Для того, щоб металева заготовка мала необхідну робочу продуктивність, процес термічної обробки часто є важливим. Процес термічної обробки зазвичай включає три процеси: нагрівання, збереження тепла та охолодження. За різними процесами його поділяють на загартування, відпуск, нормалізацію та відпал. Ви можете помітити різницю?
01
Що таке гартування?
Загартування сталі полягає в нагріванні сталі до температури вище критичної температури Ac3 (доевтектоїдна сталь) або Ac1 (доевтектоїдна сталь), утриманні її в теплі протягом деякого періоду часу, щоб зробити її повністю або частково аустенітизованою, а потім охолодженні за допомогою швидкість охолодження перевищує критичну швидкість охолодження. Процес термічної обробки для швидкого та швидкого охолодження нижче Ms (або ізотермічний поблизу Ms) для перетворення мартенситу (або бейніту). Зазвичай обробка твердим розчином алюмінієвого сплаву, мідного сплаву, титанового сплаву, загартованого скла та інших матеріалів або процес термічної обробки з швидким процесом охолодження називається загартуванням.
Мета гасіння:
1) Поліпшення механічних властивостей металевих виробів або деталей. Наприклад: підвищення твердості та зносостійкості інструментів, підшипників тощо, підвищення межі пружності пружин, поліпшення комплексних механічних властивостей деталей валів тощо.
2) Поліпшити властивості матеріалу або хімічні властивості деяких спеціальних сталей. Наприклад, покращення корозійної стійкості нержавіючої сталі, підвищення постійного магнетизму магнітної сталі тощо.
При гарту та охолодженні, крім розумного вибору середовища гарту, також необхідні правильні методи гарту. Зазвичай використовувані методи гартування в основному включають гарт однією рідиною, гарт подвійною рідиною, градуйоване гартування, ізотермічне гартування та часткове гартування.
Сталеві заготовки після загартування мають такі характеристики:
① Отримують незбалансовані (тобто нестабільні) структури, такі як мартенсит, бейніт і залишковий аустеніт.
② Існує велика внутрішня напруга.
③ Механічні властивості не відповідають вимогам. Тому сталеві заготовки, як правило, повинні бути відпущені після загартування.
02
Що таке загартування?
Загартування - це процес термічної обробки, який нагріває загартовані металеві вироби або деталі до певної температури, а потім певним чином охолоджує їх після витримки протягом певного часу. Відпуск - це операція, яка виконується відразу після гарту, і зазвичай є останньою термічною обробкою заготовки. Процес, тому спільний процес загартування та відпустки називається остаточною обробкою.
Основною метою загартування і відпустки є:
1) Зменшити внутрішню напругу та зменшити крихкість. Загартовані деталі мають велике напруження і крихкість. Якщо їх вчасно не загартувати, вони часто деформуються або навіть тріскаються.
2) Відрегулюйте механічні властивості заготовки. Після гарту заготовка має високу твердість і високу крихкість. Щоб задовольнити різні вимоги до продуктивності різних заготовок, його можна регулювати загартуванням, твердістю, міцністю, пластичністю та міцністю.
3) Стабільний розмір заготовки. Металографічну структуру можна стабілізувати загартуванням, щоб гарантувати відсутність деформації під час майбутнього використання.
4) Поліпшення продуктивності різання деяких легованих сталей.
Роль загартування полягає в:
① Підвищити стабільність конструкції, щоб заготовка більше не зазнавала трансформації тканин під час використання, щоб геометричний розмір і продуктивність заготовки залишалися стабільними.
② Усуньте внутрішню напругу, щоб покращити продуктивність заготовки та стабілізувати геометричні розміри заготовки.
③ Налаштуйте механічні властивості сталі відповідно до вимог використання.
Причина, чому відпустка має такі ефекти, полягає в тому, що коли температура підвищується, активність атомів зростає, і атоми заліза, вуглецю та інших легуючих елементів у сталі можуть швидко дифундувати, щоб здійснити перегрупування атомів, таким чином роблячи їх нестабільними. Неврівноважена організація поступово перетворюється на стійку збалансовану організацію. Зняття внутрішньої напруги також пов'язане зі зниженням міцності металу при підвищенні температури. Як правило, під час гартування сталі твердість і міцність знижуються, а пластичність підвищується. Чим вища температура відпустки, тим більше змінюються ці механічні властивості. Деякі леговані сталі з високим вмістом легуючих елементів будуть виділяти деякі дрібнозернисті металеві сполуки при відпуску в певному діапазоні температур, що підвищить міцність і твердість. Це явище називається вторинним затвердінням.
Вимоги до загартування: заготовки з різним використанням повинні бути загартовані при різних температурах, щоб відповідати вимогам використання.
① Ріжучі інструменти, підшипники, науглерожені та загартовані деталі, а також поверхнево загартовані деталі зазвичай загартовуються при температурі нижче 250 градусів. Після низькотемпературного відпустки твердість не змінюється, внутрішня напруга зменшується, а в'язкість трохи підвищується.
② Пружина загартована при середній температурі 350-500 градусів для отримання високої еластичності та необхідної міцності.
③ Деталі, виготовлені з конструкційної сталі із середнім вмістом вуглецю, зазвичай гартують при високій температурі 500-600 градусів C, щоб отримати хороше поєднання міцності та в’язкості.
Коли сталь відпускається приблизно до 300 градусів, її крихкість часто збільшується. Це явище називається першим типом відпускної крихкості. Як правило, його не слід гартувати в цьому діапазоні температур. Деякі конструкційні сталі із середнім вмістом вуглецю також схильні до крихкості, якщо їх повільно охолодити до кімнатної температури після високотемпературного відпустки. Це явище називається другим типом відпускної крихкості. Додавання молібдену до сталі або охолодження в олії чи воді під час відпустки може запобігти другому типу відпусткової крихкості. Цю крихкість можна усунути шляхом повторного нагрівання крихкої сталі другого типу до вихідної температури відпуску.
На виробництві він часто базується на вимогах до продуктивності заготовки. Залежно від різних температур нагріву, відпуск поділяється на відпуск при низькій температурі, відпуск при середній температурі та відпуск при високій температурі. Процес термічної обробки, що поєднує загартування з наступним високотемпературним відпуском, називається загартуванням і відпуском, тобто він має хорошу пластичність і в'язкість при високій міцності.
1) Низькотемпературний відпуск: 150-250 градус, М разів, зменшує внутрішнє напруження та крихкість, покращує пластичну міцність, має вищу твердість і зносостійкість. Використовується для виготовлення вимірювальних інструментів, ножів і підшипників кочення тощо.
2) Загартування при середній температурі: 350-500 ступінь, час T, з високою еластичністю, певною пластичністю та твердістю. Використовується для виготовлення пружин, штампів тощо.
3) Високотемпературний загартування: 500-650 ступінь, S загартування, з хорошими комплексними механічними властивостями. Використовується для виготовлення шестерень, колінчастих валів тощо.
03
Що нормалізується?
Нормалізація - це термічна обробка, яка підвищує міцність сталі. Після того, як сталевий елемент нагрівається до 30-50 градуса вище температури Ac3, він витримується певний час, а потім охолоджується повітрям. Головною особливістю є те, що швидкість охолодження є вищою, ніж відпал, і нижчою, ніж загартування. Під час нормалізації кристалічні зерна сталі можуть бути подрібнені при трохи швидшому охолодженні, що може не тільки отримати задовільну міцність, але також може значно підвищити ударну в'язкість (значення AKV), зменшити тенденцію до розтріскування компонентів. Після того, як деякі низьколеговані гарячекатані сталеві пластини, низьколеговані сталеві поковки та виливки нормалізуються, комплексні механічні властивості матеріалу можуть бути значно покращені, а також покращується ефективність різання.
Нормалізація має такі цілі та використання:
① Для доевтектоїдної сталі нормалізація використовується для усунення перегрітої крупнозернистої структури та структури Відманштаттена виливків, поковок і зварних виробів, а також стрічкової структури в прокатних матеріалах; очищати зерна; і може використовуватися як попередня термічна обробка перед гасінням.
② Для заевтектоїдної сталі нормалізація може усунути ретикулярний вторинний цементит і очистити перліт, що не тільки покращує механічні властивості, але й полегшує подальший сфероїдизуючий відпал.
③ Для тонких сталевих пластин з низьким вмістом вуглецю глибокої витяжки нормалізація може усунути вільний цементит на межах зерен, щоб покращити їх властивості глибокої витяжки.
④ Для низьковуглецевої сталі та низьковуглецевої низьколегованої сталі використовуйте нормалізацію, щоб отримати більш дрібнолускату перлітну структуру, підвищити твердість до HB140-190, уникнути явища «прилипання ножа» під час різання та покращити оброблюваність . Для середньовуглецевої сталі, коли можна використовувати як нормалізацію, так і відпал, більш економічно і зручно використовувати нормалізацію.
⑤ Для звичайної середньовуглецевої конструкційної сталі нормалізацію можна використовувати замість загартування та високотемпературного відпуску, коли механічні властивості невисокі, що не тільки легко працювати, але також стабілізує структуру та розмір сталі.
⑥ Нормалізація при високій температурі (150-200 градусів вище Ac3) може зменшити поділ композиції виливків і поковок через високу швидкість дифузії при високій температурі. Грубе зерно після нормалізації при високій температурі можна подрібнити шляхом наступної нормалізації при другій нижчій температурі.
⑦ Для деяких низько- та середньовуглецевих легованих сталей, які використовуються в парових турбінах і котлах, нормалізація часто використовується для отримання бейнітної структури, а потім відпустка при високій температурі. Має гарний опір повзучості при температурі 400-550 градусів.
⑧ Окрім сталевих деталей і сталевих виробів, нормалізація також широко використовується при термічній обробці ковкого чавуну для отримання перлітної матриці та підвищення міцності ковкого чавуну.
Оскільки нормалізація характеризується повітряним охолодженням, температура навколишнього середовища, спосіб укладання, потік повітря та розмір заготовки впливають на структуру та продуктивність після нормалізації. Нормована структура також може бути використана як метод класифікації легованої сталі. Як правило, леговані сталі поділяються на перлітну, бейнітну, мартенситну та аустенітну сталь відповідно до мікроструктури, отриманої шляхом нагрівання зразка діаметром 25 мм до 900 градусів і охолодження повітрям.
04
Що таке відпал?
Відпал — це процес термічної обробки металу, під час якого метал повільно нагрівається до певної температури, витримується протягом достатнього часу, а потім охолоджується з відповідною швидкістю. Термічна обробка відпалу поділяється на повний відпал, неповний відпал і відпал для зняття напруги. Механічні властивості відпалених матеріалів можна визначити за допомогою випробувань на розтяг або твердість. Багато сталевих виробів поставляються в стані відпалу і термічної обробки. Твердомір за Роквеллом можна використовувати для перевірки твердості сталі. Для більш тонких сталевих листів, сталевих смуг і тонкостінних сталевих труб можна використовувати поверхневі твердоміри за Роквеллом для визначення твердості HRT. .
Метою відпалу є:
① Покращення або усунення різноманітних структурних дефектів і залишкових напруг, викликаних сталевим литтям, куванням, прокаткою та зварюванням, а також запобігання деформації та розтріскування заготовок.
② Розм’якшіть заготовку для різання.
③ Подрібнення зерна та покращення структури для покращення механічних властивостей заготовки.
④ Провести організаційну підготовку до остаточної термообробки (загартування, відпуск).
Зазвичай використовуються такі процеси відпалу:
① Повністю відпалений. Використовується для очищення грубої перегрітої структури з поганими механічними властивостями після лиття, кування та зварювання середньо- та низьковуглецевої сталі. Нагрійте заготовку до 30-50 градуса вище температури, при якій ферит повністю перетворюється на аустеніт, тримайте її нагрітою протягом деякого часу, а потім повільно охолодіть за допомогою печі. Під час процесу охолодження аустеніт знову трансформується, щоб зробити структуру сталі тоншою.
② Сфероїдизуючий відпал. Застосовується для зниження високої твердості інструментальної та підшипникової сталі після кування. Заготовку нагрівають до 20-40 градуса вище температури, при якій сталь починає утворювати аустеніт, а потім повільно охолоджують після збереження тепла. У процесі охолодження пластинчастий цементит у перліті стає сферичним, тим самим знижуючи твердість.
③ Ізотермічний відпал. Використовується для зниження високої твердості деяких легованих конструкційних сталей з високим вмістом нікелю та хрому для різання. Як правило, спочатку його охолоджують до найбільш нестабільної температури аустеніту з більшою швидкістю, і аустеніт перетворюється на троостит або сорбіт протягом відповідного часу, і твердість може бути зменшена.
④ Рекристалізаційний відпал. Застосовується для усунення явища зміцнення (збільшення твердості і зниження пластичності) металевого дроту і тонкого листа в процесі холодного волочіння і холодної прокатки. Температура нагрівання зазвичай на 50-150 градус нижче температури, за якої сталь починає утворювати аустеніт. Тільки таким чином можна усунути ефект зміцнення і розм'якшити метал.
⑤ Графітизаційний відпал. Застосовується для перетворення чавуну, що містить велику кількість цементиту, в ковкий чавун з хорошою пластичністю. Операція процесу полягає в нагріванні виливка приблизно до 950 градусів, утриманні його в теплі протягом певного періоду часу, а потім належному охолодженні для розкладання цементиту з утворенням групи флокулентного графіту.
⑥ Дифузійний відпал. Застосовується для гомогенізації хімічного складу виливків зі сплавів і підвищення їх експлуатаційних характеристик. Метод полягає в тому, щоб нагріти відливку до максимально можливої температури без плавлення, утримувати її в теплі протягом тривалого часу, а потім повільно охолоджувати після того, як дифузія різних елементів у сплаві має тенденцію до рівномірного розподілу.
⑦ Відпал для зняття напруги. Використовується для усунення внутрішньої напруги сталевих виливків і зварних виробів. Для виробів із заліза та сталі, нагрітих до 100-200 градусів нижче температури, при якій починає утворюватися аустеніт, охолодження на повітрі після збереження тепла може усунути внутрішню напругу
