Отгряване на стомана като вид термична обработка. Технология на метала

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 13:50

Създаването на нови материали и контролирането на техните свойства е изкуството на металната технология. Един от инструментите му е топлинната обработка. Тези процеси позволяват да се променят характеристиките и съответно областите на използване на сплавите. Отгряването на стомана е широко използван вариант за елиминиране на производствени дефекти в продуктите, повишаване на тяхната здравина и надеждност.

Процесни задачи и техните разновидности

Операциите по отгряване се извършват с цел:

• оптимизация на интракристалната структура, подреждане на легиращи елементи;
• минимизиране на вътрешното изкривяване и напрежение поради бързи температурни колебания на процеса;
• увеличаване на гъвкавостта на предметите за последващо рязане.

Класическата операция се нарича "пълно отгряване", но има редица нейни разновидности, в зависимост от определените свойства и характеристиките на задачите: непълна, ниска, дифузия (хомогенизация),изотермичен, прекристализация, нормализиране. Всички те са сходни по принцип, но режимите на топлинна обработка на стоманите се различават значително.

Термична обработка въз основа на диаграма

Всички трансформации в черната металургия, които се основават на играта на температурите, ясно отговарят на диаграмата на желязо-въглеродни сплави. Това е нагледно помагало за определяне на микроструктурата на въглеродни стомани или чугуни, както и точките на трансформация на конструкциите и техните характеристики под въздействието на нагряване или охлаждане.

Металната технология регулира всички видове отгряване на въглеродни стомани с този график. За непълна, ниска, а също и за рекристализация, „началните“температурни стойности са PSK линията, а именно нейната критична точка Ac₁. Пълното отгряване и нормализиране на стоманата са термично ориентирани към линията на диаграмата GSE, нейните критични точки Ac₃ и Ac_{m. Диаграмата също така ясно установява връзката на определен метод на топлинна обработка с вида на материала по отношение на съдържанието на въглерод и съответната възможност за прилагането му за конкретна сплав.}

Пълно отгряване

Обекти: отливки и изковки от хипоевтектоидна сплав, докато стоманената композиция трябва да запълни въглерод в количество до 0,8%.

Цел:

• максимална промяна в микроструктурата, получена чрез леене и горещо налягане, привеждане на нехомогенната едрозърнеста феритно-перлитна композиция в хомогенна фино-зърнеста;
• намаляване на твърдостта и увеличаване на пластичността за по-нататъшна обработкарязане.

Технология. Температурата на отгряване на стоманата е с 30-50˚С по-висока от критичната точка Ac_{3. Когато металът достигне посочените термични характеристики, те се поддържат на това ниво за известно време, което позволява да се извършат всички необходими трансформации. Големите перлитни и феритни зърна напълно се трансформират в аустенит. Следващият етап е бавно охлаждане заедно с пещ, по време на което феритът и перлитът отново се отделят от аустенита, който има фино зърно и еднаква структура.}

Пълното отгряване на стоманата позволява да се отстранят най-трудните вътрешни дефекти, но е много дълго и енергоемко.

Непълно отгряване

Обекти: хипоевтектоидни стомани без сериозни вътрешни нехомогенности.

Цел: смилане и омекотяване на перлитни зърна, без промяна на феритната основа.

Технология. Нагряване на метала до температури, попадащи в интервала между критичните точки Ac₁ и Ac_{3. Излагането на заготовки в пещта със стабилни характеристики допринася за завършването на необходимите процеси. Охлаждането става бавно, заедно с фурната. На изхода се получава същата перлитно-феритна финозърнеста структура. При такъв термичен ефект перлитът се превръща в дребнозърнест, докато феритът остава непроменен кристален и може да се промени само структурно, също и при смилане.}

Непълното отгряване на стомана ви позволява да балансирате вътрешното състояние и свойствата на простите обекти, то е по-малко енергоемко.

Ниско отгряване(прекристализация)

Обекти: всички видове валцована въглеродна стомана, легирана стомана със съдържание на въглерод в рамките на 0,65% (например сачмени лагери), части и заготовки от цветни метали, които не съдържат сериозни вътрешни дефекти, но се нуждаят от нискоенергийна корекция.

Цел:

• отстраняване на вътрешни напрежения и втвърдяване поради влиянието както на студена, така и на гореща деформация;
• премахване на негативните ефекти от неравномерното охлаждане на заварените конструкции, повишаване на пластичността и здравината на шевовете;
• уеднаквяване на микроструктурата на продуктите от цветна металургия;
• сфероидизация на ламеларния перлит - придавайки му гранулирана форма.

Технология.

Частите се нагряват до 50-100˚C под критичната точка Ac_{1. Под въздействието на такива влияния се елиминират незначителни вътрешни промени. Целият технологичен процес отнема около 1-1,5 часа. Приблизителни температурни диапазони за някои материали:}

1. Въглеродна стомана и медни сплави - 600-700˚C.
2. Никелови сплави - 800-1200˚C.
3. Алуминиеви сплави - 300-450˚C.

Охлаждането се извършва на въздух. За мартензитните и бейнитните стомани технологията на металите дава различно име на този процес - високо темпериране. Това е прост и достъпен начин за подобряване на свойствата на частите и конструкциите.

Хомогенизиране (дифузионно отгряване)

Обекти: продукти за голямо леене, особено отливкилегирана стомана.

Предназначение: равномерно разпределение на атомите на легиращите елементи върху кристалните решетки и целия обем на слитъка в резултат на високотемпературна дифузия; омекотяване на структурата на детайла, намаляване на неговата твърдост преди извършване на последващи технологични операции.

Технология. Материалът се нагрява до високи температури от 1000-1200˚С. Стабилните топлинни характеристики трябва да се поддържат дълго време - около 10-15 часа, в зависимост от размера и сложността на отлятата конструкция. След приключване на всички етапи на високотемпературни трансформации следва бавно охлаждане.

Трудоемък, но високоефективен процес за изравняване на микроструктурата на големи структури.

Изотермично отгряване

Обекти: листове от въглеродна стомана, сплави и високолегирани продукти.

Цел: Подобряване на микроструктурата, премахване на вътрешни дефекти с по-малко време.

Технология. Първоначално металът се нагрява до пълни температури на отгряване и се поддържа времето, необходимо за превръщането на всички съществуващи структури в аустенит. След това бавно се охлажда чрез потапяне в гореща сол. При достигане на топлина при 50-100˚C под точката Ac_{1, той се поставя в пещ, за да се поддържа на това ниво за времето, необходимо за пълното преобразуване на аустенита в перлит и цементит. Окончателното охлаждане се извършва на въздух.}

Методът ви позволява да постигнете необходимите свойства на заготовките от легирана стомана, като същевременно спестявате време в сравнение с пълнитеотгряване.

Нормализация

Обекти: отливки, изковки и части, изработени от нисковъглеродна, средно въглеродна и нисколегирана стомана.

Цел: за рационализиране на вътрешното състояние, придаване на желаната твърдост и здравина, подобряване на вътрешното състояние преди следващите етапи на топлинна обработка и рязане.

Технология. Стоманата се нагрява до температури, които лежат малко над линията GSE и нейните критични точки, задържа се и се охлажда на въздух. Така скоростта на завършване на процесите се увеличава. Въпреки това, използвайки тази процедура, е възможно да се постигне рационална спокойна структура само когато съставът на стоманата се определя от въглерод в количество не повече от 0,4%. С увеличаване на количеството въглерод се увеличава твърдостта. Същата стомана след нормализиране има по-голяма твърдост заедно с равномерно разположени фини зърна. Техниката позволява значително да се повиши устойчивостта на сплавите на разрушаване и пластичността на рязане.

Възможни дефекти при отгряване

По време на извършване на операции по топлинна обработка е необходимо да се спазват посочените режими на температурно нагряване и охлаждане. При нарушаване на изискванията могат да възникнат различни дефекти.

1. Окисление на повърхностния слой и образуване на котлен камък. По време на работа горещият метал реагира с атмосферния кислород, което води до образуване на котлен камък върху повърхността на детайла. Да се почиства механично или сспециални химикали.
2. Изгаряне на въглерод. Появява се и в резултат на влиянието на кислорода върху горещия метал. Намаляването на количеството въглерод в повърхностния слой води до намаляване на неговите механични и технологични свойства. За да се предотвратят тези процеси, отгряване на стомана трябва да се извършва успоредно с въвеждането на защитни газове в пещта, чиято основна задача е да се предотврати взаимодействието на сплавта с кислород.
3. Прегряване. Това е следствие от продължително излагане във фурна при висока температура. Това води до прекомерен растеж на зърното, придобиване на нехомогенна едрозърнеста структура и увеличаване на крехкостта. Коригира се чрез друга стъпка на пълно отгряване.
4. Изгорели. Възниква в резултат на превишаване на допустимите стойности на нагряване и експозиция, води до разрушаване на връзките между някои зърна, напълно разваля цялата структура на метала и не подлежи на корекция.

За предотвратяване на неуспехи е важно да изпълнявате точно задачите по топлинна обработка, да имате професионални умения и стриктно да контролирате процеса.

Отгряването на стомана е високоефективна технология за привеждане на микроструктурата на детайли с всякаква сложност и състав до оптималната вътрешна структура и състояние, което е необходимо за последващи етапи на топлинни въздействия, рязане и пускане на конструкцията в експлоатация.