Что такое термическая обработка металлов?
Термическая обработка металлов – это процесс, при котором металлические заготовки нагревают до подходящей температуры в определенной среде, выдерживают при этой температуре определенное время, охлаждают с различной скоростью и регулируют их свойства путем изменения поверхности или внутренней структуры металлических материалов. . По сравнению с другими технологиями термическая обработка, как правило, не изменяет форму и общий химический состав заготовки, а придает или улучшает эксплуатационные характеристики детали за счет изменения микроструктуры внутри заготовки или химического состава на поверхности.
Сталь является наиболее широко используемым материалом в машиностроении. Микроструктура стали сложна и может регулироваться термической обработкой. Поэтому термическая обработка стали является наиболее распространенной. Алюминий, медь, магний, титан и их сплавы могут менять свои механические, физические и химические свойства в результате термической обработки для получения различных свойств.
Стадии и виды процесса термической обработки
– Нагрев: один из важных этапов термической обработки. Существует множество методов термообработки металлов. В качестве источников тепла сначала использовался уголь, а затем стали использовать жидкое и газовое топливо. Применение электричества позволяет легко контролировать температуру и не загрязняет окружающую среду. Источники тепла можно использовать для прямого или непрямого нагрева расплавленной соли или металла или даже плавающих его частиц. При нагреве металла заготовка взаимодействует с воздухом, часто происходит окисление и обезуглероживание, что весьма неблагоприятно сказывается на поверхностных свойствах деталей после термической обработки. Поэтому металлы обычно следует нагревать в контролируемой атмосфере, в расплавленной соли, в вакууме или защищать покрытием.
– Охлаждение: также обязательный этап в процессе термической обработки. Метод охлаждения варьируется в зависимости от различных процессов, в основном контролируя скорость охлаждения. Как правило, скорость охлаждения при отжиге самая медленная, скорость нормализации выше, а скорость закалки еще выше. Однако существуют разные требования из-за разных типов стали. Например, закаливаемую на воздухе сталь можно закаливать с той же скоростью охлаждения, что и нормализующую.
Сталь является наиболее широко используемым металлом в промышленности, а микроструктура стали также является самой сложной, поэтому существует множество видов процессов термообработки стали. Существует четыре основных процесса термической обработки железа и стали: отжиг, нормализация, закалка и отпуск.
- Отжиг:
Нагрейте заготовку до соответствующей температуры, установите различное время выдержки в зависимости от материала и размера заготовки, а затем медленно охладите ее (скорость охлаждения самая низкая), чтобы внутренняя структура металла достигла или закрылась. до равновесного состояния, получить хорошие технологические и эксплуатационные характеристики или подготовить конструкцию к дальнейшей закалке.
– Нормализация:
заготовка нагревается до подходящей температуры и охлаждается на воздухе. Эффект нормализации подобен отжигу, но полученная структура более тонкая. Он часто используется для улучшения режущих свойств материалов, а иногда и для некоторых деталей с низкими требованиями в качестве окончательной термообработки.
– Закалка:
после того, как заготовка нагрета и изолирована, ее быстро охлаждают в воде, масле или других неорганических солях, органических водных растворах и других закалочных средах. После закалки сталь становится твердой, но в то же время хрупкой.
– Отпуск:
чтобы уменьшить хрупкость стальных деталей, закаленные стальные детали долго выдерживают в тепле при соответствующей температуре выше комнатной и ниже 710 ℃, а затем охлаждают.
Отжиг, нормализация, закалка и отпуск — четыре процесса термообработки. Закалка и отпуск тесно связаны и часто используются вместе. Эти четыре процесса эволюционируют в разные процессы термообработки с разными температурами нагрева и методами охлаждения. Для получения определенной прочности и ударной вязкости процесс совмещения закалки и высокотемпературного отпуска называется закалкой и отпуском. После закалки некоторых сплавов с образованием пересыщенных твердых растворов их выдерживают при комнатной температуре или немного выше соответствующей температуры в течение длительного времени для улучшения твердости, прочности или электрического магнетизма сплавов. Такой процесс термической обработки называется обработкой старением.
Термическая обработка в атмосфере отрицательного давления или в вакууме называется вакуумной термообработкой. Он может не только предотвратить окисление и обезуглероживание детали, сохранить поверхность детали после обработки и улучшить характеристики детали, но также провести химико-термическую обработку с пропитывающим реагентом. Термическая обработка поверхности — это процесс термообработки металла, при котором нагревается только поверхность детали для изменения ее механических свойств. Чтобы нагреть только поверхностный слой заготовки и не передать слишком много тепла внутрь детали, используемый источник тепла должен иметь высокую плотность энергии, то есть на единицу площади детали отдается большая тепловая энергия, поэтому что поверхностный слой или часть заготовки может достичь высокой температуры за короткое время или мгновенно.
