Как термическая обработка улучшает металлические детали: прочность, снятие напряжений, обрабатываемость

Роль термической обработки — улучшить механические свойства материалов, устранить остаточные напряжения и улучшить обрабатываемость металлов. В зависимости от различных целей термической обработки, процесс термической обработки можно разделить на две категории: предварительная термическая обработка и конечная термическая обработка.

Предварительная термическая обработка

Цель предварительной термической обработки — улучшить обрабатываемость, устранить внутренние напряжения и подготовить хорошую металлографическую структуру для конечной термической обработки. Процессы термической обработки включают отжиг, нормализацию, старение, закалку с отпуском.

(1) Отжиг и нормализация

Отжиг и нормализация используются для горячообработанных заготовок. Углеродистая сталь и легированная сталь с содержанием углерода более 0.5% часто отжигают, чтобы снизить их твердость и облегчить резание; углеродистая сталь и легированная сталь с содержанием углерода менее 0.5% используют нормализацию, чтобы избежать прилипания к инструменту при слишком низкой твердости. Отжиг и нормализация все еще могут уточнять зерна и однородную структуру, готовя к последующей термической обработке. Отжиг и нормализация часто располагают после изготовления заготовки и перед черновой обработкой.

(2) Старение

Старение в основном используется для устранения внутренних напряжений, возникающих при изготовлении заготовки и механической обработке.

Чтобы избежать чрезмерной транспортной нагрузки, для деталей с обычной точностью можно запланировать одно старение перед чистовой обработкой. Однако для деталей с более высокими требованиями к точности (например, корпус координатно-расточного станка и т.д.) следует запланировать две или несколько процедур старения. Простые детали обычно не подвергаются старению.

Помимо литьев, для некоторых точных деталей с низкой жесткостью (например, точных винтов), чтобы устранить внутренние напряжения, возникающие при механической обработке, и стабилизировать точность обработки деталей, множественные старения часто располагают между черновой и получистовой обработкой. Некоторые валовые детали подвергаются старению после процесса выпрямления.

(3) Закалка с отпуском

Закалка с отпуском — это высокотемпературное отпускание после закалки. Она может получить однородную и тонкую закаленную сорбитовую структуру для подготовки к последующей поверхностной закалке и азотке для уменьшения деформации, поэтому закалка с отпуском также может использоваться как предварительная термическая обработка.

Из-за лучших комплексных механических свойств деталей после закалки с отпуском, некоторые детали, не требующие высокой твердости и износостойкости, также могут использоваться как конечный процесс термической обработки.

2. Конечная термическая обработка

Цель конечной термической обработки — улучшить механические свойства, такие как твердость, износостойкость и прочность.

(1) Закалка

Закалка бывает поверхностная и объемная. Среди них поверхностная закалка широко используется из-за малой деформации, окисления и декарбуризации, а поверхностная закалка также имеет преимущества высокой внешней прочности и хорошей износостойкости, сохраняя при этом хорошую внутреннюю вязкость и сильную ударную стойкость. Для улучшения механических свойств поверхностно закаленных деталей часто требуется термическая обработка, такая как закалка с отпуском или нормализация, в качестве предварительной термической обработки. Общий технологический маршрут: раскрой-ковка-нормализация (отжиг)-черновая обработка-закалка с отпуском-получистовая обработка-поверхностная закалка-чистовая обработка.

(2)цементация и закалка

Цементация и закалка подходят для низкоуглеродистой стали и низколегированной стали. Сначала увеличивают углеродное содержание поверхностного слоя детали. После закалки поверхностный слой получит высокую твердость, а сердевина все еще сохранит определенную прочность и высокую вязкость и пластичность. Цементация делится на общую цементацию и местную цементацию. В случае местной цементации для нецементируемой части должны приниматься меры против проникновения (медьное покрытие или покрытие противопроникновенным материалом). Поскольку деформация при цементации и закалке велика, а глубина цементации обычно между 0.5–2 мм, процесс цементации обычно располагают между получистовой и чистовой обработкой.

Технологический маршрут обычно: раскрой-ковка-нормализация-черновая и получистовая обработка-цементация и закалка-чистовая обработка.

Когда нецементируемая часть местно цементируемых деталей использует технологический план удаления излишнего цементированного слоя после увеличения запаса, процесс удаления излишнего цементированного слоя должен располагаться после цементации и перед закалкой.

(3) Азотирование

Азотирование — это метод обработки, позволяющий азотистым атомам проникать в металлическую поверхность для получения слоя азотсодержащих соединений. Азотированный слой может повысить поверхностную твердость, износостойкость, усталостную прочность и коррозионную устойчивость детали. Поскольку температура азотирования низка, деформация мала, а азотированный слой тонкий (обычно не более 0.6–0.7 мм), процесс азотирования следует располагать как можно позже. Для уменьшения деформации при азотировании обычно требуют после резания выполнить высокотемпературное отпускание для снятия напряжений.