Термообработка

Общие сведения о процессе термообработки

Термообработка – это вид обработки металла путём воздействия на него определённой температурой для изменения внутреннего атомно-кристаллического строения и придания специальных свойств. Термообработка позволяет придать металлическим изделиям повышенную твердость и износостойкость поверхности, а также улучшить сопротивляемость внешним агрессивным воздействиям.

Виды термообработки

Закалка деталей – является основным способом термообработки для улучшения механических свойств изделия. Закалка заключается в нагреве металлической детали до определённой температуры и быстрым её охлаждением в воде, масле или другой охлаждающей среде, позволяющей обеспечить высокую скорость охлаждения металла. В процессе нагрева под закалку металл меняет свою атомно-кристаллическую структуру на более прочную, которая не существует при комнатной температуре. При достаточно быстром охлаждении эта структура не успевает распасться и остаётся существовать уже при низких температурах, придавая металлу высокие механические свойства.

Отпуск деталей после закалки – является вторичной термообработкой, которая может применяться только к деталям, прошедшим процесс закалки. Структура металла, полученная после закалки, является очень хрупкой из-за наличия механических напряжений между кристаллами металла. Для устранения этих напряжений и применяется отпуск металла. Отпуск заключается в нагреве металла до невысоких температур (порядка 200-500 градусов) и выдержке в несколько часов при этой температуре. Данная операция позволяет закаленной структуре металла частично изменить своё строение и удалить напряжения между зернами, устранив хрупкость, при этом механические свойства практически не уменьшаются. Совместная термообработка: закалка с последующим отпуском, называется улучшением, а стали, которые ей подвергают – улучшаемыми.

Нормализация деталей – вид термообработки, предназначенный для уменьшения твердости горячекатанной стали перед механической обработкой. Температура нагрева при нормализации аналогична температуре закалки, а охлаждение происходит на воздухе. При этом твердость прокатанной стали уменьшается, что позволяет проводить её механическую обработку (смотрите наши статьи «Токарная обработка деталей», «Фрезерная обработка деталей»).

Отжиг деталей – вид термообработки, позволяющий придать металлу исходную структуру, снизить твердость и подготовить металл к последующей закалке на нужную твердость.

Цементация деталей – применяется для повышения механических свойств сталей с низким содержанием углерода (до 0,35 %). Детали из этих сталей часто работают в условиях ударных и вибрационных нагрузок, и низкое содержание углерода снижает их хрупкость. Однако при этом требуется обеспечить высокую твёрдость поверхности для деталей, работающих в паре. Для этого применяют цементацию поверхности. Детали помещают в ёмкости с веществами, содержащими большое количество углерода, например, древесный уголь, и нагревают там без доступа воздуха до высоких температур. Таким образом углерод переходит в поверхность детали и далее можно провести её закалку, при этом поверхность становится твёрдой, а середина детали остается мягкой и хорошо держит ударные нагрузки.

К некоторым цветным металлам также возможно применить такой вид термообработки, как старение. Старение заключается в выдержке сплава цветных металлов при повышенной температуре (порядка 150-250 градусов) в течение длительного времени (от суток и более). Данные процесс улучшает проникновение атомов металла в сплаве в соседние кристаллические решётки и способствует повышению механических свойств всего сплава.

Оборудование для термообработки 

Для проведения термообработки применяется разнообразное оборудование. Различают способы термообработки объёмные и поверхностные, для которых оборудование будет разным.

Объёмную термообработку проводят путём нагрева детали целиком. Для этого хорошо подходят различные муфельные печи в том числе вакуумные. В данных печах нагревание производиться аналогично электрической плите от нагревательных элементов внутри закрытой теплоизолированной камеры. В данном оборудовании хорошо реализован контроль температуры нагреваемой детали, что позволяет полностью контролировать процесс термообработки. Также при объёмной термообработке, может применяться нагрев открытым пламенем или другие способы, позволяющие нагреть деталь целиком.

К поверхностным методам термообработки чаще всего относят воздействие токами высокой частоты (ТВЧ). В данном случае деталь помещается в специальный медный индуктор, соответствующей её форме, без контакта с ним. По индуктору пропускают переменный ток высоких частот (100 кГц и более), что вызывает разогрев неглубокого поверхностного слоя детали, причем, чем больше частота тока, тем меньше прогреваемый слой. Таким образом, можно провести закалку только поверхностного слоя детали.

Для поверхностных методов термообработки применяются индукционные нагревательные станции различных марок, которые содержат медные индукторы для работы с деталями и генераторы тока высоких частот, чаще всего ламповые. Данное оборудование является крайне дорогостоящим, высокопроизводительным и применяется при термообработке больших партий деталей.

Особенности процесса термообработки

Сама по себе термообработка не является сложным технологическим процессом. Однако большое значение имеет подбор технологических режимов, таких как:

• Температура нагрева стали под закалку

• Время выдержки в печи при закалке

• Среда охлаждения

• Знание особенностей закалки различных марок сталей

• Температура отпуска

• Время выдержки при отпуске

И другие технологические параметры, которые для различных марок сталей, чугунов и цветных сплавов могут значительно отличаться.

Также большое влияние на процесс термообработки оказывает качество и функционал имеющегося оборудования, возможность точного определения температуры нагрева и времени. Для получения качественной термообработки Ваших деталей, лучше доверить эту работу профессионалам, имеющим глубокие знания в области материаловедения и доступ к необходимому технологическому оборудованию.