Термообработка стали – Процессы

Термическая обработка стали является одним из главных процессов в металлургии и позволяет придать одинаковым сплавам различные механические свойства в зависимости от их дальнейшего назначения. Термообработкой принято называть последовательные операции по нагреву, охлаждению и выдержки стали при заданной температуре в течении определенного времени. Такой обработкой может быть достигнуто две главные цели: придание более высокой твердости металлу (закалка) или улучшение обрабатываемости твердых сплавов (отжиг).

Процессы уменьшения твердости

Отжиг

Используется при различных технологических операциях механической обработки стали, с целью снятия внутренних напряжений, повышения обрабатываемости и развития особых механических и физических свойств сплавов.

Специальные кремниевые сплавы при отжиге приобретают уникальные электрохимические свойства, позволяющие получать так называемую текстурированную электротехническую сталь или, как её ещё называют – трансформаторное железо.

Отжиг требует нагрева стали выше температуры As, с последующей выдержкой заготовки в течении необходимого времени и далее медленным охлаждением. Кривая отжига рядовой углеродистой стали представлена на рисунке под номером 2.

Нормализация

Также используется для смягчения и снятия внутренних напряжений стали после холодной обработки, с приведением размера зерна структуры до заданных параметров. Она может быть использована, чтобы разбить дендритные структуры отливок для улучшения их обрабатываемости.

Этот процес требует нагрева до температуры выше температуры As, удерживая в течение достаточного времени, чтобы позволить выравнивание температуры с последующим охлаждением на воздухе. Нормализация похожа на отжиг, но с более высокой скоростью охлаждения. Кривая нормализации на рисунке стоит под номером 3.

Процессы упрочнения

Закаливание

В этом процессе стали, которые содержат большое количество углерода (науглероженные) и, возможно, другие легирующие элементы, охлаждают (гасят) гораздо быстрее, предварительно нагрев выше температуры получения мартенсита. Закалке соответствует кривая 1 на нашем рисунке.

Существует целый ряд процессов охлаждения различной степени сложности, в которых применяются вода или солевой раствор.

Отпуск

После закалки сталь становится излишне хрупкой со множеством внутренних перенапряжений. Перед механической обработкой закаленных сталей, как правило, необходимо уменьшить эти нагрузки и «отпустить» сталь. В этом процессе также наблюдается снижение твердости в зависимости от выбора температуры отпуска, что и диктует конечные свойства детали.

Кривые закалки, которые указывают на зависимость твердости от температуры отпуска, существуют для всех коммерческих сталей и используется для выбора нужной температуры этого процесса. Как правило, чем выше температура отпуска, тем ниже конечная твердость заготовки, при большей вязкости.

Для термической обработки стали и сплавов на сегодня существует огромное количество разнообразного оборудования и приспособлений. Об оснастке для термообработки, способах ее защиты и способах увеличения стойкости можно прочитать в этой статье.

Термохимические процессы

Кроме двух основных видов термообработки стали существует множество специальных процессов, связанных с температурным режимом подготовки стали к механической обработке. Среди них можно выделить процессы цементации, азотирования и борирование.

Они включают в себя насыщение на предварительно определенные глубины поверхности стали углеродом, азотом и, реже, бором. Эти элементы могут быть добавлены по отдельности или в комбинации, и в результате получают поверхность с заданными свойствами, вне зависимости от марки стали в подложке.

Криогенная обработка металлов

С развитием металлургии сталей и сплавов отдельным видом термообработки стала криогенная обработка металлов при которой закалка происходит при температурах ниже 150 градусов по Цельсию. При этом сталь становится тверже, износоустойчивее и гораздо прочнее.