Термична обработка на сплави. Видове топлинна обработка

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Термичната обработка на сплави е неразделна част от производствения процес на черната и цветната металургия. В резултат на тази процедура металите могат да променят характеристиките си до необходимите стойности. В тази статия ще разгледаме основните видове топлинна обработка, използвани в съвременната индустрия.

Същност на топлинната обработка

По време на производството на полуфабрикати металните части се обработват термично, за да им се придадат желаните свойства (якост, устойчивост на корозия и износване и др.). Топлинната обработка на сплавите е съвкупност от изкуствено създадени процеси, при които настъпват структурни и физико-механични промени в сплавите под въздействието на високи температури, но химичният състав на веществото се запазва..

Цел на топлинна обработка

Металните изделия, които се използват ежедневно във всички сектори на националната икономика, трябва да отговарят на високи изисквания за устойчивост на износване. Металът, като суровина, трябва да бъде подсилен с необходимите експлоатационни свойства, които могат да бъдатда бъдат изложени на високи температури. Топлинната обработка на сплави с високи температури променя първоначалната структура на веществото, преразпределя съставните му компоненти, трансформира размера и формата на кристалите. Всичко това води до минимизиране на вътрешното напрежение на метала и по този начин повишава неговите физични и механични свойства.

Видове топлинна обработка

Термичната обработка на метални сплави се свежда до три прости процеса: нагряване на суровината (полуфабрикат) до желаната температура, поддържане при определени условия за необходимото време и бързо охлаждане. В съвременното производство се използват няколко вида термична обработка, които се различават по някои технологични характеристики, но алгоритъмът на процеса като цяло остава един и същ навсякъде.

Според метода на извършване на топлинна обработка има следните видове:

• Термично (втвърдяване, темпериране, отгряване, стареене, криогенна обработка).
• Термомеханичната обработка включва обработка при висока температура, комбинирана с механично действие върху сплавта.
• Химико-термичната включва термична обработка на метал, последвана от обогатяване на повърхността на продукта с химични елементи (въглерод, азот, хром и др.).

Отгряване

Отгряването е производствен процес, при който металите и сплавите се нагряват до предварително определена температура и след това, заедно с пещта, в която се провежда процедурата, се охлаждат много бавно естествено. В резултат на отгряване е възможно да се премахнат нехомогенностите на химичния съставвещества, облекчават вътрешното напрежение, постигат зърнеста структура и я подобряват като такава, както и намаляват твърдостта на сплавта, за да улеснят по-нататъшната й обработка. Има два вида отгряване: отгряване от първи и втори вид.

Първокласното отгряване предполага термична обработка, в резултат на която има малка или никаква промяна във фазовото състояние на сплавта. Той също има свои разновидности: хомогенизиран - температурата на отгряване е 1100-1200, при такива условия сплавите се държат 8-15 часа, прекристализация (при t 100-200) се използва отгряване за нитова стомана, тоест деформирана вече студено.

Отгряването от втория вид води до значителни фазови промени в сплавта. Също така има няколко разновидности:

• Пълно отгряване - нагряване на сплавта 30-50 над критичната температурна марка, характерна за това вещество и охлаждане с определена скорост (200 / час - въглеродни стомани, 100 / час и 50 / час - нисколегирани и високо -легирани стомани, съответно).
• Непълно - нагряване до критична точка и бавно охлаждане.
• Дифузия - температура на отгряване 1100-1200.
• Изотермично - нагряването става по същия начин като при пълно отгряване, но след това бързото охлаждане се извършва до температура малко под критичната и се оставя да се охлади на въздух.
• Нормализирано - пълно отгряване с последващо охлаждане на метала на въздух, а не в пещ.

Закаляване

Закаляването е манипулациясъс сплав, чиято цел е да се постигне мартензитно преобразуване на метала, което намалява пластичността на продукта и повишава здравината му. Закаляването, както и отгряването, включва нагряване на метала в пещ над критичната температура до температурата на закаляване, разликата е в по-високата скорост на охлаждане, която се получава в течната баня. В зависимост от метала и дори неговата форма се използват различни видове закаляване:

• Втвърдяване в същата среда, тоест в същата вана с течност (вода за големи части, масло за малки части).
• Интермитентно втвърдяване - охлаждането става на два последователни етапа: първо в течност (по-остър охладител) до температура от приблизително 300°, след това във въздух или в друга маслена баня.
• Стъпка - когато продуктът достигне температурата на втвърдяване, той се охлажда за известно време в разтопени соли, последвано от охлаждане на въздух.
• Изотермична - технологията е много подобна на стъпаловидно втвърдяване, различава се само във времето на задържане на продукта при температурата на мартензитна трансформация.
• Самозакаляващото се втвърдяване се различава от другите видове по това, че нагрятият метал не е напълно охладен, оставяйки топла зона в средата на детайла. В резултат на тази манипулация продуктът придобива свойствата на повишена якост на повърхността и висок вискозитет в средата. Тази комбинация е от съществено значение за ударни инструменти (чукове, длета и др.)

Ваканция

Закаляването е крайният етап на топлинна обработка на сплавите, който обуславякрайната структура на метала. Основната цел на темперирането е да се намали крехкостта на метален продукт. Принципът е детайлът да се нагрее до температура под критичната и да се охлади. Тъй като режимите на топлинна обработка и скоростта на охлаждане на металните изделия за различни цели могат да се различават, има три вида закаляване:

• Висока - температурата на нагряване е от 350-600 до стойност под критичната. Тази процедура най-често се използва за метални конструкции.
• Средно - термична обработка при t 350-500, обичайна за пружинни продукти и пружини.
• Ниска - температурата на нагряване на продукта не е по-висока от 250, което позволява да се постигне висока якост и устойчивост на износване на частите.

Стареене

Старенето е термична обработка на сплави, причиняваща процесите на разлагане на свръхнаситен метал след закаляване. Резултатът от стареенето е повишаване на границите на твърдост, добив и якост на крайния продукт. Не само чугунът е подложен на стареене, но и цветни метали, включително лесно деформируеми алуминиеви сплави. Ако метален продукт, подложен на втвърдяване, се поддържа при нормална температура, в него възникват процеси, които водят до спонтанно увеличаване на якостта и намаляване на пластичността. Това се нарича естествено стареене на метала. Ако същата манипулация се прави при повишени температури, ще се нарече изкуствено стареене.

Криогенно лечение

Промени в структурата на сплавите,което означава, че техните свойства могат да бъдат постигнати не само чрез високи, но и чрез изключително ниски температури. Термичната обработка на сплави при t под нулата се нарича криогенна. Тази технология се използва широко в различни сектори на националната икономика като допълнение към високотемпературните топлинни обработки, тъй като може значително да намали цената на процесите на термично втвърдяване.

Криогенната обработка на сплави се извършва при t -196 в специален криогенен процесор. Тази технология може значително да увеличи експлоатационния живот на обработваната част и антикорозионните свойства, както и да премахне необходимостта от повторни обработки.

Термомеханична обработка

Нов метод за обработка на сплави комбинира обработката на метали при високи температури с механичната деформация на продукти, които са в пластично състояние. Термомеханичната обработка (ТМТ) според метода на завършване може да бъде три вида:

• Нискотемпературният TMT се състои от два етапа: пластична деформация, последвана от закаляване и закаляване на детайла. Основната разлика от другите видове TMT е температурата на нагряване до аустенитното състояние на сплавта.
• Високотемпературният TMT включва нагряване на сплав до мартензитно състояние в комбинация с пластична деформация.
• Предварително - извършва се деформация при t 20, последвано от втвърдяване и темпериране на метала.

Химико-термична обработка

Променете структурата и свойствата на сплавитевъзможно е и с помощта на химико-термична обработка, която съчетава термично и химично въздействие върху металите. Крайната цел на тази процедура, в допълнение към придаване на повишена здравина, твърдост и устойчивост на износване на продукта, е също така да се придаде устойчивост на киселина и огнеустойчивост на детайла. Тази група включва следните видове термична обработка:

• Цементирането се извършва, за да се придаде допълнителна здравина на повърхността на продукта. Същността на процедурата е насищането на метала с въглерод. Карбуризирането може да се извърши по два начина: твърдо и газово карбуризиране. В първия случай обработеният материал, заедно с въглищата и неговия активатор, се поставят в пещ и се нагряват до определена температура, последвано от задържане в тази среда и охлаждане. В случай на карбуризиране на газ, продуктът се загрява в пещ до 900 под непрекъснат поток от въглероден газ.
• Азотирането е химико-термична обработка на метални изделия чрез насищане на повърхността им в азотна среда. Резултатът от тази процедура е увеличаване на якостта на опън на детайла и повишаване на неговата устойчивост на корозия.
• Цианирането е насищане на метала с азот и въглерод едновременно. Средата може да бъде течна (разтопени въглерод- и азот-съдържащи соли) и газообразна.
• Дифузионното покритие е модерен метод за придаване на топлоустойчивост, устойчивост на киселини и устойчивост на износване на метални изделия. Повърхността на такива сплави е наситена с различни метали (алуминий, хром) и металоиди (силиций, бор).

Характеристикитермична обработка на чугун

Сплавите от чугун се подлагат на термична обработка по малко по-различна технология от сплавите на цветни метали. Чугунът (сив, високоякостен, легиран) се подлага на следните видове термична обработка: отгряване (при t 500-650), нормализиране, втвърдяване (непрекъснато, изотермично, повърхностно), закаляване, азотиране (сив чугун), алуминиране (перлитни чугуни), хромиране. Всички тези процедури в резултат значително подобряват свойствата на крайните чугунени продукти: увеличават експлоатационния живот, премахват вероятността от пукнатини по време на употреба на продукта, повишават здравината и устойчивостта на топлина на чугуна..

Термична обработка на цветни сплави

Цветните метали и сплавите имат различни свойства един от друг, поради което се обработват по различни методи. По този начин медните сплави се подлагат на рекристализационно отгряване за изравняване на химичния състав. За месинг е осигурена технология за нискотемпературно отгряване (200-300), тъй като тази сплав е склонна към спонтанно напукване във влажна среда. Бронзът се подлага на хомогенизиране и отгряване при t до 550. Магнезият се отгрява, гаси и се подлага на изкуствено стареене (естествено стареене не настъпва за закаления магнезий). Алуминият, подобно на магнезия, се подлага на три метода на топлинна обработка: отгряване, втвърдяване и стареене, след което кованите алуминиеви сплави значително увеличават здравината си. Обработката на титанови сплави включва: рекристализационно отгряване, втвърдяване, стареене, азотиране и карбуризиране.

CV

Термичната обработка на метали и сплави е основният технологичен процес както в черната, така и в цветната металургия. Съвременните технологии разполагат с разнообразни методи за термична обработка за постигане на желаните свойства на всеки вид обработвани сплави. Всеки метал има своя собствена критична температура, което означава, че топлинната обработка трябва да се извършва, като се вземат предвид структурните и физико-химичните характеристики на веществото. В крайна сметка това не само ще постигне желаните резултати, но и значително ще рационализира производствените процеси.