Термообработка

Термообработка металла

Тепловая или термическая обработка металлов известна еще со времен, когда люди научились добывать и использовать металл в повседневной жизни. Процесс освоения металлов был долгим и сложным, он датируется 5-3 веками до нашей эры. Первые металлы, которые начал обрабатывать человек – это золото и медь, поэтому эти века назвали медными, следом за этими веками пришел бронзовый и железный век. Примерно за полтора века до нашей эры, была подмечена особенность, что если металл нагревать до раскаленного состояния, а затем резко охладить в жидкости, то он становится более прочным. Этот процесс закалки стали используется, и по сей день, а так же остается важнейшей операцией в обработке металлов.

Наряду с развитием металлообработки совершенствовалась, и термическая закалка стали, методом проб и ошибок была наработана технология, при которой металл получал максимальную прочность. Термообработка стали состоит из системы операций, которые совершаются в определенной последовательности, что бы получить нужные свойства металла, но при этом не изменить его химический состав.

Как производится закалка стали:

Термическая обработка металлов многоступенчатая операция, включающая в себя следующие этапы: закалка, отжиг, отпуск, нормализация. Компания «Недвальс» на собственном производстве осуществляет все этапы тепловой обработки металла в Новосибирске. Более подробную информацию о цене и услугах термообработки можно получить у сотрудников компании.

Закалка стали. В рамках этого этапа производится нагрев стали для придания определенного уровня твердости и износостойкости. Металл разогревается до 850-900 градусов и выдерживается при этих температурах некоторое время, продолжительность выдержки влияет на уровень твердости. Приобретаемая во время термической закалки стали твердость зависит еще и от содержания углерода. Если металл имеет уровень углерода ниже показателя 0,3%, то из-за неэффективности закалка к нему не применяется. После выдержки высоких температур сталь резко охлаждается.

В процессе термообработки металла большое значение имеет правильное охлаждение и среда, в которой происходит этот процесс. При закалке охлаждение происходит резко, обычно используют воду, солевые растворы, специализированные масла и химические растворы на щелочной основе. Закалка стали может иметь разную глубину исполнения, на этот генез влияют несколько факторов: размеры детали, скорость охлаждения детали и содержание углерода. Размеры заготовки сдерживают скорость охлаждения – большим модулям требуется больше времени на остывание в период термической обработки металлов, нежели деталям среднего и мелкого размера. А чем быстрее происходит охлаждение, тем глубже происходит закаливание. Так же содержание углерода влияет на степень прокаливания, чем больше его процентное содержание в металле, тем лучше проходит прокаливание.

Охлаждение металла может проходить в одной или в нескольких жидкостях, чаще всего при термической закалки стали используют воду для одноступенчатой, и масло и воду для двухступенчатой закалки. Для изотермической или многоступенчатой закалки используются расплавленная соль и масло, чаще всего такой способ применяют для небольших деталей: шайбы, болты, пружины. При двух и более ступенчатой термообработки стали ее попеременно охлаждают в разных средах и жидкостях, а затем после периода выдержки дают ей окончательно остыть на открытом воздухе. Благодаря нескольким ступеням удается избежать внутреннего напряжения металла и исключить появление трещин. Если закалку стали проводить неправильно, то вместо крепкого металла можно получить поведенную деталь или заготовку с трещинами внутри, которые в ходе эксплуатации могут привести к лому. Компания «Недвальс» отслеживает качество на каждом этапе термообработки металла и следит за соблюдением технологий.

Отжиг металла. В отличие от закалки во время отжига остывание, после термической закалки стали, происходит медленно. Это необходимо для того, чтобы после отливки или ковки достичь структурной однородности металла и снять возникшее напряжение. Термообработка металла чередуется с медленными охлаждениями, существует несколько видов отжига: отжиг первого рода и отжиг второго рода. К отжигу первого рода относятся: диффузионный или гомогенизация, а так же рекристаллизационный или низкий; к отжигу второго рода: полный, неполный, изотермический или мягкий. Обычно второй род используют в финале термической обработки металла, перед окончательной обработкой заготовки.

При диффузном отжиге изделие нагревают до 1000 – 1500 градусов и поддерживают эту температуру от 8 до 15 часов, после чего постепенно охлаждают. В закалке стали такой отжиг считают подготовительным или первым этапом, после него обязательно проводят полный отжиг или нормализацию.

Рекристаллизационный отжиг применяется для изделий изготовленных холодными способами: штамповка, прокатка или калибровка. Детали нагреваются до невысокой температуры, поэтому этот способ называют еще и низким отжигом. Температура нагрева может быть в диапазоне от 50 до 700 градусов на протяжении 20 часов. После термообработки стали происходит охлаждение естественным образом на открытом воздухе. Такой тип отжига используется для окончательной обработки и носит название – смягчающий. Либо в качестве предварительной обработки и называется упрочняющий.

Технологию полного отжига используют для термической закалки стали заготовок предназначенные для резки и закаливания. Сталь после процедуры становится пластичной и поддающейся дальнейшей деформации. Термообработка металла проводится по следующей системе: деталь доводят до температуры выше критической на 30-50 градусов, после чего охлаждают со специальной скоростью до 500-550 градусов.

Неполный отжиг находит применение для сталей из перлита и смеси феррита с перлитом – его целью стоит снижение жесткости металлов. Закалка стали происходит при нагреве 740-750 градусов в течении установленного количества времени, после чего медленно охлаждают.

Термическая обработка металла предусматривает изотермический или мягкий способ отжига, при котором происходит нагрев легированных сталей на 20-30 градусов выше критической, и быстрое охлаждение до 630-700 градусов, после чего температуру поддерживают до полного распада аустенита. После такой процедуры сталь имеет такие же свойства, что и металлы подвергшиеся полному отжигу. Это позволяет тратить гораздо меньше времени, чем полный отжиг, но может применяться только для заготовок небольшого размера.

Отпуск стали. Это очередной этап термообработки стали создан для повышения ударной способности изделий, уменьшения жесткости и сглаживания кристаллической решетки. Отпуск имеет свои виды применения, к ним относится низкий, средний и высокий отпуск. Они различаются температурным режимом, длительностью его выдержки и способом охлаждения. Для определения температуры во время процесса применяются специализированные пленки, которые окрашивают металл в определенные цвета в зависимости от температуры нагрева.

Низкий производится во время термообработки металла при температуре 150-250 градусов, после чего металл охлаждают в соляных и масляных ваннах. Тогда сохраняется твердость металла, но при этом увеличивается его вязкость и снижается хрупкость. Использую низкий отпуск при изготовлении инструментов, имеющих высокую износостойкость, к примеру: измерительные инструменты.

Средний отпуск закалки стали осуществляется в температурах 350-450 градусов – это уменьшает твердость стали и увеличивает ее вязкость. Применяется для деталей испытывающих средние ударные нагрузки: рессоры, пружины, шатуны двигателей, оси автомобилей и так далее.

Высокий отпуск происходит при температуре 500-650 градусов с плавным охлаждением, при котором металл получает структуру сорбита и напряжение снижается практически до нуля. Такой способ термической обработки металла применяется для углеродистых и легированных сталей, из которых изготавливают большие валы и шестерни.

Нормализация стали. Этап, применяемый для термической закалки стали, при котором происходит короткое выдерживание изделий в температурах выше критической на 30-50 градусов и охлаждение на воздухе. При нормализации происходит формирование мелкозернистой структуры стали, повышение ее вязкости, увеличение прочности и уменьшение жесткости. Низкоуглеродные стали приобретают ферритно-перлитной структуру, а среднеуглеродистые и низколегированные стали формируют сорбитоподобную структуру, при условии, что в их составе содержится феррит. При закалки стали – нормализация, процесс охлаждения происходит быстрее, благодаря чему сталь становится более твердой, нежели при отжиге и имеет повышенное сопротивление к нарезке. Такой процесс широко используется в термической обработке металла, как промежуточный этап перед закалкой или для смягчения перед нарезкой металла. Также нормализацию используют вместо закалки сталей со средним содержанием углерода и как замену полного отжига при термообработке стали с высоким содержанием углерода.

Термообработка металла – очень важный процесс в системе металлообработки, благодаря большому спектру различных процессов можно получить прочные изделия и инструменты. Специалисты завода «Недвальс» знают и соблюдают все технологические процессы. Менеджеры компании готовы вас проконсультировать по любому этапу термообработки стали и этапам сотрудничества.