Термообробка стали (ТО) є дуже важливою заключною операцією при виготовленні деталей і інструментів. Вона наділяє їх потрібними механічними властивостями і забезпечує нормальну роботу.
Історія
Майстри ще задовго до нашого часу застосовували найрізноманітніші методи загартовування: занурювали нагріту металеву смужку в вино, масло, в просту або підсолену воду. Згадується і такий спосіб: коваль нагрівав булатний кинджал, а потім сідав на коня і швидко мчав, охолоджуючи виріб в повітрі.
У першій половині XIX ст. види термічної обробки були недосконалими: твердий і крихкий чавун клали в посудину з льодом, пересипали його шарами цукру. Після цього нагрівали ємність протягом 20 годин, і чавун перетворювався в м`яке і ковкий залізо.
Старі методи доповнюються новими, вдосконаленими на основі наукових досліджень термічної обробки. Наприклад, бельгійські фахівці розробили технологію гарту заготовок інструментів в вакуумі.
визначення
Термічна обробка металів - сукупність строго послідовних операцій нагріву, витримки і подальшого охолодження заготовок або готових виробів за певними режимами для зміни їх структури і надання їм необхідних механічних, фізичних, хімічних та інших властивостей. Основою термообробки є перетворення у внутрішній структурі матеріалів при нагріванні і наступному охолодженні.
Види термічної обробки
Визначальними факторами, які впливають на результати ТО, є швидкість і температура нагрівання, так само як час витримки в нагрітому стані і швидкість охолодження. Залежно від температурних показників і швидкості охолодження виробів розрізняють наступні етапи термообробки:
- отжиг;
- подальша нормалізація;
- гарт і відпустку стали.
відпал
Для зниження жорсткості і підвищення в`язкості стали, досягнення хімічної і структурної однорідності, зняття внутрішніх напружень власне і проводять відпал. Процес складається з нагріву сталевих виробів вище критичних точок (за винятком рекристалізаційного відпалу) і відповідно витримки при температурі нагріву з подальшим повільним (переважно разом з піччю) охолодженням. Залежно від призначення, розрізняють наступні режими термообробки стали:
- дифузний відпал;
- повний і неповний;
- ізотермічний;
- на зернистий перліт;
- рекристалізаційного.
дифузний відпал
Також його називають гомогенізацією. Застосовують для великих сталевих виливків з метою зменшення хімічної неоднорідності (ликвации). На першому етапі нагрівають опрацьований матеріал до температур 1050-1150 ° С. Після нагріву витримують близько 10-15 год і в подальшому повільно охолоджують. Характеристики сталей при цьому поліпшуються.
повний відпал
Технологію застосовують для утворення дрібнозернистої структури сталевих виробів, виготовлених гарячим штампуванням, куванням, литтям. Стали після процедури повного відпалу стають пластичними, м`якими, без внутрішньої напруги. Внутрішня (кристалічна) структура стає однорідною, дрібнозернистою, складається з фериту і перліту. Повним відпалом сталь готують до обробки різанням і ось до чого загартовуванню. Так обробляють переважно доевтектоїдних стали.
Термообробка стали проводиться за наступним техпроцесу: вироби (заготовки) нагрівають до температур, що перевищують на 30-50 ° С так звану критичну верхню точку (в матеріалознавстві позначається як Ac3), потім повільно охолоджують. Охолодження до температури 500-550 ° С відбувається з наступною швидкістю:
- для вуглецевих сталей - 150-200 ° С в годину;
- для легованих - 50-75 ° С в годину.
неповний отжиг
Ця технологія термообробки стали застосовується для доевтектоїдних і заевтектоідних металів з метою зниження жорсткості, зняття внутрішніх напружень і отримання однорідної структури. Процедурі піддають поковки і штампування, оброблені при температурах, що не викликають значного зростання зерен.
Техпроцес: сталь нагрівають при температурі вище нижньої критичної точки (на графіках позначається як Ac1) в температурному інтервалі 740-750 ° С, витримують певний час при цій температурі, в подальшому повільно її охолоджують.
ізотермічний отжиг
Застосовують для виробів з легованих сталей при нагріванні їх на 20-30 ° С вище Ac3, витримки і швидкого охолодження до температури 630-700 ° С. Заготовки (вироби) витримуються до розпаду аустеніту, потім охолоджуються при плюсовій температурі. Після ізотермічного відпалу стали мають схожі властивості з металами, підданими повного відпалу. Термічна обробка металів за даним техпроцесу має важливу перевагу - скорочення часу обробки.
Відпал на зернистий перліт
Широко застосовується перед механічною обробкою інструментальних евтектоїдних і заевтектоідних легованих і вуглецевих сталей. Матеріал нагрівають на 25-30 ° С вище КТ і витримують заданий час. До температури 600 ° С заготовки охолоджують дуже повільно (30 ° С в годину) разом з піччю, а після охолоджують природним чином. В результаті карбіди набувають зернисту (закруглену) форму, а твердість знижується, що сприяє процесу різання металу.
рекристалізаційного отжиг
Друга назва - низький отжиг. Процес сприяє зняттю внутрішньої напруги і наклепів у виробах, виготовлених методом холодної прокатки, холодної штампування, волочіння і калібрування (листів, прутків, трубок, дроту). При цьому матеріал нагрівають до температур рекристалізації на 50-100 ° С нижче точки Ac1 (630-680 ° С), витримують, потім охолоджують природним шляхом (на повітрі). Після рекристалізаційного відпалу формується однорідна структура з невеликою твердістю.
нормалізація
Техпроцес увазі нагрівання металів вище значень Ac3 на 30-50 ° С, витримування в температурному коридорі і подальше охолодження на повітрі. Термообробка стали методом нормалізації ідеальна для формування дрібнозернистої структури, підвищення міцності і в`язкості, а також для зменшення жорсткості перед різанням і вирівнювання структури перед наступною термообробкою.
Структура нормалізованої сталі стає феритної-перлітною (низьковуглецеві сталі) і сорбітоподобной при наявності структурно-вільного фериту (середньовуглецеві і низьколегованісталі). Твердість перліту залежить від того, чи має він тонке або грубе будова. При нормалізації, коли охолодження відбувається швидше, перліт має більш тонку будову, ніж при відпалі, і високу твердість. Тому нормалізована сталь твердіше, ніж відпалений (150-300 НВ). Нормалізація гарячекатаних сталей на противагу відпалу підвищує опір виробів крихкому руйнуванню і забезпечує високу продуктивність при обробці різанням.
відпустка стали
Застосовують, щоб згладити внутрішні напруги кристалічної решітки і зменшити жорсткість металів, а також для підвищення ударної в`язкості загартованих виробів. виділяють:
- високий;
- середній;
- низький відпустку.
Високий відпустку здійснюють при температурі 500-650 ° С з плавним охолодженням. при це сталь набуває структуру сорбіту, що забезпечує усунення внутрішніх напружень. Цьому типу відпустки піддаються конструкційні, вуглецеві і леговані стали, з яких виготовляють вали, шестерні та інші. Характеристики сталей мають велику міцність, пластичність і в`язкість при їх достатній твердості.
Середній відпустку проводять при температурі 350-450 ° С, певний час витримують і охолоджують. При такій відпустці мартенсит перетворюється в троостіт, твердість сталі зменшується приблизно до 400 НВ, а в`язкість значно підвищується. Застосовують (після загартування) відпустку для обробки пружин, ресор, штампів та інших виробів, що працюють при помірних ударних навантаженнях.
Низький відпустку здійснюють в інтервалі температур 150-250 ° С, витримують і охолоджують. При цьому утворюється структура відпущеного мартенситу. Тому внутрішня напруга у виробі зменшуються, дещо підвищується в`язкість, і зникає гартівна крихкість, а твердість практично не змінюється. Застосовують для ріжучих, а також вимірювальних інструментів, які повинні бути твердими і не крихкими, мати високу зносостійкість, в тому числі для Цементовані виробів.
висновок
Термообробка стали - невід`ємний етап виробництва більшості металевих виробів. Завдяки широкому спектру впровадження нових технологічних процесів, можна отримувати матеріали з необхідними характеристиками.
