Процесс термообработки

Термическая обработка относится к процессу термической обработки металла, при котором материал находится в твердом состоянии посредством нагрева, сохранения тепла и охлаждения для получения желаемой структуры и свойств.

1. Нормализация: нагрев стали или стальных деталей до соответствующей температуры выше критической точки AC3 или ACM в течение определенного периода времени, а затем охлаждение на воздухе для получения процесса термообработки с перлитной структурой.

2. Отжиг: заготовку из доэвтектоидной стали нагревают до 20-40 градусов выше AC3 и после выдержки в течение определенного периода времени медленно охлаждают в печи (или закапывают в песок или охлаждают в извести) до термической обработки. процесс охлаждения на воздухе ниже 500 градусов.

3. Термическая обработка твердого раствора: сплав нагревают до высокотемпературной однофазной области и поддерживают при постоянной температуре, так что избыточная фаза полностью растворяется в твердом растворе, а затем быстро охлаждают для получения пересыщенного твердого раствора.

4. Старение: после того, как сплав подвергается термообработке на твердый раствор или холодной пластической деформации, когда сплав помещается при комнатной температуре или хранится немного выше комнатной температуры, его свойства со временем меняются.

5. Обработка твердого раствора: полное растворение различных фаз в сплаве, укрепление твердого раствора, повышение ударной вязкости и коррозионной стойкости, устранение стресса и смягчение, чтобы продолжить обработку и формование.

6. Обработка старением: нагрев и поддержание температуры при температуре осаждения упрочняющей фазы, так что упрочняющая фаза осаждается, затвердевает и повышается прочность.

7. Закалка: процесс термической обработки, при котором сталь аустенизируется, а затем охлаждается с соответствующей скоростью охлаждения, так что заготовка может подвергаться мартенситным и другим нестабильным превращениям микроструктуры во всем или в определенном диапазоне поперечного сечения.

8. Отпуск: Закаленная заготовка нагревается до соответствующей температуры ниже критической точки AC1 в течение определенного периода времени, а затем охлаждается методом, отвечающим требованиям, для получения требуемой структуры и свойств.

9. Нитроцементация стали. Нитроцементация – это процесс одновременного проникновения углерода и азота в поверхность стали. Традиционно карбонитрация, также известная как цианирование, широко используется при среднетемпературной газовой карбонитрации и низкотемпературной газовой карбонитрации (т.е. газовом мягком азотировании). Основной целью среднетемпературного газового азотирования является повышение твердости, износостойкости и усталостной прочности стали. Низкотемпературное газовое азотирование в основном является азотированием, и его основной целью является повышение износостойкости и стойкости стали к заеданию.

10. Закалка и отпуск. Обычно принято сочетать термическую обработку с закалкой и высокотемпературным отпуском как закалку и отпуск. Закалка и отпуск широко применяются в различных важных конструктивных деталях, особенно в тех шатунах, болтах, шестернях и валах, которые работают при знакопеременных нагрузках. Отпущенная структура сорбита получается после закалки и отпуска, и ее механические свойства лучше, чем у нормализованной структуры сорбита с той же твердостью. Его твердость зависит от температуры высокотемпературного отпуска и связана со стабильностью стали при отпуске и размером сечения заготовки, обычно между HB200-350.

11. Пайка: процесс термической обработки, при котором две заготовки нагреваются, расплавляются и соединяются вместе припоем.

Во-вторых, особенности процесса.

Термическая обработка металлов является одним из важных процессов в машиностроении. По сравнению с другими процессами обработки термообработка, как правило, не изменяет форму и общий химический состав заготовки, но изменяет микроструктуру внутри заготовки или изменяет химический состав поверхности заготовки. , чтобы придать или улучшить характеристики заготовки. Он характеризуется улучшением внутреннего качества заготовки, которое обычно не видно невооруженным глазом. Чтобы металлическая заготовка имела требуемые механические свойства, физические свойства и химические свойства, в дополнение к разумному выбору материалов и различных процессов формования, часто необходим процесс термообработки. Сталь является наиболее широко используемым материалом в машиностроении. Микроструктура стали сложна и может регулироваться термической обработкой. Поэтому термическая обработка стали является основным содержанием термической обработки металлов. Кроме того, алюминий, медь, магний, титан и т. д. и их сплавы также могут изменять свои механические, физические и химические свойства в результате термической обработки для получения различных характеристик.

3. Процесс

Процесс термообработки обычно включает три процесса нагрева, сохранения тепла и охлаждения, а иногда только два процесса нагрева и охлаждения. Эти процессы взаимосвязаны и непрерывны.

Нагревание является одним из важных процессов термической обработки. Существует множество методов термообработки металлов. Самые ранние из них использовали в качестве источников тепла древесный уголь и уголь, а в последнее время стали использовать жидкое и газовое топливо. Применение электричества позволяет легко контролировать отопление и не загрязняет окружающую среду. Эти источники тепла можно использовать для прямого нагрева или косвенного нагрева через расплавленные соли или металлы, а также плавающие частицы.

При нагреве металла заготовка подвергается воздействию воздуха, часто происходит окисление и обезуглероживание (то есть снижается содержание углерода на поверхности стальной детали), что весьма неблагоприятно сказывается на поверхностных свойствах стали. детали после термической обработки. Поэтому металл обычно следует нагревать в контролируемой атмосфере или защитной атмосфере, в расплавленной соли и в вакууме, а также его можно защитить методами покрытия или упаковки.

Температура нагрева является одним из важных технологических параметров процесса термической обработки. Выбор и контроль температуры нагрева являются основными вопросами обеспечения качества термической обработки. Температура нагрева варьируется в зависимости от обрабатываемого металлического материала и цели термической обработки, но обычно ее нагревают выше температуры фазового перехода для получения высокотемпературной структуры. Кроме того, трансформация занимает определенное время. Поэтому, когда поверхность металлической заготовки достигает необходимой температуры нагрева, ее необходимо поддерживать при этой температуре в течение определенного периода времени, чтобы внутренняя и внешняя температуры были согласованы, а микроструктура полностью изменилась. Этот период времени называется временем удержания. Когда используется нагрев с высокой плотностью энергии и поверхностная термообработка, скорость нагрева очень высока, и, как правило, нет времени выдержки, в то время как время выдержки при химической термической обработке часто больше.

Охлаждение также является обязательным этапом в процессе термообработки. Метод охлаждения варьируется в зависимости от различных процессов, в основном контролируя скорость охлаждения. Как правило, скорость охлаждения при отжиге самая низкая, скорость охлаждения при нормализации выше, а скорость охлаждения при закалке выше. Тем не менее, существуют также различные требования из-за различных типов стали. Например, сталь с полой закалкой можно закаливать с той же скоростью охлаждения, что и нормализацию.

Четыре, классификация процессов

Процесс термической обработки металла можно условно разделить на три категории: общая термическая обработка, поверхностная термическая обработка и химическая термическая обработка. В зависимости от теплоносителя, температуры нагрева и метода охлаждения каждую категорию можно разделить на несколько различных процессов термообработки. Один и тот же металл подвергается различным процессам термообработки для получения разных структур и, следовательно, имеет разные свойства. Сталь является наиболее широко используемым металлом в промышленности, а микроструктура стали также является самой сложной, поэтому существует множество типов процессов термообработки стали.

Общая термическая обработка представляет собой процесс термической обработки металла, при котором заготовка нагревается в целом, а затем охлаждается с соответствующей скоростью для получения необходимой металлографической структуры для изменения ее общих механических свойств. Общая термическая обработка стали обычно включает четыре основных процесса: отжиг, нормализацию, закалку и отпуск.

Процесс означает:

Отжиг заключается в том, чтобы нагреть заготовку до соответствующей температуры, выбрать разное время выдержки в зависимости от материала и размера заготовки, а затем медленно охладить ее. Цель состоит в том, чтобы внутренняя структура металла достигла или была близка к равновесному состоянию, чтобы получить хорошее производительность процесса и производительность, или для дальнейшего гашения Подготовка к организации.

Нормализация заключается в нагреве заготовки до подходящей температуры и последующем ее охлаждении на воздухе. Эффект нормализации подобен эффекту отжига, но полученная структура более тонкая. Он часто используется для улучшения характеристик резки материалов, а иногда и для некоторых деталей с низкими требованиями. как окончательная термообработка.

Закалка заключается в быстром охлаждении заготовки в закалочной среде, такой как вода, масло или другие неорганические соли и органические водные растворы, после нагревания и поддержания заготовки в тепле. После закалки сталь становится твердой, но в то же время становится хрупкой. Для того, чтобы вовремя устранить хрупкость, вообще необходимо проводить отпуск во времени.

Чтобы уменьшить хрупкость стальных деталей, закаленные стальные детали выдерживают при соответствующей температуре выше комнатной, но ниже 650°C в течение длительного времени, а затем охлаждают. Этот процесс называется темперированием. Отжиг, нормализация, закалка и отпуск - это «четыре огня» в общей термической обработке. Среди них закалка и отпуск тесно связаны и часто используются вместе, и ни один из них не является обязательным. «Четыре огня» развили различные процессы термообработки с разными температурами нагрева и методами охлаждения. Для получения определенной прочности и ударной вязкости процесс сочетания закалки и высокотемпературного отпуска называется закалкой и отпуском. После закалки некоторых сплавов с образованием пересыщенного твердого раствора их выдерживают при комнатной температуре или несколько более высокой подходящей температуре в течение длительного времени для улучшения твердости, прочности или электрических и магнитных свойств сплава. Такой процесс термической обработки называется обработкой старением.

Метод эффективного и точного сочетания деформации давлением и термообработки для обеспечения хорошей прочности и ударной вязкости заготовки называется деформационной термообработкой; Термическая обработка в атмосфере отрицательного давления или в вакууме называется вакуумной термообработкой, которая не только делает заготовку не окисленной или обезуглероженной, поверхность заготовки после обработки остается гладкой, а производительность заготовки улучшается.

Термическая обработка поверхности — это процесс термообработки металла, при котором нагревается только поверхность заготовки для изменения механических свойств поверхности. Чтобы нагреть только поверхностный слой заготовки, не пропуская слишком много тепла внутрь заготовки, используемый источник тепла должен иметь высокую плотность энергии, то есть большее количество тепловой энергии передается заготовке. на единицу площади, так что поверхностный слой или локальная площадьзаготовки может быть кратковременной или мгновенной. достигать высокой температуры. Основными методами термической обработки поверхности являются закалка пламенем и термообработка индукционным нагревом. Обычно используемыми источниками тепла являются пламя, такое как оксиацетилен или оксипропан, индуцированный ток, лазер и электронный луч.

Химико-термическая обработка – это процесс термической обработки металла, при котором изменяются химический состав, структура и свойства поверхности заготовки. Отличие химико-термической обработки от поверхностной термической обработки заключается в том, что первая изменяет химический состав поверхности заготовки. Химико-термическая обработка заключается в нагревании заготовки в среде (газовой, жидкой, твердой), содержащей углерод, соль или другие легирующие элементы, и выдерживании ее в течение длительного времени, так что поверхностный слой заготовки пропитывается такими элементами, как углерод , азот, бор и хром. После пропитки элементов иногда проводятся другие процессы термообработки, такие как закалка и отпуск. Основными методами химико-термической обработки являются цементация, азотирование и металлизация.

Термическая обработка является одним из важных процессов при изготовлении механических деталей и инструментов. Вообще говоря, он может обеспечить и улучшить различные свойства заготовки, такие как износостойкость, коррозионная стойкость и т. д. Он также может улучшить структуру и напряженное состояние заготовки, чтобы облегчить различные холодные и горячие обработки.

Например: белый чугун может быть ковким чугуном после длительного отжига для улучшения пластичности; шестерни проходят правильный процесс термической обработки, а срок службы может быть удвоен или в десятки раз выше, чем у шестерен без термической обработки; Пропитка некоторых легирующих элементов имеет некоторые свойства дорогостоящей легированной стали, которая может заменить некоторые жаропрочные стали и нержавеющие стали; почти все инструменты и штампы должны быть подвергнуты термообработке, прежде чем их можно будет использовать.

Почему стальные трубы нуждаются в термообработке?

Функция термической обработки заключается в улучшении механических свойств стальных труб и прецизионных стальных труб, устранении остаточных напряжений и повышении производительности обработки стальных труб.

В соответствии с различными целями термической обработки процесс термической обработки можно разделить на две категории: предварительная термическая обработка и окончательная термическая обработка.

1. Подготовительная термообработка

Целью подготовительной термической обработки является улучшение технологичности, устранение внутренних напряжений и подготовка хорошей металлографической структуры к окончательной термической обработке. Процесс термической обработки включает в себя отжиг, нормализацию, старение, закалку и отпуск и др.

(1) Отжиг и нормализация

Для горячедеформированных заготовок применяют отжиг и нормализацию. Углеродистая сталь и легированная сталь с содержанием углерода более {{0}},5% часто отжигают, чтобы уменьшить их твердость и облегчить резку; углеродистая сталь и легированная сталь с содержанием углерода менее 0,5 процента, чтобы избежать прилипания к ножу, когда их твердость слишком низкая, и использование нормализующей обработки. Отжиг и нормализация все же могут улучшить зернистость и однородную структуру для подготовки к последующей термообработке. Отжиг и нормализацию обычно проводят после изготовления заготовки и перед черновой обработкой.

(2) Лечение старения

Обработка старением в основном используется для устранения внутренних напряжений, возникающих при изготовлении заготовок и механической обработке.

Чтобы избежать чрезмерных транспортных нагрузок, для деталей с общей точностью перед чистовой обработкой может быть организована обработка старением. Однако для деталей с высокими требованиями к точности (таких как корпус координатно-расточного станка и т. п.) следует предусмотреть две или несколько процедур обработки старением. Простые детали, как правило, не подвергаются старению.

В дополнение к отливкам, для некоторых прецизионных деталей с низкой жесткостью (таких как прецизионные ходовые винты), чтобы устранить внутреннее напряжение, возникающее во время обработки, и стабилизировать точность обработки деталей, часто проводят многократные обработки старением между черновой и получистовой обработкой. отделка. Для некоторых частей вала обработка старением также должна быть организована после процесса правки.

(3) Закалка и отпуск

Закалка и отпуск — это высокотемпературный отпуск после закалки, который позволяет получить однородную и тщательную структуру закаленного сорбита для подготовки к уменьшению деформации во время последующей закалки поверхности и обработки азотированием. Поэтому закалку и отпуск можно использовать и как предварительную термическую обработку.

Благодаря хорошим комплексным механическим свойствам деталей после закалки и отпуска некоторые детали, не требующие высокой твердости и износостойкости, также могут использоваться в качестве окончательной термообработки.

2. Окончательная термообработка

Целью окончательной термической обработки является улучшение механических свойств, таких как твердость, износостойкость и прочность.

1 Закалка

Закалка включает поверхностную закалку и интегральную закалку. Среди них поверхностная закалка широко используется из-за меньшей деформации, окисления и обезуглероживания, а поверхностная закалка также имеет преимущества высокой внешней прочности и хорошей износостойкости при сохранении хорошей внутренней прочности и высокой ударопрочности. Для улучшения механических свойств деталей с поверхностным упрочнением в качестве предварительной термической обработки часто требуется термическая обработка, такая как закалка и отпуск или нормализация. Общий технологический маршрут: заготовка -- ковка -- нормализация (отжиг) -- черновая обработка -- закалка и отпуск -- получистовая -- обработка поверхности закалка -- отделка.

(2) Науглероживание и закалка

Науглероживание и закалка подходят для низкоуглеродистой и низколегированной стали. Во-первых, увеличивается содержание углерода в поверхностном слое детали. После закалки поверхностный слой может приобрести высокую твердость, в то время как сердцевина сохраняет определенную прочность, высокую ударную вязкость и пластичность. Науглероживание делится на общее науглероживание и локальное науглероживание. При локальном науглероживании необходимо принять меры по предотвращению просачивания (меднение или покрытие материалом против просачивания) для ненауглероженной части. Из-за большой деформации науглероживания и закалки, а глубина науглероживания обычно составляет от 0,5 до 2 мм, процесс науглероживания обычно располагается между получистовой и чистовой обработкой.

Технологический маршрут обычно следующий: вырубка - ковка - нормализация - черновая, получистовая - науглероживание и закалка - чистовая обработка.

Когда ненауглероженная часть местной науглероженной детали принимает план процесса удаления избыточного науглероженного слоя после увеличения припуска, процесс удаления избыточного науглероженного слоя должен быть организован после науглероживания и перед закалкой.

(3) Азотирование

Азотирование — это метод внедрения атомов азота в поверхность металла для получения слоя азотсодержащих соединений. Слой азотирования может улучшить твердость, износостойкость, усталостную прочность и коррозионную стойкость поверхности детали. Поскольку температура азотирования низкая, деформация мала, а слой азотирования тонкий (как правило, не более 0,6~0,7 мм), процесс азотирования должен быть организован как можно раньше. возможный. Чтобы уменьшить деформацию во время азотирования, обычно необходим высокотемпературный отпуск для снятия напряжения.

Кроме того, по своей конструкции печи непрерывного действия с роликовым подом можно разделить на одноступенчатые, двухступенчатые и трехступенчатые стальные трубы. Двухступенчатые или трехступенчатые печи с роликовым подом в основном используются для светлой термообработки бесшовных стальных труб и обычно называются печами светлой термообработки с роликовым подом. Печь непрерывного действия с роликовым подом.

Метод термообработки указан в стандарте на бесшовные стальные трубы; некоторые продукты. Стандарт определяет эксплуатационные требования, которым должны соответствовать бесшовные стальные трубы. Как правило, готовая термообработка бесшовных стальных труб из низкоуглеродистой стали в основном полностью отожжена или нормализована; в то время как бесшовная стальная труба из хромоникелевой аустенитной нержавеющей стали принимает стальную трубу Shandong Sinoma с обработкой раствором.

После горячей прокатки бесшовной стальной трубы неметаллические включения в стали (в основном сульфиды и оксиды, а также силикаты) прессуются в тонкие листы, и возникает явление расслоения (сэндвича). Остаточное напряжение, вызванное неравномерным охлаждением, намного больше, чем напряжение, вызванное нагрузкой.