Термическая обработка металлов

При нагреве изменяются структура и свойства материалов. В производстве широко используют такое воздействие температуры для улучшения металлических сплавов железа, меди, алюминия, неметаллических материалов стекла, керамики и др. Рассмотрим его на примере сплавов железа – сталей.

Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева, выдержки и охлаждения металлических изделий с целью изменения их струк­туры и свойств.

Термическая отработка состоит из трех этапов:

1. нагрев;

2. изотермическая выдержка;

3. охлаждение.

На первом этапе металл нагревают в печах до заданной температуры. На втором этапе выдерживают при высокой температуре, при этом в материале происходят диффузионные процессы, требующие длительного времени. Заключительный этап – охлаждение.

В зависимости от целей и условий различают три основных вида обработки:

1. Отжиг

2. Закалка

3. Отпуск или старение

Отжиг – это термическая обработка, в результате которой металлы или сплавы приобретают структуру близкую к равновесной. При отжиге материал нагревается в печах до заданной температуры и выдерживается достаточно длительное время. Затем следует медленное охлаждение со скоростью 30–200˚С/час.

В результате отжига в металлах снимаются внутренние остаточные напряжения, происходит рекристаллизация, выравнивается химический состав. В зависимости от целей отжига различают его разновидности: а) для снятия напряжений, б) рекристаллизационный в) диффузионный. Для сталей характерные температуры отжига 600–1300˚С, время выдержки 10–50 часов. Вследствие протекающих при высокой температуре процессов изменяются свойства сплавов: повышается пластичность, снижается хрупкость, улучшается структура металла, его обрабатываемость.

Закалка – термическая обработка, заключающаяся в нагреве материала и последующего быстрого охлаждения, в ре­зультате чего фиксируется высокотемпературное состояние материала. При больших скоростях охлаждения высокотемпературная структура не успевает перестроиться и сохраняется при низкой температуре, т.е. образуется неравновесная структура.

Закалке подвергают сплавы имеющие переменную растворимость компонентов, полиморфные превращения или испытывающие распад твердого раствора.

После закалки в сплавах увеличивается прочность, электрическое сопротивление, коэрцитивная сила, коррозионная стойкость. Нежелательными последствиями являются снижение пластичности, повышение хрупкости.

Большое значение при закалке имеет скорость охлаждения. Для сталей необходимые скорости 400-1400 ˚С в секунду. Для увеличения скорости охлаждения используют охлаждающую среду. В табл.4. приведены сравнительные эффективности охлаждающих сред относительно воды, которая принята за единицу.

Табл.4. Коэффициенты охлаждения сред.

Отпуск или старение — термическая об­работка, в результате которой в предва­рительно закаленных сплавах происхо­дят фазовые превращения, в некоторой приближаю­щие их структуру к равновесной.

Такую термическую обработку проводят аналогично отжигу, но при меньших температурах нагрева. Для сталей 300–600˚С.

После закалки материал становится твердым прочным, но при этом непластичным хрупким. Для улучшения пластичности, снижения хрупкости применяют смягчающую термическую обработку называемую отпуск (для сталей бронз) или старение (для алюминиевых сплавов). При этом немного снижается прочность, но получается оптимальное сочетание свойств прочности, пластичности, упругости, стойкости к ударным нагрузкам.

Поиск по сайту: