3.2.2 Тема 1.2. Основы термообработки

Термическая обработка – это тепловое воздействие на металлы и сплавы с целью придания им желаемой структуры, а следовательно, и свойств. Термическую обработку – самый универсальный и распространенный способ изменения свойств металлов и сплавов проводят или как промежуточную операцию при производстве заготовок для улучшения технологичности их изготовления или как окончательную операцию для придания деталям комплекса свойств, обеспечивающих их износостойкость, надежность в эксплуатации.[1]

Основные виды термической обработки следующие:

1. Отжиг первого рода.

2. Отжиг второго рода.

3. Закалка без полиморфного превращения.

4. Закалка с полиморфным превращением.

5. Старение.

6. Отпуск.

Основы термообработки.

Любая термическая обработка состоит из двух этапов: нагрева до различных температур и охлаждения с различной скоростью. В процессе нагрева, так же как и в процессе охлаждения, железоуглеродистые сплавы претерпевают фазовые и структурные превращения.

Нагрев стали до высоких температур и длительные выдержки при этих температурах могут привести к появлению дефектов, называемых перегревом и пережогом.

Отжиг первого рода.

После литья, термообработки, сварки, обработки давлением в сплавах формируются неравновесные структуры. Для получения равновесной структуры применяют отжиг.

Отжиг – это термическая обработка, заключающаяся в нагреве, временной выдержке и медленном охлаждении, как правило, с нагревательной печью.

Рекристаллизационный отжиг – это термообработка деформированного сплава для проведения рекристаллизации с целью снятия наклепа перед последующей деформацией.

Рекристаллизация – это образование новых зерен в твердом металле при температурах значительно ниже температуры плавления.

Под наклепом понимается упрочнение, повышение твердости и снижение пластичности в результате обработки давлением в холодном состоянии.

Отжиг для снижения и перераспределения внутренних напряжений (отжиг первого рода) – это нагрев заготовок (литых, кованых, сварных) до температур 200 – 700⁰С, временная выдержка при этих температурах и медленное охлаждение с целью уменьшения и перераспределения остаточных напряжений.

Режимы отжига для снижения напряжений зависят от предшествующего вида технологического процесса обработки заготовки.

Отжиг второго рода.

Отжиг второго рода основан на использовании диффузионных фазовых превращений при охлаждении сплавов в твердом состоянии.

Различают следующие разновидности отжига второго рода:

– полный отжиг;

– неполный отжиг;

– сфероидизирующий отжиг;

– нормализационный отжиг.

Такой отжиг является подготовительной термообработкой с целью облегчения обработки резанием, повышения пластичности, снятия внутренних напряжений, уменьшения структурной неоднородности.

Закалка железоуглеродистых сплавов.

Основными параметрами закалки являются температура нагрева, время выдержки и скорость охлаждения. Температура нагрева и время выдержки должны быть такими, чтобы в сплаве успели произойти полиморфные превращения и раствориться избыточные фазы, а скорость охлаждения должна быть высокой, чтобы не успели пройти обратные процессы фазовых превращений, связанные с процессами диффузии.

Закалка без полиморфного превращения характеризуется тем, что в результате быстрого охлаждения фиксируется состояние сплава при низкой температуре, свойственное ему при более высокой температуре.

Закалка с полиморфным превращением обеспечивает в результате охлаждения перестройку кристаллической решетки.

Большинство конструкционных сталей под закалку нагревают до температур 800 – 880⁰С. Легированные стали закаливают при более высоких температурах. Быстрорежущие инструментальные стали закаливают с температур 1250 – 1300⁰С.

Под закаливаемостью понимают способность сплава повышать твердость в результате закалки, Закаливаемость сплава зависит от содержания в нем углерода и легирующих элементов.

Охлаждение изделий при закалке можно проводить в одном охладителе (непрерывная закалка); в двух средах – вначале в воде, затем в масле (прерывистая закалка); ступенчато, когда нагретое до температуры закалки изделие погружают в горячую среду, а затем, после выдержки, охлаждают на воздухе или в холодном масле.

Отпуск и старение.

Отпуск – это окончательная операция термической обработки закаленных сплавов, заключающаяся в нагреве до определенных температур, выдержке при заданной температуре и последующим охлаждением с определенной скоростью. Отпуск частично или полностью устраняет внутренние напряжения в закаленном сплаве. Различают три вида отпуска:

– низкотемпературный отпуск (180 – 250⁰С);

– среднетемпературный отпуск (350 – 500⁰С);

– высокотемпературный отпуск (500 – 680⁰С).

Закалка с последующим высоким отпуском называется улучшением.

Старение относится к разновидности термической обработки, при которой в закаленном без полиморфного превращения сплаве происходит распад пересыщенного твердого раствора. При старении закаленного сплава с течением времени его свойства изменяются без заметного изменения микроструктуры. Старение подразделяют на естественное, протекающее без воздействия температуры, и искусственное, протекающее при воздействии температуры.

Старение повышает прочность, твердость, но снижает ударную вязкость многих сталей, поднимая температуру (порог) хладноломкости.