Войти
Печь для термообработки при 1800 ° F (980 ° C) Термическая обработка (или термическая обработка ) - это группа промышленных, термических и процессов обработки металлов, используемых для изменения физических, а иногда химических свойств материал. Наиболее распространенное применение - металлургический. Термическая обработка также используется при производстве многих других материалов, таких как стекло. Термическая обработка включает использование нагрева или охлаждения, обычно до экстремальных температур, для достижения желаемого результата, такого как отверждение или размягчение материала. Методы термообработки включают отжиг, цементацию, дисперсионное упрочнение, отпуск, науглероживание, нормализацию и закалка. Хотя термин термическая обработка применяется только к процессам, в которых нагрев и охлаждение выполняются с конкретной целью преднамеренного изменения свойств, нагрев и охлаждение часто происходят случайно во время других производственных процессов, таких как горячая штамповка или сварка.
Аллотропы железа, показывающие различия в структуре решетки альфа-железа (низкая температура) и гамма-железа (высокая температура). В альфа-железе нет места для размещения атомов углерода, в то время как гамма-железо открыто для свободного движения небольших атомов углерода. Металлические материалы состоят из микроструктуры мелких кристаллов называемые «зернами» или кристаллитами. Природа зерен (т.е. размер и состав зерен) является одним из наиболее эффективных факторов, которые могут определять общее механическое поведение металла. Термическая обработка обеспечивает эффективный способ управления свойствами металла, контролируя скорость диффузии и скорость охлаждения внутри микроструктуры. Термическая обработка часто используется для изменения механических свойств металлического сплава, изменяя такие свойства, как твердость, прочность, вязкость, пластичность и эластичность.
Существует два механизма, которые могут изменить свойства сплава во время термообработки: образование мартенсита вызывает деформацию кристаллов по сути, а механизм диффузии вызывает изменения в однородности сплава.
. Кристаллическая структура состоит из атомов, которые сгруппированы в очень специфическое расположение, называемое решеткой. В большинстве элементов этот порядок меняется в зависимости от таких условий, как температура и давление. Эта перегруппировка, называемая аллотропией или полиморфизмом, может происходить несколько раз при многих различных температурах для конкретного металла. В сплавах эта перегруппировка может привести к тому, что элемент, который обычно не растворяется в основном металле, внезапно становится растворимым, в то время как изменение аллотропии на противоположное сделает элементы частично или полностью нерастворимыми..
В растворимом состоянии процесс диффузии заставляет атомы растворенного элемента разлетаться, пытаясь образовать гомогенное распределение внутри кристаллов основного металла. Если сплав охладить до нерастворимого состояния, атомы растворенных компонентов (растворенных веществ) могут мигрировать из раствора. Этот тип диффузии, называемый преципитацией, приводит к зародышеобразованию, когда мигрирующие атомы группируются вместе на границах зерен. Это образует микроструктуру, обычно состоящую из двух или более отдельных фаз . Например, сталь, которая была нагрета выше температуры аустенизации (от красного до оранжевого или от 1500 ° F (820 ° C) до 1600 ° F (870 ° C) в зависимости от содержания углерода), и затем медленно охлаждается, образует слоистую структуру, состоящую из чередующихся слоев феррита и цементита, превращаясь в мягкий перлит. После нагрева стали до фазы аустенита и последующей закалки в воде микроструктура будет в мартенситной фазе. Это связано с тем, что сталь переходит из аустенитной фазы в мартенситную после закалки. Некоторое количество перлита или феррита может присутствовать, если закалка не привела к быстрому охлаждению всей стали.
В отличие от сплавов на основе железа, большинство термически обрабатываемых сплавов не подвергаются ферритному превращению. В этих сплавах зародышеобразование на границах зерен часто усиливает структуру кристаллической матрицы. Эти металлы твердеют за счет осадков. Обычно медленный процесс, зависящий от температуры, часто называют «упрочнением от старения».
Многие металлы и неметаллы проявляют мартенситное превращение при быстром охлаждении (с внешней средой, такой как масло, полимер, вода и т. д.). Когда металл охлаждается очень быстро, нерастворимые атомы могут не успевать мигрировать из раствора. Это называется «бездиффузионным преобразованием ». Когда кристаллическая матрица переходит в ее низкотемпературное расположение, атомы растворенного вещества оказываются захваченными решеткой. Захваченные атомы предотвращают полное превращение кристаллической матрицы в низкотемпературный аллотроп, создавая напряжения сдвига внутри решетки. Когда некоторые сплавы, например, сталь, быстро охлаждаются, мартенситное превращение приводит к упрочнению металла, в то время как у других, например алюминия, сплав становится более мягким.
Фазовая диаграмма легирования железо-углерод система. Фазовые изменения происходят при разных температурах (вертикальная ось) для разных составов (горизонтальная ось). Пунктирными линиями отмечены эвтектоидный (A) и эвтектический (B) составы. Конкретный состав системы сплава обычно оказывает большое влияние на результаты термообработки. Если процентное содержание каждого компонента правильное, сплав будет образовывать единую непрерывную микроструктуру при охлаждении. Такая смесь называется эвтектоидом. Однако, если процентное содержание растворенных веществ отличается от смеси эвтектоидов, обычно одновременно формируются две или более различных микроструктуры. Доэвтектоидный раствор содержит меньше растворенного вещества, чем эвтектоидная смесь, тогда как заэвтектоидный раствор содержит больше.
A эвтектоид (эвтектоидный -подобный) сплав по поведению аналогичен эвтектическому сплаву. эвтектический сплав характеризуется единственной точкой плавления. Эта температура плавления ниже, чем у любого из компонентов, и никакие изменения в смеси не приведут к дальнейшему снижению точки плавления. Когда расплав эвтектического сплава охлаждается, все составляющие кристаллизуются в соответствующие фазы при одинаковой температуре.
Эвтектоидный сплав аналогичен, но фазовый переход происходит не из жидкости, а из твердого раствора. При охлаждении эвтектоидного сплава от температуры раствора компоненты разделятся на различные кристаллические фазы, образуя единую микроструктуру. Например, эвтектоидная сталь содержит 0,77% углерода. При медленном охлаждении раствор железа и углерода (одна фаза, называемая аустенит ) разделится на пластинки фаз феррит и цементит. Это формирует слоистую микроструктуру, называемую перлит.
. Поскольку перлит тверже железа, достижимая степень мягкости обычно ограничивается той, которая создается перлитом. Точно так же прокаливаемость ограничена непрерывной мартенситной микроструктурой, образующейся при очень быстром охлаждении.
Доэвтектический сплав имеет две отдельные точки плавления. Оба они выше точки плавления эвтектики для системы, но ниже точек плавления любого компонента, образующего систему. Между этими двумя точками плавления сплав будет частично твердым, а частично жидким. Компонент с более низкой температурой плавления сначала затвердеет. После полного затвердевания доэвтектический сплав часто находится в твердом растворе.
Точно так же доэвтектоидный сплав имеет две критические температуры, называемые «задержкой». Между этими двумя температурами сплав будет существовать частично как раствор, а частично как отдельная кристаллизационная фаза, называемая «проэвтектоидной фазой». Эти две температуры называются верхней (A 3) и нижней (A 1) температурами превращения. Когда раствор охлаждается от верхней температуры превращения до нерастворимого состояния, избыток основного металла часто будет вынужден «кристаллизоваться», превращаясь в проэвтектоид. Это будет происходить до тех пор, пока остающаяся концентрация растворенных веществ не достигнет уровня эвтектоида, который затем будет кристаллизоваться в виде отдельной микроструктуры.
Доэвтектоидная сталь содержит менее 0,77% углерода. При охлаждении доэвтектоидной стали от температуры превращения аустенита образуются небольшие островки доэвтектоидного феррита. Они будут продолжать расти, и углерод будет уменьшаться до тех пор, пока не будет достигнута концентрация эвтектоидов в остальной части стали. Эта эвтектоидная смесь затем кристаллизуется в виде микроструктуры перлита. Поскольку феррит более мягкий, чем перлит, две микроструктуры объединяются для увеличения пластичности сплава. Следовательно, закаливаемость сплава снижается.
Заэвтектический сплав также имеет разные точки плавления. Однако между этими точками твердым будет компонент с более высокой температурой плавления. Точно так же заэвтектоидный сплав имеет две критические температуры. При охлаждении заэвтектоидного сплава от верхней температуры превращения в первую очередь кристаллизуются избыточные растворенные вещества, образуя доэвтектоид. Это продолжается до тех пор, пока концентрация в оставшемся сплаве не станет эвтектоидной, которая затем кристаллизуется в отдельную микроструктуру.
Заэвтектоидная сталь содержит более 0,77% углерода. При медленном охлаждении заэвтектоидной стали цементит начинает кристаллизоваться первым. Когда оставшаяся сталь станет эвтектоидной по составу, она будет кристаллизоваться в перлит. Поскольку цементит намного тверже, чем перлит, сплав имеет большую закаливаемость за счет пластичности.
Диаграмма зависимости времени от температуры (TTT) для стали. Красные кривые представляют различные скорости охлаждения (скорости) при охлаждении от верхней критической (A3) температуры. V1 производит мартенсит. V2 содержит перлит, смешанный с мартенситом, V3 производит бейнит, а также перлит и матенсит. Правильная термообработка требует точного контроля температуры, времени выдержки при определенной температуре и скорости охлаждения.
За исключением напряжения Для облегчения, отпуска и старения большинство термообработок начинаются с нагрева сплава выше определенной температуры превращения или остановки (A). Эта температура называется «остановкой», потому что при температуре А металл испытывает период гистерезиса. В этот момент вся тепловая энергия используется для изменения кристалла, поэтому температура на короткое время перестает расти (останавливается), а затем продолжает расти после завершения изменения. Следовательно, для превращения сплав должен быть нагрет выше критической температуры. Сплав обычно выдерживают при этой температуре достаточно долго, чтобы тепло полностью проникло в сплав, превращая его в полный твердый раствор. Железо, например, имеет четыре критических температуры в зависимости от содержания углерода. Чистое железо в альфа-состоянии (при комнатной температуре) превращается в немагнитное гамма-железо при температуре A 2 и свариваемое дельта-железо при температуре A 4. Однако по мере того, как углерод добавляется и становится сталью, температура A 2 разделяется на температуру A 3, также называемую температурой аустенизации (все фазы становятся аустенитом, раствор гамма-железа и углерода) и его температуру A 1 (аустенит превращается в перлит при охлаждении). Между этими верхней и нижней температурами при охлаждении образуется доэвтектоидная фаза.
Поскольку меньший размер зерна обычно улучшает механические свойства, такие как вязкость, прочность на сдвиг и предел прочности, эти металлы часто нагреваются до температура, которая чуть выше верхней критической температуры, чтобы предотвратить слишком большой рост зерен раствора. Например, когда сталь нагревается выше верхней критической температуры, образуются мелкие зерна аустенита. Они становятся больше при повышении температуры. При очень быстром охлаждении во время мартенситного превращения размер зерна аустенита напрямую влияет на размер мартенситного зерна. Более крупные зерна имеют большие границы зерен, которые служат слабыми местами в структуре. Размер зерна обычно контролируется, чтобы снизить вероятность разрушения.
Диффузионное преобразование сильно зависит от времени. Охлаждение металла обычно подавляет осаждение до гораздо более низкой температуры. Например, аустенит обычно существует только выше верхней критической температуры. Однако, если аустенит охлаждается достаточно быстро, превращение может подавляться на сотни градусов ниже более низкой критической температуры. Такой аустенит очень нестабилен и, если дать ему достаточно времени, превратится в различные микроструктуры феррита и цементита. Скорость охлаждения можно использовать для управления скоростью роста зерен или даже для создания частично мартенситных микроструктур. Однако мартенситное превращение не зависит от времени. Если сплав охладить до температуры мартенситного превращения (M s) до того, как другие микроструктуры смогут полностью сформироваться, превращение обычно будет происходить со скоростью чуть ниже скорости звука.
Когда аустенит охлаждается. достаточно медленный, чтобы не происходило мартенситного превращения, размер зерна аустенита будет влиять на скорость зародышеобразования, но, как правило, именно температура и скорость охлаждения определяют размер зерна и микроструктуру. Когда аустенит охлаждается очень медленно, он образует большие кристаллы феррита, заполненные сферическими включениями цементита. Эта микроструктура называется «сфероидитом». Если остыть чуть быстрее, то образуется крупный перлит. Еще быстрее образуется мелкий перлит. Если охладить еще быстрее, образуется бейнит. Точно так же эти микроструктуры также образуются, если их охладить до определенной температуры, а затем выдержать там определенное время.
Большинство сплавов цветных металлов также нагревают для образования раствора. Чаще всего их затем очень быстро охлаждают, чтобы вызвать мартенситное превращение, переводя раствор в перенасыщенное состояние. Сплав, находящийся в более мягком состоянии, может быть подвергнут холодной деформации. Это вызывает деформационное упрочнение , которое увеличивает прочность и твердость сплава. Более того, дефекты, вызванные пластической деформацией, имеют тенденцию к ускорению осаждения, повышая твердость сверх нормальной для сплава. Даже если не подвергаться холодной обработке, растворенные вещества в этих сплавах обычно выпадают в осадок, хотя процесс может занять гораздо больше времени. Иногда эти металлы затем нагревают до температуры ниже нижней критической (A 1) температуры, предотвращая рекристаллизацию, чтобы ускорить выделение.
Сталь отливки после 12-часовой термообработки при 1200 ° C (2190 ° F). Сложные графики термической обработки, или «циклы», часто разрабатываются металлургами для оптимизации механических свойств сплава. В аэрокосмической промышленности суперсплав может подвергаться пяти или более различным операциям термической обработки для достижения желаемых свойств. Это может привести к проблемам с качеством в зависимости от точности контроля температуры печи и таймера. Эти операции обычно можно разделить на несколько основных приемов.
Отжиг заключается в нагревании металла до определенной температуры и последующем охлаждении со скоростью, при которой образуется улучшенная микроструктура, полностью или частично разделяющая компоненты. Скорость охлаждения обычно низкая. Отжиг чаще всего используется для размягчения металла для холодной обработки, улучшения обрабатываемости или улучшения таких свойств, как электропроводность.
. В ферросплавных сплавах отжиг обычно осуществляется путем нагрева металла выше верхней критической температуры и последующего охлаждения. очень медленно, в результате чего образуется перлит. Как в чистых металлах, так и во многих сплавах, которые нельзя подвергать термической обработке, отжиг используется для удаления твердости, вызванной холодной обработкой. Металл нагревают до температуры, при которой может происходить рекристаллизация, тем самым устраняя дефекты, вызванные пластической деформацией. В этих металлах скорость охлаждения обычно мало влияет. Большинство цветных сплавов, которые поддаются термообработке, также подвергаются отжигу для снижения твердости при холодной обработке. Их можно медленно охладить, чтобы обеспечить полное осаждение компонентов и получить улучшенную микроструктуру.
Ферросплавы обычно подвергаются «полному отжигу» или «технологическому отжигу». Полный отжиг требует очень медленных скоростей охлаждения для образования крупного перлита. В процессе отжига скорость охлаждения может быть выше; до нормализации включительно. Основная цель технологического отжига - получение однородной микроструктуры. Цветные сплавы часто подвергаются различным методам отжига, включая «рекристаллизационный отжиг», «частичный отжиг», «полный отжиг» и «окончательный отжиг». Не все методы отжига включают рекристаллизацию, такую как снятие напряжений.
Нормализация - это метод, используемый для обеспечения однородности размера зерен и состава (уравновешивания ) по всему сплаву. Этот термин часто используется для обозначения ферросплавов, которые были аустенизированы и затем охлаждены на открытом воздухе. При нормализации образуется не только перлит, но также мартенсит и иногда бейнит, из которого получается более твердая и прочная сталь, но с меньшей пластичностью при том же составе, чем при полном отжиге.
В процессе нормализации процесс нагрева стали примерно на 40 градусов Цельсия выше ее верхнего критического предела температуры некоторое время выдерживается при этой температуре, а затем охлаждается навоздух.
Снятие напряжений - это метод устранения или уменьшения внутренних напряжений, содержащих в металле. Эти напряжения могут быть вызваны разными способами, от холодной обработки до неравномерного охлаждения. Снятие принудительного нагрева может быть доставлено через систему термического охлаждения. Снятие напряжений обычно используется на таких объектах, как воздушные баллоны, котлы и другие сосуды под давлением, для снятия всех напряжений, находящихся в процессе сварки.
Некоторые металлы классифицируются в качестве металлов дисперсионного твердения. Когда дисперсионно-твердеющий сплав закаливается, его легкие элементы будут захвачены в растворе, что приведет к получению мягкого металла. Старение «растворенного» металла позволит легирующим элементам диффундировать через микроструктуру и образовать интерметаллические частицы. Эти интерметаллические частицы будут зарождаться и выпадать из раствора и действовать как армирующая фаза, тем самым повышенная прочность сплава. Сплавы могут стареть «естественным образом», что означает, что осадки образуются при комнатной температуре, или они могут стареть «искусственно», когда осадки образуются только при повышенных температурах. В некоторых случаях естественным образом стареющие сплавы хранятся в морозильной камере, чтобы предотвратить затвердевание до тех пор, пока не будут выполнены дальнейшие операции - например, сборка заклепок может быть проще с более мягкой деталью.
Примеры дисперсионно-твердеющих сплавов, включая серии 2000, 6000 и 7000 алюминиевый сплав, а также некоторые суперсплавы и некоторые нержавеющие стали. Стали, которые затвердевают в результате старения, обычно называют мартенситными сталями, от комбинации термина «мартенситное старение».
Закалка - это процесс охлаждения металл с большой скоростью. Чаще всего это делается для мартенситного превращения. В черных сплавах это часто дает более твердый металл, тогда как цветные сплавы обычно становятся мягче, чем обычно.
Для закалки металл (обычно сталь или чугун) необходимо нагреть выше верхней критической температуры, а затем быстро охладить. В зависимости от сплава и других соображений (например, соображений максимальной твердости по с растрескиванием и деформацией) охлаждение может осуществляться принудительным воздухом или другими газами (такими как азот ). Жидкости Мои из-за их лучшей теплопроводности, такие как масло, вода, полимер, растворенный в воде, или рассол. При быстром охлаждении часть аустенита (в зависимости от состава сплава) превратится в мартенсит, твердую, хрупкую кристаллическую структуру. Закаленная твердость металла зависит от его химического состава и метода закалки. Скорость охлаждения, от самой быстрой до самой медленной, зависит от рассола, полимера (т.е. смеси воды и гликоля), пресной воды, масла и нагнетаемого воздуха. Однако слишком быстрая закалка может стать быстро растрескиванием, поэтому высокопрочные стали, такие как AISI 4140, следует закаливать в масле, инструментальные стали, такие как ISO 1.2767 или H13. Инструментальная сталь для горячих работ должна быть закалена на воздухе, низколегированные или среднеэластичные стали, такие как XK1320 или AISI 1040, должны быть закалены в рассоле.
Некоторые сплавы на основе бета-титана также показали аналогичные тенденции прочности за счет быстрого охлаждения. Однако большинство цветных металлов, таких как сплавы меди, алюминия или никеля, и некоторые высоколегированные, такие как аустенитная нержавеющая сталь (304, 316), при закалке дают обратный эффект: они размягчаются. Аустенитные нержавеющие стали должны быть закалены, чтобы они полностью устойчивыми к коррозии, поскольку они значительно упрочнялись при работе.
Незапущенная мартенситная сталь, хотя и очень твердая, слишком хрупкая, чтобы быть полезной для применений. Метод, позволяющий решить эту проблему, называется закалкой. В большинстве случаев требуется отпуск закаленных деталей. Отпуск заключается в нагревании стали ниже критической температуры (часто от 400 до 1105 F или от 205 до 595 C, в зависимости от желаемых результатов) для придания некоторой вязкости. Более высокие температуры отпуска (могут достигать 1300 F или 700 ˚C, в зависимости от сплава и области применения) иногда используются для придания дополнительной пластичности, хотя некоторая часть текучести прочности теряется.
Закалка также может работать на нормализованных сталях. Другие методы состоят из закалки до температуры отпуска, которая выше начальной температуры мартенсита, а затем выдержки при такой температуре до чистого бейнита или снятия внутренних напряжений. К ним относятся закалка и закалка.
Цвета отпуска стали Свежешлифованная или отполированная сталь при нагревании образует слои оксида. При очень высокой температуре оксид железа образует слой с очень толстой, интерференцией тонкой пленки. Это приводит к появлению цветов на поверхности стали. С повышением температуры слоя оксида железа увеличивается в толщине, меняя цвет. Эти цвета, называемые цветами закалки, веками использовались для измерения температуры.
Цвета закалки можно использовать для оценки конечных свойств из закаленной стали. Очень твердые инструменты часто подвергаются закалке в диапазоне от светло- до темной соломы. Однако окончательная твердость закаленной стали меняться в зависимости от состава. Инструментальная сталь с более высоким уровнем углерода будет оставаться более твердой после отпуска, чем сталь пружинной стали (с немного меньшим углеродом), когда она будет отпущена при той же температуре. Оксидная пленка также со временем будет увеличиваться в толщине. Следовательно, сталь, которая выдерживалась при температуре 400 ° F в течение очень долгого времени, может стать коричневой или пурпурной, даже если температура не превышает температуру, для достижения светло-соломенного цвета. Другими факторами, влияющими на конечный результат, являются масляные пленки на поверхности и типичного источника тепла.
Были разработаны многие методы термообработки для изменения свойств только части объекта. Они, как правило, состоят либо в различных температурах, либо в быстром нагреве в локализовой области, а в закалке, путем термохимической диффузии, либо в закалке различных областей объекта при разных температурах, например, при разнице в закалка.
Катана с дифференцированной закалкой. Яркая волнистая линия, следующая за hamon, называемая nioi, отделяет мартенситную кромку от перлитной задней части. На изображении показано ниой, состоящий из отдельных зерен мартенсита (ваше), окруженных перлитом. Текстура древесины существует за счет слоев разного состава. Некоторые методы различным областям одного объекта подвергаться термической обработке. Это называется дифференциальным упрочнением. Часто встречается в качественных ножах и саблях. Китайский цзянь является одним из самых ранних известных примеров этого, а японская катана может быть наиболее широко широко известным. Другой пример - непальский хукури. В этой технике используется изолирующий слой, например, слои глины, для покрытия участков, которые должны оставаться мягкими. Зоны полностью закалки остаются открытыми, что позволяет затвердеть только некоторым частям стали после закалки.
Закалка пламенем используется для упрочнения части металла. В отличие от всякой закалки, при которой деталь нагревается, а затем охлаждается с разной скоростью, при пламенной закалке только часть металла нагревается перед закалкой. Обычно это проще, чем система термического влияния происходит очень быстро, благодаря охлаждению на краю этой зоны термического влияния происходит очень быстро.
Индукционная закалка - это метод поверхностного упрочнения, при котором поверхность металла нагревается очень быстро с использованием бесконтактного метода индукции. отопление. Затем закаливают, вызывая мартенситное превращение на поверхности, оставляя нижележащий металл вставляемым. Это очень твердую износостойкую поверхность, сохраняя при этом надежную прочность большей части объекта. Цепи коленчатого вала хорошим примером индукционной закаленной поверхности.
Цементная закалка - это термохимический диффузионный процесс, в котором легирующий элемент, чаще всего углерод или азот, диффундирует в поверхность монолитного металла. Полученный твердый раствор внедрения тверже основного материала, который улучшает износостойкость без ущерба для прочности.
Лазерная обработка поверхности - это обработка поверхности с высокой универсальностью, селективностью и новыми свойствами. Скорость охлаждения при лазерной обработке очень высока, этим методом можно получить даже метастабильное металлическое стекло.
Хотя закалка вызывает превращение аустенита в мартенсит, весь аустенит обычно не превращается. Некоторые кристаллы аустенита останутся неизменными даже после закалки ниже конечной температуры мартенсита (M f). Дальнейшее превращение аустенита в мартенсит может быть вызвано медленным охлаждением металла до чрезвычайно низких температур. Холодная обработка обычно заключается в охлаждении стали примерно до -115 F (-81 ˚C), но не устраняет весь аустенит. Криогенная обработка обычно заключается в охлаждении до намного более низких температур, часто в диапазоне -315 F (-192 ˚C), для превращения большей части аустенита в мартенсит.
Холодная и криогенная обработка, как правило, проводится сразу после закалки, перед любым отпуском она увеличивает твердость, износостойкость и снижает внутреннее напряжение в металле, но, поскольку на самом деле это продолжение процесса закалки, это может увеличить вероятность появления трещин во время процедуры. Этот процесс часто используется для инструментов, подшипников или других предметов, требующих хорошей износостойкости. Однако он обычно эффективен только для высокоуглеродистых или высоколегированных сталей, в которых после закалки остается более 10% аустенита.
Нагрев стали иногда используется в качестве методов изменения углерода. Когда нагревается окислительной средой, кислород соединяется с железом, образует слой оксида железа, который защищает сталь от обезуглероживания. Однако когда сталь превращается в аустенит, кислород соединяется с железом с образованием шлака, который не защищает от обезуглероживания. Образование шлака и окалины фактически использует обезуглероживание, потому что оксид железа соединяется в контакте с зоной обезуглероживания даже после того, как сталь перемещается в бескислородную среду, такую как угли в кузнице. Таким образом, атомы углерода начинают объединяться с окружающей окалиной и шлаком с образованием как оксида углерода, так и диоксида углерода, который выбрасывается в воздух.
Сталь содержит относительно небольшой процент углерода, который может свободно перемещаться внутри гамма-железа. Когда аустенизированная сталь подвергается воздействию воздуха в течение длительного времени, содержание углерода в стали может снизиться. Это противоположно тому, что происходит, когда сталь нагревают в восстановительной среде, в которой углерод медленно диффундирует дальше в металл. В окислительной среде углерод может легко диффундировать наружу, поэтому аустенизированная сталь очень восприимчива к обезуглероживанию. Это часто используется для литой стали, где для литья необходимо высокое содержание углерода, но желательно более низкое содержание углерода в готовом продукте. Его часто используют для изготовления чугуна ковкого чугуна в процессе, называемом «белый отпуск». Эта тенденция к обезуглероживанию часто является проблемой при других операциях, таких как кузнечное дело, где становится более желательным аустенировать сталь в течение как можно более короткого периода времени, чтобы предотвратить чрезмерное обезуглероживание.
Обычно конечное состояние указывается вместо процесса, используемого при термообработке.
Современная, полностью компьютеризированная печь для цементации. Цементационная закалка определяется твердостью и глубиной корпуса. Глубину корпуса можно указать двумя способами: общая глубина корпуса или эффективная глубина корпуса. Общая глубина корпуса - это истинная глубина корпуса. Для большинства сплавов эффективная глубина гильзы - это глубина гильзы, твердость которой эквивалентна HRC50; однако некоторые сплавы имеют другую твердость (40-60 HRC) на эффективной глубине гильзы; это проверено на. Это значение может быть приблизительно равно 65% от общей глубины корпуса; однако химический состав и прокаливаемость могут повлиять на это приближение. Если не указан ни один тип глубины корпуса, предполагается общая глубина корпуса.
Для цементированных деталей спецификация должна иметь допуск не менее ± 0,005 дюйма (0,13 мм). Если деталь должна быть отшлифована после термообработки, предполагается, что глубина корпуса будет после шлифовки.
Шкала твердости по Роквеллу, используемая для спецификации, зависит от глубины общей глубины корпуса, как показано в таблице ниже. Обычно твердость измеряется по шкале Роквелла «С», но нагрузка, используемая на шкале, проникает сквозь гильзу, если гильза меньше 0,030 дюйма (0,76 мм). Использование «C» по шкале Роквелла для более тонкого корпуса приведет к неверным показаниям.
| Общая глубина корпуса, мин. [дюйм] | Шкала Роквелла |
|---|---|
| 0.030 | C |
| 0.024 | A |
| 0.021 | 45N |
| 0.018 | 30N |
| 0,015 | 15N |
| Менее 0,015 | «Жесткий файл» |
Для случаев, когда толщина менее 0,015 дюйма (0,38 мм), нельзя надежно использовать шкалу Роквелла, поэтому вместо этого указывается жесткость файла. Жесткость напильника приблизительно эквивалентна 58 HRC.
При указании твердости необходимо указать диапазон или указать минимальную твердость. Если указан диапазон, должно быть указано не менее 5 баллов.
Для сквозного упрочнения указана только твердость. Обычно это HRC с диапазоном не менее пяти пунктов.
Твердость для процесса отжига обычно указывается на шкале HRB как максимальное значение. Это процесс измельчения зерна, повышения прочности, снятия остаточных напряжений и воздействия на электромагнитные свойства...
Печи, используемые для термообработки, можно разделить на две большие категории: периодические печи и печи непрерывного действия. Печи периодического действия обычно загружаются и разгружаются вручную, в то время как печи непрерывного действия имеют систему автоматической транспортировки для обеспечения постоянной нагрузки в камеру печи.
Системы периодического действия обычно состоят из изолированной камеры с стальной кожух, нагревательная система и дверца доступа в камеру.
Многие базовые печи коробчатого типа были модернизированы до полу- печь непрерывного действия с добавлением встроенных закалочных резервуаров и камер медленного охлаждения. Эти модернизированные печи являются очень часто используемым оборудованием для термической обработки.
Вагонная печь, также известная как «выдвижной под», представляет собой очень большую печь периодического действия. Пол выполнен в виде изолированной передвижной тележки, которая перемещается в печь и выходит из нее для разгрузки. Автомобиль обычно герметизируется с помощью песчаных уплотнений или твердых уплотнений на месте. Из-за сложности использования удобного уплотнения автомобильные обычно используются для процессов, не связанных с атмосферой.
Линия термообработки с псевдоожиженным слоем По типу аналогична вагонной печи, за исключением того, что тележка и под закатываются в положение под номером и поднимаются с помощью мотора. механизм, элеваторные печи выдерживают большие нагрузки и часто исключают необходимость в каких-либо внешних кранах и механизмах передачи.
Колпаковые печи имеют съемные крышки, называемые колокола, опускаемые краном над грузом и подом. Внутренний колоколен над очагом и запечатан для создания защитной атмосферы. Внешний колпак опускается для подачи тепла.
Печи, которые построены в приямке и простираются до уровня пола или немного выше, называются шахтными печами. Заготовки можно подвешивать к креплениям, помещать в корзину или ставить на подставки в печи. Шахтные установки для установки длинных труб, валов и стержней, удерживая их в вертикальном положении. Такой способ обеспечивает минимальную деформацию.
Солевые ванны используются в большом количестве процессов термообработки, включая нейтральную закалку, жидкое азотирование, закалка, закалка и отпуск.
Детали загружаются в емкость с расплавленной солью, где они нагреваются за счет теплопроводности, что дает очень легко доступный источник высокой температуры. Внутренняя температура повышается примерно с той же скоростью, что и ее поверхность в солевой ванне.
В солевых ваннах для термообработки используются различные соли, из которых широко используются цианидные соли. Опасения по поводу здоровья и безопасности на рабочем месте, а также дорогостоящего управления ими и их удаления из-за их воздействия на настоящее время сделали использование соляных ванн менее привлекательным в последние годы. Следовательно, многие солевые ванны заменены экологически чистыми печами с псевдоожиженным слоем.
A с псевдоожиженным слоем состоят из цилиндрической реторты, изготовленной из жаропрочного сплава, заполнены песчаными частицами оксида алюминия. Газ (воздух или азот) барботируется через оксид, и песок движется таким образом, что проявляет поведение, подобное жидкости, отсюда и термин псевдоожиженный. Твердый контакт оксида с твердым телом дает очень высокую теплопроводность и отличную однородность температуры по всей печи, сравнимую с таковой в соляной ванне.
 | Викискладе есть материалы, связанные с термообработкой. |
