Проведение термообработки: Химико-термическая обработка стали, металлов и сплавов: виды, назначение

Химико-термическая обработка стали, металлов и сплавов: виды, назначение

Существуют различные способы воздействия на сталь с целью придания ей требуемых свойств. Один из комбинированных методов — химико-термическая обработка стали.

Химико-термическая обработка

Общие принципы

Суть данной технологии состоит в преобразовании внешнего слоя материала насыщением. Химико-термическая обработка металлов и сплавов осуществляется путем выдерживания при нагреве обрабатываемых материалов в средах конкретного состава различного фазового состояния. То есть, это совмещение пластической деформации и температурного воздействия.

Это ведет к изменению параметров стали, в чем состоит цель химико-термической обработки. Таким образом, назначение данной технологии — улучшение твердости, износостойкости, коррозионной устойчивости. В сравнении с прочими технологиями химико-термическая обработка выгодно отличается тем, что при значительном росте прочности пластичность снижается не так сильно.
Основные ее параметры — температура и длительность выдержки.

Рассматриваемый процесс включает три этапа:

• диссоциацию;
• адсорбцию;
• диффузию.

Интенсивность диффузии увеличивается в случае формирования растворов внедрения и снижается, если вместо них формируются растворы замещения.

Количество насыщающего элемента определяется притоком его атомов и скоростью диффузии.

На размер диффузионного слоя влияют температура и длительность выдержки. Данные параметры связаны прямой зависимостью. То есть с ростом концентрации насыщающего элемента возрастает толщина слоя, а повышение интенсивности теплового воздействия приводит к ускорению диффузии, следовательно, за тот же промежуток времени она распространится на большую глубину.

Большое значение для протекания процесса диффузии имеет растворимость в материале обрабатываемой детали насыщающего элемента. В данном случае играют роль пограничные слои. Это объясняется тем, что ввиду наличия у границ зерен множества кристаллических дефектов диффузия происходит более интенсивно. Особенно это проявляется в случае малой растворимости насыщающего элемента в материале. При хорошей растворимости это менее заметно. Кроме того, диффузия ускоряется при фазовых превращениях.

Классификация

Химико-термическая обработка стали подразделяется на основе фазового состояния среды насыщения на жидкую, твердую, газовую.

В первом случае диффузия происходит на фрагментах контакта поверхности предмета со средой. Ввиду низкой эффективности данный способ мало распространен. Твердую фазу обычно используют с целью создания жидких или газовых сред.

Химико-термическая операция в жидкости предполагает помещение предмета в расплав соли либо металла.

При газовом методе элемент насыщения формируют реакции диссоциации, диспропорционирования, обмена, восстановления. Наиболее часто в промышленности для создания газовой и активной газовой сред используют нагрев твердых. Удобнее всего проводить работы в чисто газовой среде ввиду быстрого прогрева, легкого регулирования состава, отсутствия необходимости повторного нагрева, возможности автоматизации и механизации.

Как видно, классификация по фазе среды не всегда отражает сущность процесса, поэтому была создана классификация на основе фазы источника насыщения. В соответствии с ней химико-термическая обработка стали подразделена на насыщение из твердой, паровой, жидкой, газовой сред.

Кроме того, химико-термическая технология подразделена по типу изменения состава стали на насыщение неметаллами, металлами, удаление элементов.

По температурному режиму ее классифицируют на высоко- и низкотемпературную. Во втором случае производят нагрев до аустенитного состояния, а в первом — выше и оканчивают отпуском.

Наконец, химико-термическая обработка деталей включает следующие методы, выделяемые на основе технологии выполнения: цементацию, азотирование, металлизацию, нитроцементацию.

Диффузионная металлизация

Это поверхностное насыщение стали металлами.

Возможно проведение в жидкой, твердой, газовой средах. Твердый метод предполагает использование порошков из ферросплавов. Жидкой средой служит расплав металла (алюминий, цинк и т. д.). Газовый метод предполагает использование хлористых металлических соединений.

Металлизация

Металлизация дает тонкий слой. Это объясняется малой интенсивностью диффузии металлов в сравнении с азотом и углеродом, так как вместо растворов внедрения они формируют растворы замещения.

Такая химико-термическая операция производится при 900 — 1200°С. Это дорогостоящий и длительный процесс.

Основное положительное качество — жаростойкость продуктов. Ввиду этого металлизацию применяют для производства предметов для эксплуатационных температур 1000 — 1200°С из углеродистых сталей.

По насыщающим элементам металлизацию подразделяют на алитирование (алюминием), хромирование, борирование, сицилирование (кремнием).

Первая химико-термическая технология придает материалу стойкость к окалине коррозии, однако на поверхности после нее остается алюминий. Алитирование возможно в порошковых смесях либо в расплаве при меньшей температуре. Второй способ быстрее, дешевле и проще.

Хромирование тоже увеличивает стойкость к коррозии и окалине, а также к воздействию кислот и т. д. У высоко- и среднеуглеродистых сталей оно также улучшает износостойкость и твердость. Данная химико-термическая операция в основном производится в порошковых смесях, иногда в вакууме.

Основное назначение борирования состоит в улучшении стойкости к абразивному износу. Распространена электролизная технология с применением расплавов боросодержащих солей. Существует и безэлектролизный метод, предполагающий использование хлористых солей с ферробором или карбидом бора.

Сицилирование увеличивает стойкость к коррозии в соленой воде и кислотах, к износу и окалине некоторых металлов.

Науглероживание (цементация)

Это насыщение поверхности стальных предметов углеродом. Данная операция улучшает твердость, износостойкость, а также выносливость поверхности материала. Нижележащие слои остаются вязкими.

Данная химико-термическая технология подходит для предметов из низкоуглеродистых сталей (0,25%), подверженных контактному износу и переменным нагрузкам.

Предварительно необходима механическая обработка. Не цементируемые участки покрывают слоем меди либо обмазками.

Температурный режим определяется содержанием углерода в стали. Чем оно ниже, тем больше температура. Для адсорбирования углерода и диффузии в любом случае она должна составлять 900 — 950°С и выше.

Цементация стали

Таким образом, путем насыщения поверхности стальных деталей углеродом достигают концентрации данного элемента в верхнем слое 0,8 — 1%. Большие значения ведут к повышению хрупкости.

Цементацию осуществляют в среде, называемой карбюризатором. На основе ее фазы технологию подразделяют на газовую, вакуумную, пастами, в твердой среде, ионную.

При первом способе применяют каменноугольный полукокс, древесный уголь, торфяной кокс. С целью ускорения используют активизаторы и повышают температуру. По завершении материал нормализуют. Ввиду длительности и малой производительности данная химико-термическая технология используется в мелкосерийном выпуске.

Вторая технология предполагает использование суспензий, обмазок либо шликеров.

Газовую среду наиболее часто применяют при цементации ввиду скорости, простоты, возможности автоматизации, механизации и достижения конкретной концентрации углерода. В таком случае используют метан, бензол или керосин.

Более совершенный способ — вакуумная цементация. Это двухступенчатый процесс при пониженном давлении. От прочих методов отличается скоростью, равномерностью и светлой поверхностью слоя, отсутствием внутреннего окисления, лучшими условиями производства, мобильностью оборудования.

Ионный метод подразумевает катодное распыление.

Цементация — промежуточная химико-термическая операция. Далее осуществляют закалку и отпуск, определяющие свойства материала, такие как износостойкость, выносливость при контакте и изгибе, твердость. Главный недостаток — длительность.

Азотирование

Данным термином называют насыщение материала азотом. Этот процесс производят в аммиаке при 480 — 650°С.

С легирующими данный элемент формирует нитриды, характеризующиеся дисперсностью, температурной устойчивостью и твердостью.

Такая технология химико-термической обработки увеличивает твердость, стойкость к коррозии и износу.

Необходима предварительная механическая и термическая обработка для придания окончательных размеров. Не азотируемые фрагменты покрывают оловом либо жидким стеклом.

Обычно используют температурный интервал от 500 до 520°С. Это дает за 24 — 90 ч. 0,5 мм слой. Толщина определяется длительностью, составом материала, температурой.

Азотирование

Азотирование приводит к увеличению обрабатываемых деталей вследствие возрастания объема верхнего слоя. Величина роста напрямую определяется его толщиной и температурным режимом.

При жидком способе применяют цианосодержащие, реже бесцианитные и нейтральные соли. Ионная химико-термическая операция отличается повышенной скоростью.

Азотирование подразделяют по целевым свойствам: им достигается или улучшение устойчивости к коррозии, либо повышение стойкости к износу и твердости.

Цианирование, нитроцементация

Это технология насыщения стали азотом и углеродом. Таким способом обрабатывают стали с количеством углерода 0,3 — 0,4%.

Соотношение между углеродом и азотом определяется температурным режимом. С его ростом возрастает доля углерода. В случае пересыщения обоими элементами слой обретает хрупкость.

На размер слоя влияет длительность выдержки и температура.

Цианирование проводится в жидкой и газовой средах. Первый способ называют также нитроцементацией. Кроме того, по температурному режиму оба типа подразделяют на высоко- и низкотемпературные.

При жидком способе используют соли с цианистым натрием. Основной недостаток — их токсичность. Высокотемпературный вариант отличается от цементации быстротой, большими износостойкостью и твердостью, меньшей деформацией материала. Нитроцементация дешевле и безопаснее.

Нитроцементация стали

Предварительно производят окончательную механическую обработку, а не подлежащие цианированию фрагменты покрывают слоем меди в 18 — 25 мкм толщиной.

Сульфидирование, сульфоцианирование

Это новая химико-термическая технология, направленная на улучшение износостойкости.

Первый метод состоит в насыщении материала серой и азотом путем нагрева в серноазотистых слоях.

Сульфоцианирование подразумевает насыщение углеродом, помимо названных элементов.

Термообработка металла: способы воздействия температур

Чтобы изменить технические характеристики металла, можно создать сплав на его основе и добавить к нему другие компоненты. Однако существует ещё один способ изменения параметров металлического изделия — термообработка металла. С её помощью можно воздействовать на структуру материала и изменять его характеристики.

Термообработка металла

Особенности термической обработки

Термическая обработка металла — это ряд процессов, которые позволяют снять с детали остаточное напряжение, изменить внутреннюю структуру материала, повысить эксплуатационные качества. Химический состав металла после нагревания не изменяется. При равномерном разогревании заготовки изменяется размер зёрен структуры материала.

История

Технология термической обработки металла известна человечеству с давних времён. Во времена Средневековья, кузнецы разогревали и остужали заготовки для мечей с помощью воды. К 19 веку человек научился обрабатывать чугун. Кузнец помещал металл в емкость полную льда, а сверху засыпал сахаром. Далее начинается процесс равномерного разогревания, продолжающийся 20 часов. После этого чугунную заготовку можно было ковать.

В середине 19 века, русский металлург Д. К. Чернов задокументировал то, что при нагревании металла, его параметры изменяются. От этого учёного пошла наука — материаловедение.

Для чего нужна термическая обработка

Детали для оборудования и узлы коммуникаций, изготавливающиеся из металла, часто подвергаются серьёзным нагрузкам. Дополнительно к воздействию давлением, они могут находиться в условиях критических температур. Чтобы выдержать такие условия, материал должен быть износоустойчивым, надёжным и долговечным.

Покупные конструкции из металла не всегда способны длительное время выдерживать нагрузки. Чтобы они прослужили гораздо дольше, мастера металлургии применяют термическую обработку. Во время и после нагревания химический состав металла остается прежним, а характеристики изменяются. Процесс термической обработки увеличивает коррозионную устойчивость, износоустойчивость и прочность материала.

Преимущества термообработки

Термическая обработка металлических заготовок является обязательным процессом, если дело касается изготовления конструкций для длительного пользования. У этой технологии существует ряд преимуществ:

1. Повышенная износостойкость металла.
2. Готовые детали служат дольше, снижается количество бракованных заготовок.
3. Улучшается устойчивость к коррозийным процессам.

Металлические конструкции после термической обработки выдерживают большие нагрузки, увеличивается их срок эксплуатации.

Устойчивость к коррозии

Виды термической обработки стали

В металлургии применяется три вида обработки стали: техническая, термомеханическая и химико-термическая. О каждом из представленных способах термической обработки необходимо поговорить отдельно.

Отжиг

Разновидность или еще один этап технической обработки металла. Это процесс подразумевает под собой равномерное нагревание металлической заготовки до определённой температуры и последующее её остывание естественным путём. После отжига исчезает внутреннее напряжение металла, его неоднородность. Материал размягчается под воздействием температуры. Его проще обрабатывать в дальнейшем.

Существует два вида отжига:

1. Первого рода. Происходит незначительное изменение кристаллической решётки в металле.
2. Второго рода. Начинаются фазовые изменения структуры материала. Его ещё называют полный отжиг металла.

Диапазон воздействия температур при проведении этого процесса — от 25 до 1200 градусов.

Закалка

Ещё один этап технической обработки. Металлическая закалка проводится для увеличения прочности заготовки и уменьшения её пластичности. Изделие разогревается до критических температур, а затем быстро остужается методом окунания в ванну с различными жидкостями. Виды закалки:

1. Двухэтапное охлаждение. Изначально заготовка остужается до 300 градусов водой. После этого деталь кладут в ванну, заполненную маслом.
2. Использование одной жидкости. Если обрабатываются небольшие детали используется масло. Большие заготовки охлаждаются водой.
3. Ступенчатая. После разогревания заготовку охлаждают в расплавленных солях. После этого её выкладывают на свежий воздух до полного остывания.

Также можно выделить изотермический вид закалки. Он похож на ступенчатый, однако изменяется время выдержки заготовки в расплавленных солях.

Термомеханическая обработка

Это типовой режим термической обработки сталей. При таком технологическом процессе используется оборудование создающее давление, нагревательные элементы и ёмкости для охлаждения. При различных температурах заготовка подвергается разогреву, а после этого происходит пластическая деформация.

Отпуск

Это заключительный этап технической термообработки стали. Проводится этот процесс после закалки. Повышается вязкость металла, снимается внутреннее напряжение. Материал становится более прочным. Отпуск стали может проводиться при различных температурах. От этого изменяется сам процесс.

Закалка стали

Криогенная обработка

Главное отличие термической обработки от криогенного воздействия в том, что последний подразумевает под собой охлаждение заготовки. По окончанию такой процедуры детали становятся прочнее, не требуют проведения отпуска, лучше шлифуются и полируются.

При взаимодействии с охлаждающими средами температура опускается до минус 195 градусов. Скорость охлаждения может изменяться в зависимости от материала. Чтобы охладить изделие до нужной температуры, используется процессор который генерирует холод. Заготовка равномерно охлаждается и остаётся в камере на определённый промежуток времени. После этого её достают и дают самостоятельно нагреться до комнатной температуры.

Химико-термическая обработка

Ещё один вид термообработки, при котором заготовка разогревается и подвергается воздействию различных химических элементов. Поверхность заготовки очищается и покрывается химическими составами. Проводится этот процесс перед закалкой.

Мастер может насыщать поверхность изделия азотом. Для этого они нагревается до 650 градусов. При нагревании заготовка должна находиться в криогенной атмосфере.

Термообработка цветных сплавов

Представленные виды термической обработки металлов не подходят для различных видов сплавов и цветного металла. Например, при работе с медью проводится рекристаллизационный отжиг. Бронза разогревается до 550 градусов. С латунью работают при 200 градусах. Алюминий изначально закаляют, затем отжигают и подвергают старению.

Термообработка металла считается необходимым процессом при изготовлении и дальнейшем использовании конструкций и деталей для промышленного оборудования, машин, самолётов, кораблей и другой техники. Материал становится прочнее, долговечнее и устойчивее к коррозийным процессам. Выбор технологического процесса зависит от используемого металла или сплава.

Термообработка: закалка, отпуск, нормализация, отжиг

Металлоизделия, используемые в любых отраслях хозяйства должны отвечать требованиям устойчивости к износу. Для этого используется воздействие высокими температурами, в результате чего усиливаются нужные эксплуатационные свойства. Этот процесс называется термической обработкой.

Термообработка представляет собой комплекс операций нагрева, охлаждения и выдержки металлических твердых сплавов для получения необходимых свойств благодаря изменению структуры и внутреннего строения. Термическая обработка применяется в качестве промежуточной операции для того, чтобы улучшить обрабатываемость резанием, давлением, либо в качестве окончательной операции технологического процесса, которая обеспечивает требуемый уровень свойств детали.

Различные методы закаливания применялись с давних пор: мастера погружали нагретую металлическую полоску в вино, в масло, в воду. Для охлаждения кузнецы порой применяли и достаточно интересные способы, например садились на коня и мчались, охлаждая изделие в воздухе.

По способу совершения термическая обработка бывает следующих видов:

-Термическая (нормализация, закалка, отпуск, отжиг, старение, криогенная обработка).

-Термо-механическая. Включает обработку высокими температурами в сочетании с механическим воздействием на сплав.

-Химико-термическая. Подразумевает термическую обработку металла с последующим обогащением поверхности изделия химическими элементами (углеродом, азотом, хромом и др.).

Основные виды термической обработки:

1. Закалка. Представляет собой вид термической обработки разных материалов (металлы, стекло), состоящий в нагреве их выше критической температуры с быстрым последующим охлаждением. Выполняется для получения неравновесных структур с повышенной скоростью охлаждения. Закалка может быть как с полиморфным превращением, так и без полиморфного превращения.

2. Отпуск – это технологический процесс, суть которого заключается в термической обработке закалённого на мартенсит металла либо сплава, основными процессами при котором являются распад мартенсита, рекристаллизация и полигонизация. Проводится с целью снятия внутренних напряжений, для придания материалу необходимых эксплуатационных и механических свойств.

3. Нормализация. В данном случае изделие нагревается до аустенитного состояния и потом охлаждается на спокойном воздухе. В результате нормализации снижаются внутренние напряжения, выполняется перекристаллизация стали. В сравнении с отжигом, нормализация – процесс более короткий и более производительный.

4. Отжиг. Представляет собой операцию термической обработки, заключающуюся в нагреве стали, выдержке при данной температуре и последующем медленном охлаждении вместе с печью. В результате отжига образуется устойчивая структура, свободная от остаточных напряжений. Отжиг является одной из важнейших массовых операций термической обработки стали.

Цель отжига:

1) Снижение твердости и повышение пластичности для облегчения обработки металлов резанием;

2) Уменьшение внутреннего напряжения, возникающего после обработки давлением (ковка, штамповка), механической обработки и т. д.;

3) Снятие хрупкости и повышение сопротивляемости ударной вязкости;

4) Устранение структурной неоднородности состава материала, возникающей при затвердевании отливки в результате ликвации.

Для цветных сплавов (алюминиевые, медные, титановые) также широко применяется термическая обработка. Цветные сплавы подвергают как разупрочняющей, так и упрочняющей термической обработке, в зависимости от необходимых свойств и области применения.

Термическая обработка металлов и сплавов является основным технологическим процессом в чёрной и цветной металлургии. На данный момент в распоряжении технических специалистов множество методов термообработки, позволяющих добиться нужных свойств каждого вида обрабатываемых сплавов. Для каждого металла свойственна своя критическая температура, а это значит, что термообработка должна производиться с учётом структурных и физико-химических особенностей вещества. В конечном итоге это позволит не только достичь нужных результатов, но и в значительной степени рационализировать производственные процессы.

Термическая обработка сплавов. Виды термообработки

Термообработка сплавов является неотъемлемой частью производственного процесса чёрной и цветной металлургии. В результате такой процедуры металлы способны изменить свои характеристики до необходимых значений. В данной статье мы рассмотрим основные виды термообработки, применяемые в современной промышленности.

Сущность термической обработки

В процессе производства полуфабрикаты, металлические детали подвергаются термической обработке для придания им нужных свойств (прочности, устойчивость к коррозии и износу и т. д.). Термическая обработка сплавов – это совокупность искусственно созданных процессов, в ходе которых в сплавах под действием высоких температур происходят структурные и физико-механические изменения, но сохраняется химический состав вещества.

Назначение термообработки

Металлические изделия, которые используются ежедневно в любых отраслях народного хозяйства, должны отвечать высоким требованиям устойчивости к износу. Металл, как сырьё, нуждается в усилении нужных эксплуатационных свойств, которых можно добиться воздействием на него высокими температурами. Термическая обработка сплавов высокими температурами изменяет изначальную структуру вещества, перераспределяет составляющие его компоненты, преобразует размер и форму кристаллов. Всё это приводит к минимизации внутреннего напряжения металла и таким образом повышает его физико-механические свойства.

Виды термической обработки

Термообработка металлических сплавов сводится к трём незатейливым процессам: нагреву сырья (полуфабриката) до нужной температуры, выдерживанию его в заданных условиях необходимое время и быстрому охлаждению. В современном производстве используется несколько видов термообработки, отличающихся между собой некоторыми технологическими особенностями, но алгоритм процесса в общем везде остаётся одинаковым.

По способу совершения термическая обработка бывает следующих видов:

• Термическая (закалка, отпуск, отжиг, старение, криогенная обработка).
• Термо-механическая включает обработку высокими температурами в сочетании с механическим воздействием на сплав.
• Химико-термическая подразумевает термическую обработку металла с последующим обогащением поверхности изделия химическими элементами (углеродом, азотом, хромом и др.).

Отжиг

Отжиг – производственный процесс, при котором металлы и сплавы подвергаются нагреванию до заданного значения температуры, а затем вместе с печью, в которой происходила процедура, очень медленно естественным путём остывают. В результате отжига удаётся устранить неоднородности химического состава вещества, снять внутренне напряжение, добиться зернистой структуры и улучшить её как таковую, а также снизить твёрдость сплава для облегчения его дальнейшей переработки. Различают два вида отжига: отжиг первого и второго рода.

Отжиг первого рода подразумевает термическую обработку, в результате которой изменения фазового состояния сплава незначительны или отсутствуют вовсе. У него также есть свои разновидности: гомогенизированный – температура отжига составляет 1100-1200 , в таких условиях сплавы выдерживают в течение 8-15 часов, рекристаллизационный (при t 100-200 ) отжиг применяется для клёпаной стали, то есть деформированной уже будучи холодной.

Отжиг второго рода приводит к значимым фазовым изменениям сплава. Он также имеет несколько разновидностей:

• Полный отжиг – нагрев сплава на 30-50 выше критической температурной отметки, характерной для данного вещества и охлаждения с указанной скоростью (200 /час – углеродистые стали, 100 /час и 50 /час – низколегированные и высоколегированные стали соответственно).
• Неполный – нагрев до критической точки и медленное охлаждение.
• Диффузионный – температура отжига 1100-1200.
• Изотермический – нагрев происходит так же, как при полном отжиге, однако после этого проводят быстрое охлаждение до температуры несколько ниже критической и оставляют остывать на воздухе.
• Нормализованный – полный отжиг с последующим остыванием металла на воздухе, а не в печи.

Закалка

Закалка – это манипуляция со сплавом, целью которой является достижение мартенситного превращения металл, обеспечивающее понижение пластичности изделия и повышение его прочности. Закалка, равно как и отжиг, предполагает нагрев металла в печи выше критической температуры до температуры закалки, отличие состоит в большей скорости охлаждения, которое происходит в ванне с жидкостью. В зависимости от металла и даже его формы применяют разные виды закалки:

• Закалка в одной среде, то есть в одной ванне с жидкостью (вода – для крупных деталей, масло – для мелких деталей).
• Прерывистая закалка – охлаждение проходит два последовательных этапа: сперва в жидкости (более резком охладителе) до температуры приблизительно 300 , затем на воздухе либо в другой ванне с маслом.
• Ступенчатая – по достижению изделием температуры закалки, его охлаждают какое-то время в расплавленных солях с последующим охлаждением на воздухе.
• Изотермическая – по технологии очень похожа на ступенчатую закалку, отличается только временем выдержки изделия при температуре мартенситного превращения.
• Закалка с самоотпуском отличается от других видов тем, что нагретый метал охлаждают не полностью, оставив в середине детали тёплый участок. В результате такой манипуляции изделие приобретает свойства повышенной прочности на поверхности и высокой вязкости в середине. Такое сочетание крайне необходимо для ударных инструментов (молотки, зубила и др.)

Отпуск

Отпуск – это завершающий этап термической обработки сплавов, определяющий конечную структуру металла. Основная цель отпуска является снижение хрупкости металлического изделия. Принцип заключается в нагреве детали до температуры ниже критической и охлаждении. Поскольку режимы термической обработки и скорость охлаждения металлических изделий различного назначения могут отличаться, то выделяют три вида отпуска:

• Высокий — температура нагрева от 350-600 до значения ниже критической. Данная процедура чаще всего используется для металлических конструкций.
• Средний – термообработка при t 350-500, распространена для пружинных изделий и рессор.
• Низкий — температура нагрева изделия не выше 250 позволяет достичь высокой прочности и износостойкости деталей.

Старение

Старение – это термическая обработка сплавов, обуславливающая процессы распада пересыщенного металла после закалки. Результатом старения является увеличение пределов твёрдости, текучести и прочности готового изделия. Старению подвергаются не только чугун, но и цветные металлы, в том числе и легко деформируемые алюминиевые сплавы. Если металлическое изделие, подвергнутое закалке выдержать при нормальной температуре, в нём происходят процессы, приводящие к самопроизвольному увеличению прочности и уменьшению пластичности. Это называется естественное старение металла. Если эту же манипуляцию проделать в условиях повышенной температуры, она будет называться искусственным старением.

Криогенная обработка

Изменения структуры сплавов, а значит, и их свойств можно добиться не только высокими, но и крайне низкими температурами. Термическая обработка сплавов при t ниже нуля получила название криогенной. Данная технология широко используется в самых разных отраслях народного хозяйства в качестве дополнения к термообработкам с высокими температурами, поскольку позволяет существенно снизить расходы на процессы термического упрочнение изделий.

Криогенная обработка сплавов проводится при t -196 в специальном криогенном процессоре. Данная технология позволяет существенно увеличить срок службы обработанной детали и антикоррозионные свойства, а также исключить необходимость повторных обработок.

Термомеханическая обработка

Новый метод обработки сплавов сочетает в себе обработку металлов при высоких температурах с механической деформацией изделий, находящихся в пластичном состоянии. Термомеханическая обработка (ТМО) по способу совершения может быть трёх видов:

• Низкотемпературная ТМО состоит из двух этапов: пластической деформации с последующим закалкой и отпуском детали. Главное отличие от других видов ТМО – температура нагрева до аустенитного состояния сплава.
• Высокотемпературная ТМО подразумевает нагрев сплава до мартенситного состояния в сочетании с пластической деформацией.
• Предварительная – деформация производится при t 20 с последующей закалкой и отпуском металла.

Химико-термическая обработка

Изменить структуру и свойства сплавов возможно и с помощью химико-термической обработки, которая сочетает в себе термическое и химическое воздействие на металлы. Конечной целью данной процедуры помимо придания повышенной прочности, твёрдости, износостойкости изделия является и придание детали кислотоустойчивости и огнестойкости. К данной группе относятся следующие виды термообработки:

• Цементация проводится для придания поверхности изделия дополнительной прочности. Суть процедуры заключается в насыщении металла углеродом. Цементация может быть выполнена двумя способами: твёрдая и газовая цементация. В первом случае обрабатываемый материал вместе с углём и его активатором помещают в печь и нагревают до определённой температуры с последующей выдержкой его в данной среде и охлаждением. В случае с газовой цементацией изделие нагревается в печи до 900 под непрерывной струёй углеродосодержащего газа.
• Азотирование – это химико-термическая обработка металлических изделий путём насыщения их поверхности в азотных средах. Результатом данной процедуры становится повышение предела прочности детали и увеличение его коррозионной устойчивости.
• Цианирование – насыщение металла одновременно и азотом и углеродом. Среда может быть жидкой (расплавленные углерод- и азотсодержащие соли) и газообразной.
• Диффузионная металлизация представляет собой современный метод придания металлическим изделиям жаростойкости, кислотоустойчивости и износостойкости. Поверхность таких сплавов насыщают различными металлами (алюминий, хром) и металлоидами (кремний, бор).

Особенности термической обработки чугуна

Литейные сплавы чугуна повергаются термической обработке по несколько иной технологии, чем сплавы цветных металлов. Чугун (серый, высокопрочный, легированный) проходит следующие виды термообработки: отжиг (при t 500-650 ­), нормализация, закалка (непрерывная, изотермическая, поверхностная), отпуск, азотирование (серые чугуны), алитирование (перлитные чугуны), хромирование. Все эти процедуры в результате значительно улучшают свойства конечных изделий чугуна: увеличивают эксплуатационный срок, исключают вероятность возникновения трещин при использовании изделия, повышают прочность и жаростойкость чугуна.

Термообработка цветных сплавов

Цветные металлы и сплавы обладают отличными друг от друга свойствами, поэтому обрабатываются разными методами. Так, медные сплавы для выравнивания химического состава подвергаются рекристаллизационному отжигу. Для латуни предусмотрена технология низкотемпературного отжига (200-300 ), поскольку этот сплав склонен при влажной среде к самопроизвольному растрескиванию. Бронза подвергается гомогенизации и отжигу при t до 550 . Магний отжигают, закаляют и подвергают искусственному старению (естественное старение для закалённого магния не происходит). Алюминий, равно как и магний, подвергается трём методам термообработки: отжигу, закалке и старению, после которых деформируемые алюминиевые сплавы значительно повышают свою прочность. Обработка титановых сплавов включает: рекристаллизационный отжиг, закалку, старение, азотирование и цементацию.

Резюме

Термическая обработка металлов и сплавов является основным технологическим процессом, как в чёрной, так и в цветной металлургии. Современные технологии располагают множеством методов термообработки, позволяющих добиться нужных свойств каждого вида обрабатываемых сплавов. Для каждого металла свойственна своя критическая температура, а это значит, что термообработка должна производиться с учётом структурных и физико-химических особенностей вещества. В конечном итоге это позволит не только достичь нужных результатов, но и в значительной степени рационализировать производственные процессы.

Термическая обработка металлов | Автомобильный справочник

 

Термическая обработка металлов является неотъемлемой частью производственного процесса черной и цветной металлургии. В результате этого процесса металлы способны изменить свои характеристики до необходимых значений. Вот о том, из каких процессов состоит термическая обработка металлов, мы и поговорим в этой статье.

 

Содержание

 

 

 

Термическая обработка металлов

 

Термическая обработка металлов, это процесс нагрева, выдержки и охлаждения металлов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры материала. Тепловая обработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением или резанием, либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств конечного изделия.

 

Твердость 

 

Твердость — свойство твердых материалов, определяющее их сопротивляемость про­никновению более твердого тела. В металли­ческих материалах твердость используется для оценки механических свойств, таких как прочность, обрабатываемость, пластичность и устойчивость к износу. Стандарт DIN EN ISO 18265 определяет нормативы для опреде­ления по твердости предела прочности на растяжение или разрыв.

 

Испытания на твердость

 

Испытание на твердость является неразру­шающим способом получения информации о механических свойствах материала в относи­тельно короткий период времени.

Данные испытаний получают на основе оценки размеров производимых деформаций, когда к определенному виду испытательного оборудования или инструмента прикладыва­ется конкретное усилие. Необходимо разли­чать статические и динамические испытания. Статическое испытание основано на постоян­ном отпечатке, оставляемом испытательным инструментом. Стандартные методы испыта­ний твердости включают измерения по Рок­веллу, Виккерсу и Бринеллю. На рис. «Диапазоны измерения твердости при различных методах испытаний для нелегированных и низколегированных сталей и стальных отливок

» приве­дено сравнение области применения проверки твердости на основе этих процедур.

При динамическом испытании контролиру­ется величина отскока испытательного инстру­мента от поверхности испытываемого образца.

Другим методом получения показателя по­верхностной твердости является нанесение царапин с помощью испытательного инстру­мента с последующим измерением ширины образовавшейся бороздки.

 

Методы испытаний на твердость

 

Твердость по Роквеллу (DIN EN ISO 6508)

 

Этот метод наиболее подходит для бы­строго автоматизированного тестирования металлических деталей, но в местах, опреде­ленных требованиями фиксирования образца на испытательном оборудовании. Он не под­ходит для деталей, которые, из-за особенно­стей их геометрии, не могут быть установлены на испытательном оборудовании, например, трубы.

Этот метод предполагает использование ис­пытательного инструмента (индентора) задан­ного размера и формы (конической или сфе­рической), изготовленного из определенного материала (стали, твердого сплава или алмаза), который давит в два этапа на поверхность испы­туемого образца. В этом процессе, после пред­варительного действия испытательной силы, прикладывается дополнительная испытательная сила в течение определенного периода времени.

Затем дополнительная испытательная сила снимается, и, при сохранении предва­рительной испытательной силы, рассчиты­вается твердость по Роквеллу HR, исходя из глубины проникновения h и двух постоянных численных значений N и S, в соответствии с формулой:

HR = Nh/S

Численное значение N и деление шкалы S зави­сят от типа индентора и испытательной нагрузки. Испытательная поверхность должна быть гладкой и как можно более плоской. Если радиус кривизны образца составляет менее 20 мм, то ре­зультаты должны подбираться с использованием поправочного коэффициента. При испытании выпуклых цилиндрических или сферических по­верхностей определяемое значение должны быть скорректировано в зависимости от твердости.

Сокращение выбранного метода испытания добавляется к численному значению полученной твердости (например, 65 HRC, 76 HR45N). Обо­значения указывают на используемый индентор (алмазный конус или шар), на предварительную и общую испытательные силы. В зависимости от используемого индентора и общей испыта­тельной силы существуют различные шкалы твердости с сокращениями HRA, HRB, HRC, HRD, HRE, HRF, HRG, HRH, HRK, HR15N, HR30N, HR45N, HR15T, HR30T и HR45T.

К преимуществам испытания по методу Рок­велла относятся минимальная подготовка об­разца и быстрота измерения. Этот процесс испы­тания может быть полностью автоматизирован. Любые вибрации или перемещения испытуемого образца или индентора могут привести к ошиб­кам испытания, а неровная установка образца может вызвать повреждение индентора.

 

Твердость по Бринеллю (DIN EN ISO 6506)

 

Этот метод используется для металлов, имею­щих твердость от низкой до средней. В каче­стве инструмента (индентора) применяется закаленный стальной шарик диаметром D. Он прикладывается к поверхности образца с вер­тикальным усилием F. Основой для вычисле­ния твердости по Бринеллю служит определе­ние с помощью микроскопа результирующей величины деформации диаметром d:

 где:

F — сила, H;

D- диаметр шарика, мм;

d-диаметр отпечатка, мм.

Диапазон испытательных усилий составляет от 9,81 до 29 420 H. Результаты, получаемые при использовании шариков различных диа­метров, являются условно сравнимыми при идентичных уровнях прилагаемых усилий. Испытание всегда должно выполняться путем использования наибольшего из возможных шариков или выбором соответствующей на­грузки с целью получения диаметров отпечат­ков от 0,24 D до 0,6 D. В табл. «Применение данных испытаний твердости по Бринеллю«, приведены рекомендуемые коэффициенты нагрузки ис­пытаний для различных материалов, в соот­ветствии со стандартом DIN EN ISO 6506-1.

 

 

При обозначении твердости по Бринеллю численные данные сопровождаются кодом процедуры, диаметром шарика в мм и силой испытания в Н, умноженной на 0,102 (напри­мер, 600 HBW 1/30).

Высокие значения испытательных усилий, распространяющиеся на относительно боль­шую площадь поверхности, могут использо­ваться для сбора данных по материалам с не­однородной структурой. Преимущество метода Бринелля заключается в относительно высокой степени корреляции между показателями твердости и пределом прочности на разрыв.

Необходимые подготовительные работы и последующие операции испытаний являются более сложными, чем при испытании по ме­тоду Роквелла.

 

Твердость по Виккерсу (DIN EN ISO 6507)

 

Данный метод испытаний может использоваться для всех металлических материалов, независимо от твердости. Он наиболее подходит для испы­таний мелких и тонких образцов, хотя область его применения распространяется на детали, прошедшие поверхностную закалку и химико­термическое упрочнение, а также на обрабаты­ваемые заготовки, подвергшиеся азотированию.

Инструментом является октаэдрическая алмазная пирамида с углом при вершине 136°. Она прикладывается к поверхности ис­пытуемого образца при определенном значе­нии усилия F. Диагонали d₁ и d₂ отпечатка, имеющего форму ромба, измеряется с помо­щью микроскопа и непосредственно исполь­зуется для определения значения твердости по Виккерсу, которое можно получить из та­бличных данных или подсчитать по формуле:

где:

F-прикладываемая сила, Н;

d — среднеарифметическое значение длин диагоналей d₁ и d₂, мм.

В обозначении твердости по Виккерсу после аббревиатуры HV приводится значение силы в Н (помноженной на показатель 0,102) и вре­мени приложения силы в секундах, в случае если оно отличается от стандартных 15 с, на­пример, 750 HV 10/25.

Поверхность испытуемого образца должна быть гладкой и плоской. В DIN EN ISO 6507 оговаривается, что показатели внесения попра­вок должны использоваться для компенсации ошибок, возникающих из-за кривизны поверхно­сти. Уровни испытательных усилий подбираются со ссылкой на толщину проверяемого образца или параметры внешнего закаленного слоя.

Основное преимущество метода: возмож­ность оценки тонких деталей или слоев. Числа Бринелля и Виккерса коррелируют приблизи­тельно до 350 HV.

Метод Виккерса обеспечивает приблизи­тельно такой же уровень точности, как и ме­тод Бринелля, хотя в обоих случаях процесс измерения крайне чувствителен к каким-либо перемещениям испытательной установки. Это позволяет использовать чрезвычайно малые значения силы для определения твердости отдельных структурных элементов. Испыта­тельный инструмент метода Виккерса является более дорогим, чем шарики, используемые по методу Бринелля.

 

Твердость по Кнупу (DIN EN ISO 4545)

 

Этот процесс измерения напоминает метод Виккерса. Испытательное оборудование пред­назначено для получения отпечатка в виде тон­кого удлиненного ромба. Длинная диагональ d отпечатка, образуемого после приложения силы F, в семь раз длиннее маленькой. Зна­чения твердости можно получить из стандарт­ных диаграмм или вычислить по формуле:

НК = 1,451 F/d²

где:

F-прикладываемое усилие, Н;

d-большая диагональ, мм.

При обозначении твердости по Кнупу числовое значение сопровождается сокращением НК, за­тем указываются сила испытания в Н, умножен­ная на коэффициент 0,102, и, если необходимо, через разделенную косую черту, — время прило­жения силы в секундах (например, 640 НК 0,1/20).

Глубина проникновения по Кнупу в 1/3 раза меньше, чем по Виккерсу, благодаря чему оценку поверхностной твердости можно выполнять для более тонких деталей и слоев. Недостаток метода состоит в точной регулировке поверхности об­разца, которая должна быть установлена строго под прямым углом по отношению к оси при­кладываемой силы. Испытания по Кнупу часто проводятся на хрупких материалах, таких как, керамические и спеченные материалы.

 

Твердость по Шору (DIN 53505)

 

Метод используется, в основном, для ис­пытаний на твердость резиновых изделий и мягких пластиков. В качестве инструмента используется стальной штырь диаметром 1,25 мм, который вдавливается в поверхность образца с помощью пружины с последующим изменением длины пружины.

Глубина проникновения стального штыря в анализируемом материале является мерой твердости по Шору. Этот показатель измеряется по шкале от 0 (глубина проникновения — 2,5 мм) до 100 (глубина проникновения — 0 мм).

По A-методу Шора инструмент тестирова­ния имеет форму усеченного конуса. Диаметр стального штыря составляет 0,79 мм, угол конуса — 35 °. По D-методу Шора измерение производится с помощью иглы, острие кото­рой имеет угол 30 ° и радиус 0,1 мм.

 

Твердость по отпечатку шариком (DIN ISO 2039)

 

Это — стандартное испытание для определения уровней твердости в пластомерах или материа­лах из твердой резины. Инструментом явля­ется закаленный стальной шарик диаметром 5 мм. Он прикладывается к поверхности испыты­ваемого образца с предварительным нагруже­нием в 9,8 Н. Образец должен иметь толщину, по крайней мере, 4 мм. Затем последовательно прикладываются возрастающие усилия в 49, 132,358 и 961 Н. По истечении 30 с замеряется глубина проникновения. Прикладываемая на­грузка F должна выбираться таким образом, чтобы величина глубины проникновения h на­ходилась в пределах от 0,15 до 0,35 мм. Значе­ние твердости НВ в Н/мм² можно рассчитать или получить из стандартных диаграмм.

 

Твердость по Мартенсу (DIN EN ISO 14577)

 

По этому методу проникновением инструмен­том в форме пирамиды в материал оценива­ются пластическая и упругая деформации. Твердость по Мартенсу в Н/мм² определяется как отношение силы испытания F к площади боковой поверхности внедренной в материал части индентора A_s рассчитываемой по глу­бине проникновения индентора h.

Твердость по Мартенсу обозначается аб­бревиатурой НМ, после которой указываются сила испытания в Н, время нагружения при индентировании в секундах и время вы­держки под нагрузкой в секундах (например, НМ 0,5/20/20 = 8700 Н/мм²).

 

Определение твердости склероскопом

 

Динамический метод измерений склероско­пом применяется для определения твердости тяжелых и крупногабаритных металлических изделий. Этот процесс, в основном, базируется на измерении высоты отдачи (энергии удара) стального индентора (молотка), снабженного алмазным или твердосплавным наконечником и падающего с заданной высоты на поверх­ность образца. Высота отдачи служит основой для определения твердости склероскопом.

Метод не стандартизирован и не имеет непо­средственной корреляционной связи с каким-либо другим методом испытания твердости.

 

Процессы термической обработки

 

Термическая обработка применяется для придания металлическим инструментам специфических качеств, требуемых при ме­таллообработке. Таким требованиям отвечают технологические процессы производства, обе­спечивающие заданные свойства материала для выполнения соответствующих функций.

В соответствии со стандартом DIN EN 10052, термическая обработка включает «обработку заготовки целиком или по частям за один или несколько временных и темпе­ратурных циклов, для того чтобы привести к изменению свойств ее структуры. Если не­обходимо, во время обработки может быть изменен химический состав материала».

В результате термической обработки мо­дифицируется микроструктура металла с достижением соответствующих твердости, прочности, пластичности, сопротивляемости изнашиванию и т.п., требуемых для преодо­ления напряжений, связанных со статиче­скими и динамическими нагрузками. Наи­более важные технологические процессы приведены в табл. «Технологические процессы термической обработки» (для получения сведений по терминологии см. DIN EN 10052).

 

 

Закалка

 

Технология закалки позволяет получить мартен­ситную микроструктуру очень высокой твердости и прочности в железных сплавах, таких как сталь и графитизированный чугун. Этот процесс со­стоит из отдельных операций, известных как об­разование аустенита и охлаждение или закалка.

 

Сквозная закалка

 

Заготовка нагревается до температуры образо­вания аустенита или до температуры закалки (табл. «Стандартные значения температуры образования аустенита» ), при которой заготовка выдержива­ется, пока не появится аустенитная структура, и пока соответствующее количество углерода (образованного при распаде карбидов, таких как графит в чугуне) не растворится в рассматривае­мом материале. После образования аустенита заготовка охлаждается с интенсивностью, до­статочной для того, чтобы закалиться, что мо­жет происходить в течение нескольких этапов с разной температурой. Полное преобразование в мартенситную микроструктуру должно быть закончено как можно быстрее. Необходимый процесс охлаждения определяется химическим составом, условиями образования аустенита, формой и размерами заготовки и желаемой ми­кроструктурой. Справочные данные для необхо­димого уровня охлаждения могут быть найдены на диаграмме изотермического превращения аустенита для рассматриваемой стали.

Температура образования аустенита изме­няется в соответствии с составом рассматри­ваемого материала (для получения конкрет­ных данных см. «Технические требования к стали DIN»). В табл. «Стандартные значения температуры образования аустенита» приведены эталонные данные. Для получения сведений по практике операций закалки для инструментальных сталей и различных инструментов см. DIN 17 022, часть 1 и часть 2.

Не все типы сталей и чугунов подходят для закалки. В следующем уравнении приводится описание потенциала закалки для легирован­ных и нелегированных сталей с содержанием углерода 0,15-0,60 % по массе, и он может использоваться для оценки твердости, дости­гаемой при полностью мартенситной микро­структуре:

Максимальная твердость = (35 + 50х±2) HRC  (уравнение 1),

Где:

х — содержание углерода в % по массе.

Если микроструктура не полностью состоит из мартенсита, то максимальной твердости достичь невозможно.

Когда содержание углерода превышает 0,6 % по массе, то можно предположить, что структура материала содержит в допол­нение к мартенситу остаточный аустенит. Максимальной твердости при этом условии получить нельзя и, соответственно, нельзя достичь высокой сопротивляемости изна­шиванию. Остаточный аустенит является нестабильным, то есть существует возмож­ность для последующих превращений в мар­тенсит при температуре, меньшей комнатной, или при снижении внутренних напряжений с изменением объема. Операции отпуска при температурах свыше 230 °С могут быть по­лезны в случаях, когда остаточный аустенит является неизбежным продуктом закалки. Во время закалки происходит перепад темпера­тур между краем и сердцевиной заготовок.

С большими поперечными сечениями умень­шенный уровень охлаждения в сердцевине может послужить началом уменьшения твердости по мере удаления от поверхност­ных. Иными словами, существует прогрессия твердости или градиент. Градиент твердости зависит от состава материала и степени за­калки, зависящей от условий образования аустенита (согласно испытаниям по DIN EN 642). В этом случае для получения не­обходимой твердости следует использовать материал с достаточной закаливаемостью. Информация о выборе стали, подвергаемой закалке, имеется в DIN 17021.

В DIN EN IS018265 приводятся данные по определению твердости, используемой для оценки прочности на разрыв Rm. этот ме­тод может применяться только для случаев, когда поверхностная и внутренняя твердости фактически равны.

При закалке, а также обработке, приво­дящей к мартенситной структуре происходит увеличение объема заготовки. По сравнению с первоначальным состоянием, объем увели­чивается примерно на 1%. Это приведет к из­менению длины примерно на 0,3 %.

Изменения объема заготовки, связанные с перегруппировкой структуры и градиентом температуры при охлаждении, приводят к на­пряжениям, которые, в свою очередь, могут привести к искажениям в виде изменений размеров и формы. Напряжения, которые остаются в заготовке после закалки, назы­ваются внутренними напряжениями. Края закаленной заготовки имеют тенденцию к появлению внутреннего напряжения при растяжении, в то время как сердцевина, как правило, обладает внутренним напряжением сжатия.

 

Поверхностная закалка

 

Этот процесс наиболее подходит для объеди­нения с другими операциями производства и может подстраиваться к ритму технологи­ческой линии.

Нагрев при закалке ограничивается по­верхностью, таким образом, изменения формы и размеров сведены к минимуму. Нагрев обычно осуществляется переменным током высокой или средней частоты (ин­дукционная закалка) или с использованием газовой горелки (пламенная закалка). Трение (закалка трением) и лучи высокой энергии (например, электронные или лазерные) мо­гут также обеспечивать разогрев поверхности с образованием аустенита. В табл. «Удельная мощность нагрева различными источниками тепла» приве­дены краткие данные специфических видов тепловой энергии для отдельных процессов.

Эти методы могут использоваться для об­работки как простых, так и сложных поверх­ностей, находящихся как в неподвижном со­стоянии, так и во время движения. При этом источник тепла также должен перемещаться. Наилучшим способом, связанным с обра­боткой радиально-симметричных деталей, является вращение, благодаря которому обе­спечивается концентрическая закалка. Для охлаждения могут применяться операции по­гружения образца в охлаждающую жидкость или ее распыления. Информацию о выпол­нении упрочнения поверхности можно найти в DIN 17022-5 .

Также для закалки могут применяться установки спрейерного типа. Температуры при поверхностной закалке должны быть на 50-100 °С выше, чем те, что используются при нагреве в печах, с целью обеспечения очень быстрого разогрева. Данный процесс обычно охватывает малоуглеродистые или нелегированные стали с содержанием угле­рода порядка 0,35-0,60% по массе. Однако, поверхностной закалке также могут подвер­гаться легированные стали, чугун и стали, применяемые в подшипниках качения.

При таком виде обработки может быть обеспе­чено сочетание высоких прочности и по­верхностной твердости детали, в том числе и в местах, имеющих высокие напряжения (скрытые или потайные концентраторы на­пряжений, несущие поверхности, поперечные сечения переходных деталей).

Поверхностная закалка применяется в ме­стах концентрации внутренних напряжений сжатия для обеспечения повышенной уста­лостной прочности, особенно в тех случаях, когда переменным напряжениям подвер­гаются детали с отверстиями или другими концентраторами напряжений. Напряжение, показанное на рис. «Знакопеременные напряжения соответствующие закалке поверхностных слоев», соответствует напря­жению при изгибе. Напряженное состояние детали снижается с наложением напряжений при изгибе и внутренних напряжений.

Зависимость, определенная в уравнении 1, может быть использована для оценки по­тенциальной твердости поверхности. Между поверхностным слоем и внутренней неза­каленной областью детали обычно имеется существенная разница в твердости. Глубина закалки DS, при которой твердость по Вик­керсу изменяется не более чем на 80%, может быть выведена из кривой прогрессии твердо­сти (см. DIN ЕМ 10328).

 

Изотермическая закалка на аустенит

 

Цель данного процесса — создание бейнитной микроструктуры. Бейнит не является на­столько твердой структурой, как мартенсит, однако обладает большей пластичностью, а также меньшей склонностью к изменениям удельного объема.

После образования аустенита (см. раздел «За­калка»), детали, предназначенные для закалки на бейнит, подвергаются охлаждению до темпе­ратуры 200 …350 °С (в зависимости от состава материала) с определенной скоростью. Затем детали выдерживаются при этой температуре до тех пор, пока не закончится превращение ау­стенита в бейнит. После этого детали могут быть охлаждены до комнатной температуры (при этом специального режима охлаждения не требуется).

Закалка на бейнит эффективна для дета­лей, чья геометрическая поверхность чув­ствительна к концентраторам напряжений или трещинам, или в случае, когда требуется иметь высокую пластичность вместе со зна­чительной твердостью.

 

Применение

 

Головки цилиндров в современных дизель­ных насосах высокого давления для систем Common-Rail, которые должны быть спо­собны избегать высокого износа и внутрен­них сжимающих напряжений, имеют изотер­мическую закалку на аустенит.

 

Отпуск

 

Отпуск закаленных компонентов и инструмен­тов используется для повышения их деформируемости и снижения риска растрескивания. В соответствии с DIN EN 10052, отпуск включает нагрев в один или несколько этапов до температуры отпуска, выдерживание при этой температуре, а затем охлаждение соответ­ствующим образом. Отпуск осуществляется от комнатной температуры до температуры Ас₁, т.е. до той температура, при которой будут соз­даны аустенитные структурные составляющие.

Отпуск при температурах порядка 180 °С яв­ляется достаточным для уменьшения твердо­сти нелегированной или низколегированной стали приблизительно на 1-5 HRC. Отдельные материалы реагируют при более высоких температурах с характерными потерями твер­дости. На рис. «Характерные кривые отпуска для различных марок сталей» показаны характерные кри­вые отпуска для различных марки сталей. Эти кривые иллюстрируют тот факт, что твердость сталей со специальными легирующими эле­ментами (Mo, V, W) — такая же, как, например, у горячекатонной или быстрорежущей инстру­ментальной стали — увеличивается в темпера­турном диапазоне от 400 до 600 °С до величин, которые могут быть выше твердости закалки (вторичная закалка).

Зависимость между температурой отпуска, с одной стороны, и твердостью, прочностью, те­кучестью, пределом сжатия и растяжения может быть взята из диаграммы отпуска для различных сталей (см., например, DIN EN 17021).

Говоря в общем, отпуск уменьшает твердость и прочность и увеличивает деформируемость. Внутренние напряжения также могут быть умень­шены закалкой при температуре свыше 300 °С.

Объем уменьшается, когда отпускаются структуры, которые становятся свободны от остаточного аустенита. При этом для структур, содержащих остаточный аустенит, характерно увеличение объема, которое происходит при переходе от остаточного аустенита в мартенсит. Твердость увеличивается, деформируемость уменьшается, и могут быть созданы новые вну­тренние напряжения. Также увеличивается риск образования трещин.

Следует помнить, что стали, легированные марганцем, хромом и никелем или комбина­цией этих элементов, не должны отпускаться при температурах 350-550 °С, так как это может привести хрупкости. Когда эти типы материалов охлаждаются после закалки, про­изводимой при температурах свыше 550 °С, переход через этот критический диапазон должен также осуществляться как можно быстрее (для получения дополнительной информации см. DIN 17022, части 1 и 2). Этой чувствительности к закалке можно избежать использованием в качестве леги­рующих элементов молибдена и вольфрама.

 

Закалка и отпуск

 

Закалка и отпуск предполагают сочетание этих двух операций при температуре, ко­торая, как правило, находится в диапазоне от 540 до 680 °С. Эта процедура предназначена для достижения оптимального соотношения между прочностью и пластичностью. Она при­меняется в тех случаях, когда требуются пре­дельные значения пластичности и ковкости.

Особое внимание должно быть уделено тому, чтобы при выполнении операций за­калки и отпуска избежать хрупкости.

 

Отжиг

 

Отжиг может применяться для оптимизации определенных эксплуатационных и техноло­гических свойств деталей. С помощью этого метода, детали нагреваются до определенной температуры, выдерживаются в течение до­статочного времени, после чего охлаждаются до комнатной температуры. Ниже приведены наиболее важные с точки зрения технологии процессы отжига.

 

Снятие напряжений при отжиге

 

В зависимости от точного состава материала, снятие напряжения при отжиге производится в диапазоне температур от 450 до 650 °С. Кон­кретной целью является снижение внутрен­них напряжений в компоненте, инструменте или отливке.

 

Рекристаллизационный отжиг

 

Применяется для деталей, изготовленных без использования металлорежущих инструмен­тов. Требуемый диапазон температур зависит от состава материала и степени деформа­ции: для стали он находится в пределах 550 …730 °С.

 

Мягкий отжиг

 

Цель мягкого отжига — улучшение обраба­тываемости материалов, которые с трудом поддаются механической обработке или холодной штамповке. Процесс заключается в нагреве материала до температуры свыше 600 °С, кратком нагреве до температуры свыше Ас_ь выдерживании при этой температуры и медленном охлаждении до комнатной температуры.

Требование к температуре определяется составом материала. Она колеблется в диа­пазоне от 650 до 850 °С для стали и может быть ниже для цветных металлов и сплавов.

Получение шаровидного цементита (кар­бид железа) применяется, когда требуется создать микроструктуру с зернистой формой карбида. Если начальной структурой явля­ется мартенсит или бейнит, то результатом будет гомогенное распределение карбида.

 

Нормализация

 

Проводится посредством нагрева деталей до температуры образования аустенита с по­следующим постепенным охлаждением на воздухе до комнатной температуры. Низко­легированные и нелегированные стали в ре­зультате этого получают структуру, состоящую из феррита и перлита. Этот процесс необхо­дим для уменьшения размера зерен, предот­вращения выделений цементита по границам зерен и обеспечения максимальной однород­ности распределения феррита и перлита.

 

Старение

 

Этот процесс представляет собой термооб­работку для перевода второго компонента в твердый раствор с последующим старением при температуре окружающего воздуха. Де­тали нагреваются и затем выдерживаются при определенной температуре в целях пере­вода структурных компонентов в твердый раствор и подвергаются закалке для образо­вания сверхнасыщенного раствора. Процесс старения включает в себя один или несколько циклов, в течение которых материал нагре­вается и выдерживается при температурах, превышающих температуру окружающего воздуха (горячее старение). Во время этого процесса одна или несколько фаз формиру­ются и осаждаются в матрице.

Выделяющиеся частицы повышают твер­дость и прочность базовой микрострук­туры. Фактические характеристики металла определяются температурой и продолжи­тельностью процесса старения; превышение определенного максимума обычно позволяет уменьшить прочность и твердость конечного продукта.

Старение чаще всего применяется для сплавов цветных металлов, однако некото­рые сорта стали также подвергаются этой обработке.

Применение

Стали, подверженные старению, использу­ются, например, в датчиках измерения дав­ления в топливной рампе в аккумуляторной топливной системе типа Common-Rail.

 

Химико-термическая обработка

 

Во время химико-термической обработки, де­тали погружаются в среду, элементы которой диффундируют в поверхностный слой детали и модифицируют структуру поверхностного слоя. Особо важными для этого процесса являются среды, включающие углерод, азот и бор.

 

Цементация, карбонитрирование, другие типы химико-термического упрочнения поверхности

 

Цементация повышает содержание угле­рода в поверхностном слое, в то время как карбонитрирование к обогащению углеро­дом дополняет азот. Этот процесс обычно проводится в соляных ваннах, в атмосфере с гранулированным составом или в газовой среде при температурах, изменяющихся от 850 до 1000 °С. Закалка выполняется од­новременно с химико-термическим упрочне­нием при температуре науглероживания или карбонитрирования (прямая закалка), или пу­тем непосредственного охлаждения до ком­натной температуры (одиночная закалка), или во время непосредственного охлажде­ния деталей до подходящей промежуточной по значению температуры перед повторной обработкой нагревом (закалка после изо­термического превращения, например, при температуре 620 °С) до температуры закалки. Этот процесс позволяет получить мартенсит­ный поверхностный слой, хотя количество мартенсита в приповерхностных слоях пред­ставляет собой функцию температуры за­калки, прокаливаемости и толщины детали.

При этом должны выбираться конкретные значения температуры как для поверхностной закалки в верхних приповерхностных слоях с более высоким содержанием углерода (слу­чай обогащения), так и для ненауглерожен- ных внутренних частей детали (обогащение внутренних частей) (см. DIN 17022, часть 3). Расстояние между поверхностью и точкой, в которой массовое содержание углерода составляет 0,35%, обычно определяется как глубина науглероживания или цементации.

От требуемой глубины науглероживания, температуры и атмосферных характеристик диффузии углерода (его потенциала в среде) зависит продолжительность процесса цемен­тации или карбонитрирования.

Типичное содержание углерода в цемен­тированном поверхностном слое находится в диапазоне от 0,5 до 0,85% по массе. Кон­центрация углерода, по сути, определяет твердость поверхности.

В общем случае целью химико­термической обработки является достижение массового содержания углерода 0,5-0,85% с получением достаточно высокой поверх­ностной твердости. Более высокие концен­трации углерода могут привести к сохране­нию остаточного аустенита и/или выделению фазы, что может негативно сказаться на ка­честве детали. Таким образом, очень важным фактором при термической обработке явля­ется контроль атмосферного уровня угле­рода и, в итоге, окончательного содержания углерода в детали.

 

Газовая и вакуумная цементация

 

Наиболее распространенными процессами цементирования, используемыми сегодня, являются газовая цементация и вакуумная цементация. В случае газовой цементации, уровень углерода в атмосфере печи регули­руется таким образом, чтобы поверхност­ный слой заготовки получал необходимую концентрацию углерода. Устанавливается состояние равновесия с окружающей ат­мосферой печи. При вакуумной цементации, с другой стороны, содержание углерода не может быть таким образом отрегулиро­ванным. В этом случае содержание углерода регулируется с помощью многоступенчатого цементирования. На первом этапе цементи­рование осуществляется при очень высоком содержании углерода в диапазоне физиче­ского насыщения. Далее это высокое содержание углерода уменьша­ется путем диффузии до нужного уровня. Процесс вакуумной цементации состоит из нескольких последовательных этапов цементирования и диффузии.

Градиент, определяющий зависимость твердости от глубины, соответствует кривой концентрации углерода. Для оценки этого используется понятие глубины цементации CHD. В стандарте DIN EN ISO 2639 она определяется как максимальное расстояние от поверхности, при которой твердость па­дает ниже 550 HV.

Деталь, прошедшая химико-термическую обработку и закалку, испытывает, в основ­ном, напряжения сжатия на поверхности и растяжения во внутренних слоях детали. Как и в случае с поверхностной закалкой, такая схема распределения напряжений обе­спечивает повышенную сопротивляемость вибрационным нагрузкам

Азот, поглощаемый вовремя карбонитрирования, служит для улучшения поведения материала при отпуске, повышает его долго­вечность и усиливает стойкость к износу. Положительное влияние азота наиболее вы­ражено для нелегированных сталей. Допол­нительную и более подробную информацию по операциям закалки с химико-термическим упрочнением см. в DIIM 17022, часть 3 и в ин­формационном листе 452 Информационного центра стали, Дюссельдорф.

 

Применение

 

Форсунки аккумуляторной топливной си­стемы Common-Rail, способные вы­держать высокий износ и внутренние сжи­мающие напряжения, закаляются путем вакуумной цементации.

 

Азотирование и нитроцементация

 

Азотирование — процесс химико-термической обработки (в температурном диапазоне 400-600 °С), используемый для обогащения поверхностного слоя железных сплавов азотом. Вовремя нитроцементации в материал диффун­дирует и определенное количество углерода.

Молекулярный азот, находящийся в ука­занном диапазоне температур газообразного азота, не может диффундировать в металли­ческие материалы. Поэтому необходимо, чтобы это происходило с помощью подходящего донора. На практике процессы азотирования и нитроцементации выполняются в газовой атмосфере, содержащей аммиак, в плазме, содержащей азот или даже в расплавленных солевых растворах, содержащих цианат. Газо­вые выбросы аммиака способствуют диффун­дированию азота во время его термического распада. В плазме азот ионизируется, что также способствует диффузии атомов азота.

Обогащение азотом поверхностного слоя вызывает осаждение нитридов, в резуль­тате чего поверхностный слой затвердевает. В конечном счете, это приводит к большей стойкости к износу и коррозии и к большей усталостной прочности. Так как процесс про­исходит при сравнительно низких темпера­турах, нет объемных изменений, связанных с преобразованиями в микроструктуре, так что изменения размеров и формы минимальны.

Азотированная зона включает поверхност­ный слой толщиной в несколько миллиме­тров и осветленный переходный слой, твер­дость которого может находиться в пределах от 7CD до 1200 HV и выше в зависимости от состава материала. При этом чем больше расстояние от поверхности, тем мягче диффузионный слой, толщина которого со­ставляет несколько десятых миллиметра. Толщина отдельных слоев определяется температурой и продолжительностью процесса обработки. В результате обработки устанавливается градиент твердости, подобный тому, что имеет место при поверхностной закалке и химико-термической обработке с закаливанием; этот градиент служит осно­вой при установлении глубины азотирования. В DIN 50190, часть 3, она определяется как расстояние от поверхности, на котором твердость все еще на 50 HV выше, чем твер­дость внутри материала.

Сопротивляемость материала к изна­шиванию и коррозии, главным образом, определяется наличием осветленного слоя, который содержит до 10% компонентов азота по массе. Азотирование и поверхност­ная закалка определяют сопротивляемость материала к знакопеременным циклическим напряжениям (для дополнительной инфор­мации см. DIN 17022, часть 4 и информа­ционный лист 447 Информационного центра стали, Дюссельдорф.

Антикоррозионная стойкость чугуна или нитроцементация заготовок могут быть зна­чительно увеличены окислением в парах воды или других подходящих газах, или в расплавленных солевых растворах при тем­пературах в пределах от 350 до 550 °С.

 

Применение

 

Форсунки, используемые, например, в ак­кумуляторных топливных системах Bosch Common-Rail, способные выдерживать резкие перепады температур, подверга­ются газовому азотированию. Компоненты для очистителя ветрового и заднего стекол нитроцементируются для повышения их устойчивости к коррозии и износу. После обработки эти компоненты приобретают харак­терный верный цвет.

 

Обработка бором

 

В зависимости от продолжительности и тем­ператур (обычно 850-1000 °С), получают железоборный осветленный слой глубиной от 30 мкм до 0,2 мм и твердостью 2000-2500 HV.  Борирование является наиболее эффек­тивным средством защиты против абразив­ного износа, однако высокая температура процесса приводит к относительно большим изменениям формы и размеров обрабаты­ваемой детали.

 

Применение

 

Частичное борирование держателей инстру­ментов с высокой износостойкостью исполь­зуются в ударных сверлах Bosch.

В следующей статье я расскажу о коррозии и защите от коррозии.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЕ ПОЧИТАТЬ:

Термическая обработка — 2021 14-я Выставка технологий и оборудования для термообработки

Дата выставки: 28 — 30 сентября 2021 г.

Место проведения: Павильон 7, ЦВК Экспоцентр, Москва, Россия

Для подачи заявки на участие в «Термообработке-2021» свяжитесь с нами по электронной почте. Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра или по мобильному телефону +7 962 728 57 57. Все ранее полученные пригласительные билеты действительны для посещения выставки в 2021 году.

Организатор: Выставочная компания «Мир-Экспо»

Информация о выставке:

На выставке «Термическая обработка — 2019» будет представлено специальное оборудование и материалы от ведущих мировых и отечественных производителей теплового и химико-термического оборудования, огнеупорных материалов, теплоизоляционного, измерительного, диагностического и аналитического оборудования.

Посетители могут познакомиться с современными технологиями и оборудованием для термической и термомеханической, термической, размерной и поверхностной обработки различных материалов.

Также участники выставки предлагают современные комплексные технические решения по реализации и строительству (реконструкции) современных отопительных, тепловых, методических печей, тепловых агрегатов, с целью повышения их энергоэффективности: снижение расхода газа, улучшение качества нагрева заготовок, замена существующей системы отопления и автоматики, а также высоковолокнистые энергоэффективные износостойкие футеровочные материалы.

80 компаний из 10 стран представили свое оборудование и технологии на выставке в 2019 году, общая площадь составила 3022 кв.м. Подробнее о прошедшей выставке.

13-я выставка термообработки — 2019 Видеоотчет:

Видеоинтервью экспонента 2019:

Основных разделов выставки:

Печи электрические нагревательные (камерные, шахтные, изолированные, с выкатным подом и др.)

Термическое и химико-термическое оборудование для карбонитрила, науглероживания, борирования, закалки, пайки, спекания, MIM, отпуска, отжига, магнитного отжига, старения, снятия внутренних напряжений и т. Д.

Физико-термическое оборудование

Индукционное оборудование. Преобразователи частоты и трансформаторы для индукционного нагрева

Вакуумное оборудование и компоненты вакуумных систем: вакуумные печи, сушильные шкафы и системы напыления; вакуумные насосы, вакуумметры, вакуумные клапаны и клапаны, регуляторы расхода газа

Лабораторные муфельные печи и сушильные шкафы; Лабораторное оборудование: спектрометры, приборы для бесконтактного измерения температуры, анализаторы для определения газообразующих примесей в твердых материалах

Нанесение покрытий, в том числе плазменное напыление защитных покрытий

Оборудование для электронно-лучевой сварки и дуговой сварки в аргоне

Лазерное производственное оборудование

Системы низких температур (криогенная обработка)

Промышленные стиральные машины и линии

Азотные, кислородные, водородные, компрессорные, холодильные установки; — Робототехнические комплексы для сварки, резки, гибки, фрезерования, перемещения, нанесения различных покрытий; — Системы охлаждения: градирни и чиллеры

Оборудование для исследования свойств материалов, неразрушающего контроля: оборудование для определения твердости, оборудование для подготовки образцов, оборудование для механических испытаний, спектрометры, пирометры

Технология для измерения температуры, влажности и вакуума: термопары, измерительные преобразователи, преобразователи сопротивления, предохранительные клапаны, лайнер, приборы с цифровым дисплеем, измерительные станции, имитаторы, калибраторы, детали и компоненты

Горелки газовые и масляные, системы газоснабжения и автоматика.Система управления импульсной горелкой. Шкафы управления печами

Рукава гибкие металлические высокого давления

Центробежное литье из коррозионно-стойких, жаропрочных и специальных сталей и сплавов

Механизмы транспортировки нагретого металла, рекуператоры, муфты, изделия из жаропрочных материалов

Отливки стальные жаропрочные. Печное оборудование и технологическое оборудование для термообработки: теплообменники, поддоны, решетки, корзины, опоры, арматура, рабочие колеса, радиационные трубы, реторта, ролики и др.для всех типов печей

Огнеупоры, Изоляция и футеровка тепловых агрегатов

Ламинированные ткани и ткани, увеличивающие объем. Многослойные тканые материалы из кремнезема, кварца, бесщелочных стекловолокон, углеродных волокон и их комбинаций.

Специальные покрытия и клеи для высокотемпературных промышленных процессов

Смазочные материалы и технические жидкости. Технология очистки и регулирования температуры промышленных жидкостей.Система охлаждения

Изделия из графита, углеродного войлока и углерод-углеродных композитов для высокотемпературного оборудования

Модификация изделий и их уплотнение на основе углеродного пека и фенольных смол, антискользящие покрытия, ламинирование поверхностей

Проектирование и изготовление тепловых агрегатов (нагревателей, токоподводов, силовых конструкций)

Модернизация высокотемпературных печей с применением современных углеродных материалов: увеличение рабочего пространства печей. Выравнивание теплового поля

Пусконаладочные работы, профессиональный монтаж, сервис, ремонт и капитальный ремонт печей и отопительного оборудования

Деловая программа:

Важной частью выставки является традиционно проводимая в ее рамках 13-я Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии термообработки».

Конференция в рамках выставки существенно повышает эффективность работы экспонентов и посетителей на выставке.

Конференция несет максимум инновационной информации и способствует обмену профессиональным опытом, а также взаимосвязи между наукой и производством.

Цели конференции:

— обсуждение актуальных проблем и новых разработок в области термической обработки ведущими учеными и специалистами;

— обмен опытом по проектированию, обслуживанию и модернизации оборудования;

— презентация новых технологий и оборудования.

Стоимость участия в выставке:

Цена с НДС 20%, евро
Оборудованная экспозиционная площадь	360 / кв.м
Необорудованная экспозиционная площадь	325 / кв.м
Регистрационный взнос	555
Заочное участие	815
Электроснабжение обустроенной площади до 1,5 кВт	19 / кв.м.
Электроснабжение на оборудованную площадь более 1,5 кВт	по списку доп. Оборудования
Регистрационный взнос за один доклад на конференции (компания-экспонент)	177
Регистрационный взнос за один доклад на конференции (другая компания)	343
Участие в конференции в качестве слушателя	бесплатно, с предварительной регистрацией

Доплата за размещение стенда:

»Угловая кабина (2 открытые стороны) + 10%

»Стенд полуострова (3 открытых стороны) + 15%

»Островная будка (4 открытых стороны) + 20%

Стоимость стандартного стенда:

евро

Перечень оборудования стандартной будки (шт.):	Стенд
	6 кв.м.	9 кв.м.	12 кв.м.	15 кв.м.	18 кв.м.	20 кв.м.
Ковровые покрытия	+	+	+	+	+	+
Буквы на фасции	15	15	15	15	15	15
Стол	1	1	1	1	1	1
Стул	2	4	4	4	4	4
Шкаф	1	1	1	1	1	1
Точечный светильник 100Вт	2	3	4	5	6	6
Розетка 220В, мощность 2кВт	1	1	1	1	1	1
Вешалка для одежды	1	1	1	1	1	1
Корзина для мусора	1	1	1	1	1	1
Панель стеновая дополнительная (100×250 см)	–	–	1	1	2	2
Дверь складывающаяся	–	–	1	1	1	1
Стоимость одностороннего открытого стенда с НДС 20%,	2829	3966	5103	6240	7377	8135
Цена угловой будки с НДС 20%, евро	3045	4290	5535	6780	8025	8855

Подать заявку на участие в выставке и конференции можно следующими способами:

1.Заполните онлайн-форму на сайте;

Резервный стенд Выступить на конференции

2. Скачайте с нашего сайта заявку на участие в MS Word с нашего сайта. Заполните его и отправьте по электронной почте на адрес Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра или по факсу +7 495 988-1620. Затем мы отправим вам счет-фактуру;

3. Позвоните в Дирекцию выставки по телефону +7 495 988-1620, спросите менеджера выставки — Никитину Наталью.Она отправит вам необходимую заявку и ответит на ваши вопросы;

Чтобы получить бесплатный пригласительный билет и стать слушателем, вам достаточно зарегистрироваться.

Получите бесплатное приглашение на выставку и конференцию

Управляющий:

Никитина Наталья Владимировна

Термическая обработка

Печи модели AK с полезными размерами камеры 30 — 600 литров с макс. температуры 950 ° C оснащены мощным рециркуляционным вентилятором.Благодаря этому рециркуляционному вентилятору достигается быстрый нагрев и равномерное распределение температуры. Печи AK LHT используются для отжига, отпуска и прокаливания. Возможны специальные размеры полезной камеры до нескольких кубометров. Аддитивное производство (Rapid Prototyping, Rapid Tooling, 3D-печать): особенно маленькие размеры, такие как AK 30 и AK 40, используются для отжига аддитивных деталей на 3D-принтерах. Дополнительная газовая продувка и кожух внешних слоев изоляции позволяют в значительной степени подавить образование накипи.

В случае чувствительных материалов отжиг и отпуск проводят в печах с защитным газом.

Таким образом, можно использовать печи LHT с защитным газом модели ВМК-S с полезной камерой 2,6 — 15 литров и модели KS-S с полезной камерой 70-460 литров. Обе модели могут использоваться при температурах выше 1050 ° C (1100 ° C VMK-S, 1200 ° C KS-S) с защитным газом. В основном он работает в среде инертного газа с содержанием водорода <5%, а в случае более чувствительных к окислению компонентов - со 100% -ным водородом или крекинг-газом.Для последнего печи комплектуются стандартными опциями устройством подачи газа, устройством дожигания и пакетом безопасности.

Для оптимизации производственных линий часто бывает необходимо работать в печах непрерывного действия. Поэтому Linn производит небольшие и средние ленточные печи с непрерывным конвейером до 1150 ° C.

Печи модели HK с полезными объемами камеры 30 — 600 литров с макс. температуры 1200 ° C (необязательно 1300 ° C для быстрорежущих сталей) используются для закалки, нормализации и других термических обработок.Возможны специальные размеры полезной камеры до нескольких кубометров. Дополнительная газовая продувка и кожух внешних слоев изоляции позволяют в значительной степени подавить образование накипи.

Для индукционной закалки Linn производит генераторы высокой и средней частоты. Стандартный диапазон мощностей высокочастотных агрегатов составляет от 1,2 до 10 кВт, в специальных исполнениях — до 100 кВт. Генераторы средней частоты выпускаются стандартными агрегатами от 10 до 200 кВт и макс. до 1000 кВт. Индукторы и закалочные души также производятся LHT.

Автоматизированные агрегаты, эл. грамм. для закалки волн, также входят в ассортимент LHT.

Что такое термическая обработка?

Что такое термическая обработка?

Новый год — это часто время, когда мышление «нового ты» наиболее сильное во всем мире. Резкое увеличение количества участников в тренажерном зале, диеты, старт, личные / тематические блоги, и, чтобы быть полностью прозрачными, начинаются блоги компаний.Это действительно идеальный месяц для начала. Итак, добро пожаловать на вступительный и первый пост в блоге Can-Eng Furnaces International. В течение года мы будем использовать эту площадку, чтобы предлагать базовое образование в отрасли, обзоры событий, технические описания и идеи наших экспертов о том, что, по их мнению, происходит сейчас и в будущем в отрасли термообработки.

Сегодня мы начнем с самого основного аспекта термической обработки — «Что такое термическая обработка»? Простой, честный вопрос (для большинства людей, не относящихся к отрасли или соответствующей сфере образования), который знакомит нас с одним из самых интересных аспектов отрасли термообработки.Помимо непосредственного воздействия, это то, о существовании которого большинство населения не подозревает. Это еще более примечательно тем, что термическая обработка затрагивает практически все аспекты современной жизни: строительство, автомобилестроение, авиакосмическая промышленность, нефтегазовая промышленность и военная промышленность — это лишь некоторые отрасли, которые полагаются на термическую обработку как часть своей продукции. Предметы повседневного обихода, такие как: стальные пластины, трубы, блоки цилиндров, поршни, пружины, простые крепежные детали — все это продукты, которые проходят термическую обработку. Итак, давайте объясним неизвестную, скрытую отрасль.

Общая информация о термообработке

Проще говоря, термическая обработка — это процесс использования тепла на различных ступенчатых уровнях для изменения физических свойств (микроструктуры) материала; чаще всего металлы (т.е. сталь или алюминий). Нагрев осуществляется в крупномасштабных промышленных «печах» (сильно отличающихся от домашних печей, способных достигать температур выше 2000 ° F).

Термическая обработка, как правило, протекает следующим образом:

1. Изделие «А» поступает в камеру термообработки и загружается в первую печь
2. Изделие «А» доводят до заданной температуры и выдерживают (замачивают) при этой температуре в течение заданного времени (время выдержки)
3. Изделие «А» выходит из печи и охлаждается (закаливается), часто быстро, до другой определенной температуры.
4. После закалки объект «A» загружается во вторую печь, где он проходит второй цикл нагрева и выдержки для «точной настройки» физических свойств объекта «A»

Этот четырехэтапный процесс является самым основным процессом термообработки. Существует множество дополнительных процессов, дополняющих термообработку для достижения желаемых конечных свойств. Вам нужен высокопрочный, устойчивый к истиранию? Термически обработайте его. Вам нужно что-то с высокой прочностью и достаточной пластичностью, чтобы не разбиться? Термически обработайте его.Варианты практически безграничны, и именно здесь исчезает простота термической обработки и изготовления оборудования для термообработки.

Изначально простая на практике термообработка быстро разрушается на несколько изолированных и взаимосвязанных переменных (температура выдержки, время выдержки, однородность температуры, время нарастания, скорости закалки), которые превращают процесс в детальную и сложную науку. Однако прежде чем мы пойдем дальше, необходимо дать определение ключевому, общеотраслевому жаргону, чтобы дать базовое понимание отрасли.

Необходимый жаргон

Микроструктура:

Внешний вид материала на длине нм-см. Более уместно, это расположение фаз и дефектов внутри материала. Микроструктуры влияют на все аспекты физических свойств материала. Термическая обработка направлена ​​на развитие определенных микроструктур внутри материала.

Сплав:

Смесь двух или более химических элементов, по крайней мере один из которых является металлом, с металлическими свойствами

Аустенит:

Твердая смесь железа и углерода (могут быть другие элементы).Образуется, когда температура материала превышает критическую (трансформационную) температуру.

Критическая температура:

Также известный как температура превращения, это диапазон температур, при котором феррит превращается в аустенит.

Феррит:

Магнитная форма железа с объемно-центрированной кристаллической структурой

Ковка:

Процесс формовки металлов молотком или прессованием. Термическая обработка позволяет изменить форму металла в большей степени, чем если бы он был холодным, без добавления ненужной деформации в металл

Закалка:

Быстрое охлаждение металлических сплавов.Существует несколько типов гашения, которые будут рассмотрены в блоге

.

Замачивание:

Нагрев металлического компонента в течение определенного периода времени при заданной температуре для достижения однородной температуры по всему компоненту.

Движение вперед

К счастью, для специалистов по термообработке и производителей оборудования для термообработки материаловедение является хорошо изученной областью исследований. Практические правила больше не диктуют, что нужно делать, технические документы и данные четко определяют строгие условия, в которых должна происходить термообработка.Эта ответственность ложится на производителя промышленных печных систем, массивные системы должны работать до мельчайших деталей. Именно здесь на первый план выходят сложность и наука отрасли, и мы надеемся продемонстрировать это в этом году. Чудо этой детализированной, тщательно спроектированной отрасли, которая поддерживает так много в нашей повседневной жизни, даже не заметив ее.

Как мы упоминали выше, сложность термообработки начинается с типа материала, требующего термической обработки — например, сталь обрабатывается иначе, чем алюминий.Эти различия послужат основой для нашей первой серии публикаций по мере того, как мы углубимся в отрасль термообработки. Мы приветствуем вас в путешествии по 2018 году вместе с нами здесь, в Can-Eng Furnaces. В следующем посте мы сосредоточимся на специфике термической обработки уникального материала, начиная с мировой основы — стали.

Термотерапия (тепловая обработка) для лечения остеоартроза коленного сустава

Чтобы ответить на эту тему, ученые нашли и проанализировали три исследования.Более 170 человек с остеоартритом продолжают принимать лекарства, но используют горячие, холодные или ледяные пакеты / полотенца с массажем или без него или без лечения. Исследования были невысокого качества, но этот Кокрановский обзор предоставляет лучшие доказательства, которые у нас есть на сегодняшний день.

Что такое термотерапия и как она может помочь при остеоартрозе колена?
Остеоартрит (ОА) — это наиболее распространенная форма артрита, которая может поражать руки, бедра, плечи и колени. При ОА хрящ, защищающий концы костей, разрушается, что вызывает боль и отек.Термотерапия включает в себя применение тепла или холода к суставам для улучшения симптомов остеоартрита и может проводиться с помощью пакетов, полотенец, воска и т. Д. Тепло может работать, улучшая кровообращение и расслабляя мышцы, тогда как холод может притупить боль, уменьшить отек, сузить кровеносные сосуды. и блокируют нервные импульсы к суставу. Термотерапию можно использовать в программах реабилитации или дома.

Насколько хорошо работает термотерапия?
Одно исследование показало, что массаж льдом в течение 20 минут, 5 дней в неделю в течение 2 недель, улучшил мышечную силу в ноге, диапазон движений в колене и уменьшил время на ходьбу на 50 футов по сравнению с отсутствием лечения.

Другое исследование показало, что пакеты со льдом в течение 3 дней в неделю в течение трех недель уменьшают боль так же хорошо, как и отсутствие лечения.

Другое исследование показало, что холодные компрессы на 20 минут в течение 10 периодов уменьшили отек больше, чем отсутствие лечения. Горячие компрессы в течение того же времени оказали на отек такой же эффект, как и отсутствие лечения.

Насколько это безопасно?
В исследованиях не сообщалось о побочных эффектах, но в целом исследования показывают, что термотерапия безопасна при осторожном применении.

Каков итог?
Поскольку исследования были небольшими и низкого качества, однозначных выводов сделать нельзя. Имеются «серебряные» доказательства того, что ледяной массаж может быть использован для улучшения диапазона движений и силы колена и их функций у людей с остеоартритом колена. Для уменьшения отека можно использовать холодные компрессы.

Heat Treatments Ltd — Процессы термообработки

Закалка на воздухе

У нас есть две современные вакуумные печи Abar Ipsen с компьютерным управлением для аустенитизации закаленных на воздухе сталей.

В наших печах используется конвекционный нагрев и направленная закалка для повышения однородности температуры и минимизации деформации. Обе печи управляются компьютером и регистрируются данные для единообразия и прослеживаемости.

Материалы обычной закалки на воздухе

• D2, h23, нержавеющая сталь серии 400, A2, Calmax, 2767 — EN30b, A6, быстрорежущая сталь, CPM3V, CPM4V, CPM10V, CPM15V, Vanadis 4, Vanadis 10.

Максимальные размеры

• Вакуумная печь номер один — ширина 900 мм, длина 1200 мм, высота 600 мм, максимальная нагрузка 1100 кг.
• Вакуумная печь номер два — ширина 650 мм, длина 1000 мм, высота 500 мм, максимальная нагрузка 500 кг.

Время обработки

• D2, Нержавеющая сталь 400, h23 — Выдержите 2 дня.
• A2, Calmax — Разрешить 3-4 дня.
• 2767, A6 — Разрешить 3-4 дня.
• High Speed ​​Steel, CPM — только по выходным (в зависимости от размера / количества загрузки).

Информационный бюллетень

Карбонитрирование

Карбонитрирование — это обработка поверхности, аналогичная науглероживанию, однако углерод и азот диффундируют в поверхность низколегированной / низкоуглеродистой стали.В результате получается компонент с твердой износостойкой поверхностью и более мягким и прочным сердечником. Карбонитрирование больше подходит для углеродистых и низкоуглеродистых сталей.

Мы карбонитриды газообразным методом в печах герметичной закалки с компьютерным управлением. Чрезвычайно жесткий контроль концентрации углерода, скорости диффузии и температуры требуется для обработки компонента с минимальными искажениями и достижения оптимальных механических свойств. Печь с герметичной закалкой в ​​контролируемой атмосфере — это наиболее проверенный и признанный метод получения высококачественного нитроцементации.

Обычно карбонитрированные материалы

• Мягкая сталь, 1020, 1040, 1045, полый стержень из углерода.

Максимальные размеры

• ширина 620 мм x длина 950 мм x высота 470 мм.
• Максимальная нагрузка 1000 кг.

Время обработки

• Отведите 3 дня на общие работы. Чрезвычайно большие детали или большая глубина корпуса могут занять больше времени. Для срочных работ может быть организован более быстрый оборот.

Информационный бюллетень

Криогенный отпуск

Криогенный отпуск — это термообработка, при которой материал охлаждается до криогенных температур порядка -185 ° C, обычно с использованием жидкого азота. Было показано, что в некоторых случаях он увеличивает прочность и твердость, иногда за счет увеличения прочности. Хотя криогенный процесс является относительно новым открытием, есть свидетельства того, что большинство инструментальных сталей демонстрируют повышение износостойкости после криогенной обработки.Эта обработка больше подходит для инструментальных сталей, высокоуглеродистых и / или высокохромистых сталей, где абсолютная максимально возможная износостойкость является основным требованием.

Мы используем криогенную камеру с жидким азотом собственного производства.

Материалы, обычно подвергающиеся криогенной обработке

• D2, A2, HSS, другие высоколегированные стали и марки науглероживания.

Максимальные размеры

• Ширина 900 мм x длина 1300 мм x высота 1000 мм.
• Максимальная нагрузка 800 кг.

Время обработки

• На данный момент достаточно вариативен, подробности можно узнать по телефону.

Лабораторные услуги

Для поддержания наших высоких стандартов качества мы располагаем современной, хорошо оборудованной металлургической лабораторией.

Доступные услуги

• Консультация металлурга.
• Анализ отказов.
• Рекомендации по материалам и термообработке.
• Испытание на твердость — на месте и переносно.
• Спектрографический анализ.
• Испытание на растрескивание частицами Mag.
• Сертификация, примечания к выпуску, отчеты.
• Имеется цифровая микроскопия.
• Измеритель микротвердости Leco с цифровой функцией.

Информационный бюллетень

Закалка в масле

Мы закаливаем в масле в печах с герметичной закалкой с компьютерным управлением, причем процесс аустенизации и закалки осуществляется в контролируемой атмосфере для предотвращения окисления или выкармливания.

Материалы, обычно закаленные в масле

• 4130, 4140, 4340, 1050-1070, O1, S1, S5, EN30b, EN45.

Максимальные размеры

• ширина 620 мм x длина 950 мм x высота 470 мм.
• Максимальная нагрузка 1000 кг.

Время обработки

• Разрешить 2-3 дня, срочные работы следует организовывать заранее.

Снятие напряжения

Снятие напряжений используется для снижения остаточных напряжений, которые могут оставаться в компоненте в результате сварки, формовки, механической обработки и т. Д.

Снятие напряжений выполняется для: облегчения дальнейшей формовки / механической обработки, улучшения свойств после сварки или уменьшения деформации, которая может возникнуть во время последующей термообработки.

Наши печи для снятия напряжения управляются компьютером / регистрируются данные и имеют программируемые скорости нагрева и охлаждения.

Материалы, обычно снимающие напряжение

• Мягкие стали, Эластичные стали, Инструментальные стали, Алюминий, Титан, Инколлой.

Максимальные размеры

• ширина 1260 мм x длина 3000 мм x высота 1260 мм.
• Максимальная нагрузка 3000 кг.

Время обработки

• Обычно быстро, но очень большие работы могут занять больше времени.

Обработка алюминия

Некоторые алюминиевые сплавы можно обрабатывать на твердый раствор и / или подвергать старению для повышения прочности и обрабатываемости. HTL использует печь с двойным откидным дном, специально разработанную для обработки алюминия растворами. Функции включают: компьютерное управление и регистрацию данных, закалку в горячей или холодной воде, 5-секундную задержку закалки.

Общие обозначения темперамента

Закалка	Лечение	Характеристики
Т4	Раствор и естественный возраст	Средняя прочность — еще можно формовать или изготавливать
T5	Состарение сразу после экструзии или литья	Прочность от низкой до средней — обработка с низким уровнем деформации
T6	Раствор и искусственное старение	Высокая прочность — хорошее сочетание прочности и вязкости
T7	Решение и старше	Средняя прочность — специальная обработка, обычно детали двигателя

Обычно обрабатываемые материалы

• 2014, 2024, 6060, 6061, 6063, 6351, 7075, 7079, CC601, LM25, LM13.

Максимальные размеры

• Обработка раствора — ширина 650 мм, длина 1000 мм, высота 1000 мм, максимальная нагрузка 700 кг.
• Возрастное упрочнение — ширина 1200 мм, длина 2800 мм, высота 1200 мм, максимальная нагрузка 3000 кг.

Время обработки

• Обычно 3-4 дня, однако для срочных работ можно организовать более быстрый ремонт.

Науглероживание

Науглероживание — это обработка поверхности, при которой углерод диффундирует в поверхность низколегированной / низкоуглеродистой стали.В результате получается компонент с твердой износостойкой поверхностью и более мягким и прочным сердечником.

Мы науглероживаем газовым методом с использованием закалочных печей с компьютерным управлением. Чрезвычайно жесткий контроль концентрации углерода, скорости диффузии и температуры необходим для обработки компонента с минимальными искажениями и достижения оптимальных механических свойств. Печь с герметичной закалкой с контролируемой атмосферой — это наиболее проверенный и признанный метод получения высококачественной цементации.

Обычные науглероженные материалы

• 8620, 9310, EN36A, EN39B, 1.2764, E230, E200, E110, Impacto, Super Impacto, полый стержень из карбона.

Максимальные размеры

• ширина 620 мм x длина 950 мм x высота 470 мм.
• Максимальная нагрузка 1000 кг.

Время обработки

• Отведите 3 дня на общие работы. Чрезвычайно большие детали или большая глубина корпуса могут занять больше времени. Срочные работы могут быть выполнены в более короткие сроки.

Информационный бюллетень

Индукционная закалка

Индукционная закалка — это обработка локализованной поверхности, обычно выполняемая на круглых деталях. Поверхность компонента нагревается за счет электромагнитной индукции, а затем закаливается для получения твердой поверхности. Преимущества индукционной закалки по сравнению с другими типами поверхностного упрочнения многочисленны: меньшая деформация благодаря только локальному нагреву, отсутствие необходимости в маскировке, быстрая и глубокая глубина корпуса более 8 мм. Индукция идеально подходит для пальцев экскаваторов, пальцев конвейерной цепи, шлицевых валов и осей, направляющих пальцев и т. Д.

Мы ввели в эксплуатацию двухшпиндельный индукционный отвердитель с ЧПУ. Двойные шпиндели позволяют обрабатывать два штифта одновременно, что сокращает время оборачиваемости и стоимость обработки больших партий заданий. Система ЧПУ обеспечивает высокую повторяемость допусков.

Материалы обычной индукционной закалки

• 1040-1060, 4140, 4340, P20, 2767.

Максимальные размеры

Raydyne Number One	Raydyne Number Two	Двойной шпиндель
Диаметр 10 мм — 75 мм	Диаметр 75 мм — 240 мм	Диаметр 10 мм — 75 мм
Ход 1100 мм Примечание: этот станок может удерживать более длинные валы, но может закаливать только 1100 мм на каждом конце.	длина 1800 мм	Длина 1000 мм

Сроки выполнения

• Обычно 2 дня, однако для срочных работ можно организовать более быстрый ремонт.

Информационный бюллетень

Азотирование

Азотирование — это низкотемпературная обработка поверхности с низким уровнем деформации, которая значительно улучшает износостойкость и другие механические свойства большинства типов сталей.

Мы используем запатентованный процесс азотирования нитрегом. Процесс Nitreg — это компьютеризированная система азотирования, в которой контролируется азотирующий потенциал атмосферы печи. Потенциал азотирования напрямую связан с механическими свойствами, и точное управление им дает нам много преимуществ по сравнению с обычными методами азотирования

• Пониженный уровень искажений.
• Результаты предсказуемы и повторяемы.
• Белый слой без хрупкости.
• Время обработки сокращено.
• Лучшая однородность слоя независимо от геометрии.

В системе Nitreg рецепт корректируется для оптимизации свойств гильзы в зависимости от материала и области применения или требований.

Материалы, обычно азотированные

• P20, h23, D2, O1, 4140, 4340, 1040, 1045.

Максимальные размеры

Нитридер номер один	Нитридер номер два	Нитридер номер три
Диаметр 780 мм x глубина 1200 мм 520	Диаметр 520 мм x глубина 2900 мм	Диаметр 850 мм x глубина 1250 мм
1000 кг максимальная нагрузка	1000 кг максимальная нагрузка	Максимальная нагрузка 1500 кг

Сроки выполнения

• Обработка большинства обычных предметов выполняется в одночасье, слишком большие предметы или глубокие ящики могут занять больше времени.Срочные работы следует согласовывать заранее.

Информационный бюллетень

ЧЕРНОЕ КОРРОЗИОННО-УСТОЙЧИВОЕ АЗОТИРОВАНИЕ
(NITREG® + ONC®)

Очень твердый, устойчивый к коррозии и эстетичный черный

Компания

Heat Treatments Ltd рада возможности предложить процесс Nitreg® + ONC® на рынке Новой Зеландии. В рамках нашего технологического соглашения с Nitrex Metal Inc мы много работали над разработкой и доказательством этого востребованного метода лечения здесь, на нашем заводе в Окленде.

Для применений, где требуется устойчивость к атмосферной коррозии и привлекательная темная отделка, подходящим процессом является нитрид Nitreg® плюс ONC®. Целью этой обработки является преобразование самой верхней части белого нитридного слоя в сложную структуру шпинели, состоящую в основном из оксида железа Fe3O4.

Такая обработка окислением после азотирования имеет эффект повышения коррозионной стойкости уже азотированного компонента, при этом придавая поверхности привлекательную темную отделку, что явно желательно для многих клиентов.

ONC®, применяемый в сочетании с процессом азотирования с контролируемым потенциалом или нитроцементации Nitreg®, представляет собой чистую технологию, которая во многих случаях может заменить хромирование и азотирование в соляной ванне с присущими им проблемами загрязнения и стоимости.

В зависимости от типа стали детали, обработанные технологией Nitreg® + ONC®, могут легко выдержать более 200 часов испытания в солевом тумане согласно ASTM B117 до появления первого пятна коррозии.

Преимущества ONC®

• Повышенная коррозионная стойкость до 400 часов регулярного использования
• Собственная износостойкость
• Привлекательная поверхность черного цвета

Преимущества по сравнению с Hard Chrome

• Более износостойкий, чем твердый хром.
• Не отслаивается, как твердый хром. Нет проблем с адгезией, так как это не покрытие.
• Равномерная толщина слоя (твердый хром не проникает в глубокие отверстия и т.