Основы термической обработки: типы, методы и применение

В этой статье вы узнаете, что такое процесс термической обработки? Его методы, типы и цель, процедура, применение термической обработки. Термическая обработка — это существенная операция в производственном процессе деталей станков и инструментов.

Что такое термическая обработка?

Термическая обработка определяется как операция, включающая нагрев и охлаждение металла или сплава в твердом состоянии для получения определенных желательных свойств без изменения состава.

Процесс термической обработки выполняется для изменения размера зерна, изменения структуры материала и устранения напряжений, возникших в материале после горячей или холодной обработки.

• Термическая обработка выполняется для улучшения обрабатываемости.
• Для улучшения магнитных и электрических свойств.
• Для увеличения износостойкости, теплостойкости и коррозионной стойкости, и по многим другим причинам.

Термическая обработка состоит в нагреве металла до или выше его критической температуры, удержании в течение определенного времени при этой температуре и последующем охлаждении металла в некоторой среде, которая может быть воздухом, водой, раствором соли или расплавленными солями. Процесс термической обработки включает отжиг, цеентацию, отпуск, нормализацию и закалку, нитрирование, цианирование и т.д.

Типы процессов термической обработки

Ниже приведены различные типы процессов термической обработки:

1. Отжиг
2. Нормализация
3. Закалка
4. Отпуск
5. Нитрирование
6. Цианирование
7. Индукционная закалка
8. Пламенная закалка

• Что такое процесс литья металлов? Полное руководство
• Список механических свойств материалов

Типы термической обработки

1. Отжиг

Отжиг — один из самых важных процессов термической обработки. Это одна из наиболее широко используемых операций в термической обработке железа и стали и определяется как процесс размягчения.

Нагрев на 30–50°C выше верхней критической температуры и охлаждение с очень низкой скоростью путем выдержки в печи. Главная цель отжига — сделать сталь более пластичной и ковкой и устранить внутренние напряжения. Этот процесс делает сталь мягкой, чтобы её можно было легко обрабатывать.

1.1 Цель отжига

• Он размягчает сталь и улучшает её обрабатываемость.
• Для утончения размера зерна и удаления газов.
• Он устраняет внутренние напряжения, возникшие в предыдущем процессе.
• Для получения желаемой пластичности, ковкости и вязкости.
• Он изменяет электрические и магнитные свойства.

1.2 Процедура отжига

В зависимости от углеродистого содержания сталь нагревается до температуры примерно на 50–55°C выше её критического температурного диапазона. Она выдерживается при этой температуре в течение определенного периода времени в зависимости от типа печи и характера работы. Сталь затем охлаждается внутри печи постоянно.

1.3 Применение отжига

Он применяется к литьым и кованым изделиям.

2. Нормализация

Нормализация: Главная цель нормализации — устранить внутренние напряжения, возникшие после процесса холодной деформации. В этом процессе сталь нагревается на 30–50°C выше своей верхней критической температуры и охлаждается на воздухе.

Она улучшает механические и электрические свойства, обрабатываемость и предел прочности на разрыв. Нормализация — это процесс термической обработки, выполняемый для восстановления структуры нормального состояния.

2.1 Цель нормализации

• Содействовать однородности структуры.
• Для обеспечения утончения зерна.
• Для достижения желаемых изменений в свойствах стали.

2.2 Процедура нормализации

Сталь нагревается до температуры примерно на 40–50°C выше своей верхней критической температуры. Она выдерживается при этой температуре в течение короткой длительности. Сталь затем охлаждается в неподвижном воздухе при комнатной температуре, что известно как закалка на воздухе.

2.3 Применение нормализации

• Она применяется к литьым и кованым изделиям для утончения зернистой структуры и устранения напряжений.
• Она применяется после холодной деформации, такой как прокатка, штамповка и ковка.

3. Закалка

Закалка: Главная цель процесса закалки — сделать сталь твердой и вязкой. В этом процессе сталь нагревается на 30–40°C выше верхней критической температуры, а затем следует непрерывное охлаждение до комнатной температуры закалкой в воде или масле. Это противоположный процесс отжигу.

3.1 Цель закалки

• Закалкой увеличивается твердость стали.
• Для обеспечения износостойкости.
• Позволяет стали резать другие металлы.

3.2 Процедура закалки

Сталь нагревается выше своего критического температурного диапазона. Она выдерживается при этой температуре в течение определенного периода времени. Сталь затем быстро охлаждается в среде закалки.

Среда закалки выбирается в зависимости от желаемой степени твердости. Воздух, вода, раствор соли, масла и расплавленные соли используются как среды закалки. Тонкие сечения, такие как лезвия ножей, охлаждаются на воздухе. Вода широко используется как среда, но она приводит к образованию пузырьков на поверхности металла.

Поэтому раствор соли используется для предотвращения этого. Масло используется, когда есть риск деформации или трещин, и подходит для легированных сталей. Расплавленные соли используются для охлаждения тонких сечений для получения безтрещинных и ударностойких изделий.

3.3 Применение закалки

Она применяется для долот, кувалд, ручных молотов, кернеров, гайковертов, фрез, резец для фрезерования, лезвий ножей и шестерен.

4. Отпуск

Отпуск: Когда процесс закалки закаляет образец стали, он становится хрупким и имеет высокие остаточные напряжения. Это операция, используемая для изменения свойств стали, закаленной закалкой, с целью увеличения её полезности.

Отпуск или отжиг приводит к снижению хрупкости и устранению внутренних напряжений, вызванных закалкой. Сталь должна быть отпущена после процесса закалки.

Отпуск делится на три категории в зависимости от полезности требуемой стали.

• Низкотемпературный отпуск.
• Среднетемпературный отпуск.
• Высокотемпературный отпуск.

4.1 Цель отпуска

• Для устранения внутренних напряжений, вызванных закалкой.
• Для снижения хрупкости.
• Улучшение пластичности, прочности и вязкости.
• Для увеличения износостойкости.
• Для получения желаемых механических свойств.

4.2 Процедура отпуска

Сталь после закалки в процессе закалки повторно нагревается до температуры слегка выше температурного диапазона, в котором она должна использоваться, но ниже нижней критической температуры. Температура здесь варьируется от 100°C до 700°C.

Повторный нагрев производится в ванне масла или расплавленного свинца или расплавленной соли. Образец выдерживается в ванне в течение периода времени, пока он не достигнет температуры равномерно, время зависит от состава и желаемого качества стали. Теперь образец извлекают из ванны и позволяют медленно остыть в неподвижном воздухе.

4.3 Применение отпуска

Он применяется к режущим инструментам, инструментам и шестерням, которые закалены процессом закалки.

5. Нитрирование

Нитрирование — это процесс цементации или поверхностной закалки, в котором используется азотный газ для получения твердой кожи металла. В этом процессе сталь нагревается в присутствии аммиачной среды.

В результате этого атом азота оседает и делает материал твердым. Индукционная закалка и пламенная закалка — объекты нагреваются окси-ацетиленовым пламенем.

5.1 Цель нитрирования

• Для закалки поверхности стали до определенной глубины.
• Увеличение износостойкости и усталостной прочности.
• Для увеличения коррозионной стойкости.

5.2 Процедура нитрирования

Оно проводится в электрической печи, где поддерживается температура от 450° до 510°C. Деталь хорошо обработана и отделанная и помещена в герметичный контейнер с выходными и входными трубками, через которые циркулирует аммиачный газ.

Контейнер с деталью помещается в печь, и аммиачный газ пропускается через него, пока печь нагревается.

В процессе нагрева азотный газ выделяется из аммиака в виде атомарного азота, который реагирует с поверхностью детали и образует нитрид железа.

Глубина проникновения зависит от длительности времени, проведенного при температуре нитрирования. Деталь извлекается и не требует никакой закалки или дальнейшей термической обработки.

5.3 Применение нитрирования

• Оно применяется для закалки поверхности среднеуглеродистых легированных сталей.

6. Цианирование

Цианирование: В этом процессе сталь нагревается в присутствии среды цианида натрия. В результате этого атомы углерода и азота оседают на поверхности стали и делают её твердой.

6.1 Цель цианирования

• Этот метод эффективен для увеличения предела усталости средних и мелких деталей, таких как шестерни, валы, пальцевые штыри и т.д.
• Для увеличения поверхностной твердости.
• Увеличение износостойкости.
• Для придания чистого, яркого и приятного внешнего вида закаленной поверхности.

6.2 Процедура цианирования

Детали для обработки погружаются в расплавленную ванну цианидной соли, поддерживаемую при температуре 950°C. Расплавленные соли, используемые: хлорид натрия, карбонат натрия, цианид натрия и сода.

Погруженная деталь оставляется в расплавленной цианидной соли при температуре 950°C примерно на 15–20 минут. Разложение цианида натрия дает азот и углерод от угарного газа, который диффундирует в поверхность, в результате чего поверхность закаляется. Деталь затем извлекается из ванны и закаляется в воде или масле.

6.3 Применение цианирования

• Оно применяется к мелким изделиям, таким как шестерни, втулки, винты, штыри и небольшие ручные инструменты, которым требуется тонкая и твердая износостойкая поверхность.

7. Цементация

Цементация: В этом процессе сталь нагревается в присутствии углеродистой среды. В результате этого атомы углерода оседают на поверхности металла и делают её твердой.

8. Цементация или поверхностная закалка

Главная цель этого процесса — сделать твердой только внешнюю поверхность стали, а внутреннее ядро — мягким. Это процесс цементации, т.е. насыщения поверхностного слоя стали углеродом, или некоторого другого процесса, которым корпус закаляется, а ядро остается мягким.

8.1 Цель цементации

• Для получения твердой и износостойкой поверхности деталей машин.
• Цементацией получают вязкое ядро.
• Для получения более высокого предела усталости и высоких механических свойств в ядре.

Цель термической обработки стали

Ниже приведены цели термической обработки.

• Для улучшения механических свойств, таких как предел прочности на разрыв, твердость, пластичность, ударная вязкость и коррозионная стойкость.
• Улучшение обрабатываемости.
• Для устранения внутренних напряжений металла, вызванных холодной или горячей обработкой.
• Для изменения или утончения размера зерна.
• Улучшение магнитных и электрических свойств.
• Увеличение износостойкости и коррозионной стойкости.
• Для увеличения поверхностной твердости.

---

Заключение

Итак, теперь мы надеемся, что прояснили все ваши сомнения о процессе термической обработки. Если у вас все еще есть сомнения о процессе термической обработки или методах, типах, применении, вы можете спросить в комментариях.

У нас также есть сообщество в Facebook для вас. Если хотите, вы можете присоединиться к нашему сообществу, вот ссылка на нашу группу в Facebook.

Это всё, спасибо за чтение. Если вам понравилась наша статья, пожалуйста, поделитесь ею с друзьями. Если у вас есть вопросы по любой теме, вы можете спросить в разделе комментариев.

Подпишитесь на наш информационный бюллетень, чтобы получать уведомления, когда мы загружаем новые посты.