Термическая обработка металлов.
Термическая обработка металлов — это комплекс технологических процессов, направленных на изменение структуры и свойств металлов и сплавов за счёт контролируемого изменения температуры. Основные цели термической обработки включают улучшение механических характеристик, таких как прочность, твёрдость, пластичность и ударная вязкость, а также снижение внутренних напряжений, устранение дефектов и улучшение обрабатываемости материалов.
Основные виды термической обработки металлов
1. Закалка
Закалка — это вид термической обработки, при которой сталь или другой сплав нагревается до определённой температуры (обычно выше критической точки Ac3 или Ac1), выдерживается при этой температуре и затем быстро охлаждается (в воде, масле, на воздухе или в специальных средах).
Механизм: При нагреве до высоких температур происходит растворение углерода и других легирующих элементов в кристаллической решётке железа, образуя пересыщенный твёрдый раствор. Быстрое охлаждение фиксирует неравновесную структуру, в результате чего формируются мартенситные кристаллы, пересыщенные углеродом и другими элементами.
Цели закалки:
Повышение твёрдости и прочности стали за счёт образования мартенситной структуры.
Упрочнение поверхностного слоя изделий.
Недостатки:
Значительное увеличение хрупкости материала.
Появление внутренних напряжений, которые могут привести к образованию трещин и разрушений.
2. Отпуск
Отпуск — это вид термической обработки, который применяется после закалки для уменьшения хрупкости и внутренних напряжений материала, сохраняя при этом высокую твёрдость и прочность. Отпуск включает нагрев стали до определённой температуры ниже критической точки Ac1 и выдержку при этой температуре с последующим охлаждением с разной скоростью в зависимости от вида отпуска.
Виды отпуска:
Низкий отпуск (150–250°C):
Уменьшение внутренних напряжений.
Сохранение высокой твёрдости и износостойкости.
Применяется для режущих инструментов и деталей, требующих высокой твёрдости.
Средний отпуск (350–500°C):
Снижение твёрдости и увеличение пластичности.
Уменьшение внутренних напряжений и улучшение ударной вязкости.
Используется для пружин, рессор и других деталей, требующих высокой упругости и вязкости.
Высокий отпуск (500–650°C):
Значительное снижение твёрдости.
Повышение пластичности и ударной вязкости.
Применяется для улучшения обрабатываемости и уменьшения склонности к хрупкому разрушению.
Цель отпуска:
Снижение хрупкости и внутренних напряжений.
Сохранение высокой твёрдости и прочности (в зависимости от вида отпуска).
Улучшение пластичности и ударной вязкости.
3. Отжиг
Отжиг — это вид термической обработки, при котором металл или сплав нагревают до определённой температуры и выдерживают при этой температуре, а затем медленно охлаждают. Скорость охлаждения может варьироваться в зависимости от типа отжига.
Виды отжига:
Полный отжиг:
Нагрев до температуры выше критической точки Ac1.
Выдержка при этой температуре.
Медленное охлаждение.
Цель: получение равновесной структуры, снижение твёрдости, улучшение пластичности и ударной вязкости, устранение внутренних напряжений.
Неполный отжиг:
Нагрев ниже критической точки Acm.
Выдержка.
Медленное охлаждение.
Цель: снижение твёрдости и улучшение пластичности, устранение внутренних напряжений, улучшение обрабатываемости.
Рекристаллизационный отжиг:
Нагрев до температур выше 600°C.
Выдержка.
Медленное охлаждение.
Цель: устранение неравновесных структур, уменьшение зерна, повышение пластичности и ударной вязкости, улучшение обрабатываемости.
Отжиг на зернистость:
Нагрев до температур ниже критической точки Ac1.
Выдержка.
Быстрое охлаждение.
Последующее медленное охлаждение.
Цель: получение мелкозернистой структуры, повышение пластичности и ударной вязкости.
Цели отжига:
Получение более равновесной структуры.
Снижение твёрдости материала.
Улучшение пластичности и ударной вязкости.
Устранение внутренних напряжений.
Улучшение обрабатываемости стали.
Уменьшение зерна и устранение неравновесных структур.
Применение термической обработки
Термическая обработка металлов и сплавов широко применяется в различных отраслях промышленности, включая машиностроение, авиастроение, металлургию, энергетику и производство инструментов. Выбор конкретного вида термической обработки зависит от требований к свойствам материала, таких как прочность, твёрдость, пластичность, ударная вязкость и устойчивость к износу.
