Термическая обработка металлов — презентация на Slide-Share.ru 🎓

1

Первый слайд презентации: Термическая обработка металлов

Изображение слайда

2

Слайд 2: Сущность и назначение термической обработки

Термической обработкой сплавов системы Fe-C называют совокупность операция нагрева и охлаждения сплавов с целью изменения фазового состава и получения заданных механических свойств. Назначение термической обработки металлов – получение требуемой твердости, улучшение прочностных характеристик металлов и сплавов.

Изображение слайда

3

Слайд 3: Классификация видов термической обработки

Изображение слайда

4

Слайд 4: Особенности видов обработки

т ермическая обработка – только термическое воздействие химико-термическая – сочетание термического и химического воздействия термомеханическая – сочетание термического воздействия и пластической деформации

Изображение слайда

5

Слайд 5: Фазовые превращения в сталях при термической обработке

Для установления режимов термической обработки необходимо знать температуры, при которых в стали происходят превращения. Такие температуры называются критическими и обозначаются буквой А с индексами (например, А 1, А 2  А 3  и др.). Если рассматривается процесс нагревания, то к индексу добавляется буква «с», если охлаждение – буква «r». Определение температуры при термической обработке можно производить на основании цвета излучения нагретой стали или с использованием измерительных приборов.

Изображение слайда

6

Слайд 6: Цвета каления стали

Изображение слайда

7

Слайд 7

Главная цель нагрева стали – получение аустенитной структуры. Аустенит (по имени английского ученого Аустена ) — это твердый раствор углерода (и других элементов) в у- F е. Атомы растворенного в аустените углерода располагаются в центре элементарных ячеек решетки. До нагревания сталь имеет феррито -перлитную структуру, перлитную или перлитно- цементитную.

Изображение слайда

8

Слайд 8

Сталь нагревают до температуры, на 30-50 С выше линии GSE и выдерживают для выравнивания состава во всех зернах. Образуется мелкозернистая структура. Нагрев до более высоких температур недопустим, так как приведет к росту зерен.

Изображение слайда

9

Слайд 9

Главная цель охлаждения стали – превращение аустенита в желаемую структуру: перлит, сорбит, троосит или мартенсит. Образование этих структур зависит от скорости охлаждения (табл. 1).

Изображение слайда

10

Слайд 10

Изображение слайда

11

Слайд 11: Виды термической обработки

Отжиг — устраняет химическую неоднородность, уменьшает внутренние напряжения. Закалка – проводится для сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении, с целью повышение твердости и прочности путем образования неравновесных структур (сорбит, троостит, мартенсит). Отпуск — проводится с целью снятия внутренних напряжений, снижения твердости и увеличения пластичности и вязкости закаленных сталей

Изображение слайда

12

Слайд 12: Схема термической обработки

Любой процесс термической обработки может быть описан графиком в координатах температура — время

Изображение слайда

13

Слайд 13: Основные температурные воздействия

нагрев до аустенитного состояния, вызывающий фазовую перекристаллизацию; охлаждение с различными степенями переохлаждения, при котором происходит превращение аустенита; нагрев закаленных сталей до определенных температур, изменяющих их структуру и свойства.

Изображение слайда

14

Слайд 14: Параметры термической обработки :

Максимальная температура нагрева сплава — t max Время выдержки сплава при температуре нагрева r k Скорость нагрева V н Скорость охлаждения V о Средняя скорость нагрева V н.ср = t max / r н Средняя скорость охлаждения Vо.cp = t max / r o

Изображение слайда

15

Слайд 15: Графики различных видов термообработки

Отжиг — (1, 1а), закалка — (2, 2а), отпуск — (3), нормализация — (4)

Изображение слайда

16

Слайд 16: Графики различных видов термообработки

Изображение слайда

17

Слайд 17: Отжиг и нормализация. Назначение и режимы

Отжиг, снижая твердость и повышая пластичность и вязкость за счет получения равновесной мелкозернистой структуры, позволяет: улучшить обрабатываемость заготовок давлением и резанием; исправить структуру сварных швов, перегретой при обработке давлением и литье стали; подготовить структуру к последующей термической обработке. Характерно медленное охлаждение со скоростью 30…100 o С/ч.

Изображение слайда

18

Слайд 18: Отжиг I рода

Цель отжига – устранение отклонений от равновесного состояния, возникающих при технологических операциях. При таком отжиге не используются фазовые превращения. Получают сталь с минимальной плотностью дислокаций, низкой твердостью и высокой пластичностью. Диффузионный (гомогенизирующий) отжиг, Т Н = 0,8 Т пл (1100 -1200° С), время выдержки 8-20 часов. Применяют для уменьшения химической неоднородности, образующейся при кристаллизации стали (устранение дендритной ликвации) Рекристаллизационный отжиг применяют для снятия наклепа, созданного холодной пластической деформацией, Т Н = 0,4 Т пл (600-700 o С) Отжиг для снятия напряжений после горячей обработки применяют для уменьшения напряжений, сохранившихся после окончания литья, сварки, обработки давлением и др., Т Н = 160…… 700 o С

Изображение слайда

19

Слайд 19: Отжиг I I рода

Полный Неполный Изотермический Нормализация Эта обработка заключается в нагреве до аустенитного состояния и последующем охлаждении, обеспечивающем протекание перлитного превращения и получения феррито -карбидной структуры. В отличие от отжига I рода проходит с фазовыми превращениями.

Изображение слайда

20

Слайд 20

Изотермический отжиг вид   отжига  стали, заключающийся в нагреве изделия  до аустенитного  состояния ,  выдержке при такой  температуре, охлаждении примерно до 600 — 700 °С, новой выдержке до окончания распада  аустенита, затем  охлаждении до комнатной  температуры Нормализация – нагрев выше линии GSE на 30-50 градусов и выдержка на спокойном воздухе. Структура обладает большей прочностью.

Изображение слайда

21

Слайд 21

Изображение слайда

22

Слайд 22: Закалка

Нагрев стали до температуры выше критической, выдержка и быстрое охлаждение. Цель закалки – получение неравновесной структуры стали

Изображение слайда

23

Слайд 23: Закалка

Закаливаемость – способность стали приобретать высокую твердость при закалке. Закаливаемость определяется содержанием углерода. Стали с содержанием углерода менее 0,20 % не закаливаются. Прокаливаемость – способность получать закаленный слой с мартенситной и троосто -мартенситной структурой, обладающей высокой твердостью, на определенную глубину Критический диаметр – максимальное сечение, прокаливающееся в данном охладителе на глубину, равную радиусу изделия

Изображение слайда

24

Слайд 24

Изображение слайда

25

Слайд 25: Отпуск

Нагрев закаленной стали до температур ниже фазовых превращений с последующим охлаждением.

Изображение слайда

26

Слайд 26

Изображение слайда

27

Слайд 27: Химико-термическая обработка

При такой обработке насыщают поверхностные слои изделий одним или несколькими элементами Различают три стадии ХТО диссоциация – процесс, протекающий во внешенй среде и приводящий к выделению диффундирующего элемента в атомарном состоянии; адсорбция диффундирующего элемента поверхностью металла и растворение его в металле; диффузия элемента вглубь насыщаемого металла.

Изображение слайда

28

Слайд 28: Цементизация

Изображение слайда

29

Слайд 29: Азотирование

Изображение слайда

30

Слайд 30: Нитроцементация

Изображение слайда

31

Слайд 31: Диффузионная металлизация

Изображение слайда

32

Последний слайд презентации: Термическая обработка металлов: Термомеханическая обработка

Изображение слайда

Презентация по основам материаловедения «Термическая обработка металлов и сплавов»

Термическая обработка металлов и сплавов

Немного истории

Еще в древние времена мастера кузнецких дел использовали самые примитивные методы закалки. Для этого раскаленный кусок железа погружали в воду, масло или вино. Но время шло, и вместе с опытом развивались и способы закаливания металла.

В начале XIX века хрупкий чугун помещали в емкость со льдом и засыпали сахаром. После процесса нагревания продолжавшегося в течение 20 часов, чугун становился мягким и легко поддавался ковке.

Середина XIX века знаменательна тем, что русский изобретатель металлург Д. К. Чернов совершил выдающееся открытие. Он установил, что при смене температуры металл изменяет свои свойства. Это открытие стало началом научной металлографии.  

Термическая обработка- это

— совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счёт изменения внутреннего строения и структуры .

К основным преимуществам термообработки можно отнести :

— повышение износостойкости, а значит продление срока годности изделий из обработанного металла;

— значительное уменьшение процента бракованных изделий;

— экономия средств и ресурсов на производстве в результате повышения прочности и улучшения качественных характеристик деталей промышленного оборудования.

Термическая обработка (термообработка) приводит к существенным изменениям свойств металлов и сплавов. Химический состав металла не изменяется. Время нагрева зависит от типа печи, размеров изделий, их укладки в печи; время выдержки зависит от скорости протекания фазовых превращений.

 

• При нагреве и охлаждении стали происходят фазовые превращения, которые характеризуются температурными критическими точками.
• Принято обозначать критические точки стали буквой А. Критические точки А1 лежат на линии PSK ( 727 °С)  диаграммы железо-углерод  и соответствуют превращению перлита в аустенит.
• Критические точки А2 находятся на линии МО ( 768 °С), характеризующей магнитное превращение феррита. A3 соответствует линиям GS и SE, на которых соответственно завершается превращение феррита и цементита в аустенит при нагреве.
• Для обозначения критических точек при нагреве и охлаждении вводят дополнительные индексы: букву «с» в случае нагрева и «r» в случае охлаждения, например Ас1,  Ac3, Ar1, Ar 3.

Оборудование для термообработки

• Поточная линия для термообработки.
• Печи для термообработки

Виды термической обработки

Отжиг

Нормализация

Закалка

Отпуск

О́тжиг — это

вид термической обработки , заключающийся в нагреве на 30—50 °C выше верхней критической точки , выдержке в течение определенного времени при этой температуре и последующем, медленном, охлаждении в печи до комнатной температуры.

Цели отжига: 

• снижение  твёрдости  для облегчения механической обработки,
• улучшение микроструктуры и достижение большей однородности металла,
• снятие внутренних напряжений.

НОРМАЛИЗАЦИЯ

• Изделие нагревают до аустенитного состояния (на 30…50 градусов выше АС3), выдержка и охлаждают на спокойном воздухе.

Цели нормализации:

• сталь приобретает мелкозернистую, однородную структуру.
• Твердость, прочность стали после нормализации выше на 10-15 %, чем после отжига.

-обеспечение большей производительности и лучшего качества поверхности при обработке резанием.

Зака́лка  — это

вид термической обработки материалов, заключающийся в их нагреве выше  критической точки  (температуры изменения типа кристаллической решетки), выдержкой и последующим быстрым охлаждением в воде или масле .

ЦЕЛИ ЗАКАЛКИ:

получение стали с высокими твердостью, прочностью, износостойкостью и другими свойствами. 

При термической обработке стали возможно получение следующих структурных составляющих:

Мартенсит  представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α – железе. Различают мартенсит закалки и мартенсит отпуска. Мартенсит закалки получается непосредственно после закалки и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. При рассмотрении микроструктуры закаленной стали на темном фоне аустенита мартенсит виден в виде светлых игл.

Троостит – механическая смесь высокодисперсных частиц цементита и феррита. При закалке троостит является продуктом распада аустенита, а при отпуске – продуктом распада мартенсита. Частицы цементита в троостите неразличимы под обычным отечественным микроскопом даже при самом сильном увеличении (2000 раз).

Сорбит – механическая смесь цементита и феррита, но более грубого строения, чем троостит. Частицы цементита в сорбите крупнее, чем в троостите, и различимы под микроскопом при увеличении более 500 раз. Различают сорбит закалки и сорбит отпуска – зернистая.

Структурные составляющие.

О́тпуск  .

Для этого изделие подвергается нагреву в печи до температуры от 150—260 °C до 370—650 °C с последующим медленным остыванием на воздухе.

Цель: получение более высокой  пластичности  и снижения  хрупкости  материала при сохранении приемлемого уровня его  прочности  после закалки.

Низкотемпературный отпуск

• Проводят при температурах до 250 °C.  Закалённая сталь  сохраняет высокую износостойкость, однако такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не выдержит высоких динамических нагрузок.

Получаемая структура МОТП или МОТП + ЦII (мартенсит отпуска + цементит вторичный).

Такому отпуску подвергают режущие и измерительные инструменты из углеродистых и низколегированных сталей.

Среднетемпературный отпуск

• Проводят при температурах 350—500 °C.
• Охлаждение после отпуска проводят при температурах 400—500 °C в воде, 
• Получаемая структура – ТОТП (троостит отпуска).

Применяют, главным образом, для пружин и  рессор , а также для штампов.

Высокотемпературный отпуск

• Проводят при температурах 500—680 °C. При этом остаётся высокая прочность и  пластичность , а также максимальная вязкость.
• Структура – СОТП (сорбит отпуска).

Высокому отпуску подвергают детали, воспринимающие ударные нагрузки ( зубчатые колёса , валы).

Презентация по дисциплине материаловедение для студентов СПО и НПО «Виды термической обработки»

участок диаграммы Fe — Fe3C. В соответствии со сказанным выше и основываясь на приведенном на рис. 11 стальном участке диаграммы Fe — С видами термической обработки стали будут отжиг I и II рода; закалка, отпуск.»

ВИДЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ

Термическая обработка имеет главное значение именно для стали. Это обусловлено, с одной стороны, необыкновенно широким распространением стали как конструкционного (и инструментального) материала, а с другой стороны, ни для одного сплава термическая обработка не дает такого эффекта по изменению свойств, как для стали.

Стальной участок диаграммы Fe — Fe3C.

В соответствии со сказанным выше и основываясь на приведенном на рис. 11 стальном участке диаграммы Fe — С видами термической обработки стали будут отжиг I и II рода; закалка, отпуск.

Классификация термической обработки

Классификационная схема основных видов термической обработки.

Виды собственно термической обработки приведены ниже.

Отжиг I рода — нагрев металла, который имеет неустойчивое состояние в результате предшествовавшей обработки (кроме закалки), приводящий металл в более устойчивое состояние. Основные подвиды: гомогенизационный отжиг, рекристаллизационный отжиг, отжиг для снятия внутренних напряжений. Отжиг II рода — нагрев выше температуры превращения с последующим медленным охлаждением для получения стабильного структурного состояния сплава.

Отжиг II рода (или фазовая перекристаллизация) — нагрев выше Ас3 (или /Ас1) с последующим медленным непрерывным или ступенчатым ( (изотермическим) охлаждением. Частный случай отжига II рода — нормализация (охлаждение на спокойном воздухе).

Закалка с полиморфным превращением — нагрев выше температуры полиморфного превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно-неустойчивого состояния (в пределе — фиксирования устойчивого состояния при высокой температуре). Отпуск — нагрев закаленного (с полиморфным превращением) сплава для получения более стабильного состояния. . Отпуск — нагрев закаленной стали до температуры не выше Ас,. Закалка без полиморфного превращения — нагрев до температур, вызывающих структурные изменения (чаще всего для растворения избыточной фазы) с последующим быстрым охлаждением для получения структурно-неустойчивого состояния — пересыщенного твердого раствора).

Старение — нагрев (или длительная выдержка при комнатной температуре), вызывающий превращения в закаленном (без полиморфного превращения) сплаве и приближающий его состояние к более устойчивому. Химико-термическая обработка классифицируется по насыщающему элементу — углероду (цементация), азоту (азотирование) и т. д. Разные виды деформационно-термической обработки разделяются в зависимости от характера фазовых превращений и способа деформации, причем существенное значение имеет, до или после деформации происходит превращение (ТЛЮ и МТО соответственно), а также выше или ниже температуры рекристаллизации производилась деформация (ВТМО и НТМО соответственно).

Термообработка

Термическая обработка — самый распространенный в технике способ изменения свойств металлов и сплавов. На металлургических и машиностроительных═ заводах термическая обработка является одним из важнейших звеньев технологического процесса производства полуфабрикатов и деталей машин. Термообработку п 212i81bc 088;именяют как промежуточную операцию для придания металлу или сплаву такого комплекса механических, физических и химических свойств, который обеспечивает необходимые эксплуатационные характеристики изделия. Чем ответственней конструкция, тем, как правило, больше в ней термически обработанных деталей.

Любой процесс термической обработки деталей можно описать графиком, показывающим изменение температуры во времени. По такому графику можно определить температуру нагревания, время нагревания и охлаждения, средние и истинные═ скорости нагревания и охлаждения, время выдержки при температуре нагревания и═ общую продолжительность производственного цикла. Но по форме этого графика ничего нельзя сказать о том, с каким видом термообработки мы имеем дело. Вид термообработки определяется не характером изменения температуры во времени,═ а типом фазовых и структурных изменений в металле.

Термическая обработка подразделяется на собственно термическую, термомеханическую и химико-термическую. Собственно термическая обработка═ заключается только в термическом воздействии на металл или сплав, термомеханическая — в сочетании термического воздействия═ и пластической деформации, химико-термическая — в сочетании термического и химического воздействия.

Отжиг.

Отжиг заключается в нагревании стальных деталей до определенной температуры (обычно 750 — 900╟С в зависимости от содержания в стали углерода) и выдержке при этой температуре с последующим медленным охлаждением вместе с печью. Отжиг производится для повышения ударной вязкости стали, получения однородности структуры, улучшения обрабатываемости, а также для снятия внутренних напряжений в изделиях после различных видов обработки.

Нормализация . Нагрев стали до определенной температуры (800 — 1000╟С в зависимости от содержания углерода в стали) с выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе называется нормализацией. Нормализации подвергаются отливки и поковки для устранения в них внутренних напряжений, наклепа и повышения механических свойств стали.

Закалка . Операция термической обработки, состоящая из нагрева до определенной температуры (обычно 750 — 900╟С в зависимости от содержания углерода в стали), выдержки при этой температуре и последующего быстрого охлаждения в воде, масле, водных растворах солей и т. д., называется закалкой. При закалке повышаются прочность, твердость, износостойкость конструкционных сталей и придается режущая способность инструментальной стали. Закалка применяется для сталей с содержанием углерода не менее 0,3%.

Существуют следующие способы закалки сталей:

1. Закалка в одной среде. Эта закалка, простая по исполнению, не пригодна для любой стали или изделия, так как быстрое охлаждение изделий переменного сечения при большой разности температур способствует образованию значительных внутренних термических и структурных напряжений. Эти напряжения могут привести к короблению изделия и трещинам. В одной среде закаливаются только детали простой формы (ролики, пальцы и др.).

2. Закалка в двух средах . Применяется для инструментов из высокоуглеродистых сталей и состоит в том, что изделие сначала охлаждают в воде (до 550 — 500╟С), а затем в масле для полного охлаждения.

3. Ступенчатая закалка . Производится путем быстрого охлаждения изделия в соляной ванне с температурой 240 — 250╟С с последующим охлаждением до обычной температуры в масле или на воздухе. При такой закалке уменьшаются внутренние напряжения, а также возможность коробления и образования трещин.

4.  Изотермическая закалка . Производится так же, как и ступенчатая, но с более длительной выдержкой при температуре ванны. В═ этом случае исключается возможность образования трещин и в значительной степени уменьшается коробление.

5. Светлая закалка. Осуществляется в специальных печах с защитной средой методом ступенчатой закалки с охлаждением в расплавленной едкой щелочи. После такой закалки изделия имеют светлую поверхность и не требуется пескоструйная очистка.

6. Закалка с самоотпуском. Эта закалка состоит в том, что изделие выдерживают в охлаждающей среде не до полного охлаждения, чтобы сохранить в нем достаточное количество тепла для отпуска. Применяется для зубил, кернеров и другого инструмента, которые должны иметь высокую твердость поверхности и вязкую сердцевину.

Поверхностная закалка. Для многих деталей машин требуется, чтобы они имели высокую твердость, хорошо сопротивлялись истиранию и одновременно не были хрупкими, т. е. имели бы твердый поверхностный слой и вязкую сердцевину. Для таких деталей применяется поверхностная закалка, которая производится при нагреве т. в. ч. (токами высокой частоты), в электролите или электроконтактным методом.

Отпуск. Нагрев закаленной стали до определенной температуры, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение называются отпуском. Целью отпуска является устранение или уменьшение напряжений в стали, понижение ее твердости и повышение вязкости.

Различают следующие виды отпуска изделий:

низкий отпуск — нагрев до температуры 150 — 300╟С, выдержка и охлаждение на воздухе;

средний отпуск — производимый при температурах 300 — 500╟С и применяемый для пружин, рессор, и инструментов, которые должны иметь значительную прочность и упругость при средней твердости;

высокий отпуск — осуществляемый при температурах 500 — 600╟С, для получения наибольшей вязкости при достаточной прочности и упругости стали. Высокий отпуск применяют для изделий из конструкционных сталей, подвергающихся высоким напряжениям в случае ударных нагрузок (шатуны, шатунные болты и т. п.).

Для изменения структуры и свойств закаленного сплава его нагревают — подвергают старению или отпуску.

Сравнительно недавно было предложено термин отпуск применять только к тем сплавам, которые были подвергнуты закалке с полиморфным превращением, а термин старение — в случае закалки без полиморфного превращения.

Главным процессом при старении и отпуске большинства закаленных промышленных сплавов является распад метастабильного твердого раствора. При этом сплав переходит в более стабильное состояние, хотя обычно и далекое от истинного равновесия, для которого характерен абсолютный минимум свободной энергии.

Основные параметры старения и отпуска — температура и время выдержки. Скорости нагрева и охлаждения обычно играют подчиненную роль. Исключение составляет специфическое явление отпускной хрупкости легированных сталей при замедленном охлаждении с температуры отпуска.

Старение — это термическая обработка, при которой в сплаве, подвергнутом закалке без полиморфного превращения, главным процессом является распад пересыщенного твердого раствора.

Старение закаленных деталей проводится с целью повышения их прочности.

Старение подразделяют на естественное, происходящее при комнатной температуре, и искусственное, требующее нагрева до определенной температуры.

В зависимости от режима, структурных изменений и получаемого комплекса свойств искусственное старение можно подразделить на полное, неполное, перестаривание и стабилизирующее старение.

Полное искусственное старение проводят при такой температуре и продолжительности, которые обеспечивают достижение максимальной прочности.

Неполное искусственное старение — это старение с более короткой выдержкой или при более низкой температуре, чем полное, с целью повысить прочность при сохранении достаточной пластичности.

Перестаривание — это старение при более высокой температуре или большей выдержке, чем полное, с целью получить сочетание повышенных прочности, пластичности, коррозионной стойкости, электропроводности и других свойств.

Стабилизирующее старение — это разновидность перестаривания, целью которого является стабилизация свойств и размеров изделия.

Термомеханическая обработка (ТМО) — это термическая обработка, включающая пластическую деформацию, которая благодаря повышенной плотности дефектов влияет на формирование структуры при фазовых превращениях, происходящих во время термического воздействия. В настоящее время в промышленности используют разнообразные схемы ТМО, включающие горячую и (или) холодную пластическую деформацию, которая оказывает определяющее влияние на формирование структуры сплава при старении, при перлитных, бейнитных и мартенситных превращениях.

Химико-термическая обработка (ХТО) — это термическая обработка, сочетающая тепловое воздействие с химическим, в результате чего изменяются состав и структура в поверхностных слоях, а иногда и по всему объему изделия. Этой обработке подвергаются изделия, которые должны иметь твердую и износостойкую поверхность при сохранении вязкой сердцевины и высокого сопротивления усталости.

Для изменения химического состава изделие нагревают в активной среде. Во время выдержки изделие диффузионное обогащается элементами из внешней среды. Кроме того, химико — термическую обработку можно использовать для диффузионного удаления из изделия примесей, а в отдельных случаях и основных компонентов.

В промышленности применяют множество способов ХТО, различающихся диффундирующими элементами, типом и составом внешней среды, химизмом процессов в ней, техникой исполнения и другими признаками.

В зависимости от агрегатного состояния внешней среды, в которую помещают обрабатываемое изделие, различают ХТО в твердой, жидкой и газовой средах. Ниже, в качестве примеров, рассмотрены некоторые типовые разновидности ХТО. Эти примеры относятся, главным образом, к сталям, так как ХТО чугунов и цветных металлов и сплавов в промышленности применяют гораздо реже.

Цементация — процесс насыщения поверхностного слоя стальных изделий углеродом. Цементация осуществляется с целью получения высокой твердости на поверхности изделия при сохранении вязкой сердцевины; она способствует повышению износостойкости и предела выносливости.

Цементации подвергаются детали из низкоуглеродистых сталей (с содержанием углерода до 0,25%), работающие в условиях контактного износа и знакопеременных нагрузках (шестерни, втулки, поршневые пальцы, кулачки, колонки и т.д.)

Для цементации детали поступают после механической обработки с припуском под шлифование 0,05-0,10 мм. Участки не подлежащие цементации защищают тонким слоем меди (0,02-0,04 мм), наносимым электролитическим методом, или специальными обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле, и др. Цементация осуществляется при температурах 850-950╟С. Чем меньше углерода в стали, тем выше температура нагрева для цементации. Глубина цементации в зависимости от назначения изделия и состава обычно находится в пределах 0,5-2,0 мм. При этом изделия, уложенные в железные ящики с карбюризатором (древесный уголь и различные добавки — соли углекислого бария, кокс и др.), нагревают до 850 — 950╟С (в течение 5 — 15 ч) . Для мелких изделий применяется жидкостная цементация в расплавленных соляных ваннах. В случае газовой цементации в среде окиси углерода СО процесс сокращается в 2 — 2,5 раза. После цементации изделия закаливают обычным способом. При твердой цементации поверхностный слой содержит 0,9 — 1,2% углерода и имеет глубину 0,5 — 2 мм , в зависимости от времени выдержки в печи. При жидкостной цементации для получения науглероженного слоя глубиной 0,20 — 0,25 мм требуется выдержка 50 — 60 мин . При газовой цементации для получения цементованного слоя глубиной 1,0≈1,2 мм необходима выдержка в течение 4 -5 ч

Газовая цементация — основной процесс при массовом производстве, а цементацию в твердом карбюризаторе используют в мелкосерийном производстве. Среду, в которой проводят цементацию, называют карбюризатором.

Цементации подвергают качественные стали 08, 10, 15 и 20 и легированные стали 12ХН3А, 18ХГТ и др. Основное назначение легирования здесь — повышение прокаливаемости и, соответственно, механических свойств сердцевины изделий из цементуемой стали.

Азотированием (цетрированием) называется процесс насыщения поверхности стали азотом. Процесс осуществляется в среде аммиака при температуре 480-650╟С. При этих температурах по реакции 2NН 3 ╝ 2N ╝ 3Н 2

выделяется атомарный азот, который диффундирует в поверхностные слои детали.

Для азотирования изделия закаливают, отпускают и шлифуют, после чего при температуре 480-650╟С нагревают в течение 20 — 50 ч в закрытой печи, через которую проходит струя аммиака, насыщающая поверхность деталей азотом. После азотирования изделия медленно охлаждаются, а затем их полируют. При азотировании поверхности детали не коробятся и она сохраняет точные размеры. Азотированные детали сохраняют поверхностную твердость при нагреве до 500╟С.

Для азотирования применяют среднеуглеродистые легированные стали, содержащие С, W, М о , V, Аl . При азотировании легированных сталей азот образует с легирующими элементами устойчивые нитриды, которые придают азотированному слою высокую твердость. Твердость поверхностного слоя деталей после азотирования достигает 1100-1200НV. Типичная марка стали для азотирования 38ХМЮА.

Участки, не подлежащие азотированию, защищают тонким слоем (0,01-0,015 мм) олова, нанесенным электролитическим методом, или жидким стеклом.

Азотированием повышают твердость. Износостойкость. Предел выносливости, а также коррозионную стойкость сталей.

Некоторое применение нашло азотирование деталей из высокопрочных чугунов и титановых сплавов.

Цианированием называется процесс одновременного насыщения поверхности деталей углеродом и азотом. На состав и свойства цианированного слоя особое влияние оказывает температура процесса. Поэтому, Цианирование может быть высоко- и низкотемпературным. Высокотемпературное цианирование, применяемое для изделий из углеродистой и легированной сталей с содержанием углерода 0,3-0,4% (шестерни и различные мелкие детали), производится при температуре 780-930╟С. Низкотемпературному цианированию подвергается инструмент из быстрорежущей стали. Оно производится при температуре 500-600╟С. Различают жидкое и газовое цианирование. Газовое цианирование называется также нитроцементацией.

Жидкое цианирование производится путем нагрева изделий в течение 10 — 60 мин в цианистой ванне, представляющей собой смесь расплавленных солей. Содержание углерода в планированной поверхности колеблется от 0,5 до 0,7%, а содержание азота достигает 0,6 — 0,8%.

Повышение температуры цианирования ведет к повышению содержания углерода в слое, снижение температуры — к увеличению содержания азота.

Преимущества цианирования по сравнению с цементацией — значительно меньшая продолжительность процесса и более высокая износостойкость и коррозионная стойкость (благодаря азоту в поверхностном слое). Недостаток процесса — использование ядовитых цианистых солей. По сравнению с газовой цементацией нитроцементация имеет следующие преимущества: ниже температура процесса и, следовательно, меньше рост зерна, выше износостойкость, меньше коробление деталей.

Диффузионная металлизация — это процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали различными металлами. Она может осуществляться в твердых, жидких и газообразных средах. Поверхностное насыщение стали металлами проводится при температурах 900-1200╟С.

Алитированием называется процесс насыщения поверхности стали алюминием. В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностойкость (до 850-900╟С) и коррозионную стойкость в атмосфере и в ряде сред. Глубина алитирования в зависимости от метода и режима составляет 0,02-0,8 мм. Алитированию подвергают трубы, инструмент для литья цветных сплавов, детали газогенераторов и т.д.

Хромирование (поверхностное насыщение хромом) проводят для повышения коррозионной стойкости, кислотостойкости, окалиностойкости (до 850╟С) и т.д. Хромирование средне- и высокоуглеродистых сталей повышает твердость и износостойкость. Толщина хромированного слоя обычно не превышает 0,2 мм. Хромирование применяют для пароводяной арматуры, клапанов, вентилей, а также деталей, работающих в агрессивных средах.

Борированием называется процесс насыщения стали бором. Борирование проводят с целью повышения стойкости против абразивного износа. Толщина борированных слоев не превышает 0,3 мм, а твердость равна 1800-2000НV. Борированию подвергают втулки грязевых нефтяных насосов, штамповый инструмент и т.д.

В технических условиях по термообработке назначается интервал твердости. Этот интервал может обозначаться следующим образом: 35,5┘40,5 HRC (ИУС № 4 2000 г. [54]; s В = 1080┘1270 МПа (110-130 кг/см 2 ).

Назначается вид контроля после проведенной термообработки.

Режимы умягчающей обработки

легированных конструкционных сталей

Марка стали

30Х, 35Х, 40Х, 45Х, 50Х

Операция

Температура

нагрева в ╟ С

40ХГ, 35ХГ2

Отжиг

20ХГС

Условия

охлаждения

Отжиг

800-860

840-850

40-45 ╟ С/ч

Изотермический

отжиг

30ХГС

35ХГС

880-900

То же

40-60 ╟ С/ч

То же

860-880

Температура

изотермичес-

кой выдержки

600-680 ╟ С

20ХН

850-870

То же

Отжиг

12ХН2,12ХН3

То же

840-860

Нормализация,

отпуск

20ХН3, 30ХН3

30-40 ╟ С/ч

880-900

600-640

То же

—

—

640-650

Длительная

выдержка

200 200 Масло 49-43 180-200 480-520 220 — — — — 45-50 28-31 40Х 45Х 825-860 50Х 820-850 Масло 200-300 300-400 400-500 500-600 600-650 Масло 815-845 18ХГТ — — — — — 200-220 500-580 580-650 Масло 40ХГ 800-820 — 280-302 230-280 12ХН3А 500 860-880 54-52 52-45 45-36 36-30 30-27 Масло 30ХГСА 300 55-52 — — 180-220 Масло 780-800 35ХГСА Масло 890-910 200-250 — — Масло — 180-200 — 860-880 260 225-250 480-520 53-45 Масло — 337-390 — 200-250 640-660 50-46 — — Ё235 53-46 -«

Ориентировочные режимы термической обработки

и твёрдость легированных конструкционных сталей

Марка

стали

1

Температура

нагрева для

закалки и

нормализации

в ╟ С

Охлаждающая

среда

2

45Г2

800-840

Температура

отпуска

в ╟ С

15Х

3

780-820

Масло

20Х

4

НВ

5

300-400

Вода или

масло

780-820

35Х

НRС

То же

—

200

840-865

6

200

200

Масло

49-43

180-200

480-520

220

—

—

—

—

45-50

28-31

40Х

45Х

825-860

50Х

820-850

Масло

200-300

300-400

400-500

500-600

600-650

Масло

815-845

18ХГТ

—

—

—

—

—

200-220

500-580

580-650

Масло

40ХГ

800-820

—

280-302

230-280

12ХН3А

500

860-880

54-52

52-45

45-36

36-30

30-27

Масло

30ХГСА

300

55-52

—

—

180-220

Масло

780-800

35ХГСА

Масло

890-910

200-250

—

—

Масло

—

180-200

—

860-880

260

225-250

480-520

53-45

Масло

—

337-390

—

200-250

640-660

50-46

—

—

Ё235

53-46

—

Ориентировочный режим термической обработки и механические

свойства качественной конструкционной углеродистой стали

Марка

стали

Температура нагрева для закалки, нормализации и полного отжига в ╟ С

Охлаждающая среда

Температура

отпуска

в ╟ С

Твердость

НВ

Твердость

НRС

Углеродистые стали с нормальным содержанием марганца

Цементиемые стали

08

900-960

10

900-940

Воздух

15

890-930

Воздух

—

—

131

Воздух

137

—

—

—

143

—

20

880-920

Улучшаемые стали

25

Воздух

—

30

860-900

850-890

Вода

156

35

40

—

Вода

200-300

840-880

200-300

820-860

—

45

50

Вода

60

Вода

810-840

300-400

400-500

—

33-27

200-300

300-400

400-500

500-600

35-30

785-820

65

Вода

—

—

50-41

41-31

—

—

200-300

300-400

400-500

500-600

600-700

80

785-815

Вода,

масло

770-800

400

550-620

52-48

48-41

41-33

33-22

то же

—

—

—

—

—

321

241-207

54-50

50-41

41-33

33-24

24-15

300-400

то же

—

—

375-400

—

52-45

—

49-40

Углеродистые стали с повышенным содержанием марганца

Цементуемые стали

15Г

880-920

20Г

25Г

860-900

Воздух

Улучшаемые стали

850-890

—

то же

163

—

то же

30Г

40Г

840-880

—

197

—

197

—

820-860

50Г

Вода

—

800-840

60Г

200-220

400-500

то же

65Г

790-820

Вода,

масло

600

—

—

790-815

200

550-600

235

54-52

38-33

то же

—

то же

200-220

500-600

—

295-246

—

302-269

50

—

150-200

200-300

300-400

60-56

—

—

—

—

60-58

58-54

54-57

Вид термической

обработки

1

Обозначе-ние вида термообра-ботки

Назначение

2

Искусственное старение без предварительной закалки

Искусственное старение без предварительной закалки

Отжиг

Закалка

Закалка (сокращенная)

Закалка и кратковременное (неполное) искусственное старение

Закалка (сокращенная) и кратковременное (неполное) искусственное старение

3

Т1

Т2-1

Т2

Т4

Т4-1

Т5

Т5-1

1.     Для улучшения обрабатываемости резанием литых деталей с целью уменьшения шероховатости поверхности.

2.     Для повышения прочности.

Для уменьшения литейных остаточных напряжений при сохранении значений механических свойств на уровне литого состояния

Для уменьшения литейных остаточных напряжений, устранения наклепа, вызванного механической обработкой и повышения пластичности

Для повышения прочностных характеристик

Для повышения прочностных характеристик отливок, полученных литьем под давлением.

Для получения достаточно высоких значений прочности и пластичности.

Для получения достаточно высоких значений прочности и пластичности отливок, полученных литьем под давлением.

1

2

Закалка и полное искусственное старение

Закалка и стабилизирующее старение

Закалка и стабилизирующее старение

Т6

Т7

Т8

3

Для максимальной прочности при механическом снижении пластичности

Для получения достаточной прочности и сравнительно высокой стабильности структуры и геометрических размеров

Для получения повышенной пластичности и стабильности геометрических размеров за счет снижения прочностных характеристик, по сравнению с получаемыми при обработке по режимам Т5, Т6, Т7

ТЕПЛООБРАБОТКА -I. — скачать ppt

Презентация на тему: «ТЕПЛООБРАБОТКА -I.» — стенограмма презентации:

1 ТЕПЛООБРАБОТКА -I

2 Термическая обработка Определяется как контролируемый нагрев и охлаждение металлов с основной целью изменения их свойств (прочности, пластичности, твердости, ударной вязкости, обрабатываемости.

3 Цель термической обработки
Для снятия внутреннего напряжения Для улучшения обрабатываемости Для измельчения размера зерна Для смягчения металла Для повышения твердости Для улучшения механических свойств Для повышения стойкости к износу, нагреву и коррозии. Для повышения пластичности и вязкости. Для изменения химического состава.

4 Кто использует термическую обработку? Авиационная промышленность Автомобилестроение
Оборонный сектор Ковка Литейное производство Производство тяжелого машиностроения Порошковая металлургия

5 Этапы термообработки
Загрузка Нагрев Предварительный нагрев Замачивание и диффузия Предварительное охлаждение Очистка Предварительная стирка с коалесценцией Система дефосфатирования Распылительное ополаскивание Закалка (охлаждение) Последующая стирка Закалка Покрытие поверхности Разгрузка

6 Этапы термообработки
Требуется три основных этапа: Нагрев до определенной температуры Выдержка (выдержка) при этой температуре в течение соответствующего времени Охлаждение в соответствии с предписанным методом Диапазон температур нагрева до 24000F (1316 ° C) Время выдержки варьируется от нескольких от секунд до 3-4 дней. Охлаждение может происходить медленно в печи или быстро (закаливаться) в воду, рассол, масла, растворы полимеров, расплавленные соли, расплавленные металлы или газы. 90% металлических деталей закаливают в воде, масле, полимерах или газы

7 Процессы термообработки

8 Отжиг. Термическая обработка, при которой материал подвергается воздействию повышенной температуры в течение длительного периода времени, а затем медленно охлаждается.Когда отожженной детали дают остыть в печи, это называется термообработкой «полный отжиг».

9 Типы отжига Процесс полного отжига Отжиг
Отжиг для снятия напряжений Рекристаллизация Отжиг Сфероидальный отжиг

10 Полный отжиг Размягчение металла Снятие напряжения
Основная цель: Размягчение металла Снятие напряжения Уточнение структуры.

11

12 Температура полного отжига на ° C выше верхней критической температуры для доэвтектоидной стали. ° C выше нижней критической температуры для эвтектоидной стали. Охлаждение осуществляется в печи со скоростью 10-30 ° С в час. Для доэвтектоидной стали результирующая микроструктура представляет собой крупнозернистый перлит и феррит.

13 Для заэвтектоидных сталей температура отжига на 30-50 ° C выше нижнего критического значения.
Для гиперэвтектоидной стали результирующая микроструктура представляет собой крупнозернистый перлит и цементит. Этот процесс обеспечивает высокую пластичность и вязкость.

14 Отжиг для снятия напряжений
Отжиг для снятия напряжений или восстановительный отжиг.Температура отжига находится в диапазоне ° C. Равномерное охлаждение обязательно. Устраняет напряжения, возникающие при сварке, холодной обработке, литье, закалке, механической обработке.

15 Необходимость отжига SR Причины напряжения:
Пластическая деформация во время обработки Неравномерное охлаждение Фазовые превращения между фазами с разной плотностью. Эффект Stress War page Искажение трещин

16 Рекристаллизационный отжиг
Это процесс, при котором деформированные зерна холодно обработанного материала заменяются новыми без деформаций.Рекристаллизационный отжиг — это процесс отжига при температурах выше температуры рекристаллизации холоднодеформированного материала без фазового превращения. Температура рекристаллизации не является постоянной для материала, но зависит от объема холодной обработки, времени отжига и других факторов. Т (перекристаллизация) = 0,4 Т (плавление)

17

18 Уменьшает плотность дислокаций и преобразует удлиненные зерна в уравновешенные.
(а) после холодной обработки (б) после рекристаллизационного отжига

19 Сфероидизация преобразует пластинчатый перлит  шаровидный перлит
Пластины цементита  сфериоды цементита

20 Основные цели сфериодизации:
Для смягчения стали Повышение пластичности и вязкости Улучшает обрабатываемость и формуемость Уменьшает твердость, прочность и износостойкость.В основном концентрированные материалы Среднеуглеродистая сталь Высокоуглеродистая (инструментальная сталь) Не используется для низкоуглеродистой стали

21 год

22 Три способа сфериодизации
Продолжительный нагрев ниже критической температуры и медленное охлаждение.

23 Циклическое переключение между температурой и затем относительно медленным охлаждением.

24 Для нагрева инструмента и быстрорежущей стали в диапазоне температур 750-800 ° C, затем выдержка при этой температуре, а затем медленное охлаждение.

25

26 Нормализация Когда отожженную деталь вынимают из печи и дают ей остыть на воздухе, это называется «нормализующей» термообработкой.Основные цели: Уточнение зеренной структуры. Для снятия деформаций. Для снятия внутреннего напряжения. Для удаления дислокаций. Для улучшения механических свойств (прочности, твердости и ударной вязкости). Для улучшения обрабатываемости низкоуглеродистых сталей.

27

28 год Закалка Повышает твердость.
Термическая обработка, используемая в основном для получения мартенсита.Цель: Повысить твердость. Повысить износостойкость.

29 Этапы закалки: замачивание при нагревании  Завершение γ-охлаждения.

30 Факторы, влияющие на твердость
Содержание углерода Увеличение содержания углерода  Увеличение твердости Закалочная среда Ускорение охлаждения  Увеличение твердости. Размер образца Увеличение размера образца Уменьшение твердости.Другие факторы Геометрия Среда закалки Степень перемешивания Состояние поверхности Элементы сплава

31 год Темперирование

32

33 Закаленный мартенсит Закаленный мартенсит Сильно отпущенный мартенсит

34 Отпуск Мартенсит, образующийся в процессе закалки, преобразуется в ЗАКАЛЕННЫЙ МАРТЕНСИТ для улучшения пластичности и вязкости.Цель Улучшить пластичность. Повысить ударную вязкость. Уменьшить твердость. Устранить внутреннее напряжение (быстрое охлаждение). Придать износостойкость.

35 год Закалка Нагревается до 250–650 C и медленно охлаждается до комнатной температуры.
Это также делается для снятия внутреннего напряжения. Мартенсит (BCT)  Закаленный мартенсит BCT пересыщенный углерод TM стабильный феррит и цементит. Твердость уменьшается с увеличением времени отпуска.

36 Типы отпуска Низкая температура T 150-250˚C Сохранение твердого мартенсита
Снятие внутреннего напряжения Med TEMP T ˚C Повышает предел выносливости и предел упругости Для пружинной стали Высокая температура T C На конструкционной стали

37 ТТТ эвтектоидной стали

38 TTT

39 TTT Преобразование времени и температуры (или) изотермическое преобразование (или) S-кривая (или) C-кривая (или) Кривая Бейна.Создано три процесса: аустенизация, изотермическая термообработка, закалка, изотермическое превращение.

40 TTT 723˚-550˚C Образуется перлит.
Температура превращения снижает изменение перлита от крупного до мелкого. При быстрой закалке образуется мартенсит. 550˚C-250˚C Образуется бейнит. Бейнит  неламеллярная эвтектоидная структура.

41 год Бейнит TTT Верхний бейнит 550–350 C имеет большие стержневидные области цементита. Нижний бейнит 350 C имеет гораздо более мелкие частицы цементита.

42

43 год CCT

44 год CCT Время, необходимое для начала и окончания реакции, задерживается.
Изотермические кривые сдвинуты в сторону больших времен и меньших температур. Преобразования не происходит ниже 450˚C.

45

46

47 CCT A Крупный перлит B Мелкий перлит
C Мартенсит и перлит  Разделенное превращение D Мартенсит E Касательная к выступу CCT критическая скорость охлаждения 100% мартенсит.

48 Прокаливаемость. В железном сплаве свойство, которое определяет глубину и распределение твердости, вызванной закалкой при повышенных температурах. Прокаливаемость по сравнению с твердостью: — Твердость: функция только содержания углерода. Прокаливаемость: содержание углерода и сплава, размер зерна, размер компонента. , Quenchant и т. Д.

49

50 2.Испытание на закалку по Джомини
# Образец стали: диаметр 25 мм и длина 100 мм # Нагревание образца для испытаний до температуры аустенизации и закалка с одного конца контролируемой и стандартизированной струей воды # Возьмите образец из печи и поместите его на испытательные приспособления Джомини и наблюдайте за картиной охлаждения # Скорость охлаждения вдоль испытательного образца Джомини варьируется от примерно 225 ° C с-1 (внизу) до 2 ° C с-1 # После закалки профиль твердости измеряется при (0,16 мм ) интервалы от закаленного конца после того, как поверхность была отшлифована, чтобы устранить любые эффекты обезуглероживания (0.38мм снято с поверхности)

51 # Изменение твердости вдоль испытательной поверхности является результатом изменения микроструктуры, которое возникает из-за того, что скорость охлаждения снижается с увеличением расстояния от закаленной поверхности1e ”nd # Измерьте расстояние от закаленного конца, на котором твердость равна 54 HRc в единицах 0,16 мм

52

53 Соотношение между расстоянием Джомини и критическими диаметрами для идеальной охлаждающей среды

54

55

56 Martempering

57 год Индукционная закалка Индуцированные вихревые токи очень быстро нагревают поверхность стали и быстро сопровождаются струями воды для закалки детали.Твердый внешний слой создается с помощью мягкой сердцевины. Направляющие на токарном станке закалены индукционным способом.

58 Закалка пламенем Газовое пламя поднимает температуру внешней поверхности выше верхней критической температуры. Ядро нагревается за счет теплопроводности. Струи воды охлаждают деталь.

Обзор методов термообработки и их преимуществ

Термическая обработка — это процесс нагрева и охлаждения металлов с использованием определенных заранее определенных методов для получения желаемых свойств .Как черные, так и цветные металлы перед использованием проходят термическую обработку.

Со временем было разработано множество различных методов. Даже сегодня металлурги постоянно работают над улучшением результатов и рентабельности этих процессов.

Для этого они разрабатывают новые графики , или цикла, для производства различных марок. Каждый график относится к разной скорости нагрева, выдержки и охлаждения металла.

При тщательном соблюдении этих методов можно производить металлы различных стандартов с удивительно специфическими физическими и химическими свойствами.

Преимущества

Есть разные причины для проведения термообработки. Некоторые процедуры делают металл мягким, а другие повышают твердость. Они также могут влиять на электрическую и теплопроводность этих материалов.

Некоторые методы термообработки снимают напряжения, возникшие в более ранних процессах холодной обработки. Другие придают металлам желаемые химические свойства. Выбор идеального метода зависит от типа металла и требуемых свойств.

В некоторых случаях металлическая деталь может пройти несколько процедур термообработки.Например, некоторые суперсплавы, используемые в авиастроении, могут пройти до шести различных этапов термообработки, чтобы оптимизировать их для применения.

Этапы процесса термообработки

Проще говоря, термическая обработка — это процесс нагрева металла, выдержки его при этой температуре и последующего охлаждения. В процессе обработки металлическая деталь претерпевает изменения в своих механических свойствах. Это связано с тем, что высокая температура изменяет микроструктуру металла.И микроструктура играет важную роль в механических свойствах материала.

Окончательный результат зависит от множества различных факторов. К ним относятся время нагрева, время выдержки металлической детали при определенной температуре, скорость охлаждения, окружающие условия и т. Д. Параметры зависят от метода термообработки, типа металла и размера детали.

В ходе этого процесса свойства металла изменятся. Среди этих свойств — электрическое сопротивление, магнетизм, твердость, вязкость, пластичность, хрупкость и коррозионная стойкость.

Отопление

Детали реактивного двигателя, поступающие в печь

Как мы уже говорили, микроструктура сплавов будет изменяться в процессе термообработки. Нагрев осуществляется в соответствии с заданным термическим профилем.

Сплав может находиться в одном из трех различных состояний при нагревании. Это может быть механическая смесь, твердый раствор или их комбинация.

Механическая смесь аналогична бетонной смеси, в которой цемент связывает песок и гравий.Песок и гравий все еще видны как отдельные частицы. В случае металлических сплавов механическая смесь удерживается основным металлом.

С другой стороны, в твердом растворе все компоненты смешиваются гомогенно. Это означает, что их невозможно идентифицировать индивидуально даже под микроскопом.

Каждый штат приносит с собой разные качества. По фазовой диаграмме возможно изменение состояния путем нагрева. Однако охлаждение определяет конечный результат.Сплав может оказаться в одном из трех состояний, в зависимости только от метода.

Холдинг

Во время выдержки или выдержки металл поддерживается при достигнутой температуре. Продолжительность зависит от требований.

Например, поверхностная закалка требует только структурных изменений поверхности металла для увеличения твердости поверхности. В то же время для других методов требуются единые свойства. В этом случае период владения больше.

Время замачивания также зависит от типа материала и размера детали. Для более крупных деталей требуется больше времени, если целью является единообразие свойств. Просто требуется больше времени, чтобы сердцевина большой детали достигла необходимой температуры.

Охлаждение

После завершения стадии пропитывания металл необходимо охладить в установленном порядке. На этом этапе тоже происходят структурные изменения. Твердый раствор при охлаждении может оставаться неизменным, полностью или частично превращаться в механическую смесь, в зависимости от различных факторов.

Различные среды, такие как рассол, вода, масло или принудительный воздух, регулируют скорость охлаждения. Вышеупомянутая последовательность охлаждающих сред находится в порядке убывания эффективной скорости охлаждения. Рассол быстрее всего поглощает тепло, а воздух — медленнее всего.

В процессе охлаждения также можно использовать печи. Контролируемая среда обеспечивает высокую точность, когда необходимо медленное охлаждение.

Фазовые диаграммы

Каждый металлический сплав имеет свою фазовую диаграмму. Как уже было сказано ранее, термическая обработка проводится по этим схемам.Они показывают структурные изменения, происходящие при разных температурах и различном химическом составе.

Давайте возьмем фазовую диаграмму железо-углерод в качестве примера, так как это наиболее известная и широко используемая в университетах диаграмма.

Фазовая диаграмма железо-углерод является важным инструментом при изучении поведения различных углеродистых сталей при термообработке. По оси абсцисс показано содержание углерода в сплаве, а по оси ординат — температура.

Обратите внимание, что 2,14% углерода — это предел, при котором сталь становится чугуном,

На диаграмме показаны различные области, где металл находится в различных микросостояниях, таких как аустенит, цементит, перлит. Эти области обозначены границами A1, A2, A3 и Acm. На этих границах раздела фазовые изменения происходят при прохождении через них значения температуры или содержания углерода.

A1: Верхний предел фазы цементита / феррита.

A2: Предел, при котором железо теряет свой магнетизм.Температура, при которой металл теряет свой магнетизм, также называется температурой Кюри.

A3: граница раздела, которая отделяет фазу аустенит + феррит от γ (гамма) аустенитной фазы.

Acm: граница раздела, которая отделяет γ-аустенит от месторождения аустенит + цементит.

Фазовая диаграмма — важный инструмент для определения того, будет ли термообработка полезной или нет. Каждая структура придает конечному продукту определенные качества, и выбор термообработки зависит от этого.

Общие методы термообработки

Существует довольно много методов термообработки на выбор. Каждый из них обладает определенными качествами.

К наиболее распространенным методам термообработки относятся:

• Отжиг
• Нормализация
• Закалка
• Старение
• Снятие напряжения
• Закалка
• Науглероживание

Отжиг

При отжиге металл нагревается выше верхней критической температуры, а затем медленно охлаждается.

Отжиг проводится для смягчения металла. Это делает металл более пригодным для холодной обработки и штамповки. Он также улучшает обрабатываемость, пластичность и вязкость металла.

Отжиг также полезен для снятия напряжений в детали, вызванных предшествующими процессами холодной обработки. Имеющиеся пластические деформации устраняются во время рекристаллизации, когда температура металла пересекает верхнюю критическую температуру.

Металлы могут подвергаться множеству методов отжига, таких как рекристаллизационный отжиг, полный отжиг, частичный отжиг и окончательный отжиг.

Нормализация

Нормализация — это процесс термообработки, используемый для снятия внутренних напряжений, вызванных такими процессами, как сварка, литье или закалка.

В этом процессе металл нагревается до температуры, которая на 40 ° C выше его верхней критической температуры.

Эта температура выше, чем температура, используемая для закалки или отжига. После выдержки при этой температуре в течение определенного периода времени его охлаждают на воздухе. Нормализация создает однородный размер зерна и состав по всей детали.

Нормализованная сталь тверже и прочнее отожженной стали. Фактически, в нормализованном виде сталь прочнее, чем в любом другом состоянии. Вот почему детали, которые требуют ударной вязкости или должны выдерживать большие внешние нагрузки, почти всегда будут нормализованы.

Закалка

Закалка, наиболее распространенный из всех процессов термообработки, используется для увеличения твердости металла. В некоторых случаях затвердеть может только поверхность.

Заготовку закаляют, нагревая ее до заданной температуры, а затем быстро охлаждая, погружая в охлаждающую среду.Можно использовать масло, рассол или воду. Полученная деталь будет иметь повышенную твердость и прочность, но одновременно возрастет и хрупкость.

Цементная закалка — это процесс упрочнения, при котором упрочняется только внешний слой заготовки. Используемый процесс такой же, но поскольку тонкий внешний слой подвергается процессу, полученная в результате заготовка имеет твердый внешний слой, но более мягкую сердцевину.

Это обычное дело для валов. Твердый внешний слой защищает его от износа материала.В противном случае при установке подшипника на вал он может повредить поверхность и сместить некоторые частицы, которые ускорят процесс износа. Закаленная поверхность обеспечивает защиту от этого, а сердечник по-прежнему обладает необходимыми свойствами, чтобы выдерживать усталостные напряжения.

Индукционная закалка

Другие типы процессов закалки включают индукционную закалку, дифференциальную закалку и закалку пламенем. Однако закалка пламенем может привести к образованию зоны термического влияния, которая возникает после охлаждения детали.

Старение

График старения алюминия 6061

Старение или дисперсионное твердение — это метод термообработки, который в основном используется для повышения предела текучести ковких металлов. В ходе процесса образуются равномерно диспергированные частицы в структуре зерна металла, которые вызывают изменения в свойствах.

Осадочное твердение обычно происходит после еще одного процесса термообработки, при котором достигаются более высокие температуры. Однако старение только повышает температуру до среднего уровня и снова быстро снижает ее.

Некоторые материалы могут стареть естественным образом (при комнатной температуре), в то время как другие стареют только искусственно, то есть при повышенных температурах. Для естественно стареющих материалов может быть удобно хранить их при более низких температурах.

Снятие напряжения

Снятие напряжения особенно часто используется для деталей котлов, баллонов с воздухом, аккумуляторов и т. Д. При этом методе металл нагревается до температуры чуть ниже его нижней критической границы. Процесс охлаждения медленный и, следовательно, равномерный.

Это делается для снятия напряжений, которые возникли в деталях из-за более ранних процессов, таких как формовка, механическая обработка, прокатка или правка.

Закалка

Закалка — это процесс уменьшения избыточной твердости и, следовательно, хрупкости, возникающей в процессе закалки. Также снимаются внутренние напряжения. Прохождение этого процесса может сделать металл пригодным для многих применений, в которых требуются такие свойства.

он температуры обычно намного ниже температуры застывания. Чем выше используемая температура, тем мягче становится конечная заготовка. Скорость охлаждения не влияет на структуру металла во время отпуска, и обычно металл охлаждается на неподвижном воздухе.

Науглероживание

Науглероживание корпуса

В этом процессе термообработки металл нагревается в присутствии другого материала, который выделяет углерод при разложении.

Выделившийся углерод абсорбируется поверхностью металла. Содержание углерода на поверхности увеличивается, что делает ее более твердой, чем внутреннее ядро.

Какие металлы подходят для термической обработки?

Хотя черные металлы составляют большинство термообработанных материалов, сплавы меди, магния, алюминия, никеля, латуни и титана также могут подвергаться термообработке.

Около 80% термически обрабатываемых металлов — это стали различных марок. Черные металлы, которые можно подвергать термической обработке, включают чугун, нержавеющую сталь и различные марки инструментальной стали.

Такие процессы, как закалка, отжиг, нормализация, снятие напряжений, цементирование, азотирование и отпуск, обычно выполняются на черных металлах.

Медь и медные сплавы подвергаются таким методам термической обработки, как отжиг, старение и закалка.

Алюминий подходит для таких методов термообработки, как отжиг, термообработка в растворе, естественное и искусственное старение.Термическая обработка алюминия — это точный процесс. Объем процесса должен быть установлен, и его следует тщательно контролировать на каждом этапе для достижения желаемых характеристик.

Очевидно, не все материалы подходят для термической обработки. Точно так же не обязательно использовать каждый метод для отдельного материала. Поэтому каждый материал нужно изучать отдельно, чтобы добиться желаемого результата. Использование фазовых диаграмм и доступной информации о влиянии вышеупомянутых методов является отправной точкой.

Термическая обработка: что это такое и как работает

Что такое термическая обработка?

Хотя большинство людей не знают, что такое термическая обработка, на самом деле это важная часть производственного процесса. Это связано с тем, что термическая обработка позволяет улучшить металлическую деталь, чтобы материал лучше выдерживал износ. Термическая обработка включает нагрев металла или сплава до определенной температуры, а затем его охлаждение для упрочнения материала.

Термическая обработка может использоваться на разных этапах производственного процесса для изменения определенных свойств этого металла или сплава.Например, вы можете использовать термическую обработку, чтобы сделать его более прочным, твердым, долговечным или более пластичным, в зависимости от того, что требуется материалу для правильной работы.

Некоторые известные отрасли, в которых термическая обработка играет важную роль, включают самолеты, автомобили, оборудование, например пилы и топоры, компьютеры, космические корабли, военную и нефтегазовую промышленность.

Как работает термическая обработка?

Для достижения желаемого эффекта металл или сплав нагревают до определенной температуры, иногда до 2400 ° F, выдерживают при этой температуре в течение определенного времени, а затем охлаждают.Пока он горячий, физическая структура металла, также называемая микроструктурой, изменяется, что в конечном итоге приводит к изменению его физических свойств. Время, в течение которого металл нагревается, называется «временем выдержки». Продолжительность выдержки играет важную роль в характеристиках металла, поскольку металл, пропитанный в течение длительного времени, будет претерпевать другие изменения микроструктуры, чем металл, пропитанный. на более короткий период времени.

Процесс охлаждения после выдержки также влияет на металл.Металл можно быстро охладить, что называется закалкой, или медленно в печи, чтобы добиться желаемого результата. Комбинация температуры выдержки, времени выдержки, температуры охлаждения и продолжительности охлаждения играет роль в создании желаемых свойств металла или сплава.

Когда металл подвергается термообработке в процессе производства, также определяется, какие свойства изменяются, а некоторые металлы могут даже обрабатываться несколько раз.

Знать, при каких температурах нагревать и охлаждать металлы, а также сколько времени должен занимать каждый этап процесса для конкретного металла или сплава, чрезвычайно сложно.Из-за этого материаловеды, известные как металлурги, изучают воздействие тепла на металл и сплавы и предоставляют точную информацию о том, как правильно выполнять эти процессы. Производители полагаются на эту информацию, чтобы гарантировать, что их металлические детали будут иметь правильные свойства в конце процесса.

Некоторые распространенные формы термообработки включают:

• Закалка : Когда металл закаливается, он нагревается до такой степени, что элементы в материале превращаются в раствор.Затем дефекты конструкции преобразуются, создавая надежное решение и упрочняя металл. Это увеличивает твердость металла или сплава, делая его менее ковким.
• Отжиг : Этот процесс используется для обработки металлов, таких как медь, алюминий, серебро, сталь и латунь. Эти материалы нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре до превращения, а затем медленно сушат на воздухе. Этот процесс смягчает металл, что делает его более работоспособным и снижает вероятность его разрушения или растрескивания.
• Закалка : Некоторые материалы, такие как сплавы на основе железа, очень твердые, что делает их хрупкими. Отпуск может снизить хрупкость и упрочнить металл. В процессе отпуска металл нагревается до температуры ниже критической для уменьшения хрупкости и сохранения твердости.
• Поверхностное упрочнение : Материал закаливается снаружи, а внутренняя часть остается мягкой. Поскольку упрочнение может привести к тому, что материалы станут хрупкими, упрочнение используется для материалов, которые требуют гибкости при сохранении прочного слоя износа.
• Нормализация : Подобно отжигу, этот процесс делает сталь более вязкой и пластичной, нагревая материал до критических температур и выдерживая его при этой температуре до тех пор, пока не произойдет превращение.

Почему так важна термическая обработка?

Без термической обработки металла, особенно стали, металлические детали для всего, от самолетов до компьютеров, не работали бы должным образом или вообще могли бы вообще не существовать. В частности, детали из цветных металлов будут намного слабее.Алюминиевые и титановые сплавы, а также бронза и латунь упрочняются посредством термической обработки. Многие из этих металлов используются в производстве автомобилей, самолетов и других продуктов, в которых используются прочные металлы не только для рабочих характеристик, но и для обеспечения безопасности.

Поскольку термически обработанные металлы часто бывают прочнее, чем металлы без термической обработки, предварительная обработка металлических деталей предотвращает коррозию, которая не приведет к замене дорогих металлических деталей позже или так часто.Это заставляет машины работать более дешево и эффективно и предотвращает проблемы.

Решения от General Kinematics

General Kinematics предоставляет оптимальное оборудование для улучшения и повышения производительности процесса термообработки и других производственных процессов. При термической обработке металлов существуют различные этапы, компания General Kinematics предоставляет оборудование, предназначенное для помощи в этом процессе и повышения производительности производства.

Конвейеры

General Kinematics Вибрационный спиральный подъемник SPIRA-FLOW ™ идеально подходит для термических обработок, требующих длинного пути транспортировки, но он уплотняет его в спиральную форму, чтобы занимать меньше места.Spiral-Flow отлично подходит для производственных предприятий, которые ограничены в пространстве или хотят оптимизировать использование пространства.

General Kinematics предлагает широкий спектр дополнительных конвейеров для множества задач термообработки. Независимо от того, хотите ли вы переместить свои материалы из точки A в точку B, нагреть, охладить или что-то еще, у GK есть оборудование, необходимое для повышения производительности обработки.

Кормушки

Подача материала в требуемый процесс термообработки идеально выполняется с помощью промышленных питателей материала.Двухмассовые вибрационные питатели General Kinematics рассчитаны на работу в самых тяжелых и сложных условиях. Они оборудованы для того, чтобы выдерживать самые сложные нагрузки на материалы, чтобы ваш производственный процесс шел гладко. Питатели GK проектируются по заказу и не требуют особого обслуживания, что означает меньшее время простоя и большую производительность.

General Kinematics предлагает широкий выбор высокопроизводительного промышленного оборудования, разработанного для различных отраслей промышленности. Узнайте, что еще предлагает компания General Kinematics и как наше лучшее в отрасли оборудование может помочь вашей организации.

Термическая обработка — производственные процессы 4-5

После завершения этого раздела вы сможете:

• Правильно закалите кусок инструментальной стали и оцените свою работу.
• Правильно отпустите закаленную часть инструментальной стали и оцените свою работу.
• Опишите надлежащие процедуры термообработки других инструментальных сталей.

Для безопасной термообработки предлагаются следующие процедуры.

1. Надевайте термостойкую защитную одежду, перчатки, защитные очки и маску для лица, чтобы предотвратить воздействие горячих масел, которые могут вызвать ожоги кожи.

2. Перед розжигом печи убедитесь в наличии воздушных выключателей, вытяжных вентиляторов, автоматических запорных клапанов и других мер безопасности.

3. Убедитесь, что охлаждающей жидкости достаточно для работы. Охлаждающая жидкость будет поглощать тепло, выделяемое металлом во время охлаждения, но если охлаждающей жидкости недостаточно, металл не будет охлаждаться с оптимальной скоростью.

4. Убедитесь, что в зонах закалки достаточно вентиляции для поддержания желаемого уровня масляного тумана.

5. При розжиге печи соблюдайте инструкции производителя.

6. Во время розжига жидкой или газовой печи НЕ стойте прямо перед ней.

7. Убедитесь, что закалочное масло не загрязнено водой. Взрыв может быть результатом контакта влаги с охлаждающим маслом.

8. Перед извлечением материала из емкости для науглероживания убедитесь, что клещи не мокрые и подходят для работы.

9. Убедитесь, что в охлаждающую жидкость добавлен соответствующий фунгицид или бактериальный ингибитор.

10. Когда резервуары для закалки не используются, всегда закрывайте их.

11. Используйте негорючий абсорбент для очистки утечек и разливов масла. Это нужно сделать немедленно.

12. По возможности не допускайте попадания масла на инструменты, корзины, приспособления и рабочие места.

13. Перед перерывом и перед тем, как перейти к следующему заданию, тщательно вымойте руки.

14. При обнаружении или подозрении на кожное заболевание сообщите об этом своему инструктору и обратитесь за медицинской помощью.

15. Запрещается вдыхать пары ванны с расплавленной науглероживающей солью, потому что окись углерода является продуктом процесса науглероживания.

16. Убедитесь, что в рабочей зоне есть хорошая вентиляция.

17. Остерегайтесь загрязнения от кусков науглероженного металла.

18. Не приносите пропитанную маслом одежду или оборудование в места, где есть еда или напитки.

19. Не принимайте еду и напитки в местах, где используются или хранятся масла.

Первое, что нужно знать при термообработке стали, — это температура ее закалки. Многие стали, особенно обычные инструментальные стали, имеют хорошо установленный температурный диапазон закалки. O-1 имеет температуру застывания 1450-1500 градусов по Фаренгейту.

Чтобы начать процесс:

1.Безопасность прежде всего. Температуры термообработки очень высокие. Одевайтесь правильно для работы и поддерживайте чистоту вокруг печи, чтобы не было риска поскользнуться или споткнуться. Кроме того, предварительно нагрейте щипцы, прежде чем брать нагретую часть образца.

2. Разогрейте печь до 1200 градусов по Фаренгейту.

3. Когда температура печи достигнет 1200 градусов по Фаренгейту, поместите образец в печь. Поместите образец в центр духовки, чтобы обеспечить равномерный нагрев. Закройте и ждите.

4. После того, как образец помещен в печь, нагрейте его до 1500 градусов по Фаренгейту. По достижении этой температуры немедленно начните выдержку от 15 минут до часа (время выдержки будет сильно зависеть от толщины стали).

Таблица 1: Приблизительное время выдержки для упрочнения, отжига и нормализации стали

Толщина металла (дюймы)	Время нагрева до требуемой температуры (час)

Время выдержки — это время, в течение которого сталь выдерживается при желаемой температуре, которая в данном случае составляет 1500 градусов по Фаренгейту.

5. По истечении времени выдержки очень быстро, но осторожно извлеките образец щипцами. Поместите образец в емкость с маслом для закалки. Как можно больше перемещайте образец во время закалки.

6. После того, как образец закалился до температуры около 125 градусов по Фаренгейту, начинайте процесс отпуска. Чтобы закалить образец, его необходимо поместить в печь при температуре 375 градусов по Фаренгейту. Дайте ему впитаться в течение 2 часов, затем удалите часть образца и дайте ему остыть до комнатной температуры.Теперь образец должен иметь твердость примерно 60 RC.

Аустенизация и воздушное охлаждение:

1. Эта термообработка обычно выполняется производителем, в результате чего она называется состоянием поставки
2. Для достижения этого состояния выполняется процесс, называемый нормализацией (также называемый тепловой историей). Нормализация стали 1045 обычно состоит из следующих этапов:
   1. Аустенизация: Поместите сталь в печь при температуре 1562 ° F в диапазоне аустенита и выдержите там в течение часа, пока металл не достигнет своей равновесной температуры и соответствующей структуры твердого раствора.
   2. Охлаждение на воздухе: достаньте сталь из печи и дайте ей остыть на воздухе до комнатной температуры.

Аустенизация и охлаждение в печи (отжиг):

1. Этот процесс также называют отжигом. Во время отжига сталь претерпевает следующие изменения температуры:
   1. Аустенизация: Поместите сталь в печь при температуре 1562 ° F в диапазоне аустенита и выдержите там в течение часа, пока металл не достигнет своей равновесной температуры и соответствующей структуры твердого раствора.
   2. Furnace-Cool: медленное охлаждение стали в печи. Дайте температуре упасть с 1562 ° F до 1292 ° F в течение десяти часов.
   3. Охлаждение на воздухе: достаньте сталь из печи и дайте ей остыть на воздухе до комнатной температуры.

Аустенизация и закалка:

1. Аустенизация: Поместите сталь в печь при температуре 1562 ° F в диапазоне аустенита и выдержите там в течение часа, пока металл не достигнет своей равновесной температуры и соответствующей структуры твердого раствора.
2. Закалка: быстро выньте сталь из печи, погрузите ее в большую емкость с водой комнатной температуры и энергично перемешайте. При использовании стали 1045 в качестве закалочной среды используется вода комнатной температуры.

Закалка: быстро удалите материал из печи, погрузите его в большой резервуар с водой при температуре окружающей среды и энергично перемешайте.

Для стали 1045 закалочная среда — вода при комнатной температуре (для других сталей используются другие закалочные среды, такие как масло или рассол).

4. Аустенизация, закалка и отпуск:

1. Аустенизация: Поместите сталь в печь при температуре 1562 ° F в диапазоне аустенита и оставьте ее там в течение часа, пока металл не достигнет равновесной температуры.
2. Закалка: быстро выньте сталь из печи, погрузите ее в большую емкость с водой комнатной температуры и энергично перемешайте.
3. Характер:
   1. Доведите сталь до температуры отпуска и подержите там около 2 часов.
   2. Существует ряд различных температур отпуска. Для стали 1045 диапазон составляет от 392 до 932 ° F.
   3. Разные температуры приводят к различиям в механических свойствах.
   4. Более низкие температуры дают более высокий предел текучести, но меньшую вязкость и пластичность.
   5. Более высокие температуры дают более низкую прочность, но повышают ударную вязкость и пластичность.
4. Охлаждение на воздухе: достаньте сталь из печи и дайте ей остыть на воздухе до комнатной температуры.

Термическая обработка металлов — Сообщество производителей ювелирных изделий «Ганоксин»

Когда я впервые услышал фразу «преобразование беспорядка в порядок» во время разговора о термической обработке металлов, я, должно быть, проголодался. Мой озабоченный ум вырвал слова из контекста металлургического лексикона и применил их к моей кухне, которая переходит из беспорядочного состояния благодаря обеду моих детей в очень упорядоченное состояние, когда я готовлюсь к одному из моих частых кулинарных предприятий. .

И, подобно «термообработке» сырого нарезанного филе миньона, чтобы превратить его в восхитительный обед, термическая обработка металлов, особенно сплавов золота, может сделать их более привлекательными для работы, в данном случае за счет повышения их твердости. Эта довольно простая процедура может продлить жизнь вашим продуктам на годы без дополнительных затрат времени и средств на текущие процессы.

Фото Гэри Доусона

Я впервые открыл для себя чудеса термообработки, когда готовил презентацию по этой теме для Kraftwerks 2004, проходившей на заводе PM West / Fine Gold в г. Онтарио, Калифорния.Хотя я практически не использовал термическую обработку для закалки металла в своей мастерской, я, вероятно, отжигал металл почти каждый день в течение 30 лет работы ювелиром. Я подумал, что такого особенного в том, чтобы пойти другим путем. Ах, блаженство наивности.

Было несколько утешительно обнаружить, что я был не один, когда наблюдал за реакцией на мою презентацию в Kraftwerks. Мне нужно было не только продемонстрировать технику, но и представить свою презентацию, чтобы кто-нибудь присутствовал. Один из первых участников, еще не успевший остаться для выступления, спросил, о чем он.Когда я дал ему обзор, он сказал: «Черт возьми, я делаю украшения уже 20 с лишним лет. Я никогда не подвергался термической обработке, и у меня никогда не было никаких проблем ». Это была не атипичная реакция… и она не отличалась от моей собственной до того, как углубился в тему.

Исследование, которое я провел для презентации, открыло для меня новый мир перспективы. Я знаю, что нет таких верных, как недавно обращенные, но я искренне верю, что термообработка может быть одним из наиболее малоиспользуемых методов в производстве ювелирных изделий.Так что потерпите меня за небольшую интересную науку, а затем пожинайте награды в собственном магазине.

Что такое термическая обработка?

Термическая обработка (в данном контексте) изменяет микроструктуру металла или сплава. Это процесс, который может применяться после литья, во время или после изготовления. Поскольку механические свойства, такие как прочность, пластичность, твердость и ударная вязкость, а также химические свойства, такие как коррозионная стойкость, частично зависят от микроструктуры, термическая обработка может оказывать на них сильное влияние.

Существует множество причин для термической обработки золота, включая, помимо прочего, следующие: Для облегчения полировки, уменьшения износа и повреждений готовой поверхности, повышения прочности и повышения коррозионной стойкости. Термическую обработку также можно использовать для повышения пластичности после наклепа или для придания упругости таким компонентам, как зажимы для денег, защелки и застежки.

Как работает процесс?

В статье «Термическая обработка драгоценных металлов и их сплавов», представленной на симпозиуме в Санта-Фе в 1991 году, консультант по металлургии Марк Гримвейд из Мидлсекса, Англия, предлагает исчерпывающее научное объяснение термической обработки.Он пишет, что термическая обработка подразделяется на одну из трех категорий: гомогенизация после литья, отжиг и упрочнение старением (дисперсионное упрочнение или упорядоченное преобразование).

Поскольку гомогенизация после литья в основном используется для улучшения обрабатываемости не ювелирных сплавов, я не буду обсуждать этот процесс в этой статье. Вместо этого я сосредоточусь на двух категориях термической обработки, применимых к производству ювелирных изделий: отжиг и упрочнение при старении.

Хотя отжиг может показаться второй натурой для большинства производителей ювелирных изделий, понимание науки о процессе является необходимым строительным блоком для понимания возрастного упрочнения — процесса, который открыл мне глаза на то, какое большое значение может иметь небольшое нагревание в долговечности. моей работы.

Отжиг

Этот процесс наиболее часто используется для восстановления пластичности упрочненного металла. Его относительная близость к ювелирным мастерам может показаться бессмысленной для обсуждения; однако есть некоторые особенности, интересные факты и несколько приемов, которые могут помочь вам лучше понять процесс и его роль в термической обработке объектов для увеличения прочности и твердости.

Процесс отжига можно разделить на три основных этапа повышения температуры: восстановление, рекристаллизация и рост зерен.Процесс начинается с заготовки, закаленной в холодном состоянии. Поскольку температура изначально повышается на стадии восстановления, структура металла или его пластичность очень мало меняются, но небольшие изменения границ ячеек можно наблюдать при очень большом увеличении. Термообработка в этой температурной области может привести к снижению уровней остаточных или внутренних напряжений за счет процесса релаксации напряжений. Остаточные напряжения — это напряжения, вызванные неравномерной работой или неравномерным нагревом и охлаждением.

Говоря простыми словами, многие ювелиры выполняют процесс снятия напряжения перед выполнением традиционной калибровки, чтобы исключить «пружинящие выходы» — мой термин, означающий, когда предыдущий калибровочный шов достигает температуры текучести используемого припоя и натяжения Любая регулировка размера молотком отбрасывает старый размер по комнате. Удобно, что нагрев в этом диапазоне позволяет обнаружить любые предшествующие паяные швы.

Для достижения полного отжига температура должна быть достаточно высокой, чтобы произошла стадия рекристаллизации.На этом этапе пластичность возрастает до гораздо более высокого уровня. Клетки или кристаллиты, которые возникают там, где локализованная деформация была наибольшей, действуют как ядра и начинают расти за счет окружающего материала, давая новые, маленькие, свободные от деформации зерна. Рост этих новых зерен продолжается до тех пор, пока более волокнистая структура деформационного упрочнения не будет заменена этой новой микроструктурой.

По мере того, как зерна продолжают расти на заключительной стадии процесса отжига, пластичность достигает пика. Однако, если отжиг длится слишком долго, зерна растут за счет других.Сильный чрезмерный отжиг может привести к эффекту «апельсиновой корки» из-за чрезмерно большого роста зерен.

Факторы, которые могут влиять на этапы процесса отжига, включают состав сплава, количество холодной обработки, которой был подвергнут металл, температуру и время. При отжиге следует помнить следующее:

• По крайней мере, требуется некоторая холодная обработка, прежде чем зародышеобразование и рекристаллизация могут стать эффективными. Для чистых металлов необходима деформация около 2%.Холодная обработка увеличивает количество зародышей, что приводит к меньшему размеру рекристаллизованного зерна. Следовательно, между отжигами продуктам должно быть обеспечено уменьшение от минимум 50 до максимум 75 процентов, поскольку более мелкозернистые материалы обычно имеют лучшие механические свойства.
• Температурные изменения в большей степени влияют на рекристаллизацию, чем время. По словам Гримуэйд, на практике, если отжиг проводится в печи, рекомендуемое время обычно составляет около 30 минут. Отжиг в горелке на стенде требует немного более высоких температур, потому что время намного короче.
• Цветное золото необходимо закалить для полного отжига. Никелевое белое золото не следует закаливать напрямую, а следует либо охлаждать на стальной пластине, либо до температуры около 550 ° C / 1022 ° F, а затем закаливать.
• Сплавы с высоким содержанием палладия следует закалывать непосредственно для достижения оптимальной пластичности.
• При полном отжиге никелевого белого золота сначала снимите напряжение со сплавов путем медленного нагрева примерно до 300 ° C / 572 ° F. Снятие напряжений перед полным отжигом при температуре около 750 ° C / 1382 ° F предотвращает растрескивание при пожаре.

Теоретически отжиг в печи или печи должен давать наиболее пластичный материал, поскольку можно гораздо более эффективно контролировать время и температуру. Это может иметь место во многих производственных цехах, но с практической точки зрения я обнаружил, что отжиг в горелке иногда может быть намного более эффективным в моем цехе, в зависимости от массы отжигаемого материала.

Мой цех — это в первую очередь специализированная студия, в которой больше внимания уделяется разовым продуктам, чем поточному производству, поэтому изготовление и отжиг обычно выполняются на довольно небольших кусках материала.Небольшая масса многих объектов, по-видимому, позволяет им достаточно значительно охлаждаться между печью и охлаждающей водой, чтобы иметь значение, делая процесс менее эффективным по причинам, которые будут объяснены позже в этой статье. Однако при отжиге в горелке я могу проследить за материалом горелкой от нагревательной платформы прямо в воду для закалки и, следовательно, поддерживать температуру отжига прямо в процессе закалки.

Возрастное упрочнение

Термин «старение» часто используется взаимозаменяемо с дисперсионным упрочнением, но он также может работать как упорядоченное преобразование.Чтобы понять процесс, начните с визуализации дисперсионного твердения.

Представьте себе двухкомпонентный сплав, металл A и металл B. После плавления и последующего охлаждения до комнатной температуры сплав проходит через две различные фазы насыщения. Первый — около стадии солидуса, когда сплав только затвердевает. Именно при этой более высокой температуре металл A более растворим в металле B, и частицы обоих металлов расположены так, что их можно увидеть при увеличении, образуя большие регулярные зерна.Это состояние называется однофазным твердым раствором.

По мере того, как температура продолжает падать, в какой-то момент достигается предел твердой растворимости A в B, и вторая фаза начинает выпадать в осадок; частицы собираются как на границах зерен, так и внутри зерен первой фазы. По мере того, как температура продолжает падать до комнатной температуры, размер и количество этих частиц осадка увеличивается, при этом конечная структура состоит из относительно крупных частиц второй фазы в матрице первой фазы.

Если охлаждение прекращается (закалкой) до образования второй фазы, однофазная структура может сохраняться в виде перенасыщенного твердого вещества. Тот же эффект наблюдается, если холодно обработанный или даже полностью отожженный сплав подвергается «обработке на твердый раствор» (процесс нагрева металлического сплава до температуры чуть ниже солидуса) и закалке, оставляя сплав в его наиболее пластичном состоянии.

Если этот обработанный на раствор закаленный сплав позже нагреть до относительно низкой температуры в течение подходящего времени, может быть осуществлена ​​вторая фаза.Этот процесс известен как старение, которое приводит к увеличению прочности и твердости. Однако есть предел эффективности этого лечения, и состояние, известное как старение, может быть достигнуто, если условия старения сохраняются слишком долго.

Как я могу использовать в своем магазине закаливание старения?

Существует три системы сплавов, важных для ювелирной промышленности, которые могут быть упрочнены таким способом: стерлинговое серебро, сплавы золота / титана и тройная система золото-серебро-медь.

Серебро

пробы. Рекомендуется обрабатывать серебро в растворе при температуре от 750 ° C до 760 ° C / от 1382 ° F до 1400 ° F в течение 30 минут, немедленно охладить и выдержать в течение одного часа при 300 ° C / 572 ° F. С помощью этого процесса твердость стерлингового сплава может быть эффективно увеличена вдвое, с HV 60 в полностью отожженном состоянии до HV 120.

Единственная проблема, создаваемая этим процессом, заключается в том, что температура обработки на твердый раствор выше обычных температур пайки для стерлингового серебра, поэтому обрабатывать можно только изделия без припоя.Пайка после затвердевания стерлингового материала приведет к значительному износу материала до такой степени, что упрочняющие усилия сведутся к нулю.

Золото / титан. Сплав этой категории, особенно подходящий для упрочнения старения, — это золото 990 пробы, сплав 99 процентов Au и 1 процент Ti. Рекомендуется обработать сплав на растворе при 800 ° C / 1472 ° F, закалить и выдержать в течение одного часа при 500 ° C / 932 ° F. (Примечание: эта система требует обработки в аргоне или подходящей ванне с расплавом соли для предотвращения загрязнения Ti.)

Золото-серебро-медь.Эта тройная система является основой большинства цветного золота, используемого в ювелирной промышленности. Именно в рамках этой системы мы можем познакомиться с принципом преобразования беспорядка в порядок. Процесс, используемый для преобразования беспорядка в порядок, аналогичен процессу дисперсионного твердения, поскольку он включает обработку раствором, закалку и старение, но механизм другой.

Чтобы помочь визуализировать процесс преобразования беспорядка в порядок, нам нужно начать с рассмотрения бинарной системы Au-Cu и разницы между значениями массовых процентов и атомными процентными значениями.Например, в композиции из 18-каратного красного золота, состоящей из 75 массовых процентов Au / 25 массовых процентов Cu, существует разница в массе между двумя материалами, так что атомные проценты составляют 50 процентов Au / 50 процентов Cu. То есть каждому атому золота соответствует атом меди. Эта интуиция является следствием относительного атомного веса золота и меди. (Эти цифры недействительны для системы зеленого золота 18k Au-Ag.)

При высоких температурах равное количество атомов золота и меди случайным образом размещается в решетке твердого раствора; это известно как неупорядоченное состояние.При охлаждении ниже 410 ° C / 770 ° F атомы перестраиваются посредством диффузии в регулярно расположенный упорядоченный твердый раствор.

У этого есть две стороны. Во-первых, в тройной системе Au-Cu-Ag переход из неупорядоченного состояния в упорядоченное происходит в рамках того же процесса, что и дисперсионное упрочнение… то есть переход из неупорядоченного состояния в упорядоченное происходит, когда сплав медленно охлаждается после отжига. температура, но ее можно подавить закалкой свыше 410 ° C / 770 ° F.Упрочнение при старении в диапазоне от 150 ° C до 300 ° C / от 302 ° F до 572 ° F затем вызывает реакцию упорядочения, вызывая эффекты упрочнения как с осаждением, так и с превращением беспорядка в порядок.

Во-вторых, упорядочение обнаруживается в сплавах, имеющих относительно простые атомные отношения Au-Cu, такие как 1: 1 и 1: 3. Поэтому некоторые сплавы от 9k до 14k очень хорошо реагируют на старение.

Несколько важных моментов, которые следует помнить при старении, включают следующее:

• Медьсодержащее золото в каратах от 8 до 18 карат можно закаливать.
• Закалка после отжига выше 550 ° C / 1022 ° F для 18k и 650 ° C / 1202 ° F для цветных золотых сплавов 9-14k для получения полностью отожженного состояния.
• Обработка раствора для цветного золота ниже температуры пайки, поэтому готовые изделия можно упрочнить.
• Обработка раствора для многих сплавов ниже температуры, при которой происходит повреждение многих драгоценных камней, поэтому закрепку можно производить в отожженном состоянии перед затвердеванием, обеспечивая более надежную закрепку камня.
• Некоторые литейные сплавы (особенно содержащие цинк) могут отрицательно влиять на способность материала к старению.
• Белое золото с низким содержанием палладия затвердевает до минимальной степени.
• Обычно белое золото, содержащее большое количество палладия, может быть закалено в большей степени, чем сплавы с низким содержанием палладия, потому что они содержат больше меди.

Какое оборудование необходимо для термообработки?

Самая простая термообработка может быть достигнута с помощью не более чем горелки, но из-за необходимости относительно точного контроля температуры рекомендуется использовать печь с термопарой или термопарой.Одной относительно простой альтернативой является соляная баня, в которой композиция солей (охватывающая диапазон температур от 160 ° C до 1200 ° C / от 320 ° F до 2192 ° F) содержится в нагретом железном котле. Дополнительным преимуществом использования солевой ванны является то, что она предотвращает окисление или загрязнение титана в сплавах 990 с высоким содержанием золота. Опасности, связанные с этим методом, требуют использования защитной одежды и масок.

Кроме того, важно всегда закаливать в воде, а не в маринаде. Это особенно верно, если есть вероятность того, что сплав будет подвергнут фрезерованию или прокатке после закалки.Поскольку все сплавы имеют микропористость или микротрещины, закалка в травлении приведет к попаданию кислотного травления в металлическое тело. Прокатка выдавливает кислоту на валки мельницы, что в конечном итоге приводит к образованию кратеров, препятствующих образованию гладких измельченных продуктов.

Почему я не пробовал это раньше?

Утверждение, которое я сделал во вступительном разделе этой статьи, что термическая обработка может быть наиболее малоиспользуемым методом в отрасли, возможно, было нахальным. Возможно, эта техника используется больше, чем мне известно.В конце концов, мы, конечно, знаем, что по крайней мере некоторые дизайнеры специализированных и специализированных сплавов нажились на преимуществах закалки против старения. Некоторые скульптурные конструкции, представленные сегодня на рынке, вероятно, не работали бы без термической обработки.

При этом мой опыт как одного из новообращенных, пытающихся распространить евангелие осаждения твердости и беспорядка для преобразования порядка, заставляет меня поверить в то, что существует огромный сегмент работающих ювелиров / производителей, которым было бы полезно приблизиться к этому. техника.И хотя верно то, что некоторые металлурги посвятили всю жизнь изучению чистой науки о старении, кривая обучения практическому применению этого метода на самом деле не так уж и крута.

Имея такую ​​большую выгоду от таких небольших усилий, вы тоже можете захотеть перенести беспорядок в виде цикла порядка из своей кухни в свой магазин. Удачи!

Что такое закалка металла? | J.F. Heat Treating Inc

Существует множество процессов, используемых для нагрева металла в различных областях металлообработки.Закалка металла — одна из наиболее распространенных.

Вот некоторая информация о закалке металла и его сравнении с другими формами термообработки в Гастонии, Северная Каролина.

Что можно ожидать от закалки металла

Закалка металла используется для улучшения различных механических свойств металла, а также его твердости, как следует из названия. В результате получается более прочный и долговечный металлический предмет.

Во время процесса сплавы нагреваются до уровня, превышающего критическую температуру превращения металла, а затем быстро охлаждают, заставляя мягкий исходный материал превращаться в более твердую и прочную структуру.Эти сплавы можно охлаждать воздухом или закалкой в ​​масле, воде или других жидкостях, в зависимости от того, сколько легирующих элементов содержится в материале. Затем затвердевшие материалы обычно подвергаются отпуску или снятию напряжений, чтобы еще больше повысить их ударную вязкость.

При работе со сталью обычно необходимо использовать термическую обработку для получения лучших механических свойств, таких как повышенная прочность или твердость. Процесс закалки включает нагрев компонентов выше температуры нормализации, а затем поддержание этой температуры не менее часа на дюйм толщины.Это позволяет ему остывать со скоростью, достаточной для превращения материала в более твердую и прочную структуру.

Сталь — это сплав железа с углеродом, и некоторые стальные сплавы содержат также другие металлические элементы. Нагревание материала выше критической температуры заставляет углерод (и некоторые из этих других элементов) переходить в твердый раствор. Затем процесс закалки «замораживает» эту микроструктуру на месте. Это позволяет упростить темперирование.

Закалка и отпуск

Закалка и отпуск — это схожие процессы, которые немного отличаются от стандартной процедуры закалки металла, поэтому важно знать, в чем заключаются эти различия.

При закалке металл нагревается до определенной температуры, а затем закаливается в воде или масле, чтобы позволить ему затвердеть до оптимального уровня твердости. Закаленные детали, как правило, необходимо подвергнуть старению, отпуску или снятию напряжений, чтобы достичь желаемой ударной вязкости, твердости и стабильности.

Отпуск выполняется для повышения прочности и уменьшения хрупкости стали. Стали никогда не используются в том состоянии, в котором они находятся сразу после закалки — они также должны быть отпущены, чтобы гарантировать, что деталь будет достаточно прочной для длительного использования.Процесс включает повторный нагрев стали при более низких температурах, чтобы обеспечить выделение и сфероидизацию карабинов, обнаруженных в микроструктуре стали. В результате получается более твердый и прочный металл.

Для получения дополнительной информации о процессах, связанных с закалкой металлов, и о том, чем различные процессы обработки металлов отличаются друг от друга, мы рекомендуем вам связаться с командой J. F. Heat Treating Inc., чтобы узнать больше о термообработке в Гастонии, Северная Каролина. Мы будем рады ответить на любые ваши вопросы о нашей работе!

Обзор процесса

Это вещество повсюду.

Это ваша кухня, ваша машина, ваш дом, здания, в которых вы работаете, и мосты, по которым вы ездите.

Что это? То же, что мы использовали для создания цивилизаций тысячи лет:

Сталь.

Начиная с кузнечного дела, человечество так долго работало со сталью, что мы посвятили целые отрасли промышленности нагреву и формованию стальных смесей в соответствии с нашими потребностями. Сегодня существует бесчисленное множество способов нагрева, гибки, закалки и химического изменения стали, чтобы она соответствовала любой цели, для которой она нужна.

Здесь мы кратко обсудим, как работает термическая обработка стали и почему термическая обработка металлов так жизненно важна в нашем современном мире.

Прочтите, чтобы узнать основы процесса термообработки стали.

Почему обрабатывают сталь

Сталь — одно из самых распространенных веществ в мире, и без нее мы не смогли бы функционировать как общество.

Проще говоря, сталь — это сплав, состоящий из комбинации железа и других элементов.Существуют разные типы стали, в зависимости от того, какие другие элементы используются наряду с железом.

В целях обеспечения качества для того, чтобы сплав назывался сталью, должны присутствовать все следующие элементы:

• Алюминий
• Углерод
• Марганец
• Азот
• Кислород
• фосфор
• Кремний
• Сера

Можно добавить множество других элементов для изменения свойств стали по желанию, но перечисленные выше элементы должны присутствовать.Точное соотношение всех этих элементов влияет на твердость, долговечность, гибкость стали и т. Д.

Есть также спецификации относительно того, сколько каждого элемента может быть в стальном сплаве, прежде чем его нужно будет назвать как-то иначе.

Например, чугун — это сплав, очень похожий на сталь, который содержит более 2,1% углерода. Кованое железо похоже на сплав чугуна, но по сравнению с ним содержит очень мало углерода, что облегчает его скручивание и сгибание.

Сталь

спроектирована для конечной цели, начиная с элементов, из которых она изготовлена.Затем этот грубый металлический сплав необходимо подвергнуть термической обработке, чтобы из него можно было придать форму и нарезать конечный продукт.

Итак, как устроен процесс термообработки?

Методы нагрева и закалки

Здесь начинается самое интересное.

Сталь имеет критическую температуру, которая делает ее пластичной и начинает изменять ее химическую структуру. Сталь, нагретая выше этой температуры, переходит в так называемую аустенитную фазу.

Оттуда инженеры могут создать сталь нужной формы и нужного качества. Существует множество методов термической обработки стали, включая, помимо прочего:

• Отжиг — Нагрев, а затем медленное охлаждение стали для ее улучшения и смягчения
• Науглероживание — добавление углерода к поверхности с помощью тепла и веществ, богатых углеродом
• Цементная закалка — науглероживание и быстрое охлаждение стали, чтобы центральная часть оставалась мягкой, а остальная часть затвердевала
• Цианидное упрочнение — аналогично цементированию, но с использованием расплавленной цианидной соли для жесткого футляра вместо углерода
• Обезуглероживание — Удаление углерода из стального сплава нагреванием или окислением
• Азотирование — добавление азота к поверхности стали с помощью тепла и богатой азотом жидкости или газа
• Волочение или отпуск — повторный нагрев стали, которая уже была охлаждена до определенной температуры, для удаления твердости

Проведение нерафинированного стального сплава через различные процессы термообработки — единственный способ изготовить все готовые стальные детали, которые мы используем.Не все стальные изделия должны проходить все вышеперечисленные этапы, но вся сталь требует обработки.

Если вы начинаете ошеломлять, просто помните, что самый грубый стальной сплав проходит три основных этапа:

• Отжиг
• Закалка
• Закалка

Давайте разберемся, что означает каждое из этих значений.

Отжиг и закалка стали

Здесь многие путаются.

Сталь нагревается до температуры, превышающей критическую для процесса отжига. Высокие температуры, используемые для отжига, переводят сталь в аустенитную фазу. На этом этапе качество зерна стали изменяется.

Когда горячая сталь охлаждается и снова становится твердой, ее нельзя использовать как есть. Термообработанная сталь должна быть отпущена, прежде чем ее можно будет использовать в качестве промышленного материала. При отпуске также происходит нагрев стали, но на этот раз ниже критической температуры.

Закаленная сталь

— это способ сделать закаленную сталь менее хрупкой и изменить ее долговечность в соответствии с вашими потребностями.Для каждого проекта стали может потребоваться разный уровень нагрева для отпуска, но отпуск никогда не возвращает сталь обратно в аустенитную фазу.

Закалка (или установка) Сталь

Все еще со мной?

Закалка — это промышленный термин, обозначающий быстрое охлаждение горячей стали, чтобы снова сделать ее твердой. В зависимости от проекта горячая и ковкая сталь будет погружаться в воду или масло для охлаждения. Это возвращает сталь в твердое состояние и часто делает ее хрупкой.

Термообработанную сталь также можно оставить для охлаждения на воздухе.Но, как упоминалось выше на различных этапах термообработки, способ охлаждения стали в значительной степени влияет на качество ее конечной обработки.

Как вы, наверное, уже догадались, одна и та же сталь будет нагреваться и закаляться много раз.