Термическая обработка в технологических процессах изготовления деталей машин.

Термическая обработка, вызывая разнообразные по природе структурные изменения, позволяет управлять строением металлов и сплавов и получать изделия с требуемым комплексом механических, физических и химических свойств. Благодаря этому, а также простоте и дешевизне оборудования термическая обработка является самым распространённым в промышленности способом изменения свойств металлических материалов.

Основными технологическими параметрами, определяющими свойства сплавов после термической обработки, являются температура и скорость нагрева, длительность выдержки при выбранной температуре нагрева и скорость последующего охлаждения. Изменяя эти параметры, можно получить сплав с теми или иными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

В зависимости от режимов обработки, определяющих фазовые и структурные изменения в металле, различают следующие виды термической обработки – отжиг, закалку и отпуск. Некоторые из этих операций имеют разновидности.

Отжиг стали. Отжигом называется процесс термической обработки -- нагрев стали до определенной температуры, выдержка и последующее, как правило, медленное охлаждение (в печи) с целью получения более равновесной структуры.Отжиг производится для снижения твердости, увеличения пластичности и вязкости и улучшения обрабатываемости стали. В результате отжига снижаются внутренние напряжения, выравнивается химический состав материала по объему заготовки и устраняется его структурная неоднородность. В отдельных случаях отжиг применяют для изменения физических свойств стали. Например, с помощью отжига можно изменить магнитные свойства трансформаторных сталей.

Отжиг является длительной операцией, продолжающейся иногда до 12…14 ч. Поэтому часто для углеродистых сталей вместо отжига применяют нормализацию. В этом случае деталь после нагрева до 920…950оС и непродолжительной выдержки охлаждается не вместе с печью (как при отжиге), а на воздухе в цехе, что экономичнее. Нормализованные детали имеют хорошее сочетание прочности и вязкоупругих свойств и применяются в узлах, подвергающихся сравнительно невысоким знакопеременным нагрузка

Закалка. Закалкой называют процесс термической обработки --нагрев стали до оптимальной температуры, выдержка и последующее быстрое охлаждение с целью получения неравновесной структуры. Она производится для повышения твердости, износостойкости и упругости сталей. После закалки наряду с высокой твердостью стали приобретают одновременно и наибольшую хрупкость. Главным отличием закалки от других операций термической обработки является высокая скорость охлаждения, достигаемая применением различных закалочных сред.

Большинство конструкционных сталей под закалку нагревают до температуры 800…880оС. Температура нагрева под закалку инструментальных сталей составляет 760…780оС. Длительность нагрева зависит от теплопроводности стали, способа нагрева, типа печи, формы и размера детали. Наибольшая скорость нагрева достигается при индукционном нагреве, наименьшая – в пламенных печах. Ориентировочно для углеродистых сталей при нагреве в электрических печах время нагрева до 800…850оС принимают равным 1…2 мин на каждый миллиметр толщины детали.

После достижения заданной температуры изделие выдерживается в печи в течение некоторого времени для полного прогрева по сечению и завершения структурных превращений. Обычно время выдержки принимают равным 15…25% от длительности нагрева.

Наиболее распространенными закалочными средами являются вода, водные растворы солей или щелочей (например, 10% раствор NaCl или 10…15% раствор NaОН), минеральные масла, расплавленные металлы.

Закалка всегда связана с резким охлаждением, в результате чего внутренние и наружные слои металла детали охлаждаются с разной скоростью. Это приводит к возникновению значительных внутренних напряжений.

Для уменьшения хрупкости сталей после закалки, а также для снижения или полного устранения внутренних напряжений закаленные детали подвергают конечному процессу термической обработки – отпуску. В практике термообработки используют три вида отпуска – низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск заключается в нагреве закаленной детали до 150…200оС, выдержке в течение 1,0…1,5 ч и последующего медленного охлаждения (иногда вместе с печью). Твердость стали при этом практически не снижается, а прочность и вязкость повышаются. Этот вид отпуска применяют в основном для режущего и измерительного инструмента из углеродистых и низколегированных сталей, а также для деталей, прошедших поверхностную закалку и химико-термическую обработку.

Среднему отпуску подвергаются углеродистые и легированные стали, из которых изготовляют пружины, рессоры и некоторые виды штампового инструмента. Схема такого отпуска включает нагрев до 300…450оС, выдержку продолжительностью от 1…2 до 3…8 ч в зависимости от размеров детали и охлаждение, выполняемое, как правило, на воздухе.

Высокий отпуск назначают в основном для конструкционных среднеуглеродистых сталей, для которых его совмещение с закалкой дает наилучшее сочетание прочности и вязкости. Процесс отпуска включает нагрев до 500…650оС, выдержку в течение 1…8 часов в зависимости от размеров детали и последующего охлаждения на воздухе. Высокий отпуск применяется главным образом для деталей, работающих при значительных знакопеременных нагрузках (валы, оси и др.).

Дата добавления: 2015-08-05