Термическая обработка

Термической обработкой (термообработкой) называют процесс теплового воздействия на металлы (нагрев и охлаждение) с целью изменения их структуры и свойств. Это один из самых распространённых в технике и самых эффективных способов изменения структуры и свойств сталей и сплавов.

Температура нагрева при термообработке определяется по диаграмме железо-углерод [5].

Термообработка включает в себя четыре основных вида: отжиг, закалка, отпуск и старение.

Отжиг – это термообработка, заключающаяся в нагреве, временной выдержке и медленном охлаждении, как правило, с нагревательной печью. Температура нагрева – 1100˚…1200˚С.

Основными параметрами закалки является температура нагрева, время выдержки и скорость охлаждения. Закалка всегда связана с резким охлаждением, в результате чего внутренние и наружные слои металла охлаждаются с разной скоростью, что приводит к возникновению термических напряжений. Большинство конструкционных сталей под закалку нагревают до температур 800˚…880˚С. Охлаждающей средой при закалке служат холодные и подогретые воды и масло, водные растворы солей.

Отпуск – это окончательная операция термообработки закалённых сплавов, заключающейся в нагреве закалённого сплава, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определённой скоростью. Отпуск частично или полностью устраняет внутреннее напряжение в закалённом сплаве.

Различают три вида отпуска:

– низкотемпературный (180˚…350˚С), при котором несколько снижаются внутренние напряжения, повышаются прочность и вязкость материала с незначительным снижением твёрдости;

– среднетемпературный (350˚…500˚С), при котором твёрдость снижается до HRC40…50. Закалённый сплав после этого имеет высокие пределы упругости и выносливости;

– высокотемпературный (500˚…680˚С), в результате этого отпуска прочность остаётся ещё достаточно высокой, а вязкость резко возрастает.

Закалка с последующим высоким отпуском называется улучшением. Улучшенные стали обладают высокими показателями пределов текучести, выносливости и ударной вязкости. Улучшению, как правило, подвергают среднеуглеродистые стали.

Старение относится к разновидностям термообработки, при которой закалённый сплав с течением времени изменяет свои свойства без заметного изменения микроструктуры, при этом повышается прочность, твёрдость и снижается ударная вязкость.

Старение подразделяют на естественное, протекающее без воздействия температуры, и искусственное, протекающее при воздействии температуры.

Старение повышает прочность, твёрдость, но снижает ударную вязкость многих сталей.

2.3. Химико-термическая обработка

При химико-термической обработке стальных деталей изменяется химический состав их поверхностных слоев, что позволяет получить после термообработки мелкозернистую структуру, высокую твёрдость, прочность и износостойкость у стали.

Существует ряд способов такой обработки:

– цементация – насыщение поверхностных слоев стали углеродом;

– азотирование – насыщение азотом;

– цианирование – одновременное насыщение углеродом и азотом;

– борирование – насыщение бором и др.

Глубина слоя поверхности детали насыщения составляет обычно 0,2…1мм.

Цементации подвергаются детали из низкоуглеродистых сталей марок 15, 20Х, 12Х2Н4А и др.; цианированию – детали из стали марок сталь15, 20, 25,… 45, 35Х, 40Х и др.

Лекция №5