Термомеханічна обробка металівявляє собою сукупність операцій деформації, нагрівання та охолодження, в результаті яких формування остаточної структури та властивостей матеріалу відбувається в умовах підвищеної густини та оптимального розподілу недосконалостей будови, створених пластичною деформацією.
Термомеханічна обробка сталі виконується головним чином за трьома схемами: високотемпературна (ВТМО), низькотемпературна (НТМО) і попередня термомеханічна обробка (ПТМО).
Основна ідея високотемпературної обробкиполягає у підборі режимів прокатки та охолодження після прокатки, що забезпечує отримання дрібного та однорідного зерна у готовому прокаті.
Низькотемпературна обробкаполягає у нагріванні сталі до 1000..Л 100 °С, швидкому охолодженні до температури метастабільного стану аустеніту (400...600 °С) та високого ступеня (до 90 % і вище) деформації при цій температурі. Після цього виконується загартування на мартенсит та відпустку при 100...400 °С. В результаті досягається значне підвищення міцності в порівнянні з ВТМО, але нижчі пластичність та ударна в'язкість. Цей спосіб застосовується практично тільки до легованих сталей.
Попередня термомеханічна обробкахарактерна простотою виконання технологічного процесу: холодна пластична деформація (підвищує щільність дислокацій), дорекристалізаційне нагрівання (забезпечує полігонізацію структури фериту), загартування та відпустку.
19. Мідь та сплави на основі міді. Маркування бронзи та латуні. Застосування сплавів на основі міді у санітарній техніці.
Мідь- тягучий в'язкий метал червоного (у зламі рожевого) кольору, в дуже тонких шарах на просвіт виглядає зеленувато-блакитним.
Властивості отриманої залежить від чистоти, а рівень вмісту домішок визначає її марку: МООк - щонайменше 99,99 % міді, МОК - 99,97 %, М1К- 99,95 %, М2к - 99,93 % міді та інших. марок після літери М (мідь) вказується умовний номер чистоти, а потім літерою спосіб та умови отримання міді: к - катодна; б - безкиснева; р - розкислена; ф - розкислена фосфором. Шкідливими домішками, що знижують механічні та технологічні властивості міді та її сплавів, є свинець, вісмут, сірка та кисень. Вміст їх у міді суворо обмежений: вісмуту - трохи більше 0,005 %, свинцю - 0,05 % тощо.
Мідь відноситься до важких кольорових металів. Щільність складає 8890 кг/м 3 температура плавлення - 1083 °С. Чиста мідь має високу електро-і теплопровідність.
Мідь має високу пластичність і відмінну оброблюваність тиском в холодному і гарячому станах, хорошими ливарними властивостями і задовільною оброблюваністю різанням. Механічні властивості міді щодо низькі: межа міцності становить 150...200 МПа, відносне подовження - 15...25 %.
Подвійні або багатокомпонентні сплави міді з цинком та іншими елементами називаються латунями.
Маркують латуні буквою Л (латунь), за якою стоять цифри, що вказують відсотковий вміст міді. Наприклад, латунь марки Л68 містить 68% міді, решта – цинк. Якщо латунь багатокомпонентна, то після букви Л ставлять умовне позначення інших елементів (А – алюміній, Ж – залізо, Н – нікель, К – кремній, Т – титан, Мц – марганець, О – олово, С – свинець, Ц – цинк та і т.д.) та цифри, що вказують їх усереднений процентний вміст у сплаві. Порядок букв і цифр у деформованих та ливарних латунях різний. У ливарних латунях середній вміст компонента сплаву вказується відразу після літери, що означає його назву.
Бронза- сплав міді з оловом, алюмінієм, свинцем та іншими елементами, серед яких цинк та нікель не є основними. Цинк і нікель можуть вводитись у бронзи лише як додаткові легуючі елементи. За хімічним складом бронзи поділяються на олов'яні до безолов'яні.
Маркують бронзи літерами Бр, далі йдуть літерні та цифрові позначення елементів, що містяться крім міді. Позначення елементів у бронзах те саме, що й під час маркування латунів. Наявність міді в марці не вказується, а її зміст визначається різницею. У марках бронз, оброблюваних тиском, назви легуючих елементів зазначені в порядку зменшення їх концентрації, а в кінці марки в тій же послідовності зазначені середні концентрації. Наприклад, бронза марки БрОЦС4-4-2,5 містить по 4% олова та цинку, 2,5% свинцю, решта - мідь. У марках ливарних бронз (ГОСТ 613 та 493) після кожного позначення легуючого елемента зазначено його зміст. Якщо склади ливарних та оброблюваних тиском бронз перекриваються, наприклад, БрА9ЖЗЛ.
20. Алюміній та сплави на основі алюмінію. Застосування сплавів на основі алюмінію у санітарній техніці.
Алюмінійє сріблясто-білим легким металом з щільністю 2,7 г/см 3 і температурою плавлення 660 °С. Характеризується високою тепло- та електропровідністю та гарною корозійною стійкістю у багатьох агресивних середовищах. Чим чистіший алюміній, тим вища його корозійна стійкість.
Залежно від вмісту домішок алюміній поділяється на групи та марки: алюміній особливої чистоти А999 - 99,999% алюмінію, високої чистоти марок: А995 - 99,995%, А99 - 99,99%, А97 - 99,97%, А95 - 9 % алюмінію, технічної чистоти із вмістом домішок ОД5...1,0 %: А85, А8, А7, А6, А5, АТ. Наприклад, марка А85 означає, що у металі міститься 99,85 % алюмінію, а марка АТ - 99 % алюмінію. Технічний алюміній, що деформується, маркують АДО і АД1. Як домішки в алюмінії можуть бути Fe, Si, Сі, Mn, Zn та ін.
За технічною ознакою всі алюмінієві сплави поділяють на 2 класи:
Ливарні та недеформовані.
Дюралюміниє найпоширенішими сплавами цієї групи, основу яких становлять алюміній, мідь та магній. Дюралюміни характеризуються поєднанням високої міцності та пластичності, добре деформуються у гарячому та холодному станах.
Силуміни- це загальна назва групи ливарних сплавів на основі алюмінію, що містять кремній (4...13%, а в деяких марках до 23%) та деякі інші елементи. Силуміни мають високі ливарні властивості, досить високу міцність, підвищену корозійну стійкість, добре обробляються різанням.
Ступінь впливу рідкометалевого середовища на деформований матеріал залежить від його термічної та термомеханічної обробки. Значною мірою цей вплив визначається рівнем міцності та розміром зерна, які набувають матеріали в результаті обробки. Але дія термічної та термомеханічної обробки пов'язана також з деякими особливостями структурного стану матеріалу.В. Г. Марков досліджував ефект впливу рідкого олова на перлітні хромомолібденованадієві сталі, піддані відпустці при різних температурах. Загартування у всіх випадках проводили з 990° С, а відпустка - при 270, 370, 470, 570, 670 і 770° С; тривалість відпустки при кожній температурі становила 1,5 год. Із заготовок сталей, що пройшли зазначені режими термічної обробки, виготовляли зразки з робочою циліндричною частиною діаметром 6 мм, які потім випробовували на розтяг зі швидкістю 1,25 мм/хв. Випробування зразків проводили у ванні з рідким оловом та на повітрі при температурі 250/650° С.
Встановлено, що найбільшому впливу рідкого металу піддається сталь після низької та середньої відпустки (при температурі 270/470 ° С). Зразки, що пройшли таку термічну обробку, руйнуються тендітно, без пластичної деформації, межа їхньої міцності в 1,5-2 рази нижча, ніж межа плинності на повітрі. Зразки, відпущені при 570°, руйнуються в олові ніде деякої пластичної деформації, діаграма їх розтягування обривається в області рівномірного деформування. Відпустка при 670° приводить до подальшого ослаблення впливу олова на сталь. У цьому випадку межі плинності, межа міцності та рівномірне подовження зразків, випробуваних на повітрі та в олові, однакові; вплив рідкого металу виражається лише зниження зосередженого подовження. Зразки, що пройшли відпустку при 770° С, не виявили жодного впливу рідкометалевого середовища.
Таким чином, підвищення температури відпустки призводить до зменшення впливу рідкого металу на механічні властивості перлітної сталі. Основна причина ослаблення ефекту обумовлена в даному випадку, мабуть, зниженням міцності сталі. Так, межа міцності повітря змінюється безперервно приблизно з 130 кг/mm2 після відпустки при 270° З до 55 кг/мм2 після відпустки при 670° З.
Аналогічні закономірності впливу термічної обробки стали 30ХГСА на величину ефекту впливу рідкого олова та олов'яно-свинцевого припою встановлені на роботах, результати їх розглянуті вище (див. табл. 35). В роботі зазначено, що високотемпературна відпустка перлітних хромонікелевих та вуглецевих сталей зменшує їхню чутливість до впливу розплавлених припоїв.
Автори роботи досліджували вплив ртуті за кімнатної температури на механічні властивості дисперсійно-твердіючих алюмінієвих сплавів залежно від тривалості старіння. На рис. 88 наведено результати випробувань алюмінієвого сплаву, легованого 4,5% Cu, 0,6% Mn та 1,5% Mg. Видно, що збільшення тривалості старіння сплаву, що супроводжується зміцненням повітря, призводить до різкого падіння його міцності серед рідкої ртуті. Цікаво, що вже незначне зміцнення сплаву на початку старіння викликає сильний вплив рідкого металу. Це вказує на залежність впливу рідкометалевого середовища від структурного стану матеріалу.
Дещо інший характер впливу рідкого металу (ртуть з 2% Na) спостерігався при старінні сплаву Cu - 2% Be. З рис. 89 слід, що випробування сплаву в рідкому металі не викликає спотворення (в якісному відношенні) характеру впливу старіння на його межу плинності. У цьому випадку спостерігаються звичайні стадії зміцнення і потім зміцнення (при збільшенні витримки), пов'язаного з перестарінням сплаву. Що ж до впливу рідкого металу на відносне подовження матеріалу, воно було подібно впливу на міцність, встановленому в роботі, тобто ефект впливу середовища, що виразився в зниженні відносного подовження, посилюється в міру зміцнення сплаву і має найбільшу величину при максимальному зміцненні. Перестаріння сплаву призводить до зменшення захищеної дії рідкометалевого покриття.
На рис. 89 наводяться також результати випробування мідно-берилієвого сплаву, підданого наклеп після загартування. Така обробка сприяє ще більшому зміцненню сплаву при старінні, зменшення відносного подовження виражено набагато слабше. Наприклад, найбільше зменшення подовження після загартування та наклепу становило близько 60%, тоді як після одного загартування було близько 100%.
Застосування наклепу після термічної обробки сплаву, як показано в роботах, зазвичай не викликає зміни у ступені впливу рідкого металу. Так, наклеп мідно-берилієвого сплаву після загартування та старіння при 370° С протягом 0,5 і 12 год, тобто до піку зміцнення і за ним (див. рис. 89), не призводить ні до посилення, ні до ослаблення впливу рідкометалевого середовища. Сплав, що зазнав максимального зміцнення при термічній обробці (загартування і старіння при 370° протягом 1 год), виявив посилення впливу середовища зі збільшенням ступеня наклепу.
Термомеханічна обробка матеріалу у ряді випадків дає можливість підвищити його міцність у рідкометалевому середовищі. У роботах досліджувався вплив термомеханічної обробки на механічні властивості сталі 40Х на повітрі та в контакті з евтектикою Pb-Sn. Випробовували циліндричні зразки діаметром 10 мм із круговим надрізом. Обробку матеріалу виробляли області концентратора напруги. Зразок встановлювали на спеціальному верстаті та нагрівали пропусканням через нього електричного струму до температури аустенітизації; потім його охолоджували до температури 400/600°, при якій проводили обкатку концентратора профільними роликами. Початкова глибина надрізу, що наноситься на токарному верстаті, становила 1 мм, радіус у вершини – 0,2 мм, кут – 0,8 рад. Обкатування роликами глибина надрізу збільшувалася до 1,5 мм, радіус залишався незмінним. Після обкатки зразок піддавали гартуванню в олії з подальшою відпусткою. Крім термомеханічної обробки з обкатуванням роликами застосовували ще обробку з деформацією зразка крученням. Оцінювали також вплив наклепу при кімнатній температурі на ефект впливу рідкого металу на сталь після загартування та нормалізації.
З наведених на рис. 90 діаграм розтягування видно, що при температурі 400 і 500° З зразки, що пройшли загартування, руйнуються під дією рідкого металу пружної області, відчуваючи багаторазове зниження міцності. Деяке підвищення міцності досягається наклепом зразків, обкатування роликами при кімнатній температурі і термомеханічною обробкою за допомогою кручення. До найбільшого підвищення міцності призводить термомеханічна обробка з використанням обкатки зразків роликами. Однак хоча при випробуванні на повітрі така обробка дає різке підвищення пластичності зразків, при випробуванні зразки в розплаві руйнуються тендітно. Слід помститися, що спосіб термомеханічної обробки, що виявився ефективним для сталі 40Х, не дав позитивного результату сталі 2X13 ні при випробуванні на повітрі, ні в розплаві евтектики Pb-Sn. Ступінь впливу рідкого металу в цьому випадку була приблизно така ж, як і після загартування та відпустки, що повідомляють стали той самий рівень міцності та пластичності.
Наведені вище дані показують, що підвищення міцності матеріалу в результаті термічної або термомеханічної обробки, як правило, призводить до посилення впливу рідкого металу. Ефект зміцнення сталі 40Х в евтектиці Pb-Bi після обкатки концентратора напруги роликами пов'язаний, очевидно, в основному з появою в поверхневому шарі зразка напруг, що стискають, так як термомеханічна обробка за таким же режимом, але з деформацією зразка крученням не призводить до аналогічних результатів. Структурний чинник надає, очевидно, впливом геть ступінь впливу жидкометалического середовища у разі випробування дисперсійно-зміцнених сплавів. Слід очікувати посилення впливу середовища на ці сплави, тому що в них можлива поява значних концентрацій напруги в районі дрібнодисперсних виділень, що є серйозними перешкодами на шляху руху дислокацій.
02.01.2020
До пристроїв гірничо-збагачувальної галузі відносять валкові дрорбілки. У Великобританії 1908 року було сконструйовано першу таку машину. У крайндерському руднику...
02.01.2020
Нормальне функціонування сучасного офісу складно уявити без відповідних меблів. Сюди відносяться робочі столи, крісла, стільці, різноманітні полиці та...
02.01.2020
Пінобетон – це рідка бетонна суміш, яка в процесі застигає та розрізається на форми необхідні за проектом. Пінобетон виготовляється із суміші цементу, піску,...
30.12.2019
Новомодні методи комунікації впливають рівень дозвілля сучасних людей. Сьогодні азартні користувачі хочуть відірватися на всю котушку.
30.12.2019
У сучасному будівництві пальовий фундамент використовується широко. Звертаються до нього під час зведення і приватних будівель, і великих об'єктів нерухомості, включаючи торгові...
30.12.2019
Інтернет відкриває масу можливостей любителям ризику та азарту. Ігрові автомати є найпопулярнішим видом азартних розваг.
29.12.2019
Корпусні меблі сьогодні є найбільш популярним варіантом серед усіх існуючих. Особливість меблів такого типу - вони виготовляються з дерев'яних плит,...
Термомеханічна обробка включає пластичну деформацію, яка впливає на формування структури під час термічного впливу на метал. Пластична деформація змінює характер розподілу та збільшує щільність дефектів кристалічних ґрат, що у свою чергу сильно впливає на характер формування структури при фазових перетвореннях. Таким чином, після ТМО у сплаві утворюється структура з підвищеною щільністю дефектів кристалічної будови, що веде до одержання нових механічних властивостей.
Для сталі застосовують в основному два види термомеханічної обробки низькотемпературну та високотемпературну.
При НТМО переохолоджений аустеніт деформується в області його підвищеної стійкості, але обов'язково нижче за температуру початку рекристалізації. Після цього він перетворюється на мартенсит (рис. 53). Як остаточну термообробку проводять низьку відпустку.
Причина зміцнення сталі при НТМО – успадкування мартенситом дислокаційної структури деформованого аустеніту. Дислокації при освіті мартенситу не зникають, а передаються від початкової фази нової, тобто. мартенсит успадковує субструктуру деформованого аустеніту. Висока щільність дислокацій, закріплених атомами вуглецю та включеннями карбідів, зумовлює отримання високої міцності з прийнятним рівнем пластичності.
Мал. 53 Схема низькотемпературної (НТМО)
термомеханічної обробки сталі
НТМО застосовується тільки для легованих сталей, які мають достатній рівень стійкості переохолодженого аустеніту. Крім того, для проведення НТМО потрібна наявність потужного деформуючого обладнання.
При ВТМО аустеніт деформують в області високотемпературної стійкості, а потім проводять загартування на мартенсит (рис.54). Після загартування слідує низька відпустка.
Мал. 54 Схема високотемпературної (ВТМО)
термомеханічної обробки сталі.
Режим ВТМО вибирають так, щоб на початок мартенситного перетворення аустеніт мав розвинену полігонізовану структуру. Ступінь деформації не повинен бути занадто великим, щоб не викликати рекристалізації знижує зміцнення. Після закінчення деформування необхідне негайне загартування, щоб запобігти статичної рекристалізації і зберегти деформовану структуру до початку мартенситного перетворення. Мартенситні кристали не виходять за межі субзерен аустеніту, що зумовлює їх значне подрібнення та отримання високого комплексу властивостей.
Найважливіша перевага ВТМО – здатність одночасно підвищувати показники міцності, і в'язкість руйнування. Крім того, для проведення ВТМО не потрібне потужне спеціалізоване обладнання.
6.Хіміко-термічна обробка сталі
6.1. Загальна характеристика хіміко-термічної обробки сталі
Хіміко-термічною обробкою (ХТО) називають поверхневе насичення стали деякими хімічними елементами, а саме неметалами та металами (наприклад, вуглецем, азотом, алюмінієм, хромом та ін.) шляхом їхньої дифузії в атомарному стані із зовнішнього середовища при високій температурі. У ході даних процесів обов'язково змінюється хімічний склад, мікроструктура та властивості поверхневих шарів виробів. При ХТО оброблювані деталі нагрівають у будь-яких хімічно активних середовищах. Основні параметри обробки - температура нагріву та тривалість витримки. ХТО зазвичай здійснюється за тривалий час. Температуру процесу вибирають для кожного виду обробки.
Першорядними процесами будь-якого виду ХТО є дисоціація, абсорбція та дифузія.
Дисоціація – розкладання хімічної сполуки для отримання хімічних елементів у більш активному, атомарному стані. Абсорбція – поглинання поверхнею деталі атомів вказаних неметалів. Дифузія - переміщення абсорбованого елемента углиб виробу. Швидкості всіх трьох процесів обов'язково мають узгоджуватись один з одним. Для абсорбції і дифузії необхідно, щоб елемент, що насичує, взаємодіяв з основним металом з утворенням або твердого розчину, або хімічної сполуки, так як при відсутності цього хіміко-термічна обробка неможлива.
Основними видами хіміко-термічної обробки стали цементація, азотування, нітроцементація, ціанування та дифузійна металізація.
Швидкість дифузії атомів у решітку заліза неоднакова і залежить від складу і будови фаз, що утворюються. При насиченні вуглецем або азотом, що складають із залізом тверді розчини впровадження, дифузія протікає швидше, ніж при насиченні металами, що утворюють тверді розчини заміщення. Тому в даному випадку використовують більш високі температури і тривалий час обробки, але, незважаючи на це, отримують меншу товщину шару, ніж при азотуванні і особливо навуглерожуванні.
При визначенні товщини дифузійного шару, отриманого при насиченні стали тим чи іншим елементом, зазвичай вказується не повна його величина зі зміненим складом, а лише глибина певної твердості або структури (ефективна товщина).
На відміну від власне термічної хіміко-термічної та термомеханічної обробки, крім теплового впливу, включають відповідно хімічний та деформаційний вплив на метал. Це ускладнює загальну картину зміни структури та властивостей при термічній обробці.
Обладнання для проведення хіміко-термічної та термомеханічної обробки, як правило, складніше, ніж при власне термічній обробці. Крім звичайних нагрівальних пристроїв, воно включає, наприклад, установки для створення контрольованої атмосфери обладнання для пластичної деформації.
Нижче розглянуто загальні закономірності зміни структури та властивостей при хіміко-термічній та термомеханічній обробках та їх різновиді.
«Теорія термічної обробки металів»,
І.І.Новіков
При ВТМО аустеніт деформують в області термодинамічної стабільності і потім проводять загартування на мартенсит (дивіться малюнок Схема обробки легованої сталі). Після загартування проводять низьку відпустку. Основна мета звичайної термообробки з деформаційного (прокатного кувального) нагріву - виключити спеціальне нагрівання під загартування і завдяки цьому отримати економічний ефект. Головна мета ВТМО — підвищення механічних властивостей…
Великий інтерес представляє виявлене М. Л. Бернштейном явище успадкування (зворотності) зміцнення від ВТМО при повторній термічній обробці. Виявилося, що зміцнення від ВТМО зберігається, якщо сталь перезагартувати з короткочасною витримкою при температурі нагрівання під загартування або якщо зміцнену ВТМО сталь спочатку піддати високій відпустці, а потім перезагартувати. Наприклад, межа міцності стали 37XH3A після ВТМО за режимом...
Процеси ТМО сталей почали інтенсивно вивчати з середини 50-х у зв'язку з пошуком нових шляхів підвищення конструктивної міцності. Низькотемпературна термомеханічна обробка (НТМО) При НТМО переохолоджений аустеніт деформується в області його підвищеної стійкості, але обов'язково нижче температури початку рекристалізації і потім (перетворюється на мартенсит. Після цього проводять низьку відпустку (на малюнку не показаний).
Застосування ВТМО обмежують такі фактори. Сплав може відрізнятися настільки вузьким інтервалом температур нагріву під загартування, що підтримувати температуру гарячої обробки тиском у таких вузьких межах практично неможливо (наприклад, у межах ± 5 °С для дуралюміну Д16). Оптимальний температурний інтервал гарячої деформації може бути значно нижчим за інтервал температур нагріву під загартування. Наприклад, при пресуванні алюмінієвих сплавів...
Сутність ПТМО полягає в тому, що напівфабрикат, отриманий після гарячої деформації в нерекристалізованому стані, зберігає нерекристалізовану структуру і при нагріванні під загартування. ПТМО відрізняється від ВТМО тим, що операції гарячої деформації та нагрівання під загартування розділені (дивіться малюнок Схеми термомеханічної обробки старіючих сплавів). ПТМО широко застосовують у технології виробництва напівфабрикатів із алюмінієвих сплавів. Давно було…
При ВТМО проводять гарячу деформацію, загартування з деформаційного нагрівання та старіння (дивіться малюнок Схеми термомеханічної обробки старіючих сплавів). При гарячій деформації підвищується щільність дислокацій і виникає гаряча наклеп, яка в процесі самої деформації може частково або повністю зніматися внаслідок розвитку динамічної полігонізації та динамічної рекристалізації. Крива напруга — деформація має ділянку підйому напруги течії,…
На малюнку наведено основні схеми ТМО старіючих сплавів. Зубчастими лініями позначено пластичну деформацію. Схеми термомеханічної обробки старіючих сплавів Низькотемпературна термомеханічна обробка (НТМО) НТМО старіючих сплавів - це перша за часом появи (30-ті роки) і найбільш широко використовується в промисловості термомеханічна обробка. Основне призначення НТМО - підвищення властивостей міцності. При НТМО сплав спочатку піддають звичайним загартуванням,…
Розглянемо спочатку вплив холодної деформації на зонне старіння. Здавалося б, що деформація, збільшуючи щільність дислокацій та концентрацію вакансій, має прискорювати зонне старіння. Але, по-перше, зони зароджуються гомогенно, а не дислокаціях і, по-друге, дислокації є ефективними місцями стоку вакансій. Дуже сильна пластична деформація підвищує концентрацію вакансій (ставлення числа вакансій до атомів) всього на 10—6,…
Ефективність застосування НТМО визначається тим, яка фаза-зміцнювач виділяється при старінні. Так, наприклад, додаткове зміцнення від введення деформації перед штучним старінням у сплавів Al - Cu - Mg (зміцнювач - фаза S) більше, ніж у сплавів Al - Cu (зміцнювач - фаза θ '). При нагріванні під старіння після холодної деформації рекристалізація, як правило, не протікає, а…
Щоб змінити технічні характеристики металу, можна створити метал на його основі та додати до нього інші компоненти. Однак існує ще один спосіб зміни параметрів металевого виробу – термообробка металу. З її допомогою можна впливати на структуру матеріалу та змінювати його характеристики.
Термічна обробка металу - це низка процесів, які дозволяють зняти з деталі залишкову напругу, змінити внутрішню структуру матеріалу, підвищити експлуатаційні якості. Хімічний склад металу після нагрівання не змінюється. При рівномірному розігріванні заготовки змінюється розмір насіння структури матеріалу.
Історія
Технологія термічної обробки металу відома людству з давніх-давен. За часів Середньовіччя ковалі розігрівали та остуджували заготовки для мечів за допомогою води. До 19 століття людина навчилася обробляти чавун. Коваль поміщав метал у ємність повну льоду, а зверху засинав цукром. Далі починається процес рівномірного розігріву, що триває 20 годин. Після цього чавунну заготівлю можна було кувати.
У середині 19 століття російський металург Д. К. Чернов задокументував те, що при нагріванні металу його параметри змінюються. Від цього вченого пішла наука – матеріалознавство.
Навіщо потрібна термічна обробка
Деталі для обладнання та вузли комунікацій, що виготовляються з металу, часто зазнають серйозних навантажень. Додатково до впливу тиском вони можуть перебувати в умовах критичних температур. Щоб витримати такі умови, матеріал має бути зносостійким, надійним та довговічним.
Покупні конструкції з металу не завжди здатні тривалий час витримувати навантаження. Щоб вони прослужили набагато довше, майстри металургії використовують термічну обробку. Під час та після нагрівання хімічний склад металу залишається незмінним, а характеристики змінюються. Процес термічної обробки збільшує корозійну стійкість, зносостійкість та міцність матеріалу.
Переваги термообробки
Термічна обробка металевих заготовок є обов'язковим процесом, якщо це стосується виготовлення конструкцій для тривалого користування. Ця технологія має ряд переваг:
- Підвищена зносостійкість металу.
- Готові деталі служать довше, знижується кількість бракованих заготовок.
- Поліпшується стійкість до корозійних процесів.
Металеві конструкції після термічної обробки витримують великі навантаження, збільшується термін експлуатації.
Види термічної обробки сталі
У металургії застосовується три види обробки сталі: технічна, термомеханічна та хіміко-термічна. Про кожен із представлених способів термічної обробки необхідно поговорити окремо.
Відпал
Різновид чи ще один етап технічної обробки металу. Цей процес має на увазі під собою рівномірне нагрівання металевої заготовки до певної температури і подальше її охолодження природним шляхом. Після відпалу зникає внутрішня напруга металу, його неоднорідність. Матеріал розм'якшується під впливом температури. Його простіше обробляти надалі.
Існує два види відпалу:
- Першого роду. Відбувається незначна зміна кристалічних ґрат у металі.
- Другого роду. Починаються фазові зміни структури матеріалу. Його ще називають повним відпалом металу.
Діапазон впливу температур при проведенні цього процесу – від 25 до 1200 градусів.
Загартування
Ще один етап технічної обробки. Металева загартування проводиться для збільшення міцності заготівлі та зменшення її пластичності. Виріб розігрівається до критичних температур, а потім швидко остуджується методом занурення у ванну з різними рідинами. Види загартування:
- Двоетапне охолодження. Спочатку заготівля остуджується до 300 градусів водою. Після цього деталь кладуть у ванну, заповнену олією.
- Використання однієї рідини. Якщо обробляються невеликі деталі використовується олія. Великі заготівлі охолоджуються водою.
- Ступінчаста. Після розігріву заготовку охолоджують у розплавлених солях. Після цього її викладають на свіже повітря до повного остигання.
Також можна виділити ізотермічний вид загартування. Він схожий на ступінчастий, проте змінюється час витримки заготовки у розплавлених солях.
Термомеханічна обробка
Це типовий режим термічної обробки сталей. При такому технологічному процесі використовується обладнання, що створює тиск, нагрівальні елементи та ємності для охолодження. При різних температурах заготівля розігрівається, а після цього відбувається пластична деформація.
Відпустка
Це останній етап технічної термообробки сталі. Проводиться цей процес після загартування. Підвищується в'язкість металу, знімається внутрішня напруга. Матеріал стає міцнішим. Може проводитися за різних температур. Від цього змінюється процес.
Кріогенна обробка
Головна відмінність термічної обробки від кріогенного впливу в тому, що останній має на увазі охолодження заготівлі. Після закінчення такої процедури деталі стають міцнішими, не вимагають проведення відпустки, краще шліфуються і поліруються.
При взаємодії з середовищем, що охолоджує, температура опускається до мінус 195 градусів. Швидкість охолодження може змінюватись в залежності від матеріалу. Щоб охолодити виріб до потрібної температури, використовується процесор, який генерує холод. Заготівля поступово охолоджується і залишається в камері на певний проміжок часу. Після цього її дістають і дають нагрітися самостійно до кімнатної температури.
Хіміко-термічна обробка
Ще один вид термообробки, при якому заготівля розігрівається та піддається дії різних хімічних елементів. Поверхня заготовки очищається та покривається хімічними складами. Проводиться цей процес перед загартуванням.
Майстер може насичувати поверхню виробу азотом. Для цього вони нагріваються до 650 градусів. При нагріванні заготівля повинна знаходитись у кріогенній атмосфері.
Термообробка кольорових сплавів
Представлені види термічної обробки металів не підходять для різних видів сплавів та кольорового металу. Наприклад, під час роботи з міддю проводиться рекристалізаційний відпал. Бронза розігрівається до 550 градусів. З латунню працюють за 200 градусів. Алюміній спочатку гартують, потім відпалюють і старіють.
Термообробка металу вважається необхідним процесом при виготовленні та подальшому використанні конструкцій та деталей для промислового обладнання, машин, літаків, кораблів та іншої техніки. Матеріал стає міцнішим, довговічнішим і стійкішим до корозійних процесів. Вибір технологічного процесу залежить від металу або сплаву, що використовується.