла, который применяется для улучшения его механических свойств и повышения прочности. Нормализация приводит к улучшению структуры металла и повышению его твердости.

Закалка – это процесс термической обработки металла, который используется для повышения его твердости и прочности. При закалке металл быстро охлаждается в специальных средах, что приводит к превращению его структуры и формированию мартенсита. Это делает металл более прочным и твердым.