Фирменный Автосервис

 

 

Управление структурой и свойствами металлических материалов методами термической обработки

Восстановительная термообработка
Термины и их определения

Термообработка — это совокупность операций технологии теплового воздействия на материал с целью изменения его структуры и потребительских свойств в нужном направлении.

Различают несколько видов термической обработки: предварительная, окончательная, поверхностная, промежуточная, восстановительная и др.

Предварительная термообработка (отжиг, нормализация или высокий отпуск) отливок и поковок, осуществляемая с целью выравнивания химического состава (гомогенизации) по всему объему изделия, устранения дефектов типа несплошностей и трещин, а также для снижения твердости до уровня, обеспечивающего обрабатываемость резанием и холодным пластическим деформированием; предшествует окончательной термической обработке.

Окончательной термической обработкой называется термообработка, при которой создается необходимая структура материала и соответствующие потребительские свойства готового изделия. Способами окончательной термообработки являются закалка и отпуск, поверхностная закалка и химико-термическая обработка.

Поверхностная термообработка осуществляется локальным нагревом только поверхностного слоя материала.

Промежуточная термообработка осуществляется после холодного или горячего пластического деформирования перед следующим этапом холодного деформирования.

Восстановительная термообработка применяется к деталям и элементам оборудования, подвергнутым длительной эксплуатации, с целью частичной или полной регенерации (перестройки) кристаллической структуры, «залечивания» микродефектов и восстановления служебных свойств материала.

Отжигом называется термическая обработка нагревом металлических материалов (изделий) до температур, обеспечивающих диффузионное выравнивание химического состава сплава во время выдержки при заданной температуре нагрева с последующим медленным охлаждением (с печью). При отжиге обеспечивается получение равновесной (устойчивой) структуры.

Нормализация — разновидность отжига, при котором охлаждение термообрабатываемых изделий после выдержки при температуре нагрева осуществляют на спокойном воздухе с нормальной температурой (~ 20 °С).

Закалка — это способ термической обработки, заключающийся в нагреве материала до температур повышенной растворимости примесных элементов, выдержке при соответствующей температуре и охлаждении сплава со скоростью, превышающей критическую и не допускающей выделение растворенных фаз. Закалка обеспечивает получение неравновесного (неустойчивого) пересыщенного твердого раствора в микроструктуре металлического материала.

Отпуском является термическая обработка, состоящая из нагрева, выдержки и охлаждения, обеспечивающая регулируемый распад неравновесной (в результате закалки) структуры, что дает возможность получения более равновесной и заданной структуры с нужным (оптимальным) сочетанием служебных свойств. Применительно к сталям и чугунам различают три основных вида отпуска: высокий — температура нагрева 500-700 °С, средний — 300-500 °С, низкий — до 300 °С.

Методы управления структурой и потребительскими свойствами металлических материалов термической обработкой приведены в дальнейшем на примерах простых углеродистых сталей.

Предварительная термическая обработка сталей

Обычно в качестве основных способов предварительной термообработки используют отжиг или нормализацию сталей.

Отжиг конструкционных и пружинно-рессорных сталей состоит из нагрева, превышающего температуру полного структурного превращения Ас3 на 30-50 °С, а инструментальных сталей - выше на те же 30-50 °С температуры Ас1 равной 727 °С, выдержки при заданных температурах и медленного охлаждения вместе с печью (скорость охлаждения 20-30 °С/ч).

Нормализация — то же ч^о и отжиг, но охлаждение сталей происходит со скоростью примерно 3 °С/сек — на воздухе.

Температурный интервал нагрева сталей при отжиге, нормализации и закалке зависит от химического состава стали — в основном от содержания углерода.

Отжиг и нормализация являются смягчающими термическими обработками. При этом твердость сталей становится наименьшей и они легче обрабатываются резанием. После формообразующей механической обработки изделия подвергаются окончательной (заключительной) термической обработке (например, закалке и отпуску) с целью их упрочнения.

Для менее ответственных стальных изделий часто нормализация является окончательной термообработкой.

Окончательная термическая обработка углеродистых сталей

Окончательной термической обработкой завершают формирование потребительских свойств материала изделия путем изменения его структуры. Используя различные способы термической обработки сталей, осуществляют регулирование (управление) механическими и другими свойствами стальных изделий. Каждый материал имеет определенный уровень конструкционной прочности, в пределах которого возможно перераспределение прочностных и пластических свойств.

Закалкой сталей называют нагрев доэвтектоидных (конструкционных и пружинно-рессорных) сталей до температуры на 30-50 °С выше Ас3, а инструментальных сталей — на 30-50 °С выше Ас1, выдержку с последующим быстрым охлаждением (в воде, техническом масле или в специальной жидкости), чтобы не допустить превращения высокотемпературной фазы (аустенита) в перлит. При закалке происходит бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит. Мартенсит — это пересыщенный твердый раствор углерода в кристаллической решетке Fea. Он обладает наиболее высокой твердостью, прочностью и малой пластичностью.

Закаленные стали обязательно подвергают отпуску. Низкотемпературный отпуск (150-200 °С) уменьшает внутренние напряжения и способствует превращению остаточного аустенита (-5-7 %) в мартенсит. Это немного повышает твердость, прочность и пластичность сплава. Средний отпуск сталей (-400 °С) приводит к полному распаду мартенсита с образованием сверхмикроскопической механической смеси феррита и цементита, называемой трооститом. Технология термообработки, состоящая из объемной закалки и среднего отпуска, применяется в тех случаях, когда необходимо иметь наилучшие характеристики прочности и упругости (aT, E). Поэтому упругие элементы (пружины, рессоры, мембраны и т. п.) обрабатывают на структуру троостита. Высокий отпуск сталей (550-600 °С) вызывает укрупнение фаз феррита и цементита; образуется мелкодисперсная смесь феррита и цементита, называемая сорбитом. Закалка + высокий отпуск обеспечивает наилучшее сочетание прочностных и пластических характеристик сталей и, следовательно, наибольшую конструктивную прочность (работоспособность). Поэтому данный способ термообработки называют улучшением.


Продолжение


Качество и пути его обеспечения Технологичность заготовок Технологичность деталей при обработке резанием ОСНОВЫ ОТРАСЛЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Структура и свойства материалов Повышение качества металлических материалов деформационно-термической обработкой Поверхностное упрочнение металлических материалов Картеры задних мостов Факторы, влияющие на величину припуска Расчет припусков на механическую обработку 

 

Образовательный сайт Бармашовой Л.В.

Рассылки Subscribe.Ru
Современное образование
Подписаться письмом