Виды термической обработки металлов
виды и цели термообработки металла
Термическая обработка стали – процесс температурного воздействия на материал. Решение о выборе способа термической обработки применяется на основании анализа стоящей задачи, а также особенностей марки стали.
Термическая обработка стали – это процесс температурного воздействия на материал. Он позволяет поменять размеры зерен внутри металла, то есть изменить его характеристики, улучшить.
При обработке применяется сразу несколько методов. Металл нагревают, выдерживают при определенной температуре и равномерно охлаждают. Делать это можно на разных этапах, как с заготовками, так и с уже готовыми изделиями.
Метод используется для достижения следующих целей:
- значительное увеличение прочности и износостойкости;
- защита материала от последующего воздействия высоких температур;
- снижение риска появления коррозии;
- устранение внутреннего напряжения в заготовках;
- подготовка материала к последующей обработке, увеличение его пластичности.
Решение о выборе способа термической обработки применяется на основании анализа стоящей задачи, а также особенностей марки стали. Можно использовать материалы любого качества.
Сталь должна соответствовать трем основным требованиям:
- относиться к категории инструментальных, конструкционных или специальных;
- быть по составу легированной или углеродистой;
- содержать не более 0,25% углерода для низкоуглеродистых сплавов и менее 0,7 % для высокоуглеродистых.
Рассмотрим, какие способы применяются в работе, их особенности и другие параметры, влияющие на результат и уровень качества.
Отпуск
Отпуск стали часто применяется в машиностроении, а также при изготовлении деталей разного назначения из стальных заготовок. Обычно используется с закалкой, потому что помогает снизить внутреннее напряжение материала. Это делает сырье значительно прочнее, снимает хрупкость, которая может появиться при воздействии повышенных температур.
Еще одна цель применения – увеличение показателей ударной вязкости. Материал становится менее жестким, а значит, при сильном внешнем механическом воздействии его будет сложно повредить.
Технология отпуска разделена на три типа:
- Низкий. Технология используется для создания мартенситной структуры металла. Главная цель – значительно увеличить вязкость сырья и при этом сохранить его твердость.
Максимальная температура нагрева – до 250 °С. Обычно она составляет не более 150 °С. При таком нагреве сталь нужно будет держать около полутора часов. Охлаждение проводится внутри масла или воздуха, что помогает также упрочнить заготовку или готовое изделие.
Чаще всего низкий отпуск применяется при создании измерительного инструмента или разных типов режущих изделий.
- Средний. Отличие заключается в повышении максимальной температуры до 500 °С. Обычно детали обрабатываются при нагреве до 340 °С.
Применяется воздушное охлаждение.
Главная задача среднего отпуска – перевести мартенсит в троостит. Это обеспечивает рост вязкости на фоне понижения твердости. Технология пригодится, если планируется производить детали, работающие под сильными нагрузками.
- Высокий. Одно из наиболее успешных средств, позволяющих снизить высокий уровень внутренней напряженности. Изделие прогревается до высоких температур, что помогает создать и нарастить вязкость и пластичность без потери прочности. Хотя методика сложна в использовании для ответственных деталей, она оптимальна. Диапазон нагрева – 450-650°С.
Отжиг
Метод применяется для стабилизации внутренней структуры материала и увеличения ее однородности. Это также помогает сильно уменьшить уровень напряжения. Технологический процесс предполагает нагрев до высоких температур, выдержку и длительное, медленное охлаждение.
В промышленности используется несколько основных подходов:
- Гомогенизация.
Ее также называют диффузионным отжигом. Это процесс термообработки стали в диапазоне температур от 1000 до 1150 °С. В таком состоянии сырье держится на протяжении 8 часов. Для некоторых марок стали время увеличивается до 15. Температура остывания контролируется. Из печи заготовку можно вытаскивать только при достижении 800°С. Далее температура естественно снижается на воздухе. - Рекристаллизация. Это низкий отжиг, необходимый после проведения деформации. Главная задача – сделать материал значительно прочнее путем изменения формы зерна во внутренней структуре. Температурный диапазон составляет 100-200 °С. По сравнению с гомогенизацией, длительность выдерживания сильно уменьшилась – до двух часов. Медленное остывание проходит внутри печи.
- Изометрическое воздействие. Подходит только для легированных сталей. При создаваемом состоянии аустенит постепенно распадается. Температура зависит от природного максимума для конкретной марки металла. Предел должен быть превышен на 20-30°С.
Остывание проходит в два этапа – быстрый и медленный. - Избавление от внутреннего и остаточного напряжения. Методика подойдет после того, как деталь проходит механическую обработку, сваривается или обрабатывается с использованием литья. Максимальная температура нагрева составляет 727°С. У этого процесса самый длительный период выдерживания среди всех разновидностей отжига –20 часов. Заготовка будет остывать очень медленно.
- Полный. Если вам нужно достичь мелкозернистой структуры материала с преобладанием перлита и феррита. Методика подойдет для разных типов заготовок – от штампованных и литых до кованных. Метод нагревания здесь такой же, как у изометрического отжига – прогрев выполняется до предельной точки и еще на 30-50°С выше него. Охлаждение проводится до 500°С. Секрет качественного выполнения операции в том, чтобы контролировать скорость остывания. Она указывается из расчета на 60 минут. Для углеродистой стали остывание должно быть менее 150°С, а для легированной – 50°С.
- Неполный. Основной задачей проведения неполного отжига является перевод перлита в ферритно-цементитную структуру. Технология подойдет для деталей, которые были созданы методом электродуговой сварки. При этом температура составляет 700°С, а длительность выдержки – 20 часов. После медленного охлаждения можно использовать заготовку – ее прочность и защита от повреждения значительно увеличатся.
Закалка
Закалка и отпуск стали являются одними из наиболее распространенных режимов термической обработки.
Такой вариант воздействия нужен, чтобы нарастить важные показатели материала – от твердости и максимальной упругости до защиты от износа и твердости. При помощи закалки удается уменьшить предел на сжатие и пластичность.
Такой формат обработки является одним из наиболее старых. Он основывается на быстром охлаждении прогретого до высоких температур металла. Предел нагрева отличается в зависимости от типа сплава.
Нужно учитывать, при какой температуре начинает изменяться внутренняя кристаллическая решетка.
В зависимости от марки стали меняется несколько основных параметров:
- Среда охлаждения. Самый простой способ – окунание в воду. Дополнительные полезные свойства позволяют получить применение технического масла, газов инертного типа и растворов с высоким уровнем содержания соли.
- Скорость охлаждения. Меняется в зависимости от изначальной степени прогрева. Температура воды, соляного раствора или газа также может отличаться.
- Нагрев. Выбирается в зависимости от пределов, нужных для изменения внутренней структуры. Для многих видов сырья этот показатель составляет около 900°С.
Нормализация
Процесс нормализации необходим для того, чтобы изменить структуру и создать внутри металла мелкое зерно. Этот вариант подходит как для легированных, так и для низкоуглеродистых сталей.
Главное преимущество технологии позволяет довести твердость до 300 НВ.
Вы сможете использовать полученные горячекатаным методом заготовки, а также нарастить прочность, защиту от излома и вязкость. Это позволяет упростить процесс последующей обработки.
В качестве среды охлаждения используется воздух. Максимальные температуры нагрева – не более 50°С сверх установленного для материала предела.
Криогенная термообработка
Основы термической обработки стали криогенного типа заключаются в значительном охлаждении ранее закаленных заготовок. Главная цель использования – прекращение мартенситного преобразования.
Как и в случае с другими перечисленными средствами, заготовку потребуется постепенно прогреть до стандартной температуры.
Химико-термическая обработка
В ходе обработки происходит преобразование внешнего слоя материала. Это позволяет повысить твердость, защитить сырье от коррозии и дополнительно нарастить износостойкость.
В процессе могут использоваться следующие методы:
- Цементация.
Также называется науглероживанием. Поверхность насыщается углеродом. Сначала проводится термическая обработка, участки, которые не планируется обрабатывать, обмазываются защитными составами. Процедура проводится в диапазоне 900-950°С. - Азотирование. В отличие от цементации вместо углерода применяется азот. Для этого создается нагретая аммиачная среда. Температурный диапазон составляет 500-520°С.
- Цианирование. Применяется как углерод, так и азот в разных соотношениях в зависимости от температуры. Процесс возможен как в газовой, так и в жидкой среде.
- Хромирование. Один из видов металлизации. Назван так по основному веществу, которым насыщается материал (хром). Улучшает прочность, коррозийную стойкость, внешний вид детали.
Технология выбирается с ориентиром на особенности и характеристики конкретного типа сплава.
Что такое термическая обработка металлов? Методы и преимущества
Термическая обработка - это процесс нагрева и охлаждения металлов с использованием определенных заранее выбранных методов для получения желаемых свойств.
Как черные, так и цветные металлы проходят термическую обработку перед их применением.
Со временем было разработано множество различных методов. Даже сегодня металлурги постоянно работают над улучшением результатов и рентабельности этих процессов.
Для этого они разрабатывают новые графики или циклы для производства различных сортов. Каждый график относится к разной скорости нагрева, выдержки и охлаждения металла.
При тщательном соблюдении этих методов можно производить металлы различных стандартов с удивительно конкретными физическими и химическими свойствами.
Польза
Причины проведения термообработки могут быть разными. Некоторые процедуры делают металл мягким, а другие повышают твердость . Они также могут влиять на электрическую и теплопроводность этих материалов.
Некоторые методы термообработки снимают напряжения, возникшие в более ранних процессах холодной обработки. Другие придают металлам желаемые химические свойства. Выбор идеального метода зависит от типа металла и требуемых свойств.
В некоторых случаях металлическая деталь может пройти несколько процедур термической обработки. Например, некоторые суперсплавы, используемые в авиастроении, могут пройти до шести различных этапов термообработки, чтобы оптимизировать их для применения.
Этапы процесса термообработки
Проще говоря, термическая обработка - это процесс нагрева металла, выдержки его при этой температуре и последующего охлаждения. В процессе обработки металлическая деталь претерпевает изменения своих механических свойств. Это связано с тем, что высокая температура изменяет микроструктуру металла, которая играет важную роль в механических свойствах материала.
Конечный результат зависит от множества различных факторов. К ним относятся время нагрева, время выдержки металлической детали при определенной температуре, скорость охлаждения, окружающие условия и т. д. Параметры зависят от метода термообработки, типа металла и размера детали.
В ходе этих процессов свойства металла изменятся.
Среди этих свойств - электрическое сопротивление, магнетизм, твердость, вязкость, пластичность, хрупкость и коррозионная стойкость.
Нагрев
Детали реактивного двигателя, направляемые в печь
Как мы уже обсуждали, микроструктура сплавов будет изменяться в процессе термообработки. Нагрев осуществляется в соответствии с заданным термическим профилем.
При нагревании сплав может находиться в одном из трех различных состояний. Это может быть механическая смесь, твердый раствор или их комбинация.
Механическая смесь аналогична бетонной смеси, в которой цемент связывает песок и гравий. Песок и гравий все еще видны как отдельные частицы. В случае металлических сплавов механическая смесь удерживается основным металлом.
С другой стороны, в твердом растворе все компоненты смешиваются гомогенно. Это означает, что их невозможно идентифицировать индивидуально даже под микроскопом.
Каждое состояние приносит с собой разные качества. По фазовой диаграмме возможно изменение состояния путем нагрева.
Однако охлаждение определяет конечный результат. Сплав может оказаться в одном из трех состояний, в зависимости только от метода.
Выдержка
Во время выдержки металл выдерживается при достигнутой температуре. Продолжительность зависит от требований.
Например, поверхностное упрочнение требует только структурных изменений поверхности металла, чтобы повысить твердость поверхности. В то же время для других методов требуются единые свойства. В этом случае период выдержки больше.
Время выдержки также зависит от типа материала и размера детали. Более крупным деталям требуется больше времени, когда целью являются однородные свойства. Это происходит из-за того, что сердцевине большой части требуется больше времени, чтобы достичь необходимой температуры.
Охлаждение
После завершения этапа выдержки металл необходимо охладить в установленном порядке. На этом этапе тоже происходят структурные изменения. Твердый раствор при охлаждении может оставаться неизменным, полностью или частично превращаться в механическую смесь, в зависимости от различных факторов.
Скорость охлаждения регулируется различными средами, такими как солевой раствор, вода, масло или воздух. Вышеупомянутая последовательность охлаждающих сред находится в порядке убывания эффективной скорости охлаждения. Солевой раствор быстрее всего поглощает тепло, а воздух - медленнее всего.
Также возможно использование печи в процессе охлаждения. Контролируемая среда обеспечивает высокую точность, когда необходимо медленное охлаждение.
Фазовые диаграммы
У каждого металлического сплава своя фазовая диаграмма. Как уже было сказано ранее, термическая обработка проводится по этим схемам. Они показывают структурные изменения, происходящие при разных температурах и различном химическом составе.
Давайте возьмем фазовую диаграмму железо-углерод в качестве примера, так как она наиболее известна и широко преподается в университетах.
Фазовая диаграмма железо-углерод является важным инструментом при изучении поведения различных углеродистых сталей при термообработке.
Ось x показывает содержание углерода в сплаве, а ось y - температуру.
Обратите внимание, что 2,14% углерода - это предел, при котором сталь становится чугуном.
На диаграмме показаны различные области, где металл существует в различных микросостояниях, таких как аустенит, цементит, перлит. Эти области обозначены границами A1, A2, A3 и Acm. На этих границах происходят фазовые изменения, когда через них проходит температура или значение содержания углерода.
A1: Верхняя граница фазы цементит/феррит.
A2: предел, при котором железо теряет свой магнетизм. Температура, при которой металл теряет свой магнетизм, также называется температурой Кюри.
A3: Граница раздела, отделяющая фазу аустенит + феррит от фазы γ (гамма) аустенита.
Acm: Граница раздела, отделяющая аустенит γ от аустенита + цементита.
Фазовая диаграмма является важным инструментом, позволяющим определить, будет ли термообработка полезной или нет. Каждая структура привносит определенные качества в конечный продукт, и выбор термообработки делается на основе этого.
Распространенные методы термической обработки
Существует довольно много методов термической обработки. Каждый из них обладает определенными качествами.
К наиболее распространенным методам термообработки относятся:
- Отжиг;
- Нормализация;
- Закаливание;
- Старение;
- Снятие напряжения;
- Темперирование;
- Цементация.
Отжиг
При отжиге металл нагревается выше верхней критической температуры, а затем охлаждается с медленной скоростью.
Отжиг проводится для размягчения металла. Это делает металл более пригодным для холодной обработки и формовки. Он также повышает обрабатываемость, пластичность и вязкость металла.
Отжиг также полезен для снятия напряжений в детали, вызванных предшествующими процессами холодной обработки. Присутствующие пластические деформации устраняются во время рекристаллизации, когда температура металла пересекает верхнюю критическую температуру.
Металлы могут подвергаться множеству методов отжига, таких как рекристаллизационный отжиг, полный отжиг, частичный отжиг и окончательный отжиг.
Нормализация
Нормализация - это процесс термообработки, используемый для снятия внутренних напряжений, вызванных такими процессами, как сварка, литье или закалка.
В этом процессе металл нагревается до температуры, которая на 40° C выше его верхней критической температуры.
Эта температура выше, чем при закалке или отжиге. После выдержки при этой температуре в течение определенного периода времени его охлаждают на воздухе. Нормализация создает однородный размер зерна и состав по всей детали.
Нормализованная сталь тверже и прочнее отожженной стали. Фактически, в нормализованном виде сталь прочнее, чем в любом другом состоянии. Вот почему детали, которые требуют ударной вязкости или должны выдерживать большие внешние нагрузки, почти всегда будут нормализованы.
Закалка
Самый распространенный процесс термообработки - закалка - используется для увеличения твердости металла. В некоторых случаях затвердеть может только поверхность.
Заготовку закаляют, нагревая ее до заданной температуры, а затем быстро охлаждают, погружая в охлаждающую среду.
Можно использовать масло, солевой раствор или воду. Полученная деталь будет иметь повышенную твердость и прочность, но одновременно возрастет и хрупкость.
Цементное упрочнение - это тип процесса упрочнения, при котором упрочняется только внешний слой заготовки. Используемый процесс такой же, но поскольку тонкий внешний слой подвергается процессу, полученная в результате заготовка имеет твердый внешний слой, но более мягкую сердцевину.
Это обычное дело для валов. Твердый внешний слой защищает его от износа материала . В противном случае при установке подшипника на вал он может повредить поверхность и сместить некоторые частицы, которые ускорят процесс износа. Закаленная поверхность обеспечивает защиту от этого, а сердечник по-прежнему обладает необходимыми свойствами, чтобы выдерживать усталостные напряжения.
Другие типы процессов закалки включают индукционную закалку, дифференциальную закалку и закалку пламенем. Однако закалка пламенем может привести к образованию зоны термического влияния, которая возникает после охлаждения детали.
Старение
График старения алюминия 6061
Старение или дисперсионное твердение - это метод термообработки, который в основном используется для повышения предела текучести ковких металлов. В ходе процесса образуются равномерно диспергированные частицы в структуре зерна металла, которые вызывают изменения в свойствах.
Осадочное твердение обычно происходит после еще одного процесса термообработки, при котором достигается более высокая температура. Однако старение только повышает температуру до среднего уровня и снова быстро снижает ее.
Некоторые материалы могут стареть естественным образом (при комнатной температуре), в то время как другие стареют только искусственно, то есть при повышенных температурах. Для естественно стареющих материалов может быть удобно хранить их при более низких температурах.
Снятие напряжения
Снятие напряжения особенно часто используется для деталей котлов, баллонов с воздухом, аккумуляторов и т. д. При этом методе нагревают металл до температуры чуть ниже его нижней критической границы. Процесс охлаждения медленный и, следовательно, равномерный.
Это делается для снятия напряжений, которые возникли в деталях из-за более ранних процессов, таких как формовка, механическая обработка, прокатка или правка.
Отпуск
Отпуск - это процесс уменьшения избыточной твердости и, следовательно, хрупкости, возникающей в процессе закалки. Также снимаются внутренние напряжения. Прохождение этого процесса может сделать металл пригодным для многих применений, в которых требуются такие свойства.
Температура обычно намного ниже температуры затвердевания. Чем выше используемая температура, тем мягче становится конечная заготовка. Скорость охлаждения не влияет на структуру металла во время отпуска, и обычно металл охлаждается на неподвижном воздухе.
Цементация стали
В этом процессе термообработки металл нагревается в присутствии другого материала, который выделяет углерод при разложении.
Освободившийся углерод поглощается поверхностью металла. Содержание углерода на поверхности увеличивается, что делает ее более твердой, чем внутреннее ядро.
Какие металлы подходят для термической обработки?
Хотя черные металлы составляют большинство термообработанных материалов, сплавы меди, магния, алюминия, никеля, латуни и титана также могут подвергаться термообработке.
Около 80% термически обрабатываемых металлов - это разные марки стали. Черные металлы, которые можно подвергать термической обработке, включают чугун, нержавеющую сталь и различные марки инструментальной стали.
Такие процессы, как закалка, отжиг, нормализация, снятие напряжений, цементирование, азотирование и отпуск, обычно выполняются на черных металлах.
Медь и медные сплавы подвергаются таким методам термической обработки, как отжиг, старение и закалка.
Алюминий подходит для таких методов термообработки, как отжиг, термообработка на твердый раствор, естественное и искусственное старение. Термическая обработка алюминия - это точный процесс. Объем процесса должен быть установлен, и его следует тщательно контролировать на каждом этапе для достижения желаемых характеристик.
Очевидно, не все материалы подходят для термической обработки. Точно так же не обязательно использовать каждый метод для отдельного материала. Поэтому каждый материал нужно изучать отдельно, чтобы добиться желаемого результата. Использование фазовых диаграмм и доступной информации о влиянии вышеупомянутых методов является отправной точкой.
Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!
4 типа термической обработки
Термическая обработка — это процесс, в котором используется контролируемый нагрев и охлаждение для изменения кристаллической структуры металлов и металлических сплавов. В зависимости от материала и процесса обработки термообработка может обеспечить многочисленные преимущества, включая повышенную твердость, повышенную термостойкость, большую пластичность и повышенную прочность материала. Термическая обработка является критическим аспектом процессов изготовления металлов, поскольку она позволяет материалам приобретать желаемые физические и механические свойства без изменения формы изделия.
С.М. Компания Engineering & Heat Treating рада предложить различные печи для использования в широком спектре термообработки, включая отжиг, закалку, закалку и снятие напряжения. Наши печи для отжига и термообработки мирового класса имеют конфигурации с сохранением атмосферы, передовые цифровые микропроцессоры и различные конструкции с низкой точкой росы, идеально подходящие для многочисленных процессов термообработки металлов.
Какие существуют 4 типа процессов термообработки?
Общие типы методов термической обработки включают отжиг, закалку, закалку и снятие напряжения, каждый из которых имеет свой собственный уникальный процесс для получения различных результатов.
Отжиг
Отжиг — это процесс термообработки, используемый для изменения микроструктуры металла с целью улучшения его пластичности при одновременном снижении внутреннего напряжения и общей твердости. Это позволяет материалу легче формоваться без растрескивания. Этот процесс особенно полезен для сталей, которые могут быть слишком твердыми или хрупкими для процессов формовки.
Процесс отжига включает нагрев металла до температуры, при которой кристаллическая структура становится жидкой, но металл остается в твердом состоянии. Металл выдерживается при этой температуре, что позволяет любым дефектам материала восстанавливаться. Затем металлу дают медленно остыть до комнатной температуры, чтобы получить более пластичную кристаллическую структуру.
Закалка
Закалка Термическая обработка используется для повышения твердости поверхности металла путем нагревания и быстрого охлаждения. Материал нагревается в закалочной печи до температуры, которая трансформирует его внутреннюю структуру, не расплавляя его. Затем металл выдерживают при этой температуре в течение одного часа на каждый дюйм толщины с последующим быстрым охлаждением. Процесс быстрого охлаждения создает более твердую и стабильную кристаллическую структуру.
Закалка
Закалка конкретно относится к термической обработке, основанной на быстром охлаждении металла для достижения желаемых физических или механических свойств. Нагретые материалы часто охлаждают в масле, но их также можно охлаждать воздухом, водой и рассолом, в зависимости от материала и желаемых качеств.
Как и в других процессах термообработки, металл нагревают до точки ниже точки плавления, при которой кристаллическая структура является жидкой. Его выдерживают в течение определенного периода времени, в зависимости от желаемых свойств, а затем закаливают в одной из вышеперечисленных сред для снижения температуры материала и установления необходимой внутренней структуры.
Снятие напряжения
Процессы снятия напряжения включают нагрев материала выше точки, где трансформируется внутренняя структура, а затем его охлаждение на воздухе с определенной скоростью. Этот процесс позволяет конструкции стать более стабильной, снижая внутреннее напряжение и повышая прочность и твердость металла. Это особенно полезно для металлов, которые подвергались процессам формования, вызывающим напряжения, таким как механическая обработка, правка и прокатка.
С.М. Инжиниринг и термообработка готовы удовлетворить ваши потребности
В С.М. Engineering & Heat Treatment, мы предоставляем нашим клиентам печи высшего качества, подходящие для широкого спектра процессов термообработки и материалов. Нужна ли вам простая печь для отжига или печь для закалки для специальных сплавов, у нас есть оборудование и знания, необходимые для того, чтобы у вас было идеальное решение для термообработки, соответствующее вашим потребностям. Чтобы узнать больше о нашем ассортименте промышленных технологических печей, свяжитесь со специалистами компании S.M. Инжиниринг и термообработка сегодня или запросите расценки.
4 типа термической обработки стали
В нашем последнем сообщении в блоге мы рассмотрели три этапа термической обработки, которые включают нагрев металла до заданной температуры (этап нагрева) и поддержание его при этой температуре. в течение определенного промежутка времени (этап выдержки) и охлаждение до комнатной температуры методом, который зависит от типа металла и желаемых свойств (этап охлаждения). В этом посте мы рассмотрим четыре основных типа термической обработки стали, которым подвергаются сегодня: отжиг, нормализацию, закалку и отпуск.
Позвольте нам удовлетворить ваши потребности в термообработке
Kloeckner работает с рядом партнеров по термообработке стали, чтобы предоставить нашим клиентам качественные детали, соответствующие их спецификациям. Мы предлагаем термообработанные изделия «под ключ» из нашего общенационального запаса толстолистового, пруткового и листового проката.
Запросить предложение
Термическая обработка Сталь: отжиг
Целью отжига является действие, противоположное закалке. Вы отжигаете металлы, чтобы снять напряжение, смягчить металл, повысить пластичность и улучшить его зернистую структуру.
Без соответствующей стадии предварительного нагрева сварка может привести к получению металла с неравномерной температурой, даже к расплавленным областям рядом с областями, имеющими комнатную температуру. В этих условиях сварка может сделать металл более слабым: по мере охлаждения сварного шва наряду с твердыми и хрупкими участками возникают внутренние напряжения. Отжиг — это один из способов решения таких распространенных проблем и снятия внутренних напряжений.
Отжиг стали
Для отжига стали и других черных металлов для достижения наивысшего уровня пластичности вы должны медленно нагревать металл до соответствующей температуры, вымачивать его, а затем дать ему медленно остыть, либо погрузив его в какую-либо изоляционного материала или просто выключив печь и дав печи и детали медленно остыть вместе.
Время, в течение которого металл замачивается, зависит как от его типа, так и от массы. Если это низкоуглеродистая сталь, то для нее потребуется максимально возможная температура отжига, а по мере увеличения содержания углерода температура ее отжига будет снижаться. Чтобы узнать больше об отжиге, вы можете просмотреть наше руководство по отжигу для более подробного объяснения.
Термическая обработка Сталь: нормализация
Целью нормализации является устранение любых внутренних напряжений, возникающих в результате термообработки, механической обработки, ковки, штамповки, сварки или литья. Разрушение металла может быть результатом неконтролируемого напряжения, поэтому нормализация стали перед закалкой может помочь обеспечить успех проектов.
В чем разница между отжигом и нормализацией?
Нормализация применяется только к черным металлам, таким как сталь. Но есть еще одно ключевое отличие в процессе термической обработки: при нормализации, после нагрева металла до более высокой температуры, после извлечения из печи его охлаждают на воздухе.
Нормализованная сталь прочнее отожженной. Обладая высокой прочностью и высокой пластичностью, она прочнее отожженной стали. Если металлическая деталь должна выдерживать удары или иметь максимальную ударную вязкость, чтобы противостоять внешним нагрузкам, обычно рекомендуется нормализовать ее, а не отжигать.
Поскольку нормализованные металлы охлаждаются воздухом, масса металла является ключевым фактором, определяющим скорость охлаждения и результирующий уровень твердости детали. При нормализации более тонкие детали быстрее остывают на воздухе и становятся тверже, чем более толстые. Но, при отжиге и его печном охлаждении твердость как толстой, так и тонкой детали будет сравнима.
Термическая обработка стали: закалка
Целью закалки является не только упрочнение стали, но и ее прочность. К сожалению, в закалке есть не только плюсы. Хотя закалка увеличивает прочность, она также снижает пластичность, делая металл более хрупким. После закалки вам, возможно, придется закалить металл, чтобы убрать некоторую хрупкость.
Для упрочнения большинства сталей следует использовать первые два этапа термообработки (медленный нагрев с последующей выдержкой в течение определенного времени до однородной температуры), третий этап отличается. Когда вы закаляете металлы, вы быстро охлаждаете их, погружая в воду, масло или рассол. Для закалки большинства сталей требуется быстрое охлаждение, называемое закалкой, но есть и такие, которые можно успешно охлаждать на воздухе.
По мере добавления в сталь сплавов скорость охлаждения, необходимая для ее закалки, снижается. В этом есть и положительная сторона: более низкая скорость охлаждения снижает риск растрескивания или деформации. Твердость углеродистой стали зависит от содержания в ней углерода: до 0,80% углерода способность к закалке увеличивается вместе с содержанием углерода. Выше 0,80% вы можете увеличить износостойкость за счет образования твердого цементита, но вы не можете увеличить твердость.
Когда вы добавляете в сталь сплавы для повышения ее твердости, вы также увеличиваете способность углерода к закалке и укреплению. Это означает, что содержание углерода, необходимое для достижения наивысшего уровня твердости, ниже в легированных сталях по сравнению с простыми углеродистыми сталями. В результате легированные стали обычно обладают лучшими характеристиками, чем простые углеродистые стали. .
При закалке углеродистой стали ее необходимо охладить до температуры ниже 1000°F менее чем за одну секунду. Но как только вы добавите в сталь сплавы и повысите эффективность углерода, вы увеличите этот предел времени более чем на одну секунду. Это позволяет выбрать более медленную закалочную среду для получения заданной твердости.
Обычно углеродистые стали закаливают в рассоле или воде, тогда как легированные стали закаливают в масле. К сожалению, закалка — это процесс, вызывающий высокое внутреннее напряжение, и одним из способов снятия напряжения со стали является ее отпуск. Непосредственно перед тем, как деталь станет холодной, вы вынимаете ее из закалочной ванны при температуре 200°F и даете ей остыть на воздухе. Диапазон температур от комнатной до 200 ° F называется «диапазоном растрескивания», и вы не хотите, чтобы сталь в закалочной среде проходила через него. Читайте дальше, чтобы узнать больше о закалке.
Термическая обработка стали: отпуск
После того, как вы закалите металл, будь то корпусом или пламенем, и введете внутренние напряжения после быстрого охлаждения, присущего процессу, сталь часто бывает тверже, чем необходимо, и слишком хрупкой. Ответ может состоять в том, чтобы закалить сталь, чтобы уменьшить эту хрупкость и удалить или ослабить внутренние напряжения.
Во время отпуска вы:
- Нагрев стали до заданной температуры ниже температуры ее закалки
- Выдержите сталь при этой температуре в течение определенного периода времени
- Охлаждение стали, как правило, в неподвижном воздухе
Если это звучит знакомо, вы правы! Отпуск состоит из тех же трех стадий, что и термическая обработка. Основное отличие заключается в температуре отпуска и ее влиянии на твердость, прочность и, конечно же, пластичность.
Когда вы закаляете стальную деталь, вы снижаете твердость, вызванную закалкой, и приобретаете определенные физические свойства. Закалка всегда следует за закалкой и, уменьшая хрупкость, одновременно смягчает сталь. К сожалению, размягчение стали при отпуске неизбежно. Но количество твердости, которое вы потеряете, можно контролировать в зависимости от температуры во время отпуска.
В то время как другие процессы термической обработки, такие как отжиг, нормализация и закалка, всегда включают температуры выше верхней критической точки металла, отпуск всегда проводится при температурах ниже ее.
При повторном нагреве закаленной стали отпуск начинается при температуре 212°F и продолжается до тех пор, пока не будет достигнута низкокритическая точка. Чтобы выбрать желаемую твердость и прочность, вы можете задать температуру отпуска. Минимум для отпуска должен составлять один час, если толщина детали составляет менее одного дюйма; если его толщина превышает один дюйм, вы можете добавить еще один час на каждый дополнительный дюйм толщины.
Скорость охлаждения после отпуска не влияет на большинство сталей. После извлечения стальной детали из закалочной печи ее обычно охлаждают на неподвижном воздухе так же, как в процессе нормализации. Но, как и во всех других процессах термообработки, есть некоторые различия, которые выходят за рамки этой статьи.
Если вы заинтересованы в отпуске, просто знайте, что отпуск снимает внутренние напряжения от закалки, снижает хрупкость и твердость и фактически может повысить предел прочности закаленной стали при отпуске до температуры 450°F; выше 450 ° F прочность на растяжение снижается.
Компания Kloeckner сотрудничает с рядом партнеров, занимающихся термообработкой стали, чтобы обеспечить наших клиентов качественными деталями, соответствующими их спецификациям. Мы предлагаем термообработанные изделия «под ключ» из нашего общенационального запаса толстолистового, пруткового и листового проката. Пожалуйста, свяжитесь с Kloeckner Louisville или позвоните по телефону (678) 259-8800, чтобы узнать о ваших потребностях в термообработке.
Позвольте нам удовлетворить ваши потребности в термообработке
Kloeckner работает с рядом партнеров по термообработке стали, чтобы предоставить нашим клиентам качественные детали, соответствующие их спецификациям. Мы предлагаем термообработанные изделия «под ключ» из нашего общенационального запаса толстолистового, пруткового и листового проката.
