Термообработка закалка стали: Закалка (термообработка) стали в Набережных Челнах

Закалка (термообработка) стали в Набережных Челнах

Закалка — термическая обработка, заключается в нагревании стали до температуры выше критической (Ас₃ — для доэвтектоидной и Ас₁ — для заэвтектоидной сталей) или температуры растворения избыточных фаз, выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Закалка стали не является окончательной операцией термической обработки. Чтобы уменьшить хрупкость и напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.

Какие металлы подлежат калению

Закалка металла — это термическая обработка, которой чаще всего подвергаются углеродистые и легированные стали с целью повышения их твердости и улучшения прочностных характеристик. Несколько реже встречается термообработка цветных металлов, в частности отпуск, отжиг и закалка меди, латуни и бронзы, а также сплавов алюминия и титана. Необходимо отметить, что закаливание этих соединений в отличие от углеродистых сталей не всегда приводит к их упрочнению, некоторые сплавы меди после этого, наоборот, становятся более пластичными и мягкими. Гораздо чаще изделия из цветных металлов подвергаются отпуску для снятия напряжения после отливки, штамповки, прокатки или волочения.

Свойства стали после закалки

Углеродистая сталь в процессе нагрева проходит через ряд фазовых изменений своей структуры, при которых меняется ее состав, а также форма и элементов кристаллической решетки. При критической температуре 723 °C в еще твердом металле начинается распад цементита (карбида железа) и формирование равномерного раствора углерода в железе, который называется аустенит. Это состояние углеродистой стали является исходным для закалки. При медленном охлаждении аустенит распадается, и металл возвращается в исходное состояние. Если же сталь охлаждать быстро, то аустенит не успевает изменяться, и при определенной скорости охлаждения и пороговых температурах формируются кристаллические решетки и химические составы, придающие ей различные эксплуатационные свойства.

Этот процесс называется закалкой, и каждому его виду соответствует определенная структура уже закаленной стали, обладающей определенными техническими характеристиками. Основные фазовые состояния, имеющие значения при закалке, — это перлит, сорбит, троостит и мартенсит (см. рис. ниже). Самая высокая твердость у стали, закаленной до состояния мартенсита. Таким способом производят закаливание режущего инструмента, а также осуществляют упрочнение поверхностей деталей, подвергающихся в процессе работы трению (втулки, обоймы, валы, шестерни и пр.). После выполнения закалки на троостит сталь становится одновременно твердой и упругой. Этой вид термообработки применяют к ударному инструменту, а также рессорам и пружинным амортизаторам. Для получения таких свойств стали, как стойкость к износу, упругость и вязкость, используют закалку до состояния сорбита. Такая термообработка используется для рельсов и других конструктивных элементов, работающих под постоянной динамической нагрузкой. Перечисленные фазовые состояния свойственны всем углеродистым сталям, но каждая их марка характеризуется своими температурными диапазонами и скоростями охлаждения.

Заказать звонок

Нужна закалка стали в Набережных Челнах? Закажите звонок и мы обсудим с Вами все нюансы предстоящей работы!
Мы перезвоним Вам в рабочее время.

Имя

Телефон

Нажимая кнопку, Вы даете согласие на обработку персональных данных в соответствии с условиями,указанными по ссылке

Классификация каления стали

Виды закалки сталей классифицируют по типу источника нагрева и способу охлаждения металла. Основным оборудованием для нагрева деталей перед закаливанием по-прежнему являются муфельные печи, в которых можно равномерно разогревать металлические изделия любых размеров. Высокую скорость нагрева при поточной обработке изделий обеспечивает закалка с применением токов высокой частоты (индукционная закалка сталей) (см. фото ниже). Для закаливания верхних слоев стальных изделий применяют довольно недорогую и эффективную газопламенную закалку, главный недостаток которой — невозможность точно задать глубину прогрева. Этих недостатков лишена лазерная закалка, но ее возможности ограничены небольшой мощностью источника излучения.

Способы охлаждения закаливаемой детали обычно классифицируют по виду охлаждающей среды, а также совокупностям и циклам рабочих операций. Некоторые из них включают процедуры отпуска, а для других, таких как разные виды изотермической закалки, он не нужен.

Закаливание в одной среде

При таком способе закалки нагретое до заданной температуры изделие из стали помещают в жидкость, где она остается до полного остывания. В качестве закалочной среды для углеродистых сталей используют воду, а для легированных — минеральное масло. Недостаток этого метода заключается в том, что после такого закаливания в металле сохраняются значительные напряжения, поэтому в ряде случаев может потребоваться дополнительная термообработка (отпуск).

Ступенчатая закалка

Ступенчатое закаливание проходит в два этапа. На первом изделие помещается в среду с температурой, превышающей на несколько десятков градусов точку начала возникновения мартенсита. После того, как температура выравнивается по всему объему металла, деталь медленно охлаждается, в результате чего в нем равномерно формируется мартенситная структура.

Изотермическая закалка

При изотермическом закаливании изделие также выдерживается в закалочной ванне при температуре, превышающей точку мартенсита, но несколько дольше. В результате этого аустенит трансформируется в бейнит — одну из разновидностей троостита. Такая сталь сочетает в себе повышенную прочность с пластичностью и вязкостью. Кроме того, после изотермической закалки в изделии снижаются остаточные напряжения.

Закалка с самоотпуском

Этот вид термообработки используется для закаливания ударного инструмента, который должен обладать твердым поверхностным слоем и вязкой серединой. Его особенность заключается в том, что изделие извлекается из закалочной емкости при неполном охлаждении. В этом случае его внутренняя часть еще содержит достаточное количество тепла, чтобы прогреть весь объем металла до температуры отпуска. Так как повторный нагрев изделия осуществляется без внешнего воздействия за счет внутренней тепловой энергии, такой вид термической обработки называют закалкой с самоотпуском.

Светлая закалка

Светлая закалка применяется для стальных изделий, поверхности которых при термообработке не должны подвергаться окислению. При такой термообработке сталь нагревается в вакуумных печах (см. фото ниже) или в инертных газовых средах (азот, аргон и пр.), а охлаждается в неокисляющих жидкостях или расплавах. Этим способом закаливают изделия, которые не должны подвергаться дальнейшей шлифовке, а также детали, критичные к содержанию углерода в поверхностном слое.

Оборудование для термообработки сталей

Основное оборудование, на котором проводится термическая обработка изделий из сталей и цветных металлов, состоит из двух основных групп: установок для нагрева заготовок и закалочных ванн. Нагревательные устройства включают в себя следующие виды оборудования:

• муфельные термопечи;
• устройства индукционного нагрева;
• установки для нагрева в расплавах;
• газоплазменные установки;
• аппараты лазерной закалки.

Первые три вида могут выполнять прогрев всего объема изделия до требуемой температуры, а последние — только поверхностного слоя металла. Кроме того, выпускаются и широко используются печи для закалки металлов, в которых нагрев осуществляется в вакууме или в среде инертного газа. Закалочные ванны представлены стальными емкостями-охладителями для различных жидкостей, а также специальными тиглями из графита и печами для расплавов солей или металлов. В качестве закалочных жидкостей чаще всего используют минеральное масло, воду и водополимерные смеси. Для расплавов металлов обычно применяют свинец или олово, а для расплавов солей — соединения натрия, калия и бария. Закалочные ванны для жидких сред имеют системы нагрева и охлаждения рабочей жидкости до требуемой температуры, а также мешалки для равномерного распределения жидкости и разрушения паровой рубашки.

Видео оборудования

Температура для закалки

Нормативная температура нагрева стали при ее закалке напрямую зависит от массовой доли углерода и легирующих добавок. В целом наблюдается следующая зависимость: чем меньше содержание углерода, тем выше температура закалки.

При недогреве изделия не успевает сформироваться требуемая структура, а при значительном перегреве происходит обезуглероживание, окисление поверхностного слоя, изменение формы и размера структурных элементов, а также рост внутреннего напряжения. В таблице ниже приведены температуры закалки, отжига и отпуска некоторых марок углеродистых и легированных сталей. Марка стали Температура, С закалки отжига отпуска

Марка стали	Температура, С
	закалки	отжига	отпуска
15Г	800	780	200
65Г	815	790	400
15Х, 20Х	800	870	400
30Х, 35Х	850	880	450
40Х, 45Х	840	860	400
50Х	830	830	400
50Г2	805	830	200
40ХГ	870	880	550
ОХ13	1050	860	750
3Х13	1050	880	450
35ХГС	870	860	500
30ХГСА	900	860	210
У7, У7А	800	780	170
Р9, Р12	1250	860	580
Р9Ф5, Р9К5	1250	860	590
Р18Ф2	1300	900	590
ШХ15	845	780	400
9ХС	860	730	170
Р18К5Ф2	1280	860	580
1Х14Н18Б2БРГ	1150	860	750
4Х14Н1482М	1200	860	750

Определение температуры нагрева в промышленном производстве осуществляется посредством контактных и бесконтактных пирометров. В последние десятилетия широкое распространение получили инфракрасные приборы, позволяющие дистанционно замерять температуру в любой точки поверхности нагретой детали. Кроме того, приблизительную температуру разогрева стали можно определить по цветовым таблицам.

Технология каления металла

Технология закалки сталей требует соблюдения ряда требований к процессам нагрева и охлаждения закаливаемых деталей. В первую очередь это относится к скорости разогрева и охлаждения металла. Экономические показатели термического процесса требуют максимально быстрого повышения температуры до номинальной, т. к. при этом расходуется меньше энергии. Однако скоростной нагрев приводит к большому перепаду температур между поверхностным слоем и сердцевиной изделия, что может привести к его деформации и возникновению трещин. Поэтому прогрев на всю глубину детали до полного ее разогрева должен проходить плавно, а его время определяется технологом-термистом с помощью эмпирических формул и табличных значений. От скорости и температурных параметров охлаждения стали, разогретой выше критической точки, напрямую зависит процесс формирования структуры и состава закаленного металла. К примеру, при быстром охлаждении в воде с комнатной температурой можно получить углеродистую сталь с мартенситной структурой, а при охлаждении в масле или горячей воде получается троостит. Каждой марке стали соответствуют свои характеристики и температурные режимы закалки, которые, помимо прочего, зависят от размера и формы детали. Поэтому на производстве термическая обработка деталей проводится в соответствии с маршрутной технологией и операционными картами, разрабатываемыми для каждого изделия.

Фото оборудования

Контакты

Адрес: 423825, Республика Татарстан, г. Набережные Челны, ул. Профильная, 106

Тел: +7 (8552) 77-83-68

Email: [email protected]

Термическая обработка ✔ стали ✔ металлов ✔ виды ✔ свойства.

Что такое термообработка и зачем она нужна?

Термическая обработка (термообработка, ТО) — процесс тепловой обработки изделий из металлов и сплавов с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении, заключающийся в нагреве с заданной скоростью до определенной температуры, выдержке в течение определённого времени и последующем охлаждении с заданной скоростью до более низкой температуры.

Задача термообработки — путем нагрева и охлаждения вызвать необратимое изменение свойств вследствие необратимого изменения структуры. Термообработка является одним из важнейших этапов технологического процесса производства металлических изделий. Это одна из самых ответственных и, несмотря на кажущуюся простоту, одна из самых сложных и браконосных операций при изготовлении металлической продукции.

Термообработку применяют как промежуточную операцию для улучшения технологических свойств (обрабатываемости давлением, резанием и др.) и как окончательную операцию для придания металлу или сплаву такого комплекса механических (а в ряде случаев и физико-химических свойств), который обеспечивает необходимые эксплуатационные характеристики изделия.

Без термообработки невозможно обеспечить достижение надлежащих эксплуатационных характеристик — достаточно сказать, что стандартная для большинства инструментов термообработка (закалка с низким отпуском) повышает твердость и прочность изделий в 3-4 раза!

Еще сложнее обстоит дело с износостойкостью: даже детали, термообработанные по разным режимам на одинаковую твердость и прочность, могут различаться по износостойкости в 1,5-3 раза из-за различий в микроструктуре (по этой причине для ответственных деталей в чертежах оговариваются требования не только к механическим свойствам, но и к микроструктуре).

По указанным причинам термообработка является важнейшим процессом при изготовлении ответственных металлических изделий.

Основные типы термообработки

Термическая обработка подразделяется на три основных типа: собственно термическую (ТО), химико-термическую (ХТО) и деформационно-термическую.

• Собственно термическая обработка предусматривает только температурно-временное воздействие на металл или сплав.
• В том случае, когда при термообработке целенаправленно изменяется химический состав поверхностных слоев металла (сплава), то такая обработка называется химико-термической.
• А если наряду с термическим производится еще и деформационное воздействие, приводящее к в изменению структуры, то такая обработка называется деформационно-термической (её виды: термомеханическая — ТМО, механотермическая — МТО и др.). На рис. 1 приведена краткая классификационная схема основных видов термической обработки металлов и сплавов.

Виды и особенности собственно термической обработки

Собственно термическая обработка включает в себя следующие основные виды:

• Отжиг 1-го рода
• Отжиг 2-го рода
• Закалку с полиморфным превращением
• Закалку без полиморфного превращения
• Отпуск
• Старение

Их используют как для сталей, так и для цветных металлов и сплавов. Каждый из этих видов термообработки подразделяют на разновидности, специфические для различных сплавов.

Особенности отжига I рода

Отжиг I рода — нагрев до определённой температуры металла или сплава, находящегося в нестабильном состоянии в результате предшествовавшей обработки, с целью приведения его в более стабильное состояние — например, для гомогенизации, снятия внутренних напряжений, рекристаллизации.

Основные его подвиды: гомогенизирующий отжиг, релаксационный отжиг (он же — отжиг для снятия внутренних напряжений), дорекристаллизационный отжиг, рекристаллизационный отжиг.

В ООО «Технопарк Импульс» из указанных подвидов применяется главным образом релаксационный отжиг I рода с целью снятия напряжений после электросварки и после некоторых операций механической обработки (шлифовки, полировки) — этот вид отжига.

Особенности отжига II рода

Отжиг II рода (или фазовая перекристаллизация) — нагрев выше температуры полиморфного превращения с последующим непрерывным (неизотермическим) или ступенчатым (изотермическим) охлаждением для получения стабильного структурного состояния сплава.

Обязательным условием неизотермического отжига является достаточно медленное охлаждение, тогда как при изотермическом отжиге это условие необязательно.

Напротив, в ряде случаев рекомендовано максимально быстрое охлаждение металла до температуры изотермической выдержки (например, такой вид отжига, как патентирование, предусматривает максимально быстрое охлаждение до температуры, при которой скорость полиморфного превращения максимальна, с последующей изотермической выдержкой при данной температуре).

Разновидностью полного неизотермического отжига II рода является нормализация (охлаждение на спокойном воздухе). В ООО «Технопарк Импульс» для ответственных изделий из доэвтектоидных сталей в качестве предварительной термообработки (перед последующей закалкой) применяется преимущественно изотермический отжиг (либо нормализация с последующим высоким отпуском, которая приводит к получению почти такой же структуры), а для ответственных изделий из заэвтектоидных сталей — сфероидизирующий отжиг.

Для менее ответственных изделий из доэвтектоидных сталей применяется преимущественно неизотермический отжиг (преимущественно с целью улучшения обрабатываемости при последующей механической обработке).

Особенности закалки с полиморфным превращением

Закалка с полиморфным превращением — нагрев выше температуры поли¬морфного превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно-неустойчивого состояния (в ряде случаев — фиксации устойчивого высокотемпературного состояния).

Закалка с полиморфным превращением применяется для подавляющего большинства марок стали. В результате закалки происходят т.н. мартенситное и/или бейнитное превращения.

Мартенситное превращение (МП) — полиморфное превращение, при котором структурный переход высокотемпературной фазы с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой (аустенита) в низкотемпературную фазу с объемноцентрированной кубической (ОЦК) решёткой (мартенсит) происходит путём их упорядоченного перемещения, причем относительные смещения соседних атомов малы по сравнению с межатомным расстоянием.

Мартенситное превращение протекает в определённом интервале температур, зависящем преимущественно от состава стали или сплава (температура начала мартенситного превращения обозначается как МН, а температура конца мартенситного превращения — как МК).

Бейнитное (промежуточное) превращение (БП) — полиморфное превращение, протекающее выше температуры начала мартенситного превращения МН, при котором изменение взаимного расположения атомов кристалла из ГЦК-фазы в ОЦК-фазу (бейнит) происходит посредством преобразования сдвига.

Бейнит, при сопоставимых с мартенситом твердости и прочности, обладает гораздо более высокой ударной вязкостью, поэтому для многих изделий, где требуется сочетание высоких прочности и пластичности, получение данной структуры является предпочтительным.

До недавнего времени о мартенситном и бейнитном превращениях говорили только применительно к сталям, однако в последние десятилетия обнаружено существование мартенситного превращения в некоторых сплавах на основе титана, никеля и др. цветных металлов.

Виды закалки с полиморфным превращением

В промышленности применяются следующие виды закалки с полиморфным превращением:

• Закалка с непрерывным охлаждением в одной среде (воде, водных растворах полимеров либо неорганических солей, в масле).
  Это самый простой и распространённый вид закалки, но он часто сопряжен либо с получением пониженных механических свойств (как правило, при закалке в масле или растворах полимеров), либо с повышенными значениями закалочных деформаций и риском образования закалочных трещин (как правило, при закалке в воде и водных растворах неорганических солей).

  По этой причине в ООО «Технопарк Импульс», как правило, применяется только непрерывная закалка в масле и реже — в растворах полимеров, причем преимущественно для изделий небольшого сечения.

• Прерывистая закалка (закалка в двух средах) с быстрым охлаждением (в воде) до температур выше МН и последующим более медленным охлаждением (в масле или на воздухе) в интервале МН — МК. Главную сложность представляет собой точный подбор времени выдержки в каждой из сред (особенно для изделий переменного сечения).
  По этой причине в ООО «Технопарк Импульс» прерывистая закалка (через воду в масло) как правило, применяется только для изделий сравнительно простой формы, причём время выдержки в каждой из сред высчитывается для каждого изделия индивидуально и использованием специализированной программы.
• Закалка с самоотпуском заключается в том, что изделие погружается в закалочную среду на ограниченное время с таким расчётом, чтобы температура поверхности была существенно ниже МН, а температура сердцевины — выше МН, за счёт чего после извлечения изделия из закалочного бака произошло выравнивание температуры по сечению изделия, приводящее к самоотпуску поверхностных слоёв изделия.

  Данный способ закалки резко снижает закалочные напряжения и тем самым уменьшает значения закалочных деформаций и риск образования закалочных трещин. Главную сложность представляет собой точный подбор времени выдержки в каждой из сред (особенно для изделий переменного сечения).

  По этой причине в ООО «Технопарк Импульс» закалка с самоотпуском (с охлаждением в растворе полимера) как правило, применяется только для изделий сравнительно простой формы, причём время выдержки в каждой из сред высчитывается для каждого изделия индивидуально и использованием специализированной программы, а температура самоотпуска контролируется пирометром, и в случае превышения заданной температуры изделие повторно погружается в закалочный бак (при этом закалка через воду в масло преимущественно применяется для изделий среднего размера, а закалка с самоотпуском — для крупногабаритных изделий).
• Закалка купанием отличается от закалки с самоотпуском тем, что изделие погружается в закалочную среду на ограниченное время и затем выносится на воздух для выравнивания температуры по сечению не один раз, а неоднократно. Главную сложность представляет собой точный подбор времени выдержки в каждой из сред (особенно для изделий переменного сечения).

  По этой причине в ООО «Технопарк Импульс» закалка купанием, применяется только для крупногабаритных и ответственных изделий, для которых особенно велик риск образования закалочных трещин, причём контроль температуры изделия с помощью пирометра проводится при каждом вынимании изделии из закалочного бака.

• Ступенчатая закалка с охлаждением в горячей среде с температурой немного выше МН (как правило, расплаве селитры либо щелочи) с кратковременной (во избежание бейнитного превращения аустенита) выдержкой для выравнивания температуры по сечению и последующим охлаждением на воздухе.

  Данный способ закалки обеспечивает минимизацию закалочных деформаций и уменьшение внутренних напряжений почти до нуля, но применяется в ООО «Технопарк Импульс» только для изделий небольшого размера либо из сталей высокой прокаливаемости, поскольку скорость охлаждения в расплаве селитры не выше, чем в масле.

• Изотермическая закалка проводится по той же схеме, что и ступенчатая — с единственным различием, что выдержка в горячей среде проводится значительно дольше для обеспечения бейнитного превращения аустенита.
• Q-M-B закалка (двухступенчатая мартенситно-бейнитная) проводится по той же схеме, что и изотермическая — с тем отличием, что охлаждение производится в горячей среде с температурой на 10. ..90 оС ниже МН с целью образования в структуре изделия 15…50 % мартенсита, а затем переносится в горячую среду с температурой немного выше МН для обеспечения бейнитного превращения остаточного аустенита.

  Во многих случаях данная структура изделия является оптимальной, однако ввиду технической сложности (необходимости наличия двух закалочных ванн с разной температурой) данный способ закалки применяется только для самых ответственных изделий.

• Q-n-P закалка (закалка с перераспределением углерода) проводится по той же схеме, что и Q-M-B закалка — с тем отличием, что охлаждение производится в горячей среде с температурой на 80…120 оС ниже МН с целью образования в структуре изделия 75…80 % мартенсита.

  Затем процесс переносится в отпускную печь с температурой немного выше МН для обеспечения перераспределения углерода (из мартенсита в остаточный аустенит) и стабилизации остаточного аустенита и выдерживается в течение непродолжительного времени (5…30 минут).
  Важным преимуществом перед Q-M-B закалкой является возможность применения вместо расплавленной селитры горячего масла, а также существенное сокращение длительности производственного цикла.

  Перераспределение углерода при выдержке в отпускной печи обеспечивается только для кремнистых сталей, поэтому в ООО «Технопарк Импульс» Q-n-P закалка применяется ограниченно (только для изделий из сталей 30ХГСА, 6ХС и т.п. марок).

• Закалка с обработкой холодом (криогенная обработка) заключается в том, что после охлаждения стали до комнатной температуры производится ее дополнительное охлаждение до температур ниже 0 °С (по возможности — ниже МК).
  Данный способ термообработки применяется для высокоуглеродистых и/или высоколегированных сталей, у которых точка МК лежит значительно ниже нуля, с целью максимально полного превращения остаточного аустенита.

  В ООО «Технопарк Импульс» закалка с обработкой холодом (в жидком азоте либо смеси спирта с твердой углекислотой) применяется ограниченно (только для изделий из инструментальных сталей типа ХВГ и ШХ15, а также для особо ответственных цементированных изделий).

Различия между закалкой и отжигом

Принципиальное различие между закалкой и отжигом заключается в том, что для фиксации структурно-неустойчивого состояния охлаждение при закалке должно осуществляться со скоростью больше критической.

Критическая скорость закалки — минимальная скорость охлаждения, при которой подавляются диффузионные превращения, и аустенит превращается в мартенсит. Критическая скорость закалки зависит прежде всего от химического состава сплава и, в определенной степени, от температуры закалки.

Для некоторых высоколегированных сталей (например, быстрорежущих или цементированных) критическая скорость столь мала, что закалка протекает даже при охлаждении на спокойном воздухе — и в этом случае процесс именуется не нормализацией (которая является разновидностью отжига), а воздушной закалкой.

Отпуск в термообработке: особенности и виды

Отпуск — нагрев закаленного (с полиморфным превращением) сплава до температуры не выше точки полиморфного превращения для получения более термически стабильного состояния.

После закалки сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и остаточного аустенита (в ряде случаев — также бейнита), которые являются неравновесными фазами и при последующем нагреве претерпевают превращения. Кроме того, в закаленных заэвтектоидных сталях присутствует вторичный цементит, который не испытывает превращений.

В термообработке выделяют три вида отпуска.

Низкий отпуск

Так называется процесс нагрева закаленной стали до 150 — 350 °С, при котором происходит выделение углерода из мартенсита (образование мартенсита отпуска), образование карбидной фазы (ε-карбида и/или цементита), превращение остаточного аустенита в нижний бейнит и частичное снятие внутренних напряжений.

Данный вид отпуска применяется для изделий, от которых требуется сохранение высокой твёрдости и прочности (в ООО «Технопарк Импульс» он применяется главным образом для пик и бойков).

Средний отпуск

Это процесс нагрева закаленной стали до 350 — 500 °С, в результате которого происходит распад мартенсита на феррито-цементитную смесь (троостит отпуска) и более глубокое снятие внутренних напряжений.

Данный вид отпуска применяется для изделий, от которых требуется сохранение высокой прочности и упругости при наличии умеренной пластичности (в ООО «Технопарк Импульс» он применяется главным образом для пальцев, стяжек и т. п. крепежа с классом прочности 10.9 и 12.9).

Высокий отпуск

Этот процесс подразумевает нагрев закаленной стали до 500 — 700 °С, который сопровождается распадом мартенсита на феррито-цементитную смесь (сорбит отпуска), дисперсионным твердением сталей, практичеки полным снятием внутренних напряжений.

Данный вид отпуска применяется для изделий, от которых требуется наличие высокой пластичности и ударной вязкости при сохранении сравнительно высокой прочности (в ООО «Технопарк Импульс» он применяется главным образом для втулок, гильз и крепежа с классом прочности 8.8 и 9.8).

Особенности закалки без полиморфного превращения

Закалка без полиморфного превращения — нагрев до температур, вызывающих структурные изменения (чаще всего для растворения избыточной фазы) с последующим быстрым охлаждением для получения структурно-неустойчивого состояния — пересыщенного твердого раствора.

Закалка без полиморфного превращения применяется преимущественно для сплавов цветных металлов (алюминиевых, медных, никелевых, титановых и др. ) и лишь для немногих марок стали (преимущественно аустенитных — нержавеющих хромоникелевых типа Х18Н8 и износостойких высокомарганцевых типа 110Г13). В ООО «Технопарк Импульс» он применяется главным образом изделий из нержавеющих сталей типа Х18Н8, Х18Н10Т и т.п., а также изделий из медных и алюминиевых сплавов.

Старение в термообработке: что это и для чего?

Старение — нагрев или длительная выдержка при комнатной температуре — т.н. естественное старение, вызывающий превращения в закаленном без полиморфного превращения сплаве с целью либо упрочнения сплавов (за счёт дисперсионного твердения), либо разупрочнения (за счёт приближения сплава к более равновесному состоянию.

В ООО «Технопарк Импульс» такой способ применяется главным образом для изделий из медных и алюминиевых сплавов.

Что такое химико-термическая обработка?

Химико-термическая обработка (ХТО) заключается в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения химического состава, структуры и свойств поверхностного слоя изделия.

Она включает диффузионное насыщение неметаллами (углеродом, азотом, бором, серой, кремнием и кислородом), диффузионное насыщение металлами (диффузионная металлизация — алюминием, хромом, бериллием, титаном, цинком, медью и др.), диффузионное удаление примесей (углерода, кислорода, водорода).

Диффузионное насыщение классифицируется по насыщающему элементу — углероду (цементация), азоту (азотирование), бору (борирование) и т.п. В ряде случаев применяется одновременное насыщение несколькими элементами (например, хромоалитирование — насыщение хромом и алюминием, цианирование и нитроцементация — насыщение углеродом и азотом). ХТО может применяться как окончательная или как предварительная операция перед последующей упрочняющей термической обработкой.

Как правило, скорость диффузии неметаллов существенно выше, чем металлов, поэтому в тех случаях, когда требуется получение достаточно толстых диффузионных слоёв, обычно используется насыщение неметаллами. По этой причине В ООО «Технопарк Импульс» применяются, главным образом, наиболее распространенные из методов ХТО — цементация, нитроцементация, азотирование и карбонитрация. Данные виды ХТО существенно повышают твердость, износостойкость и задиростойкость изделий.

Деформационно-термическая обработка: особенности и виды

Разные виды деформационно-термической обработки разделяются в за-висимости от характера фазовых превращений и способа деформации, причем существенное значение имеет, до или после деформации происходит превращение, а также выше или ниже температуры рекристаллизации производилась деформация.

Если фазовое превращение происходит до деформации, такой вид обработки именуется механотермической обработкой (МТО). Одним из наиболее распространённых видов МТО является холодное волочение проволоки после патентирования. В ООО «Технопарк Импульс» из методов МТО применяется преимущественно алмазное выглаживание.

Если же превращение происходит во время или после деформации, такой вид обработки именуется термомеханической обработкой (ТМО). В зависимости от температуры деформации, различают высокотемпературную ТМО (ВТМО), при которой деформация производится выше температуры полиморфного превращения, и низкотемпературную ТМО (НТМО).

При этом деформация производится ниже температуры полиморфного превращения, но выше температуры мартенситного превращения. В ООО «Технопарк Импульс» ТМО не применяется, поэтому нет смысла останавливаться на нем более подробно.

Вы можете задать специалистам компании Технопарк «Импульс» любой интересующий вас вопрос

Закалка, закалка, отпуск в Метлабе Уиндмура, Пенсильвания.

(нажмите на миниатюру, чтобы увеличить)

Закалка металла / Закалка металла / Отпуск металла

Три больших комплекта подшипников извлекаются из печи науглероживания Metlab диаметром 180 дюймов и высотой 156 дюймов после температуры закалки (1550°F) для последующей закалки в перемешиваемом горячем масле. Детали были науглерожены до глубины корпуса более 0,200 дюйма ECD. Вес приспособления и компонентов составляет около 40 000 фунтов.

Закалка металла

Использование этой обработки приведет к улучшению механических свойств, а также к повышению уровня твердости, в результате чего изделие станет более прочным и долговечным. Сплавы нагревают выше критической температуры превращения материала, а затем достаточно быстро охлаждают, чтобы мягкий исходный материал превратился в гораздо более твердую и прочную структуру. Сплавы могут охлаждаться на воздухе или охлаждаться закалкой в ​​масле, воде или другой жидкости, в зависимости от количества легирующих элементов в материале. Закаленные материалы обычно подвергают отпуску или снятию напряжения для улучшения их размерной стабильности и ударной вязкости.

Стальные детали часто требуют термической обработки для получения улучшенных механических свойств, таких как повышение твердости или прочности. Процесс закалки состоит из нагрева компонентов выше критической (нормализующей) температуры, выдержки при этой температуре в течение одного часа на дюйм толщины, охлаждения со скоростью, достаточной для того, чтобы материал превратился в гораздо более твердую и прочную структуру, а затем отпуска. . Сталь по существу представляет собой сплав железа и углерода; другие стальные сплавы имеют другие металлические элементы в растворе. Нагрев материала выше критической температуры приводит к тому, что углерод и другие элементы переходят в твердый раствор. Закалка «замораживает» микроструктуру, вызывая напряжения. Детали впоследствии закаляются для преобразования микроструктуры, достижения соответствующей твердости и устранения напряжений.

---

Закалка металла

Материал нагревается до подходящей температуры, а затем закаливается в воде или масле для затвердевания до полной твердости в зависимости от типа стали.

Материал нагревают до температуры, подходящей для затвердевания, затем быстро охлаждают, погружая горячую часть в воду, масло или другую подходящую жидкость, чтобы преобразовать материал в полностью затвердевшую структуру. Детали, подвергающиеся закалке, обычно должны быть состарены, отпущены или сняты напряжения для достижения надлежащей ударной вязкости, окончательной твердости и стабильности размеров.

Сплавы могут охлаждаться на воздухе или охлаждаться закалкой в ​​масле, воде или другой жидкости, в зависимости от количества легирующих элементов в материале и требуемых конечных механических свойств. Закаленные материалы закаляются для улучшения их размерной стабильности и ударной вязкости.

---

Закалка металла

Отпуск проводится для получения требуемого сочетания твердости, прочности и ударной вязкости или для снижения хрупкости полностью закаленных сталей. Стали никогда не используются в закаленном состоянии. Сочетание закалки и отпуска важно для изготовления прочных деталей.

Эта обработка следует за закалкой или охлаждением на воздухе. Отпуск обычно считается эффективным для снятия напряжений, вызванных закалкой, в дополнение к снижению твердости до определенного диапазона или удовлетворению определенных требований к механическим свойствам.

Отпуск — это процесс повторного нагрева стали при относительно низкой температуре, приводящий к осаждению и сфероидизации карбидов, присутствующих в микроструктуре. Температура и время отпуска обычно контролируются для получения окончательных свойств, требуемых от стали. В результате получается компонент с подходящим сочетанием твердости, прочности и ударной вязкости для предполагаемого применения. Отпуск также эффективен для снятия напряжений, вызванных закалкой.

---

Объекты

Открытая или закрытая печь – закалка, отжиг, нормализация, обработка на твердый раствор и т. д. до 2200°F

• Шахтная печь — диаметр 144 дюйма и высота 96 дюймов
• Шахтная печь — диаметр 180 дюймов и высота 156 дюймов
• Шахтная печь (2) — диаметр 54 дюйма и высота 180 дюймов
• Колпаковые печи (4) — диаметр 72 дюйма и высота 84 дюйма
• Встроенные печи для закалки в масле — высота 24″ x 36″ x 24″, высота 18″ x 24″ x 18″
• Печь с вращающимся подом и закалочный пресс – Детали диаметром до 16 дюймов
• Вакуумная печь — внешний диаметр 24 дюйма x глубина 24 дюйма

вернуться к началу

металлургия | Определение и история

металлургия

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Михаил Ломоносов Георгиус Агрикола Дэниел Коуэн Джеклинг Сэр Алан Коттрелл Арден Л. Бемент-младший

Похожие темы:

металлоконструкции переработка полезных ископаемых металлография физическая металлургия технологическая металлургия

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

металлургия Искусство и наука по извлечению металлов из руд и модификации металлов для использования. Металлургия обычно относится к коммерческим, а не к лабораторным методам. Это также касается химических, физических и атомных свойств и структуры металлов, а также принципов, по которым металлы объединяются в сплавы.

История металлургии

Современное использование металлов является кульминацией долгого пути развития, растянувшегося примерно на 6500 лет. Принято считать, что первыми известными металлами были золото, серебро и медь, находившиеся в самородном или металлическом состоянии, из которых самыми ранними, по всей вероятности, были самородки золота, найденные в песках и гравии в руслах рек. Такие самородные металлы стали известны и ценились за их декоративную и утилитарную ценность во второй половине каменного века.

Самая ранняя разработка

Золото можно агломерировать в более крупные куски путем холодной ковки, но самородная медь не может, и существенным шагом на пути к Веку металлов стало открытие того, что такие металлы, как медь, могут быть преобразованы в формы путем плавления и отливки в формы; среди самых ранних известных изделий этого типа — медные топоры, отлитые на Балканах в 4-м тысячелетии до н. э. Еще одним шагом стало открытие того, что металлы можно извлекать из металлосодержащих минералов. Они были собраны, и их можно было отличить по цвету, текстуре, весу, цвету пламени и запаху при нагревании. Заметно больший выход, полученный при нагревании самородной меди с сопутствующими оксидными минералами, мог привести к процессу плавки, поскольку эти оксиды легко восстанавливаются до металла в слое древесного угля при температурах выше 700 ° C (1300 ° F) в качестве восстановителя. , угарный газ, становится все более стабильным. Чтобы осуществить агломерацию и отделение расплавленной или выплавленной меди от сопутствующих минералов, необходимо было ввести оксид железа в качестве флюса. Этот дальнейший шаг вперед можно объяснить наличием минералов оксида железа госсан в выветрелых верхних зонах месторождений сульфидов меди.

Во многих регионах в последующий период производились медно-мышьяковые сплавы, обладающие превосходными свойствами по сравнению с медью как в литом, так и в деформируемом виде. Сначала это могло быть случайным из-за сходства по цвету и цвету пламени между ярко-зеленым медно-карбонатным минералом малахитом и продуктами выветривания таких медно-мышьяковых сульфидных минералов, как энаргит, а позднее за этим мог последовать целенаправленный отбор соединений мышьяка на основе их чесночного запаха при нагревании.

Содержание мышьяка варьировалось от 1 до 7 процентов, олова до 3 процентов. Практически не содержащие мышьяка медные сплавы с более высоким содержанием олова — другими словами, настоящая бронза — по-видимому, появились между 3000 и 2500 годами до нашей эры, начиная с дельты Тигра и Евфрата. Открытие значения олова могло произойти благодаря использованию станнита, смешанного сульфида меди, железа и олова, хотя этот минерал не так широко доступен, как основной минерал олова, касситерит, который, должно быть, был конечным источником. металла. Касситерит поразительно плотный и встречается в виде гальки в аллювиальных отложениях вместе с арсенопиритом и золотом; это также происходит в определенной степени в госсанах оксида железа, упомянутых выше.

Хотя бронза могла развиваться независимо в разных местах, наиболее вероятно, что бронзовая культура распространилась через торговлю и миграцию народов с Ближнего Востока в Египет, Европу и, возможно, Китай. Во многих цивилизациях производство меди, мышьяковой меди и оловянной бронзы какое-то время продолжалось одновременно. Возможное исчезновение медно-мышьяковых сплавов трудно объяснить. Производство могло быть основано на полезных ископаемых, которые не были широко доступны и стали дефицитными, но относительная нехватка минералов олова не мешала значительной торговле этим металлом на значительных расстояниях. Возможно, оловянные бронзы в конечном итоге стали предпочитаться из-за возможности отравления мышьяком от паров, образующихся при окислении мышьякосодержащих минералов.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

По мере разработки выветрелых медных руд в определенных местах, более твердые сульфидные руды под ними добывались и плавились. Используемые минералы, такие как халькопирит, сульфид меди и железа, нуждались в окислительном обжиге для удаления серы в виде диоксида серы и получения оксида меди. Это не только требовало больших металлургических навыков, но также окисляло тесно связанное железо, что в сочетании с использованием флюсов из оксида железа и более сильными восстановительными условиями, создаваемыми усовершенствованными плавильными печами, приводило к более высокому содержанию железа в бронзе.

Невозможно провести четкую границу между бронзовым веком и железным веком. Небольшие куски железа должны были производиться в медеплавильных печах, поскольку использовались флюсы оксида железа и железосодержащие сульфидные руды меди. Кроме того, более высокие температуры печи создали бы условия для более сильного восстановления (то есть более высокое содержание монооксида углерода в газах печи). Ранний кусок железа с дороги в провинции Дренте, Нидерланды, был датирован 1350 годом до нашей эры, датой, которую обычно принимают за средний бронзовый век для этой области. С другой стороны, в Анатолии железо использовалось уже в 2000 г. до н. э. Есть также случайные ссылки на железо и в более ранние периоды, но этот материал имел метеоритное происхождение.

Как только была установлена ​​взаимосвязь между новым металлом, найденным в медных плавках, и рудой, добавленной в качестве флюса, естественным образом последовала работа печей для производства только железа. Несомненно, к 1400 г. до н. э. в Анатолии большое значение приобрело железо, а к 1200–1000 гг. до н. э. из него в больших масштабах изготавливали оружие, первоначально лезвия кинжалов. По этой причине 1200 г. до н.э. был принят за начало железного века. Данные раскопок указывают на то, что искусство изготовления железа зародилось в гористой местности к югу от Черного моря, где доминировали хетты. Позже это искусство, по-видимому, распространилось среди филистимлян, поскольку в Гераре были обнаружены грубые печи, датируемые 1200 г. до н. э., вместе с рядом железных предметов.

Плавка оксида железа с древесным углем требовала высокой температуры, и, поскольку температура плавления железа 1540 °C (2800 °F) тогда была недостижима, продукт представлял собой просто губчатую массу пастообразных глобул металла, смешанных с полужидкий шлак. Этот продукт, позже известный как блюм, вряд ли можно было использовать в том виде, в каком он был, но повторный нагрев и горячая ковка устранили большую часть шлака, создав кованое железо, продукт гораздо лучшего качества.

На свойства железа сильно влияет присутствие небольшого количества углерода, при этом значительное увеличение прочности связано с содержанием менее 0,5 процента. При достижимых тогда температурах — около 1200 ° C (2200 ° F) — восстановление древесным углем давало почти чистое железо, которое было мягким и имело ограниченное применение для оружия и инструментов. с изобретением лучших мехов железо поглощало больше углерода. Это привело к цветению и железным изделиям с различным содержанием углерода, что затрудняло определение периода, в течение которого железо могло быть преднамеренно упрочнено путем науглероживания или повторного нагревания металла в контакте с избытком древесного угля.

Углеродосодержащее железо имело еще одно большое преимущество, заключавшееся в том, что, в отличие от бронзы и безуглеродистого железа, его можно было сделать еще более твердым путем закалки, т. е. быстрого охлаждения путем погружения в воду. Нет никаких свидетельств использования этого процесса закалки в раннем железном веке, так что он должен был быть либо неизвестен тогда, либо не считался выгодным, поскольку закалка делает железо очень хрупким и должна сопровождаться отпуском или повторным нагревом при более низкая температура, чтобы восстановить ударную вязкость. То, что, по-видимому, было установлено на раннем этапе, было практикой многократной холодной ковки и отжига при 600–700 ° C (1100–1300 ° F), температура, естественно достигаемая при простом огне.