 |
Сущность и виды термообработки
|
|
|
|
Термическая и комбинированная обработка сталей
Термическая (тепловая) обработка широко применяется в производстве и ремонте РАВ для придания металлу необходимой прочности, твердости, износоустойчивости, упругости, обрабатываемости или других особых физических свойств. Она позволяет из сравнительно недефицитных и недорогих материалов получать детали (изделия) с высокими механическими свойствами.
Основы теории термообработки были заложены Д. К. Черновым применительно к производству стальных стволов орудий и бронебойных снарядов (Работа «Критический обзор статей господ Лаврова и Калакуцкого о стали и стальных орудиях и собственные исследования Чернова по этому же предмету» (1868 г.). Он исследовал причины разрыва стальных орудий на Обуховском заводе и установил, что свойства стали определяются структурой, а последняя – температурой нагрева и скоростью охлаждения.
Дальнейшее развитие теории термообработки связано с именами отечественных ученых С. С. Штейнберга, Г. В. Курдюмова, А. А. Байкова, А. А. Бочвара и многих других. Весомый вклад внесли зарубежные исследователи Аустен, Сорби, Вефер, Мел, Бейн, Осмонд, Шевенар и другие.
Основы термической обработки
Сущность и виды термообработки
Термической обработкой называется технологический процесс, состоящий из нагрева сплава до определенной температуры, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения с заданной скоростью.
Цель термообработки – получение заданных свойств сплава путем изменения его структуры без изменения формы и химсостава.
Термическая обработка применяется, как правило, к готовым деталям. После окончательной термообработки применяют обычно лишь шлифование или другую отделочную обработку.
|
|
|
Основными факторами воздействия при термообработке являются температура и время, поэтому любой вид термообработки может быть представлен в виде графика в координатах «температура – время». Заметим, что любая кривая на этом графике имеет смысл скорости охлаждения или нагрева (рисунок 4.1).
Режим термической обработки характеризуется следующими основными параметрами:
1. Температура нагрева, tн, 0 С (максимальная).
2. Скорость нагрева Vн или время нагрева до температуры атмосферы печи tн.
3. Время выдержки при заданной температуре tв.
4. Скорость охлаждения Vохл (определяется выбором охлаждающей среды).
Если скорость нагрева (охлаждения) постоянна, то она характеризуется прямой линией на графике термообработки. При неравномерном нагреве (охлаждении) она определяется как первая производная V = dt/dt.
Основой выбора параметров режима термообработки стали являются две диаграммы:
· диаграмма состояния «железо-углерод»;
· диаграмма распада аустенита при охлаждении.
Рисунок 4.1 – Графики термообработки: а) – простой,
б) – сложной (t0– температура, t – время)
Диаграмма состояния (см. рисунок 3.1) дает возможность определить ожидаемые изменения в сплаве при различных условиях нагрева, т. е. выбрать температуру нагрева и выдержки при различных видах термообработки.
Например, если нагреть сталь выше критической точки А3 (Асm) (линии GS и SE), то структура стали будет аустенит. Быстрым охлаждением можно частично или полностью подавить процессы превращения аустенита в феррит и перлит (выпадение цементита). Это структура переохлажденного аустенита, превращения в которой приведут к образованию специфических структур (мартенсит, сорбит, троостит). Свойства такого сплава будут совершенно иными, нежели у исходного.
Напомним общепринятые международные обозначения критических точек (буквой А от французского arret – остановка):
|
|
|
А0 = 2100С – магнитное превращение цементита,
А1 = 7270С – перлитное превращение (линия PSK),
А2 = 768 0С – магнитное превращение феррита (точка Кюри),
А3 = 727–9110С – начало кристаллизации феррита из аустенита при охлаждении или конец обратного превращения при нагреве (линия GS),
Aсm = 727-11300С – начало выделения вторичного цементита из аустенита при охлаждении или конец растворения при нагреве (линия SE).
При нагреве добавляется индекс с, при охлаждении – r.
В зависимости от назначения и технологии выполнения используют различные виды термообработки. В соответствии с классификацией, предложенной академиком А. А. Бочваром, можно дать следующие краткие определения основных видов термической обработки.
Отжиг – термическая операция, состоящая из нагрева, выдержки и последующего весьма медленного охлаждения для получения структурно устойчивого (равновесного) состояния сплава. Различают следующие виды отжига:
· отжиг 1 рода – приведение структуры из неравновесного состояния в более равновесное: возврат или отдых (200-4000С), рекристаллизация (500-5500), снятие внутренних напряжений (600-7000С), диффузионный или гомогенизация (1100-12000С);
· отжиг 2 рода – изменение структуры сплава посредством перекристал-лизации около критических точек с целью получения равновесных структур (измельчение зерна, улучшение обрабатываемости, подготовка к окончательной термообработке, исправление структуры и т. п.). Нагрев до температуры выше А3 (полный) или А1 (неполный).
После отжига 2 рода получают структуры, соответствующие диаграмме состояния «железо-углерод». Обычно отжиг является подготовительной операцией перед последующей обработкой (реже самостоятельной).
Закалка – термическая операция, заключающаяся в нагреве сплавов выше температуры фазового превращения, выдержки и последующего быстрого охлаждения для получения структурно неустойчивого состояния сплава.
Отпуск – термическая операция, состоящая в нагреве закаленной стали ниже температуры фазового превращения, выдержки и охлаждения для получения более устойчивого структурного состояния сплава, а также для получения требуемых механических свойств.
|
|
|
Кроме этих основных видов, имеются еще два комбинированных способа, представляющих сочетание термической обработки с металлургией или механической технологией.
Химико-термическая обработка (ХТО) – нагрев сплава в соответствующих химических реагентах для изменения состава и структуры поверхностного слоя.
Суть ее в насыщении поверхностного слоя за счет диффузии некоторыми элементами: углеродом (цементирование), азотом (азотирование), алюминием (алитирование), углеродом и азотом одновременно (цианирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование).
Термомеханическая обработка (ТМО) – процесс, при котором термическая обработка совмещается с обработкой давлением. Различают два способа ТМО:
· высокотемпературная (ВТМО) – нагрев выше А3, пластическая деформация и закалка. Степень деформации при этом составляет 20-30%;
· низкотемпературная (НТМО) – нагрев выше А3; охлаждение до температуры относительной устойчивости аустенита, но ниже температуры рекристаллизации; пластическая деформация при этой температуре и закалка. Степень деформации 75-95%.
После закалки при том и другом способе производится низкий отпуск.
Основу термической обработки сталей составляет механизм четырех основных фазовых превращений при нагреве и охлаждении:
· Первое превращение – превращение перлита в аустенит при нагревании сталей (П®А).
· Второе превращение – превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении (А®П).
· Третье превращение – превращение аустенита в мартенсит при быстром охлаждении (А®М).
· Четвертое превращение – распад мартенсита при отпуске закаленной стали (М® продукты распада: сорбит, троостит, бейнит).
Любой технологический процесс термообработки состоит из определенных комбинаций этих четырех превращений.
|
|
|
