Глава 3. Модуль 3. «Термическая обработка»

Раздел 1. Основы теории термической обработки

1. Общие положения и определения

Термической обработкой называется технологический процесс, состоящий из совокупности операций нагрева, выдержки и охлаждения изделий из металлов и сплавов, целью которого явля­ется изменение их структуры и свойств в заданном направлении. Теория термической обработки рассматривает и объясняет изменения строения и свойств металлов и сплавов при тепловом воздействии, а также при тепловом воздействии в сочетании с хи­мическим, деформационным, магнитным и другими воздейст­виями.

Термическая обработка является одним из наиболее распро­страненных в современной технике способов получения заданных свойств металлов и сплавов. Термическая обработка применяется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обраба­тываемости давлением, резанием и др., либо как окончательная операция для придания металлу или сплаву такого комплекса механических, физических и химических свойств, который смог бы обеспечить заданные эксплуатационные характеристики изде­лия. Чем ответственнее изделие (конструкция), тем, как правило, в ней больше термически обработанных деталей.

Основой технологии термической обработки, гарантирующей получение ожидаемых результатов, является ее режим. Он включает в себя следующие элементы: температуру нагрева, скорость нагрева до заданной температуры, время выдержки при этой температуре и скорость охлаждения. Конкретные величины, характеризующие каждый из элементов режима термообработки, зависят от химического состава обрабатываемого сплава, размера детали и целевого назначения выполняемого вида термообработки. Варьируя эти величины, можно существенно изменять фазовую и дислока­ционную структуры сплава и придавать ему заданные свойства.

От температуры нагрева зависят характер происходящих в сплаве пре­вращений и сама возможность получения после термообработки требуемой структуры. Она выбирается в зависимости от химического состава сплава и цели производимой термообработки.

Скорость нагрева выбирается таким образом, чтобы обеспечить мини­мальные потери времени на нагрев, и в то же время ее величина должна ис­ключить возникновение в обрабатываемой детали опасных термических на­пряжений, могущих привести к короблению и растрескиванию детали, что наблюдается при слишком быстром нагреве.

Скорость нагрева зависит от теплопроводности обрабатываемого сплава, которая, в свою очередь, определяется его химическим составом. С усложнением состава теплопро-водность ухудшается. Поэтому нагрев неблагоприятных по составу сплавов до определенных температур осу­ществляется очень медленно, а затем ускоренно. (По достижении спла­вом определенной температуры и возросшей пластичности возникающие в нем даже очень высокие термические напряжения не могут вызвать изменений, заканчивающихся искривлением формы детали или растрес­киванием).

Время выдержки детали по достижении заданной температуры должно быть достаточным для ее прогрева от поверхности до сердцевины в наи­большем сечении, а также для полного завершения в сплаве тех, имеющих диффузионный характер структурно-фазовых превращений, которые должны происходить в нем при заданной температуре.

Скорость охлаждения при термической обработке является очень важ­ным элементом режима, от которого зависят особенности приобретаемой сплавом фазовой и дислокационной структуры. Она должна быть достаточ­ной для протекания в сплаве необходимых превращений, но не слишком большой во избежание опасных термических и фазовых напряжений, способных вызвать растрескивание или деформацию (коробление) детали.