основы термической обработки металлов и сплавов

века русским металлургом Д.К.Черновым. Наблюдая изменения, происходящие о внутреннем строении

стали при ее нагревании и охлаждении, Чернов пришел к выводу, что эти изменения можно использовать в практических целях и управлять ими. Устанавливая режим нагревания и охлаждения, можно тем самым изменять некоторые свойства металлов.

свою структуру при нагревании и охлаждении. Путем термической обработки стали

можно придавать ей различные свойства: сделать стальное изделие хрупким и твердым или, наоборот, мягким и пластичным.
Термическая обработка стали заключается в нагревании изделия или заготовки до определенной температуры, некоторой выдержки при этой температуре и последующим охлаждении с определенной скоростью.

из какой марки получено изделие, формы и размеров изделия и

других причин.
Чтобы избежать брака при термообработки и добиться определенного режима, необходимо регулировать температуру нагрева изделия. Наблюдение за температурой в нагревательных печах ведут при помощи термопар и гальванометра.

побежалости и каления. При нагревании защищенного изделия на его поверхности

образуется пленка окисла.
При увеличении температуры и длительности нагрева толщина слоя пленки возрастает и цвет ее изменяется. Цвета окисных пленок на стальных изделиях при нагревании от 220⁰ до 350⁰ называются цветами побежалости.
При нагревании стали выше 530⁰ сталь начинает светиться. С повышением температуры свечение стали меняется. Цвета, принимаемые сталью при нагревании выше 530⁰, называются цветами каления.

приобретают структуру, близкую к равновесной. Отжиг вызывает разупрочнение металлов, сопровождающееся

повышение пластичности и снятием остаточных напряжений.
Отжиг заключается в нагреве изделий до определенной температуры, выдержке их при данной температуре с последующим медленным охлаждением вместе с печью. При этом заготовки или изделия получают устойчивую структуру без остаточных напряжений.
Цели отжига – снятие внутренних напряжений, устранение структурной и химической неоднородности, снижение твердости и улучшение обрабатываемости, подготовка к последующей операции термообработки.

минимальной твердостью, с целью дальнейшей обработки получаемых деталей резанием. Изделие

нагревают до нужной температуры и охлаждают вместе с печью.

Области нагрева стали при отжиге: 1 – диффузионном; 2 – рекристаллизационном; 3 – для снятия напряжений; 4 – полном; 5 – неполном; 6 – нормализационном.

Структурные превращение в эвтектоидной стали при полном отжиге

выдержки и быстром охлаждении.
Цель закалки состоит в том, чтобы зафиксировать

при более низкой температуре высокотемпературные структурные составляющие или продукты их распада.

вода. Кроме воды, для охлаждения при закалке применяют ряд растворов,

масло, расплавленный свинец и др. Выбор охлаждающей среды зависит от содержания углерода в стали. Сталь, содержащая углерода 0,9%, требует наименьшей скорости закалки. Стали Ст.1, Ст.2, Ст.3, 10 и 15 закалки не подвергают. Легированные стали закаливают маслом.
Закалку применяют для повышения твердости, прочности и износостойкости.
Для предупреждения трещин и коробления длинные изделия (зубила, сверла) следует погружать в охлаждающую жидкость вертикально, а после погружения перемещать вверх и вниз.

закаленного слоя. В изделиях большой толщины скорость охлаждения внутренних и

поверхностных слоев различна.
Способность стали закаливаться на большую или меньшую глубину называется прокаливаемостью.
Наименьшей прокаливаемостью обладают углеродистые стали.

погружают в закалочную жидкость, где она остаётся до полного охлаждения.

Этот способ применяется при закалке несложных деталей из углеродистых илегированных сталей.
Прерывистая закалка в двух средах — этот способ применяют при закалке высокоуглеродистых сталей. Деталь сначала быстро охлаждают в быстро охлаждающей среде (например воде), а затем в медленно охлаждающей (масло).
Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струёй воды и обычно её применяют тогда, когда нужно закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде. Такая закалка обычно производится в индукторах на установках ТВЧ (токи высокой частоты).

среде, имеющей температуру выше мартенситной точки для данной стали. При

охлаждении и выдержке в этой среде закаливаемая деталь должна приобрести во всех точках сечения температуру закалочной ванны. Затем следует окончательное, обычно медленное, охлаждение, во время которого и происходит закалка, то есть превращение аустенита в мартенсит.
Изотермическая закалка. В отличие от ступенчатой при изотермической закалке необходимо выдерживать сталь в закалочной среде столько времени, чтобы успело закончиться изотермическое превращение аустенита.
Лазерная закалка. Термическое упрочнение металлов и сплавов лазерным излучением основано на локальном нагреве участка поверхности под воздействием излучения и последующем охлаждении этого поверхностного участка со сверхкритической скоростью в результате теплоотвода теплоты во внутренние слои металла. В отличие от других известных процессов термоупрочнения ( закалкой токами высокой частоты, электронагревом, закалкой из расплава и другими способами ) нагрев при лазерной закалке является не объемным, а поверхностным процессом.

(ниже 723), выдержке при этой температуре и охлаждении; проводится сразу

после закалки.
Закалка и последующий отпуск при высокой температуре называют термическим улучшением. При этом механические свойства стали становятся наиболее высокими.

(хрома, никеля, марганца и т.д.). Скорость охлаждения легированных сталей ниже,

чем углеродистых.

АС3) и охлаждают на спокойном воздухе
Структура низкоуглеродистой

стали после нормализации феррито-перлитная, такая же, как и после отжига, а у средне- и высокоуглеродистой стали —сорбитная. В некоторых случаях нормализация может заменить для низкоуглеродистой стали отжиг, а для высокоуглеродистой — улучшение(закалку с высоким отпуском). Часто нормализацию используют для подготовки стали к закалке. Нормализация обеспечивает большую производительность и лучшее качество поверхности при обработке резанием

обрабатывают холодом. Сталь охлаждают в специальных холодильных установках до температуры

от -20 до -100 с выдержкой около 1,5 часов. Охлаждающими жидкостями являются: жидкий воздух, азот, смесь твердой углекислоты с денатурированным спиртом.
После выдержки производят отпуск. В результате такой обработки твердость изделия значительно повышается, улучшается его износоустойчивость.
Обработку холодом применяют главным образом для режущих инструментов.

заметного изменения микроструктуры. Такие процессы происходят главным образом в низкоуглеродистых

сталях (менее 0,25 % С).

При старении за счёт скопления атомов углерода на дислокациях или выделения избыточных фаз и феррита (карбидов, нитридов) повышаются прочность, порог хладноломкости и снижается сопротивление хрупкому разрушению. Склонность стали к старению снижается при легировании её алюминием, титаном или ванадием.

выделение третичного цементита и при нормальной температуре фиксируется перенасыщенный раствор (феррит). При

последующей выдержке стали при нормальной температуре или при повышенной 50—150 °C происходит образование атмосфер Коттрелла или распад твёрдого раствора с выделением третичного цементита (ε-карбида) в виде дисперсных частиц. Старение технического железа (стали) также может быть вызвано выделением твёрдых частиц нитрида Fe16N2 или Fe4N

ниже температуры рекристаллизации. Такое старение развивается в течение 15—16 суток при

комнатной температуре и в течение нескольких минут при 200—350 °C. При нагреве деформированной стали возможно образование частиц карбидов и метастабильной нитридной фазы Fe16N2 или стабильного нитрида Fe4N. Развитие деформационного старения резко ухудшает штампуемость листовой стали, поэтому многие углеродистые стали подвергают обязательно испытаниям на склонность их к деформационному старению.

Москва, «Металлургия», 1995
А. Ю. Маламут. Термопечи, Москва, 2010.
http://www.bibliotekar.ru