Термическая обработка металлов

Термическая обработка металлов и сплавов — неотъемлемая часть процесса производства, где целью является придание необходимых физико-химических свойств материалам. Высокотемпературная обработка применяется практически ко всем металлам, будь то сталь, чугун или цветные сплавы. Однако каждая отрасль промышленности имеет свои уникальные технологии. Благодаря непрерывному совершенствованию принципов и подходов в металлургии, сегодня доступно множество методов термической обработки. Каждый год появляются новые виды сплавов, что требует разработки новых графиков, циклов высокотемпературного воздействия и улучшения технологических процессов.

Процесс охлаждения

После высокотемпературной выдержке металл подвергают охлаждению водой или воздухом. На этом этапе происходят основные структурные изменения стали или сплава. Твёрдые слои при охлаждении могут остаться неизменными или превратиться в иные механические структуры.

Скорость охлаждения можно регулировать солевыми растворами, маслом, водой, воздухом. Самым эффективным и быстрым является охлаждение растворами солей, самый щадящий и медленный режим – охлаждение воздухом. Соль быстро поглощает тепло, воздух, наоборот, снижает интенсивность теплообмена. Охлаждение с помощью воздушной среды называют естественным.

На промышленных производствах для охлаждения используют и печи. С их помощью удобно контролировать и регулировать необходимую температуру. Например, ряд сплавов требуют плавного охлаждения при температуре, превышающей температуру окружающей среды.

Методы термообработки

Сегодня существует порядка 20 методов термической обработки металлов, но к наиболее распространённым относятся:

• закаливание;
• старение;
• отжиг;
• цементирование;
• нормализация.

Они встречаются практически в каждой отрасли промышленности и производства.

При отжиге металл нагревается почти до температуры плавления, а затем медленно охлаждается в естественных условиях. Отжиг применяется, как правило, для повышения обрабатываемости и повышения мягкости. Металл становится пластичным и хорошо поддаётся «холодной» деформации. Наряду с этим повышается и ударная вязкость. Сталь может подвергаться многочисленным отжигам: полному, частичному, окончательному.

Нормализация представляет собой процесс термической обработки, снимающий внутренние напряжения. Нормализацию применяют после литься, сварки, закалки. Металл разогревается до температуры, на 40-50°С превышающей критическую. Это выше, чем при отжиге. Затем сталь выдерживается в естественное среде, образуются однородные зёрна по всей структуре. Нормализация придаёт металлу твёрдость и прочность.

Закалка является самым популярным и распространённым процессом термообработки. Она применяется для кратного повышения твёрдости металла. Для последующего охлаждения применяется солевой раствор, вода или масло. Единственный минус закалки – повышение хрупкости изделия.

Старение применяется для повышения предела текучести ковких металлов. При старении в структуре образуются диспергированные частицы, вызывающие изменение свойств. Отдельные сплавы могут стареть естественным образом, другие только при высокотемпературном воздействии. Естественно стареющие металлы часто хранят при низких температурах для ускорения процесса.

Цементирование – процесс термообработки, выполняемый в «присутствии» другого металла, выделяющего углерод при температурном воздействии. Углерод поглощается поверхностью основного сплава, в результате чего последний принимает необходимую твёрдость.

Металлы, подходящие для термообработки

В основном, термической обработке подвергают чёрные металлы. Но к ней также приспособлены медь, алюминий, латунь, магний. Основной объём термообрабатываемых металлов составляют различные марки стали. Термообработку применяют в отношении чугуна, инструментальной стали, нержавеющих сплавов.

Такие процессы, как закалку, отжиг, нормализацию и цементирование используют преимущественно в отношении чёрных металлов. Медь и сплавы цветных металлов подвергают закалке и старению. Алюминий подходит и для отжига, и для искусственного старения.

Открыть попап