Что такое термическая обработка металлов

Термическая обработка — металлов, процесс обработки изделий из металлов и сплавов путём теплового воздействия с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении. Это воздействие может сочетаться также с химическим, деформационным, магнитным и др.… … Большая советская энциклопедия

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА — металлов процесс тепловой обработки металлов и сплавов с целью изменения их структуры, а следовательно, и св в, заключающийся в нагреве до определ. темп ры. выдержке при этой темп ре и последующем охлаждении с заданной скоростью. Т. о. одно из… … Большой энциклопедический политехнический словарь

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (металлов) — технолог. процесс, заключающийся в нагревании и охлаждении металл. изделий, полуфабрикатов или сплавов с целью изменения их структуры и свойств (хим., физических или механ.) для повышения качества готовых изделий. В зависимости от сложности… … Технический железнодорожный словарь

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА — ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА, тепловая обработка в основном металлов и сплавов для изменения их структуры и свойств. Основные виды: закалка (быстрое охлаждение с повышением температуры для увеличения прочности), отжиг (нагрев до высокой температуры,… … Современная энциклопедия

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА — изменение механических свойств металлов путем соответственного температурного режима, иногда в соединении с действием химических реагентов. К термической обработке относится закалка, отжиг, цементация, отпуск, нитрирование и т. д. Самойлов К. И.… … Морской словарь

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА — совокупность технологических операций, связанных с нагреванием, охлаждением и направленных на изменение свойств материалов в результате изменения их внутреннего или поверхностного строения. Особенно широкое промышленное распространение получила Т … Большая политехническая энциклопедия

термическая обработка — совокупность операций теплового воздействия на материалы (главным образом металлы и сплавы) с целью изменения структуры и свойств в нужном направлении. Основные виды термической обработки: закалка, отпуск, отжиг, нормализация, старение… … Энциклопедический словарь

Термическая обработка металлов — Металл в термопечи Термическая обработка металлов и сплавов процесс тепловой обработки металлических изделий, целью которого является изменение структуры и свойств в заданном направлении … Википедия

термическая обработка — [heat (thermal treatment (processing)] совокупность операций теплового воздействия на материал с целью изменения его структуры и свойств в нужном направлении (Смотри Термообработка). Смотри также: Обработка электроэрозионная обработка … Энциклопедический словарь по металлургии

термическая обработка металлов — процесс обработки изделий из металлов и сплавов путём теплового воздействия для целенаправленного изменения их структуры и свойств. Термическая обработка металлов подразделяется на собственно термическую, заключающуюся только в тепловом… … Энциклопедия техники

Термическая обработка металлов – это основа всей металлообрабатывающей промышленности. Именно эта отрасль позволяет создавать различные сплавы с уникальной структурой и физическими свойствами.

Под термином термической обработки металлов понимают процесс изменения структуры стали и металлических сплавов за счет воздействия на них температуры.

Термообработке могут подвергаться цветные металлы, сплавы или сталь различной категории. В зависимости от выбранного режима нагрева, вида термической обработки и температуры охлаждения можно получить абсолютно уникальную структуру и свойства материала.

Нагрев и последующее охлаждение с определенной скоростью и при определенных условиях устанавливается отдельно, исходя из свойств и структуры исходного металла.

Разновидности термической обработки металлов

Для достижения различных структур металла используются различные методики проведения термообработки.

Основными видами термической обработки являются:

Для того чтобы получить равновесную структуру стали, используют такой вид термообработки металлов, как отжиг 1-го рода. Сюда можно отнести такие подвиды термообработки металлов, как гомогенизация, рекристаллизация и снятие напряжений. Этот отжиг не влияет на внешние превращения, а лишь делает структуру металла равномерной и правильной.

Отжиг 2-го рода способен влиять на внешние превращения, к нему можно отнести нормализацию, полный и неполный отжиг. С помощью данного способа можно упрочнить металл в несколько раз.

Читайте также:  Сверло для сверления квадратных отверстий

Закалка металла

Закалка металла – это термическая обработка металлов, при которой заготовку охлаждают с высокой скоростью. Благодаря этому получается неравновесная структура.

Суть метода заключается в том, что после нагрева выше отметки критической температуры стали, она выдерживается в этом же диапазоне, после чего следует быстрое охлаждение сплава. В результате – неравновесная структура и упрочненный материал.

Отличие отжига и закалки состоит в скорости охлаждения металла после нагрева до критических температур.

Однако во избежание получения неравновесных структур после закалки используется отпуск. Отпуск – это еще один вид термообработки, при котором уменьшаются или снимаются внутренние остаточные напряжения в стали. Такой метод позволяет получить материал с прекрасными показателями вязкости, с его помощью уменьшают твердость и хрупкость металла.

Нормализация представляет собой тот же отжиг, но с небольшим нюансом. Если после отжига изделие остывает медленно в печи, то при нормализации изделие извлекают из печи, и оно охлаждается уже на воздухе.

Криогенная обработка проводится при охлаждении материала до отметок самых низких температур, так называемых сверхнизких показателей. Точкой отсчета сверхнизких температур считается отметка в -153 градуса.

Преимущества проведения термической обработки

К термообработке можно привести массу положительных показателей, самыми основными преимуществами проведения подобных процессов являются:

  • Повышение износостойкости материалов и сплавов;
  • Уменьшение бракованных деталей машин и инструментов;
  • Экономия на новых деталях на производстве за счет повышения прочностных характеристик сплавов, используемых для этих деталей.

Среди основного оборудования для проведения термической обработки металлов выделяют печи, позволяющие нагревать изделия до высоких температур. Эти печи имеют разную мощность и на производстве используются для разных металлов, так как для каждого металла необходима своя температура термообработки.

Подробно по теме «термическая обработка металлов» на выставке

Для того чтобы детальнее изучить термическую обработку, необходимо погрузиться в этот процесс и увидеть термические печи своими глазами.

Сейчас технологии пошли вперед, это значит, что появляются новые модернизированные модели и технологии термообработки. В скором времени ЦВК «Экспоцентр» проведет массовую выставку «Металлообработка»: приборов, оборудования и инструментов для термической и других видов обработки металлов в промышленности.

Приняв участие в данной специализированной международной выставке, можно увидеть массу новых печей для термической обработки металлов, которые разработали передовые компании мира. Это ежегодная выставка, на которой демонстрируются передовые технологии металлообработки во всех сферах промышленности. Данная выставка является одним из самых крупнейших в стране.

Надежность и долговечность оборудования, металлоконструкций и трубопроводов находятся в непосредственной зависимости от качества изготовления составляющих их элементов, деталей и узлов. В процессе эксплуатации последние подвергаются воздействию статических, динамических и циклических нагрузок, влиянию агрессивных сред, работают при экстремально высоких и низких температурах, находятся в условиях интенсивного износа.

Таким образом, эксплуатационная надежность металлоизделий находится в прямой зависимости от прочности, износостойкости, термо- и коррозионной стойкости составляющих их элементов.

В целях повышения этих характеристик необходимо правильно выбирать материалы деталей, совершенствовать их конструкцию, устранять неточности сборки, улучшать методы холодной и горячей обработки.

Для современного производства характерны высокие требования к свойствам материалов, обусловленные постоянным ростом производства, повышением производительности технологических процессов и связанной с ними необходимости изготовления крупногабаритного и сложного оборудования (реакторов, колонн, емкостей, теплообменников, фильтров). В связи с возрастающей интенсивностью нагружения производственного оборудования, например, печного (змеевиков печей) или динамического (компрессоров, насосов), важной задачей становится увеличение их срока эксплуатации и межремонтного цикла за счет использования более качественных материалов. Повышение рабочего давления и увеличение диаметров технологических трубопроводов, предназначенных для транспортировки агрессивных газообразных и жидких сред и эксплуатирующихся в сложных климатических условиях, влечет за собой применение новых материалов и высокотехнологических способов получения и обработки труб.

Этим высоким требованиям лишь в редких случаях могут отвечать материалы в состоянии поставки. Основная часть ответственных конструкционных элементов нуждается в упрочнении или стабилизации эксплуатационных свойств, не изменяющихся с течением времени, поэтому одним из способов повышения механических и физико-химических свойств металлических материалов является термическая обработка.

Читайте также:  Угловая шлифовальная машина с регулировкой оборотов

Термической обработкой металлов (термообработкой) называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлов и металлических сплавов.

Термообработку проводят с целью изменения структуры и соответственно свойств металлов и сплавов в заданном направлении. Термическая обработка применяется для целенаправленного изменения структуры материала, а именно, фазового состава и перераспределения компонентов, размеров и формы кристаллических зерен, вида дефектов, их количества и распределения, что позволяет, в конечном счете, достаточно легко получать требуемые свойства материалов.

Следует отметить, что изменение структуры и соответственно свойств возможно не только под воздействием тепла, но и под влиянием других внешних факторов, например, при проведении химической, механической, радиационной, электромеханической и других видов обработки.

Важно помнить, что свойства металлов и сплавов зависят не только от их структуры, но и от их химического состава, который формируется в ходе проведения металлургических и литейных процессов. При термической обработке химический состав остается неизменным, лишь иногда при неправильно выбранном составе защитной среды и температурно-временных параметров термообработки изменяется химический состав на поверхности заготовок и изделий в результате протекания процессов обезуглероживания, науглероживания или окисления. В данной статье влияние химического состава на изменение различных свойств металлов и сплавов не рассматривается.

Задачами термической обработки являются ликвидация внутренних напряжений в металлах и сплавах, улучшение обрабатываемости резанием или давлением, повышение механических и эксплуатационных свойств и др..

Термической обработке подвергают заготовки, полуфабрикаты и готовые изделия. Номенклатура изделий, чрезвычайно широка – от крепежных изделий до крупнейших отливок и поковок статического и динамического нефтехимического оборудования.

Термической обработке подвергают стали, чугуны и сплавы на основе цветных металлов. Так, например, в химическом машиностроении основную долю обрабатываемых сталей составляют углеродистые стали Ст3, сталь 20 и др. (> 50%), доля низколегированных сталей типа 09Г2С, 16ГС, 12ХМ составляет

20%, а коррозионностойких сталей – 26 – 28%. Среди чугунов чаще всего применяют высокопрочный и ковкий чугуны. Наиболее распространенными сплавами на основе цветных металлов являются сплавы на основе никеля, титана, алюминия и меди.

Необходимо понимать, что для одного и того же материала, т.е. материала с одним химическим составом, благодаря проведению различных режимов термической обработки можно получить несколько разных структур, обладающих абсолютно различными свойствами. Улучшение механических свойств с помощью термообработки дает возможность шире использовать сплавы более простых составов. Термообработкой можно увеличить допускаемые напряжения, уменьшить массу деталей и механизмов, повысить их надежность и долговечность.

Термическую обработку металлов и сплавов проводят обычно в тех случаях, когда имеют место:

  • полиморфные превращения в металле;
  • ограниченная и переменная (увеличивающаяся с температурой) растворимость в твердом состоянии одного компонента в другом;
  • изменение строения под влиянием холодной пластической деформации.

В основе современной классификации видов термической обработки лежат представления о фазовых и структурных изменениях в сплаве.

Термическая обработка подразделяется на собственно термическую, термомеханическую и химико-термическую.

Собственно термическая обработка включает в себя следующие основные виды: отжиг 1-го рода, отжиг 2-го рода, закалку, отпуск. Нормализация несколько выпадает из общей классификации, т.к. имеет особенности при применении к сталям разной степени легированности.

Все виды термической обработки отличаются друг от друга температурой нагрева, продолжительностью выдержки при этой температуре и скоростью охлаждения по окончании выдержки.

Отжиг 1-го рода включает в себя гомогенизационный (диффузионный) отжиг, рекристаллизационный отжиг, отжиг для снятия напряжений.

Гомогенизационный отжиг необходим для выравнивания химического состава сталей, для устранения последствий дендритной ликвации. Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как первоначальную операцию перед холодной обработкой давлением (для придания материалу наибольшей пластичности), как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа) и как окончательную термическую обработку для придания полуфабрикату или изделию необходимых свойств. Отжиг для снятия напряжений применяют для литых, кованых и катаных заготовок, деталей после обработки резанием, шлифовки, сварки, термообработки с целью полного или частичного снятия остаточных макронапряжений в изделиях, которые могут вызывать искажение формы (коробление) и изменение размеров изделия во время его обработки, эксплуатации и хранения.

Читайте также:  Выбор пилки для лобзика

Отжиг 2-го рода подразделяют на полный отжиг, неполный отжиг, изотермический отжиг, сфероидизацию, нормализацию.

Полный отжиг применяют, главным образом, при обработке доэвтектоидных и эвтектоидных сталей с целью получения равномерной мелкозернистой структуры, снижения уровня напряжений, твердости и прочности, улучшения обрабатываемости резанием. Неполный отжиг используют для доэвтектоидных сталей для смягчения их перед обработкой резанием. Изотермический отжиг чаще применяют для легированных сталей для получения однородной структуры требуемой дисперсности с заданным уровнем свойств, а также для улучшения обрабатываемости сталей резанием. Сфероидизация представляет собой отжиг на зернистый перлит, структура которого имеет наименьшую твердость и обеспечивает наилучшую деформируемость сталей при волочении, глубокой вытяжке, холодной прокатке. В случае использования нормализации как предварительной обработки ее цели те же, что и при отжиге: получение равновесной мелкозернистой структуры, снижение твердости для последующей механической обработки. В заэвтектоидных сталях нормализация является единственным способом устранения грубой и хрупкой сетки цементита. Нормализацию как окончательную термообработку применяют для среднеуглеродистых машиностроительных сталей, строительных сталей и теплостойких сталей перлитного класса.

Закалку применяют для получения максимальной твердости, прочности и износостойкости изделий.

Отпуск проводят для приведения закаленного сплава в более устойчивое структурное состояние, снятия внутренних напряжений, повышения вязкости и пластичности.

По количеству проводимых операций термообработка может быть простой и состоять из одной из указанных операций или может быть сложной и состоять из нескольких операций.

По объему нагреваемого изделия термическая обработка может быть как полной (иначе объемной), т.е. нагреву подвергается все изделие, так и местной, когда нагревается локальный участок изделия.

По назначению термическую обработку подразделяют на предварительную и окончательную.

Цель предварительной (иначе промежуточной) обработки – предотвращение появления дефектов (флокенов, трещин) в металле после его обработки давлением в горячем состоянии и снижение твердости металла для облегчения проведения последующей механической обработки, например, обработки резанием, а также уменьшение остаточных напряжений и подготовки структуры под окончательную термическую обработку.

При окончательной термической обработке в металле формируется необходимая структура, обеспечивающая получение требуемого уровня физико-механических свойств готового изделия.

Качество термической обработки определяют следующие основные критерии:

  • обеспечение требуемых свойств материала;
  • сведение к минимуму побочных явлений – нежелательного изменения геометрических параметров изделий (формы, размеров, состояния поверхности) или нарушения сплошности материала;
  • обеспечение высоких технико-экономических показателей термического передела.

При незначительных затратах на термическую обработку (обычно не превышающих 2 – 4% полной себестоимости) результаты ее могут оказывать большое влияние на трудоемкость и стоимость работ на смежных участках производства. В связи с этим многие производители предпочитают не проводить термическую обработку, что позволяет им сократить технологический процесс изготовления изделия. Иногда это и с научной, и с практической точки зрения оправдано, но иногда – нет. Термическая обработка должна стать обязательной в тех случаях, когда снижение рабочих характеристик изделия, а также высокий уровень остаточных напряжений могут превысить допустимые пределы и привести к катастрофическому и необратимому разрушению металла.

В связи с этим надо не только тщательно продумывать технологические процессы объемной и местной термической обработки, но и строго соблюдать их режимы, добиваясь получения оптимальных структур и высокого уровня физико-механических и эксплуатационных свойств в изделиях с целью обеспечения их длительной и надежной работы.