Процесс термообработки

Процесс термообработки – объяснение

Механические свойства металла или сплава можно улучшить или приспособить к желаемым требованиям путем применения производственного процесса, называемого термообработкой. Термическая обработка применяется на разных этапах производственного процесса для получения желаемых характеристик. Его можно использовать для придания образцу механической прочности или твердости. Если его проводить в контролируемой атмосфере, образец может стать более пластичным и податливым. Иногда металлообработка, такая как сварка или ковка, может привести к изменению свойств образца, поэтому для восстановления свойств образца до состояния, предшествующего работе, можно использовать термическую обработку.

Важным фактором при изменении механических свойств металла или сплава является тот факт, что необходимо найти компромисс между различными предпочтительными свойствами. Обычно улучшение одного свойства приводит к потере другого желательного атрибута. Например, увеличение прочности или твердости образца может привести к потере пластичности и, как следствие, материал станет более хрупким. Аналогично, снятие напряжений сделает материал более пластичным, но менее прочным.

Процесс термообработки – работает

Металлы и их сплавы имеют кристаллическую структуру, состоящую из небольших единиц, называемых кристаллической решеткой. Эти решетки растут, образуя кристаллические зерна. Ориентация и размер этих зерен имеют решающее значение для механических и физических свойств материала. Зерна меньшего размера позволяют получить более упругий, более прочный и прочный образец, тогда как зерна большего размера приводят к получению пластичного материала с более низкой прочностью на разрыв. Таким образом, контроль условий производственного процесса может позволить нам управлять ростом зерна и, следовательно, свойствами нашего материала. Эту манипуляцию можно выполнить посредством процесса термообработки, который включает в себя нагрев образца металла или сплава до экстремальных температур, иногда до 2400F, но обычно ниже точки плавления. Этот нагретый материал затем некоторое время выдерживают при этой высокой температуре и дают ему остыть. Таким образом, тщательный мониторинг и контроль процесса термообработки может привести к получению материала с желаемыми характеристиками.

Процесс термообработки – этапы

Для получения необходимых свойств процесс термообработки необходимо проводить тщательно. Параметры, определяющие успех процесса термообработки, представляют собой три стадии процесса.

1. Обогрев
2. Замачивание
3. Охлаждение

I. Отопление:

Первым этапом процесса термообработки является нагрев материала до определенной высокой температуры. Процесс нагрева важен, так как в результате происходит изменение микроструктуры материала и, как следствие, происходит изменение свойств. Нагревание необходимо производить медленно и постепенно, чтобы устранить любой температурный градиент на образце материала. При быстром выполнении в решетке могут возникнуть термические удары, что сделает ее хрупкой и склонной к разрушению. Требования к нагреву зависят от нескольких факторов и варьируются от образца к образцу. К факторам, влияющим на температуру нагрева, относятся:

1. Проводимость материала: чем выше проводимость материала, тем быстрее происходит передача тепла.
2. Существующее состояние материала: образцы, предварительно обработанные как сварные или кованые, будут иметь повышенные термические напряжения и поэтому нуждаются в более медленном нагреве.
3. Геометрия образца: образец неправильного поперечного сечения требует более медленного охлаждения, чем образец небольшого размера или правильной формы.

II. Замачивание:

Следующим этапом процесса термообработки является этап вымачивания. Это предполагает выдерживание нагретого образца при высокой температуре в течение определенного периода времени. Этап выдержки имеет решающее значение для окончательных механических свойств материала, поскольку именно на этом этапе внутренняя кристаллическая решетка и зерно принимают окончательную форму. Микроструктура кристаллического металла или сплава растет в зависимости от времени, в течение которого материал выдерживается.

Время выдержки также зависит от геометрии материала, подвергаемого процессу термообработки. Материалы с большим поперечным сечением требуют более длительного периода выдержки, чтобы обеспечить диффузию тепла по всей кристаллической решетке. Напротив, материалы с меньшей площадью и правильной геометрией не требуют длительного времени для замачивания.

III. Охлаждение:

Следующий и заключительный этап термической обработки металла или сплава — доведение нагретого материала до нормальной комнатной температуры. Этот шаг также имеет решающее значение для конечных свойств материала, и его следует выполнять осторожно. Скорость охлаждения определяет твердость, прочность и пластичность конечного продукта. Если выполнять быстро, получается более твердый и прочный материал, но пластичность снижается. Однако более медленные скорости охлаждения могут обеспечить пластичный материал, но прочность будет на более низком уровне.

Еще одним важным фактором является охлаждающая среда. Охлаждение может осуществляться за счет введения охлаждающих сред, таких как масло, вода или рассол, либо за счет действия воздушных потоков. Выбор охлаждающей среды также зависит от типа материала, подвергаемого процессу термообработки, а также от желаемых конечных свойств. Неподходящий охлаждающий агент может привести к короблению и растрескиванию материала. Поэтому, прежде чем выбирать охлаждающую жидкость для вашего материала, необходимо провести обширное исследование.

Процесс термообработки – методы

Контроль вышеупомянутых стадий может привести к получению различных свойств и, таким образом, для получения материала с желаемыми свойствами существуют различные методы термообработки, которые упомянуты ниже:

1. Отжиг
   Отжиг — это процесс термообработки, который обычно проводится при температуре выше температуры кристаллизации с последующим медленным охлаждением, обычно на воздухе. Этот метод обычно предпочтителен, когда желательна пластичность металла или сплава и необходимо снизить его твердость. Это подготавливает металл или его сплав к холодной обработке. Кроме того, напряжения и дислокации, возникающие при холодной обработке, можно устранить термообработкой с использованием метода отжига.
   При выполнении отжига сначала разрушается существующая кристаллическая решетка и зернистая структура за счет нагрева, превышающего температуру кристаллизации кристалла, а затем позволяет постепенно расти мелкозернистой структуре. Таким образом, устраняются любые дислокации и повышается его пластичность.
2. Упрочнение корпуса
   Цементация — это еще один метод термообработки, используемый для повышения твердости металла или сплава. Этот метод, в отличие от других процессов термообработки, упрочняет только внешнюю поверхность материала, сохраняя неизменными механические свойства сердцевины. Этот метод экономически эффективен и иногда предпочтительнее других методов термообработки, поскольку он обеспечивает закаленную внешнюю поверхность с сохранением пластичности сердцевины.
   Цементация осуществляется путем нагрева до высоких температур с последующим вымачиванием, но охлаждение происходит быстро. Этот метод закалки не позволяет внутренним кристаллическим структурам изменить свою микроструктуру при резком охлаждении. Быстрого охлаждения можно добиться, используя закалку в охлаждающей среде, такой как вода или масло.
3. Закалка
   Иногда после того, как материал закалился путем закалки и быстрого охлаждения, используется другой метод термообработки, чтобы уменьшить твердость материала и повысить его ударную вязкость. Процесс затвердевания может привести к хрупкости материала, что иногда является нежелательной характеристикой и может препятствовать использованию материала. Поэтому отпуск применяют для снижения твердости и хрупкости и повышения пластичности образца.
   Отпуск обычно осуществляется путем повторного нагрева закаленного материала до температур, обычно ниже критических. Этот нагретый материал затем охлаждается на воздухе. В результате твердость немного снижается, что позволяет материалу стать более пластичным и менее хрупким.
4. Через закалку
   Сквозная закалка аналогична цементации, поскольку повышает твердость материала. Однако, в отличие от цементации, этот процесс термообработки упрочняет материал по всему образцу, а не только снаружи.

Процесс термообработки – характеристики

Обычно при выполнении процесса термообработки техники обработки недостаточно для полного понимания изделия. Для правильного понимания желаемых конечных свойств необходимы определенные спецификации. Эти характеристики:

1. Упрочнение корпуса:
   Как правило, при выполнении процесса термообработки цементации существует два типа характеристик, а именно эффективная глубина гильзы и общая глубина гильзы.
   Для более тонких корпусов после термообработки используются данные по эффективной глубине корпуса. Они упоминают глубину диффузии углерода с поверхности. Для более толстых корпусов указывается общая глубина корпуса. Он измеряет расстояние от внешней части корпуса до уровня и выражает уровень твердости. Эти уровни твердости обычно выражаются по шкале Роквелла B (HRB).
2. Через закалку
   Сквозная закалка обычно определяется уровнями твердости. Эти уровни обычно выражаются как диапазон допуска, поскольку достижение однородного уровня твердости трудно изменить в геометрии. Для определения уровней твердости используется шкала твердости Роквелла C (HRC).
3. Отжиг
   Отжиг также определяется по шкале твердости Роквелла C (HRC).