Obróbka cieplna metali i stopów. Materiały metalowe Obróbka cieplna i mechaniczna

Zwiększenie wytrzymałości i innych właściwości mechanicznych metali osiąga się na wiele sposobów, jednym z najczęstszych jest obróbka termomechaniczna. Metoda ta łączy w sobie obróbkę cieplną i odkształcenie plastyczne.

Obróbka termomechaniczna metali(TMO) od dawna jest używany przez człowieka, kowale w starożytności wykonywali ostrza w tej technologii, obrabiali przedmiot w kuźni, następnie obrabiali go młotkiem i ostro schładzali w zimnej wodzie, proces powtarzano kilkakrotnie czasy.

W ten sposób udało się stworzyć produkty mocne, ostre i wystarczająco odporne. Obecnie podobny efekt stosuje się również na metalach i stopach; Zastanówmy się, jakie rodzaje TMT istnieją i jakie właściwości obrabianych przedmiotów zwiększają.

Istnieją takie rodzaje obróbki termomechanicznej:

• Wysoka temperatura;


• Niska temperatura.

Dla każdego rodzaju metalu i stopu schemat przetwarzania dobierany jest indywidualnie, ponieważ wszystkie materiały różnią się właściwościami fizycznymi i chemicznymi. Zapoznajmy się bardziej szczegółowo z technologią tych procesów.

Obróbka termomechaniczna metali w wysokiej temperaturze

Odkształcenie metalu w tego rodzaju obróbce następuje po jego wstępnym podgrzaniu. Temperatura materiału musi być wyższa od temperatury rekrystalizacji, innymi słowy musi być w stanie austenitycznym.

Odkształcenie plastyczne prowadzi do tego, że na austenicie powstaje utwardzenie, po czym metal poddawany jest hartowaniu i odpuszczaniu.

Obróbka termomechaniczna metalu w wysokiej temperaturze daje następujące wyniki:

• Obniżenie progu temperatury kruchości na zimno;


• Zwiększona odporność na kruche pękanie;


• Wyeliminowany zostaje rozwój kruchości odpuszczania;


• Zwiększenie siły uderzenia;


• Zmniejszona wrażliwość na pękanie podczas obróbki cieplnej.

Taka obróbka nadaje się do stali stopowych, konstrukcyjnych, sprężynowych, węglowych i narzędziowych.

Niskotemperaturowa obróbka termomechaniczna metali

W tego typu obróbce przedmiot obrabiany jest również nagrzewany do stanu austenitu, w tym stanie jest utrzymywany, następnie następuje chłodzenie. Ważne jest, aby temperatura po schłodzeniu była niższa niż temperatura rekrystalizacji i wyższa niż temperatura przemiany martenzytycznej. W tym stanie następuje odkształcenie plastyczne części.

Praktykuje się również deformację austenitu, który znajduje się w stanie przechłodzonym, gdy jego temperatura jest równa temperaturze przemiany bainitycznej.

Niskotemperaturowa obróbka termomechaniczna metalu nie zapewnia stabilności materiału podczas odpuszczania, ponadto odkształcenie plastyczne odbywa się za pomocą wydajnego sprzętu. Te czynniki ograniczają zakres Ta metoda w przemyśle.

Gdzie stosowana jest obróbka termomechaniczna metali?

Obszarów, w których stosuje się termomechaniczną obróbkę metali, jest dość dużo, ponieważ pomaga ona znacznie poprawić jakość produkowanych części.

Główną zaletą tej technologii jest to, że pozwala na jednoczesne zwiększenie plastyczności i wytrzymałości materiału, co jest zjawiskiem wyjątkowym.

W inżynierii mechanicznej, przemyśle obronnym i transportowym takie cechy są wysoko cenione, ponieważ technologia jest stosowana dość często.

Ponieważ metal jest wzmocniony, a wady jego sieci krystalicznej są wyeliminowane, produkt końcowy wzrasta odporność na erozję i korozję, nie ma w nich naprężeń szczątkowych, znacznie wydłuża się żywotność.

Jaki sprzęt jest używany do obróbki termomechanicznej metali

Obróbka termomechaniczna metalu polega na zastosowaniu specjalnych urządzeń do ogrzewania, chłodzenia i nacisku na przedmiot obrabiany.

Przede wszystkim do ogrzewania części stosuje się specjalne piece, reżim temperaturowy w nich może być inny, wszystko zależy od rodzaju obrabianego materiału.

Odkształcenie plastyczne odbywa się na specjalnych maszynach - może to być przeciąganie, kucie lub tłoczenie.

Wydajne kruszywa można włączyć do automatycznych linii, co znacznie upraszcza proces przetwarzania i zwiększa jego wydajność.

Sprzęt dla TMO na wystawie

Możesz dowiedzieć się, jak przebiegają procesy TMT i innych procesów obróbki metali, które odbędą się w moskiewskim Expocentre.

Wydarzenie będzie interesujące dla właścicieli zakładów przemysłowych i małych warsztatów, ponieważ przedstawiciele ponad 1000 firm zaprezentują najnowsze maszyny, narzędzia i inne urządzenia.

Również wystawcy z różnych krajów zaprezentują swoje innowacyjne technologie, które pomagają zoptymalizować biznes i zwiększyć jego rentowność.

Informacje ogólne. Obróbka cieplna stali i innych materiałów konstrukcyjnych to proces technologiczny obróbki cieplnej półwyrobów, części maszyn i narzędzi, w wyniku którego zmienia się mikrostruktura materiału, a wraz z nią właściwości mechaniczne, fizykochemiczne i technologiczne. Procesy obróbki cieplnej materiałów konstrukcyjnych wiążą się z przemianami alotropowymi (polimorfizm), a także ze zmianą składu chemicznego materiału wyrobu.

Detale, odkuwki, wytłoczki, a także gotowe części i narzędzia poddawane są obróbce cieplnej w celu nadania im niezbędnych właściwości: twardości, wytrzymałości, odporności na zużycie, elastyczności, usuwania naprężeń wewnętrznych, poprawy skrawalności.

Istotą obróbki cieplnej jest podgrzanie metalu do temperatury nieco wyższej lub niższej od temperatur krytycznych, utrzymywanie tych temperatur i szybkie lub powolne chłodzenie. W procesie chłodzenia w strukturze metalu zachodzą zmiany alotropowe, w wyniku których dramatycznie zmieniają się właściwości mechaniczne. Przy szybkim chłodzeniu wzrasta twardość, odporność na zużycie, elastyczność itp., przy powolnym chłodzeniu - ciągliwość, udarność, skrawalność. Dodatkowo następuje obróbka cieplna związana ze zmianą składu chemicznego materiału wyrobu, tzw. obróbka chemiczno-termiczna.

W zależności od sposobu nagrzewania i głębokości nagrzewania przekształcenia alotropowe zachodzą na całym przekroju lub tylko w warstwach powierzchniowych przedmiotów obrabianych. Po podgrzaniu do określonej temperatury, utrzymywaniu w tej temperaturze i schładzaniu z określoną szybkością, mikrostruktura części zmienia się w całej sekcji.

Zmianie składu chemicznego w warstwach powierzchniowych obrabianych przedmiotów towarzyszy ich utwardzenie lub zmiany innych właściwości.

Istnieją następujące metody obróbki cieplnej stali:

• wolumetryczna obróbka cieplna stali, przeprowadzana w celu zmiany mikrostruktury stopów metali w stanie stałym oraz nadania im niezbędnych właściwości w całej objętości części obrabianych (hartowanie, odpuszczanie, wyżarzanie, normalizacja);
• obróbka cieplna powierzchni stali powodująca zmianę struktury i właściwości tylko w warstwie wierzchniej produktu;
• obróbka chemiczno-termiczna, polegająca na podgrzewaniu wyrobów metalowych wraz z substancjami mogącymi zmienić skład i strukturę, głównie warstwy wierzchniej przedmiotu obrabianego;
• obróbka elektrotermiczna wykonywana przez nagrzewanie indukcyjne prądami o wysokiej częstotliwości oraz przez nagrzewanie kontaktowe i nagrzewanie w elektrolitach;
• obróbka termomechaniczna związana z nagrzewaniem wyrobów poddanych np. walcowaniu, ciągnieniu itp. w celu wyeliminowania utwardzenia spowodowanego odkształceniem plastycznym.

Przemiana w stali po podgrzaniu. Przemiany w stali podczas nagrzewania związane są z osiągnięciem przez stopy temperatur krytycznych, przy których następują przemiany fazowe.

W systemie stopów żelazo-węgiel przyjmuje się następujące oznaczenia temperatur krytycznych: temperatura linii PSK (patrz ryc. 3.6) jest oznaczona jako A 1 (727 ° C), temperatura linii MO wynosi A 2 ( 768 °C), temperatura linii GOS to A 3 (727...911 °C), temperatura linii ES - Jestem(727 ... 1 147 ° С). Aby odróżnić temperaturę krytyczną uzyskaną podczas chłodzenia od temperatury krytycznej uzyskanej podczas ogrzewania, przed wskaźnikiem cyfrowym umieszcza się literę r (Ar 1, Ar 2) podczas chłodzenia i (Ac 1, Ac 2) po podgrzaniu.

Przemianę perlitu w austenit, w pełnej zgodności z diagramem Fe-Fe 3 C, można zakończyć w temperaturze 727 °C

(Ac 1) z powolnym ogrzewaniem. Szybkość przemiany perlitu w austenit jest bezpośrednio zależna od zawartości węgla w stali.

W temperaturze 768 ° C (punkt Curie - Ac 2) stale tracą swoje właściwości magnetyczne.

Koniec procesu transformacji charakteryzuje się powstawaniem austenitu i zanikiem perlitu.

Podczas podgrzewania stali o zawartości węgla poniżej 0,8%, czyli podeutektoidów, o początkowej strukturze składającej się z ferrytu i perlitu, następują następujące przekształcenia strukturalne. W temperaturze 727 °C perlit zamienia się w austenit. Jednocześnie zachowana jest struktura dwufazowa – z austenitu i ferrytu. Przy dalszym ogrzewaniu następuje przemiana ferrytu w austenit, która kończy się w momencie osiągnięcia temperatury krytycznej Ac3, czyli na linii GOS.

W stalach nadeutektoidalnych, po podgrzaniu powyżej temperatury Ac 1, cemenit rozpuszcza się w austenicie (wg linii SE), który kończy się w temperaturze krytycznej Ac m, czyli na linii SE.

Dla pełniejszego zrozumienia procesów przemian strukturalnych rozważmy schemat izotermicznej przemiany perlitu w austenit po podgrzaniu (ryc. 1).

Ryż. jeden. t - temperatura; τ - czas; A - austenit; P - perlit; C - cementyt; v 1 i v 2 - szybkości ogrzewania; Ac 1 - temperatura krytyczna (eutektoidalna)

Ponieważ perlit jest mieszaniną cementytu i ferrytu w stosunku około 1:6, po podgrzaniu ziarna austenitu tworzą się na granicy między ferrytem a cementytem. Późniejsze ogrzewanie prowadzi do rozpuszczenia cementytu w austenicie i dalszego wzrostu ziaren austenitu. Wraz ze wzrostem ziaren austenitu następuje stopniowy wzrost udziału masowego węgla w austenicie. Szybkość ogrzewania wpływa również na przemianę perlitu w austenit. Na schemacie promienie v 1 i v 2 graficznie przedstawiają różne szybkości ogrzewania. Im niższa szybkość nagrzewania, tym niższe temperatury, w których zachodzi cały proces przemian fazowych.

Ważną cechą stali jest tendencja do wzrostu ziarna austenitu po podgrzaniu. Przy wzroście ziarna przy nieznacznym przegrzaniu powyżej punktu krytycznego stal uważana jest za dziedzicznie gruboziarnistą. Jeśli ziarno zaczyna rosnąć przy większym przegrzaniu, jest dziedzicznie drobnoziarniste. Na wzrost ziarna duży wpływ mają różne zanieczyszczenia, które dostają się do stali podczas procesu wytapiania. Tendencja do wzrostu ziarna austenitu jest cechą topnienia.

Wielkość ziarna wpływa na właściwości mechaniczne stali. Stal drobnoziarnista ma znacznie wyższą udarność niż stal gruboziarnista, dlatego należy brać ten czynnik pod uwagę podczas obróbki cieplnej stali.

Rzeczywista wielkość ziarna to wielkość ziarna w normalnych warunkach temperaturowych po pewnym rodzaju obróbki cieplnej. Do określenia wielkości ziarna przyjęto standardową skalę. GOST 5639-82* przedstawia skalę do szacowania wielkości ziarna w systemie dziesięciopunktowym (rys. 2).

Ryż. 2. Standardowa łuska stalowa (100x):1-10 - punkty zboża

Wielkość ziarna określa się przy stukrotnym wzroście w porównaniu ze standardową skalą. Aby określić wielkość ziarna, stal musi być podgrzana do temperatury 930 °C. Jeśli w tej temperaturze liczba ziaren wynosi 1 - 4, to stal ta jest dziedzicznie gruboziarnista. Stale o liczbie ziaren od 5 do 8 są dziedzicznie drobnoziarniste. Pierwiastki stopowe (wanad, wolfram, molibden, tytan itp.) przyczyniają się do powstania dziedzicznie drobnoziarnistej makrostruktury. Taka stal dobrze nadaje się do wszelkiego rodzaju obróbki deformacyjnej w wysokich temperaturach (walcowanie, kucie, tłoczenie itp.). Nie występuje zgrubienie ziarna ani pogorszenie właściwości mechanicznych. Z reguły większość stali stopowych, a także stali spokojnych, jest z natury drobnoziarnista. Wszystkie stale wrzące są dziedzicznie gruboziarniste, mają niską udarność i wysoką kruchość na zimno.

Przemiany w stali podczas chłodzenia. Podczas chłodzenia stali o strukturze austenitycznej mogą zachodzić różne przemiany w zależności od szybkości chłodzenia. Rozważ schemat izotermicznej przemiany austenitu w perlit (ryc. 3). Krzywe przemiany austenitu mają charakterystykę w kształcie litery C i pokazują, że szybkość przemiany nie jest taka sama. Maksymalny stopień konwersji odpowiada schłodzeniu poniżej Ac 1 (727 °C) o 170 °C. Krzywe początku i końca transformacji są przesunięte w prawo i odpowiadają największej stabilności.

Ryż. 3. t - temperatura; τ - czas; A - austenit; P - perlit; B - bainit; M - martenzyt; A ost - austenit szczątkowy; T - zapalenie troostium; F - ferryt; C - cementyt; C - sorbitol; v 1 i v 2 - szybkości chłodzenia; M n i M do - odpowiednio, temperatura początku i końca przemiany martenzytycznej; I p - pół austenitu; v cr - prędkość krytyczna

Krzywa lewa na schemacie odpowiada granicy początku przemian, krzywa prawa koniec przemiany austenitu. Przemiana austenitu w perlit ma charakter dyfuzyjny.

Szybkość dyfuzji zależy od stopnia przechłodzenia lub szybkości chłodzenia. Produkty przemiany perlitowej mają strukturę płytkową, są określane jako perlit, sorbit i troostite i różnią się stopniem dyspersji. Ale jeśli perlit jest strukturą równowagową, to sorbit i troostite są strukturami nierównowagowymi, w których zawartość węgla jest większa lub mniejsza niż 0,8%. Istnieje również przemiana pośrednia (bainityczna) w zakresie temperatur 500...350 °C. Przy wyższym stopniu przechłodzenia (do 230 °C) austenit znajduje się w stanie niestabilnym, nie ma procesów dyfuzyjnych i powstaje przesycony węglem roztwór stały.

Transformacja martenzytyczna w stali ma trzy cechy. Po pierwsze, przemiana martenzytyczna ma charakter bezdyfuzyjny. Po drugie, kryształy martenzytu są zorientowane. Trzecią cechą jest to, że przemiana martenzytyczna zachodzi podczas ciągłego chłodzenia w zakresie określonych temperatur dla każdej stali. Temperatura, w której rozpoczyna się przemiana martenzytyczna, nazywana jest punktem martenzytycznym i oznaczana jest przez M n, a temperatura końcowa jest oznaczana przez M k. Położenie punktów M n i M k na wykresie zależy od ilości węgla w stal i obecność pierwiastków stopowych. Z reguły wysoka zawartość węgla i obecność pierwiastków stopowych obniżają położenie szpikulców.

Nałóżmy na wykres wykresy szybkości chłodzenia i narysujmy wykres wpływu szybkości chłodzenia na temperaturę przemian austenitu. Z wykresów widzimy, że im wyższa szybkość chłodzenia, tym bardziej rozproszona jest uzyskana struktura. Przy niskiej prędkości v 1 tworzy się perlit, przy wyższej v 2 - sorbit, a jeszcze bardziej v kr - troostite. Przy szybkości chłodzenia większej niż vcr część austenitu zamienia się w martenzyt. Minimalna szybkość chłodzenia, przy której cały austenit jest przechłodzony do punktu Mn i zamienia się w martenzyt, nazywana jest krytyczną szybkością chłodzenia. Ten proces przemiany w martenzyt ma duże znaczenie praktyczne i stanowi podstawę obróbki cieplnej.

W procesie wyżarzania stosowana jest przemiana perlityczna w stali; martenzytyczny - podczas hartowania; pośrednie - podczas hartowania izotermicznego.

Właściwości mechaniczne stali o strukturze perlitu, sorbitu i troostytu zależą od stopnia obniżenia temperatury rozkładu oraz miałkości struktury ferrytowo-cementytowej. Jednocześnie wzrasta twardość, wytrzymałość na rozciąganie, płynność i wytrzymałość.

Struktura martenzytu ma wyższą twardość i wytrzymałość, a także zależy od zawartości węgla w stali. Negatywnym czynnikiem struktury martenzytycznej jest zwiększona kruchość. Jak już wspomniano, pierwiastki stopowe wpływają na położenie punktów Mn i Mk, a zatem wpływają na praktyczną szybkość utwardzania, zwykle w dół.

Tryb obróbki cieplnej. Proces obróbki cieplnej w celu zmiany struktury i właściwości mechanicznych składa się z operacji nagrzewania produktu, utrzymywania w określonej temperaturze i chłodzenia z określoną szybkością. parametry proces technologiczny obróbka cieplna będzie to maksymalna temperatura nagrzewania stopu, czas utrzymywania w danej temperaturze oraz szybkość nagrzewania i chłodzenia.

Nagrzewanie stali jest jedną z głównych operacji obróbki cieplnej, od której zależą przemiany fazowe i strukturalne, zmiany właściwości fizycznych i mechanicznych, dlatego też sposób nagrzewania ma decydujące znaczenie dla uzyskania określonych właściwości stopu. W praktyce istnieją technicznie możliwe i technicznie dopuszczalne szybkości ogrzewania dla każdej części lub partii części.

Technicznie możliwa szybkość nagrzewania zależy od metody nagrzewania, rodzaju urządzeń grzewczych, kształtu i położenia produktów, masy jednocześnie nagrzewanych części i innych czynników.

Technicznie dopuszczalna, czyli technologiczna szybkość nagrzewania zależy od składu chemicznego stopu, struktury, konfiguracji produktu oraz zakresu temperatur, w których przeprowadzane jest nagrzewanie. Czas ekspozycji to czas niezbędny do całkowitego wyrównania temperatur w całej objętości produktów, a tym samym do zakończenia wszystkich przemian fazowych i strukturalnych.

Chłodzenie jest procesem finalnym, realizowanym w celu uzyskania pożądanej struktury o wymaganych właściwościach mechanicznych.

W zależności od temperatury nagrzewania i szybkości chłodzenia wyróżnia się następujące główne rodzaje obróbki cieplnej: wyżarzanie, normalizowanie i hartowanie, a następnie odpuszczanie.

Ryż. 4. 1 - perlit + ferryt; 2 - austenit; 3 - martenzyt; 4 - zapalenie troostium; 5 - sorbitol; 6 - ferryt + perlit

Na ryc. 4 przedstawia mikrostruktury otrzymane w wyniku nagrzewania i chłodzenia stali gatunku 40 s inna prędkość. Charakterystykę tych mikrostruktur omówiono w tabeli. jeden.

Tabela 1. Charakterystyka mikrostruktur powstałych w wyniku nagrzewania i chłodzenia stali 40
Struktura	Definicja	Tryb chłodzenia	Punkt krytyczny	Charakterystyka	Twardość HB
Perlit +	Mechaniczna mieszanina cząstek perlitu i ferrytu podczas rozkładu austenitu.	Z powolnym chłodzeniem austenitu w wyniku dyfuzji węgla. Chłodzenie naturalne z szybkością do 50°C/h	Poniżej 730 °C	Twardszy i mocniejszy niż ferryt, ale mniej plastyczny, magnetyczny, ziarnisty w kształcie	160 … 200
Sorbitol	Mieszanka mechaniczna ferrytu i cementytu. Struktura jest bardziej rozproszona niż perlit. Zawartość węgla nie jest ograniczona	Z przyspieszonym chłodzeniem w zakresie temperatur 600 ... 700 °C. chłodzenie porusza się z prędkością 50°C/s	Poniżej Ac1	Plastikowy i lepki, magnetyczny, mocniejszy niż perlit	270 … 320
Troostitis	Mieszanka mechaniczna ferrytu i cementytu. Struktura jest jeszcze bardziej rozproszona niż sorbitol. Zawartość węgla nie jest ograniczona	Z przyspieszonym chłodzeniem w zakresie temperatur 400 ... 600 °C. Chłodzenie z szybkością 100 °C/s	Poniżej Ac1	Magnetyczny, silniejszy niż sorbitol	330 … 400
martenzyt	Stały roztwór węgla i innych pierwiastków w żelazie. Zawartość węgla nie jest ograniczona	Podczas chłodzenia z szybkością 150 ° C / s i powyżej	Poniżej 150°C	Delikatny, twardy, magnetyczny. Twardość zależy od zawartości węgla. Mała przewodność cieplna i elektryczna	650 … 750

2. Wyżarzanie i normalizacja

Wyżarzanie. Wyżarzanie to obróbka zmiękczająca części i detali, która polega na podgrzaniu do określonej temperatury w krytycznych punktach, a następnie powolnym chłodzeniu wraz z piecem. Głównym celem wyżarzania jest eliminacja niejednorodności strukturalnej części i półfabrykatów otrzymanych metodą obróbki ciśnieniowej, odlewania, kucia i spawania oraz rekrystalizacji struktur części (w tym uzyskanie mikrostruktury ziarnistego perlitu i cementytu). Wraz z eliminacją niejednorodności strukturalnej następuje zmiana właściwości mechanicznych i technologicznych, usunięcie naprężeń wewnętrznych, eliminacja kruchości, spadek twardości, wzrost wytrzymałości, ciągliwości i udarności, poprawa odkształcalności i skrawalności. W praktyce wyróżnia się wyżarzanie pierwszego i drugiego rodzaju.

Wyżarzanie pierwszego rodzaju - jest to nagrzewanie części i przedmiotów o strukturze nierównowagowej w celu uzyskania stabilnej struktury równowagi.

Wyżarzanie drugiego rodzaju - jest to nagrzewanie części i detali powyżej temperatur krytycznych, a następnie powolne chłodzenie w celu uzyskania stabilnego stanu konstrukcji. Ogrzewanie części i półfabrykatów powyżej temperatur krytycznych zapewnia całkowitą rekrystalizację struktury metalowej. Na przykład odlewana lub kuta stal konstrukcyjna węglowa klasy 40 będzie miała odkształconą strukturę w postaci dużych ziaren ferrytu i perlitu (rys. 5a). Po nagrzaniu tej stali do temperatury powyżej Ac 3 odkształcona struktura przekształca się w austenit, a przy powolnym chłodzeniu w strukturę równowagową w postaci drobnych ziaren o regularnym kształcie ferrytu i perlitu (rys. 5, b). Struktura ta charakteryzuje się dużą twardością, kruchością i niską obrabialnością. Po operacji pełnego wyżarzania następuje powiększenie struktury, równomierne rozłożenie ziaren perlitu, zmniejszenie twardości i poprawa skrawalności. To jest istota procesu wyżarzania części i półfabrykatów.

Ryż. 5. Mikrostruktura stali w gatunku 40 uzyskana w wyniku odlewania i kucia (a) oraz po normalizacji (b)

Ważnym czynnikiem decydującym o jakości wyżarzania jest: właściwy wybór temperatura nagrzewania, którą wyznacza wykres żelazo-węgiel (cementyt) w zależności od gatunku stali i udziału masowego węgla. Tak więc stale nadeutektoidalne ogrzewa się do temperatury krytycznej Ac 3 + (20 ... 30 ° C), stale nadeutektoidalne do niepełnego wyżarzania ogrzewa się do temperatury krytycznej Ac 1 + (20 ... 30 ° C). Gdy stal jest podgrzewana powyżej temperatury krytycznej Ac 3 lub Ac m(w zależności od marki) mikrostruktura perlitu zostaje przekształcona w mikrostrukturę austenitu drobnoziarnistego.

W celu uzyskania wysokiej jakości wyżarzania konieczne jest prawidłowe dobranie szybkości ogrzewania i temperatury, a także szybkości chłodzenia.

Rodzaje wyżarzania. W praktyce stosuje się następujące rodzaje wyżarzania: całkowite, niepełne, niskotemperaturowe, izotermiczne, wyrównujące lub dyfuzyjne (rys. 6).

Pełne wyżarzanie poddawane wyciskom, odkuwkom i odlewom ze stali podeutektoidalnej i nadeutektoidalnej w celu rekrystalizacji ich zdeformowanej mikrostruktury. Temperaturę ogrzewania do całkowitego wyżarzania wybiera się 20 ... 30 ° C powyżej punktu krytycznego Ac 3 (ryc. 7, a) i chłodzi się do temperatury 500 ° C wraz z piecem, a następnie chłodzi w powietrzu. Po całkowitym wyżarzaniu odkształcona struktura jest korygowana, ziarno jest mielone, a ziarna perlitu i ferrytu są równomiernie rozmieszczone na całym przekroju części. Jednocześnie spada twardość, zwiększa się udarność, wytrzymałość i plastyczność, poprawia się obrabialność, a co najważniejsze usuwane są naprężenia wewnętrzne.

Ryż. 6.

Ryż. 7. Schemat całkowitego (a) i niepełnego (b) wyżarzania stali węglowych:

Częściowe wyżarzanie stosowany głównie na części i półfabrykaty ze stali nadeutektoidalnych. W przypadku stali podeutektoidalnych ten rodzaj wyżarzania stosuje się do odkuwek, wytłoczek i odlewów, których mikrostruktura uzyskała prawidłowy, drobnoziarnisty kształt równowagi. Przy niepełnym wyżarzaniu (ryc. 7, b) części są podgrzewane do temperatury krytycznej Ac 1 + (20 ... 30 ° C), utrzymywane w tej temperaturze i chłodzone wraz z piecem do temperatury Ac 1 - (20 … 30 °C), utrzymywany w tej temperaturze, a następnie schładzany wraz z piecem do temperatury 500 °C, po czym część jest chłodzona powietrzem.

Przy niepełnym wyżarzaniu uzyskuje się mikrostrukturę ziarnistego (sferoidyzowanego) perlitu lub ziarnistego cementytu. Zmniejsza to również naprężenia wewnętrzne. Nowo uzyskana mikrostruktura ziarnistego perlitu zmniejsza twardość, zwiększa ciągliwość i udarność. Lepsza obrabialność.

Przy pomocy niepełnego wyżarzania łagodzą naprężenia wewnętrzne, zapobiegają wypaczaniu i tworzeniu się mikropęknięć oraz poprawiają skrawalność części i przedmiotów obrabianych. Po podgrzaniu przedmioty obrabiane są długo przechowywane w piecu w celu ich całkowitego nagrzania i schłodzone razem z piecem (z szybkością nie większą niż 60 ° C / h). Wyżarzanie niepełne pod względem celu i szczegółowo zachodzących procesów fizykochemicznych jest podobne do wyżarzania sferoidyzującego.

Wyżarzanie w niskiej temperaturze stosuje się go na części i półfabrykaty otrzymywane przez kucie, tłoczenie i odlewanie, których struktura nie uległa szczególnej deformacji, jest w stanie równowagi i nie wymaga korekty, nie ma potrzeby jej rekrystalizacji. W związku z tym detale poddawane są wyżarzaniu w niskiej temperaturze w celu złagodzenia naprężeń wewnętrznych, poprawy skrawalności poprzez cięcie, ciągnienie. W tym celu części są podgrzewane poniżej punktu krytycznego Ac1. Ogrzewanie odbywa się powoli z szybkością do 150°C/h, utrzymywane w tej temperaturze, po dłuższej ekspozycji części są chłodzone razem z piecem lub w powietrzu.

Wyżarzanie izotermiczne poddawane są części małych kształtowników ze stali stopowych i węglowych. W tym przypadku stale konstrukcyjne są podgrzewane do temperatury 30…40 °C powyżej punktu krytycznego Ac 1, a stale narzędziowe do temperatury 50…100 °C powyżej punktu krytycznego Ac 3. Po wygrzaniu i rozgrzaniu (utrzymywaniu) detale przenosi się do innego pieca (wanny), gdzie są schładzane do temperatury o 50...100 °C niższej niż uzyskana na początku

proces. W tej temperaturze części są utrzymywane aż do całkowitego (izotermicznego) rozkładu austenitu na granulowany perlit. Podczas tej operacji termicznej zmniejsza się twardość, wzrasta wytrzymałość i ciągliwość oraz poprawia się skrawalność przez różne operacje technologiczne. Schemat wyżarzania izotermicznego odkuwki wykonanej ze stali stopowej KhVG przedstawiono na ryc. 8,a.

Jak widać na schemacie, nagrzewanie odkuwki po kuciu odbywa się w sposób stopniowy. Najpierw są schładzane o 50…100 °C poniżej punktu krytycznego Ac 1, utrzymywane w tej temperaturze, następnie podgrzewane powyżej punktu krytycznego Ac 1 o 20…50 ° C, utrzymywane w tej temperaturze przez długi czas i schłodzone razem z piecem.

Odmianą wyżarzania izotermicznego jest wyżarzanie perlitu ziarnistego, (rys. 8b). Wyżarzanie perlitu ziarnistego odbywa się poprzez stopniowe ogrzewanie i chłodzenie aż do całkowitego rozkładu austenitu na perlit ziarnisty. Najpierw ogrzewanie prowadzi się do punktu krytycznego Ac 1 + (20 ... 30 ° C), następnie jest schładzane do temperatury poniżej Ac 1 (700 ° C), a następnie ponownie ogrzewane do temperatury 500 ... 660°C. Po długiej ekspozycji w ostatniej temperaturze części są chłodzone powietrzem.

Ryż. osiem. Schemat wyżarzania izotermicznego (a) i wyżarzania perlitu ziarnistego (b) odkuwek ze stali stopowej gatunku KhVG:t - temperatura; τ - czas; Ac 1, Ac 3 - temperatury krytyczne

W większości odlewów, w tym ze stopów żelazo-węgiel, uzyskuje się niejednorodność składu chemicznego kryształów (ziaren) – tzw. międzykrystaliczną segregację jonową (dendrytyczną lub strefową). W celu wyeliminowania tej chemicznej niejednorodności stosuje się ją w praktyce niwelacja , lub dyfuzja , wyżarzanie (homogenizacja). W przypadku tego typu wyżarzania odlewy nagrzewa się do wysokiej temperatury, zwykle dochodzącej do 1000...1100°C, utrzymuje się w tej temperaturze przez długi czas, a następnie powoli schładza wraz z piecem. W wysokich temperaturach atomy niektórych pierwiastków chemicznych, nierównomiernie skoncentrowane, nabierają większej ruchliwości i dyfundują z jednego kryształu do drugiego. Istnieje chemiczne wyrównanie w składzie chemicznym zarówno dużych kryształów (dendrytów), jak i małych kryształów.

Po wyżarzaniu dyfuzyjnym uzyskuje się strukturę gruboziarnistą, która wymaga dodatkowego wyżarzania pełnego lub częściowego. Jeżeli temu wyżarzaniu poddawano półfabrykaty wymagające dalszej obróbki ciśnieniowej, to te półfabrykaty nie są poddawane dodatkowemu wyżarzaniu przed obróbką. Takie części poddawane są jednemu z rodzajów wyżarzania dopiero po obróbce ciśnieniowej (kucie, tłoczenie, ciągnienie).

Wyżarzanie wad. Podczas wyżarzania, z powodu naruszenia reżimów technologicznych, mogą powstać następujące wady: przegrzanie, wypalenie, odwęglenie i utlenienie części i przedmiotów.

Przegrzać występuje, gdy reżim temperaturowy nie jest obserwowany w wysokich temperaturach i podczas technologicznie nieuzasadnionej długotrwałej ekspozycji w piecu. W tym przypadku powstaje gruboziarnista struktura, która nazywana jest strukturą przegrzewającą.

Struktura gruboziarnista ma obniżoną plastyczność, skłonność do pęknięć, naprężeń rozciągających i wypaczania części. Przegrzanie może również wystąpić podczas podgrzewania kęsów w celu odkształcenia na gorąco, podczas wyżarzania produktów o złożonej konfiguracji, podczas podgrzewania do temperatury znacznie wyższej niż krytyczne lub długotrwałe przetrzymywanie w technologicznie uzasadnionej temperaturze.

Przegrzanie jest wadą, którą można naprawić. Aby to skorygować, należy przeprowadzić pełne wyżarzanie w każdych warunkach temperaturowych.

Znacznemu przegrzaniu towarzyszy szybki rozrost ziaren, który uszkadza granice tych ziaren. Nazywa się uszkodzenie granicy ziarna wypalić się . Oparzenie występuje, gdy metal jest utrzymywany w wysokiej temperaturze przez długi czas. W takim przypadku czasami dochodzi do częściowego stopienia granic ziaren lub ich aktywnego utleniania. Część staje się krucha.

Nadpalanie jest wadą nieodwracalną i jest wadą wyżarzania.

Odwęglenie oraz utlenianie części i półfabrykaty powstają podczas wyżarzania w kąpielach solnych, piecach elektrycznych i płomieniowych. Przy takich metodach ogrzewania powierzchnia części wchodzi w interakcje z różnymi gazami. W zależności od stopnia uderzenia i interakcji chemicznej z powierzchniami części odczynniki dzielą się na utleniające (tlen, tlenek węgla, para wodna) i odwęglające (tlen, wodór, para wodna).

Charakter utleniania w piecu zależy od paliwa i jego składu chemicznego, atmosfery pieca, czasu przebywania części w piecu oraz gatunku materiału konstrukcyjnego. Utlenianie powoduje powstawanie zgorzeliny metalowej na powierzchni części, zmiany jej wielkości i prowadzi do kosztów dodatkowych operacji technologicznych czyszczenia zgorzeliny.

Odwęglenie jako wada wyżarzania jest spowodowane tym, że tlen obecny w atmosferze pieca utlenia węgiel wcześniej niż żelazo, tj. węgiel wypala się na niewielką głębokość z powierzchni części. Jeśli tlen jednocześnie utlenia węgiel i żelazo, pojawia się kamień kotłowy i odpady metalowe. Jeśli w atmosferze pieca znajduje się para, odwęglanie przebiega bardzo aktywnie. Odwęglenie obniża hartowność lub ogólnie powoduje odporność na hartowanie, zmniejsza wytrzymałość zmęczeniową i pogarsza właściwości chemiczne powierzchni części.

Aby zapobiec odwęgleniu części, w atmosferze pieca musi znajdować się suchy wodór, tlenek węgla lub obojętne gazy obojętne. Dodatkowo podczas wyżarzania części są podgrzewane w hermetycznie zamkniętych skrzyniach pokrytych gliną, węglem drzewnym lub wiórami żeliwnymi.

Normalizacja. Normalizacja to proces obróbki cieplnej części i przedmiotów, w którym są one podgrzewane do temperatury krytycznej Ac 3 lub Ac m+ (30 ... 50 ° C), utrzymywany w tej temperaturze i chłodzony na powietrzu. W procesie normalizacji uzyskuje się mikrostrukturę drobnego (zdyspergowanego) perlitu. Jednocześnie nieznacznie zmniejsza się twardość i wytrzymałość, zwiększa się ciągliwość i udarność oraz poprawia się skrawalność.

Temperaturę ogrzewania do normalizacji dobiera się w zależności od gatunku stali i udziału masowego węgla w niej zgodnie ze stalową częścią diagramu żelazo-węgiel. Cel normalizacji zależy od składu stali, określonej obróbki końcowej i projektu części.

Na przykład stale niskowęglowe są normalizowane zamiast wyżarzane w celu poprawy skrawalności. Stale narzędziowe węglowe poddawane są również normalizacji przed hartowaniem w celu wyeliminowania sieci cementytowej i uzyskania struktury drobnego perlitu. Gatunek stali 30 po całkowitym wyżarzaniu (w stanie dostawy) ma następujące właściwości: wytrzymałość - 440 MPa; plastyczność - 17%; twardość - 179 HB; udarność KCV - 62 J/cm2. Po normalizacji te same właściwości nieco się zmieniają: wytrzymałość wynosi 390 MPa; plastyczność - 23%; twardość - 143 ... 179 HB; udarność KCV - 49 J/cm2. Przykładem są odkuwki o średnicy do 100 mm. Jak widać, po normalizacji właściwości mechaniczne będą nieco niższe niż w stanie dostawy, ze względu na stabilizację metalowej struktury części. Czynnik ten znacznie poprawia skrawalność detali.

W procesie normalizacji pojawiają się wady podobne do wad wyżarzania, ale w mniej wyraźnej formie. Na przykład lekkie przegrzanie metalu nie prowadzi do wypalenia. Częściowe odwęglenie nie prowadzi do powstawania kamienia kotłowego i odpadowego metalu.

3. Hartowanie i odpuszczanie

hartowanie. Hartowanie to ogrzewanie stali do temperatury powyżej temperatury krytycznej, wystawienie na działanie tej temperatury, a następnie szybkie schłodzenie. W wyniku hartowania wzrasta twardość, wytrzymałość, elastyczność, odporność na zużycie i inne właściwości mechaniczne.

Szybkość chłodzenia musi być znacznie wyższa niż szybkość krytyczna, z jaką mikrostruktura austenitu rozkłada się na metastabilną mikrostrukturę martenzytu. Jak wiadomo, ta mikrostruktura, podobnie jak mikrostruktura austenitu, ma jednorodną rozpuszczalność węgla. Utrzymanie jednolitej rozpuszczalności węgla poprzez utrwalenie mikrostruktury jest głównym celem utwardzania.

Przy krytycznej lub znacznie wyższej szybkości chłodzenia stan fizykochemiczny austenitu jest utrwalony w jego jednorodnej rozpuszczalności w węglu.

W procesie hartowania, wraz ze zmianą mikrostruktury, zmieniają się właściwości mechaniczne (twardość, udarność), właściwości fizyczne (magnetyzm, opór elektryczny itp.) oraz chemiczne (jednorodność składu chemicznego, odporność na korozję).

Głównym celem hartowania jest uzyskanie wysokiej twardości, odporności na ścieranie, zwiększenia wytrzymałości, elastyczności i zmniejszenia ciągliwości. Wszystkie te właściwości kształtują się w następujących warunkach technologicznych obróbki cieplnej:

• temperatura ogrzewania;
• szybkość ogrzewania i czas utrzymywania;
• czynnik grzewczy;
• tempo schładzania.

Wybór temperatury hartowania. Temperatura nagrzewania do hartowania jest teoretycznie określana z wykresu Fe - Fe 3 C. W przypadku stali węglowych powinna być o 30 ... 50 ° C wyższa niż linia GSK (patrz ryc. 3.6), tj. dla stali nadeutektoidalnych pokrywa się o temperaturze krytycznej Ac 3 + (30 ... 50 °С), dla stali eutektoidalnych i nadeutektoidalnych - o temperaturze krytycznej Ac 1 + (50 ... 70 °С).

W przypadku stali stopowych temperaturę nagrzewania do hartowania określa się trzema metodami: hartowaniem diametrycznym, magnetycznym lub próbnym.

Ustalono, że im bardziej złożona stal stopowa pod względem składu chemicznego i charakteru mikrostruktury, tym wyższa powinna być temperatura nagrzewania do hartowania, ponieważ tylko w podwyższonych temperaturach z powodzeniem sprawdzają się węgliki wanadu, wolframu, molibdenu, tytanu i chromu rozpuszczony w austenicie. W tym przypadku, podobnie jak przy doborze temperatur hartowania dla stali węglowych, punkty krytyczne Ac 1, Ac 3 i Ac m. Temperatury nagrzewania dla hartowania stali stopowych są podwyższone o 250 ... 300 °C powyżej temperatur krytycznych, a dla stali szybkotnących - o 400 ... 450 °C.

Tryby grzania i chłodzenia. Czas nagrzewania zależy od przekroju części i przedmiotów obrabianych, konstrukcji i mocy urządzeń grzewczych. Na przykład podczas ogrzewania w elektrycznych piecach powietrznych czas ogrzewania określa się średnio z szybkością 1 minuty na 1 mm przekroju części. Czas nagrzewania w kąpielach solnych jest 2 razy krótszy niż w piecach elektrycznych, ponieważ szybkość nagrzewania w tych kąpielach jest 2 razy wyższa. Po podgrzaniu części do określonej temperatury ekspozycja jest przeprowadzana aż do całkowitej przemiany fazowej i ogrzewania całej sekcji. Wskaźnikiem czasu ekspozycji jest przekształcenie pierwotnej struktury perlit + ferryt w strukturę austenitu. Praktyka wykazała, że ​​określona temperatura nagrzewania detali występuje wtedy, gdy kolor detali pokrywa się z kolorem pieca (pod, ściany, sklepienie).

Zarówno szybkość nagrzewania, jak i zjawiska uboczne (ujemne) zależą od medium w urządzeniach grzewczych (paleniska, piece, wanny). Negatywne zjawiska obejmują odwęglenie i utlenianie hartowanych części. Piece kuźnicze i elektryczne (muflowe) zawierają powietrze, którego tlen utlenia utwardzone części. W kąpielach solnych sole nie tylko utleniają się, ale także odwęglają części. Kąpiele z roztopionym metalem (ołowiem) nie wpływają niekorzystnie na części podgrzewane do hartowania.

Do całkowitego uformowania się struktury austenitu wymagany jest czas wynoszący 1/5 czasu nagrzewania części. Z zastrzeżeniem technologicznie uzasadnionych trybów ogrzewania, utrzymywania i chłodzenia wyklucza się pojawienie się dużych naprężeń wewnętrznych, powstawanie pęknięć i innych wad hartowania. Z drugiej strony reżim czasu technologicznego wyklucza utlenianie powierzchni i odwęglanie części.

Struktura i właściwości części hartowanych zależą od szybkości chłodzenia podczas hartowania. Szybkość chłodzenia, z jaką struktura austenitu przekształca się w strukturę utwardzającą (martenzyt), nazywana jest krytyczną szybkością utwardzania. Ten tryb czasu jest wybierany w zależności od wymaganej mikrostruktury części. Największą szybkość chłodzenia nadaje martenzyt, najniższą (naturalną) – sorbitol.

Media utwardzające. Medium hartownicze i jego zdolność chłodzenia zapewniają utrwalenie równomiernego rozpuszczania węgla w nowo powstałej mikrostrukturze rozkładu austenitu. W zakresie temperatur rozkładu austenitu do martenzytu konieczne jest powolne chłodzenie w celu zmniejszenia naprężeń wewnętrznych. Aby uzyskać całkowite utwardzenie, stosuje się chłodnice o różnych wydajnościach chłodzenia. Zdolność ta zależy od kilku czynników: obniżenia temperatury chłodziwa, pojemności cieplnej metalu, jego przewodności cieplnej, utrzymania stałej temperatury czynnika chłodzącego, szybkości cyrkulacji, obniżenia temperatury parowania i zmniejszenia lepkości chłodziwa. Wszystkie te czynniki zwiększają szybkość chłodzenia.

Jak media utwardzające stosuje się następujące roztwory i płyny: woda, wodny roztwór soli kuchennej, olej, powietrze, minerały i inne materiały.

W zależności od siły chłodnice dzielą się na następujące grupy:

• słaby - strumień powietrza, stopione sole, gorąca i mydlana woda;
• umiarkowany - olej wrzecionowy, olej transformatorowy, kąpiele stopionej soli z 1% wodą;
• średniodziałające - roztwory wapna, gliceryny i płynnego szkła w zimnej wodzie;
• mocna - czysta zimna woda, sól kuchenna w roztworze zimnej wody, woda destylowana i rtęć.

Szybkość chłodzenia zależy również od metody chłodzenia (zanurzenia) utwardzonej części. W tym przypadku, gdy część do hartowania jest zanurzona w wodzie lub oleju, rozróżnia się trzy etapy chłodzenia:

• pojawienie się płaszcza parowego, który zapobiega dalszemu przenoszeniu ciepła (gotowanie filmu);
• zniszczenie płaszcza parowego i zwiększenie szybkości chłodzenia (wrzenie bąbelkowe);
• konwekcja chłodziwa, która zachodzi w temperaturze poniżej temperatury wrzenia.

We wszystkich tych etapach szybkość chłodzenia jest tym większa, im niższe są warunki temperaturowe na każdym etapie. Zależy to również od zakresu wrzenia pęcherzykowego.

W zależności od celu technologicznego, składu chemicznego metalu części, wymaganych właściwości fizycznych i mechanicznych dobiera się taki lub inny rodzaj czynnika chłodzącego.

Woda i jej roztwory to silniejsze chłodziwa. Jednocześnie woda ma znaczne wady. Wraz ze wzrostem temperatury wody podczas procesu hartowania jej wydajność chłodzenia gwałtownie spada. Ponadto woda ma wysoka prędkość chłodzenie w zakresie temperatur przemiany martenzytycznej.

Wodne roztwory soli, zasad, sody zwiększają szybkość chłodzenia, a także zwiększają interwał wrzenia pęcherzykowego. Różne rodzaje olejów jako media chłodzące zmniejszają szybkość chłodzenia, procesy przemian martenzytycznych są bardziej stabilne. Wady olejów obejmują ich łatwopalność i powstawanie oparzeń na powierzchni części.

hartowność i hartowność. Hartowność zależy od udziału masowego węgla w stali. Im większy udział masowy węgla w stali, tym wyższa hartowność tej stali. Hartowanie nie jest akceptowane przez stale o ułamku masowym węgla do 0,3%, a także stale konstrukcyjne węglowe o zwykłej jakości według GOST 380-2005, ponieważ węgiel jest bardzo zróżnicowany w tej grupie stali. Biorąc pod uwagę, że dobór temperatury hartowania dokonywany jest w zależności od udziału masowego węgla, a w stalach zwykłej jakości nie możemy dokładnie określić jej zawartości, ta grupa stali nie jest poddawana hartowaniu.

Stale konstrukcyjne węglowe wysokiej jakości i stopowe o udziale masowym węgla od 0,3% lub więcej oraz wszystkie stale narzędziowe poddawane są hartowaniu.

Przez hartowność stali rozumie się głębokość hartowania, czyli zdolność do tworzenia mikrostruktur martenzytu, troostytu lub sorbitu podczas procesu hartowania.

Hartowność zależy od krytycznej szybkości chłodzenia, aw konsekwencji od stabilnej zdolności austenitu do niezmieniania swojej mikrostruktury. Strukturę austenitu pozostającego w stanie zimnym nazywamy austenitem przechłodzonym.

Jeżeli krytyczna szybkość chłodzenia części w całej sekcji jest równa, wówczas część będzie miała hartowność skrośną, tj. na całej sekcji powstanie struktura martenzytu. Jeżeli szybkość chłodzenia na całym przekroju zmniejszy się w kierunku rdzenia, to w rdzeniu znajdzie się ferryt, ferryt + perlit, sorbit lub troostyt. Rdzeń części o dużych przekrojach praktycznie nie odczuwa twardnienia, ponieważ szybkość chłodzenia rdzenia będzie powolna, naturalna.

Wszystkie pierwiastki stopowe zwiększają hartowność. Na przykład nikiel przyczynia się do znacznego wzrostu hartowności i hartowności. Mangan, chrom, wolfram i molibden podnoszą temperaturę hartowania i odpuszczania oraz zwiększają hartowność i hartowność części i narzędzi, dzięki czemu wszystkie stale stopowe poddane hartowaniu mają wysoką hartowność, a stale węglowe niższą. Przy hartowaniu skrośnym na całym przekroju twardość części będzie taka sama. W przypadku hartowania nieprzezroczystego zmniejszy się od powierzchni do rdzenia. Na powierzchni część będzie miała strukturę martenzytu, a w rdzeniu strukturę troostytu. Im niższy udział masowy węgla w stali, tym większa struktura troostytu i mniejsza twardość i odwrotnie.

Hartowność części podczas hartowania ocenia się za pomocą krytycznego parametru. Ten parametr reprezentuje maksymalną średnicę (przekrój) części, w których rdzeniu znajdzie się struktura półmartenzytyczna. Zwykle dla węglowych stali konstrukcyjnych i narzędziowych parametr krytyczny wynosi 10 ... 20 mm, a dla stali stopowych - do 100 mm lub więcej (w zależności od udziału masowego węgla i pierwiastków stopowych). Ponadto hartowność zależy od medium chłodzącego. Woda daje wyższą hartowność niż olej.

Stal o zawartości węgla 0,2% masy (chłodzenie w wodzie) będzie miała twardość 25 HRC po hartowaniu, a stal o zawartości węgla 0,5% masy będzie miała twardość 45 HRC po hartowaniu. Dlatego im więcej węgla w stali, tym wyższa twardość części uzyskanej przez hartowanie, a co za tym idzie, większa głębokość hartowności. W celu określenia głębokości hartowności węglowych stali narzędziowych próbki są przygotowywane po wysokim odpuszczaniu odcinków kwadratowych lub okrągłych (21...23 mm) o długości 100 mm. W środku próbek wykonuje się nacięcie o głębokości 5 ... 7 mm. Gotowe próbki hartowany w temperaturach: 760; 800; 840 °C. Utwardzone próbki są niszczone na impaktorach wahadłowych (lub w prasie). W zależności od stanu i rodzaju pęknięcia określa się głębokość hartowności (warstwa utwardzona) lub niehartowności (warstwa nieutwardzona), przegrzania lub pęknięcia hartownicze.

Zgodnie ze skalą standardową określa się grupę (lub punktację) głębokości hartowności próbek hartowanych w różnych temperaturach. W skali standardowej każdej grupie (od 0 do V) odpowiada głębokość hartowności od 0,3 mm do 9 mm, poprzez hartowność, rdzeń ciągliwy, strefę nieutwardzoną i pęknięcia hartownicze. Wszystko to jest określane wizualnie przez pęknięcie próbek. Dodatkowo możliwe jest określenie struktury utwardzania (martenzyt, semimartenzyt, troostyt, sorbit) lub strefy nieutwardzonej (perlit lub ferryt + perlit) poprzez pękanie próbek.

Na ryc. 9 i warunkowo pokazuje próbki stali gatunku 40 (GOST 1050-88 *) o średnicy 12 ... 60 mm po hartowaniu i schłodzeniu w wodzie. Próbki 1 - 4 uzyskują pełne utwardzenie z wytworzeniem struktury martenzytu (hartowność ciała stałego). Wraz ze wzrostem średnicy powstaje ciągłe utwardzanie, ale struktury będą zależeć od krytycznej szybkości utwardzania: martenzyt, semimartenzyt, troostyt i sorbit. Twardość przekroju poprzecznego próbki również będzie się zmieniać i wynosić 25…46 HRC w zależności od struktury. Wraz ze wzrostem średnicy próbki zmniejsza się krytyczna szybkość hartowania. Struktura przekrojowa próbki będzie następująca: martenzyt, semimartenzyt, troostyt, sorbit i perlit (lub perlit + ferryt). Twardość przekroju próbki wyniesie 25 ... 46 HRC. Rdzeń próbki o strukturze sorbit + perlit będzie charakteryzował się dużą udarnością i wytrzymałością.

Ryż. dziewięć. a - po hartowaniu i schłodzeniu w wodzie; b - po hartowaniu i schłodzeniu w oleju; - martenzyt; - półmartenzyt; - zapalenie gruczołu krokowego; - sorbitol; - perlit (lub perlit + ferryt)

Przy ciągłym utwardzaniu (chłodzeniu w wodzie) próbki 1 - 4 będą kruche.

W praktyce do określenia hartowności stosuje się następujące metody:

• zgodnie ze strukturą pęknięcia próbki;
• na twardościomierzu typu TK wzdłuż przekroju w kilku punktach (od powierzchni do rdzenia);
• metoda hartowania końcowego.

Aby określić średnicę części wymagających ciągłego hartowania, musi być spełniony warunek: krytyczna średnica hartowania musi być większa niż średnica produktu.

Przy określaniu hartowności stali metodą hartowania końcowego zaleca się wyznaczanie głębokości hartowności z różnych wykresów.

Wady hartowania. Naruszenie trybów hartowania (temperatura nagrzewania, metody chłodzenia itp.) może powodować różnego rodzaju defekty części i narzędzi:

• deformacje, wypaczenia i pęknięcia;
• niewystarczająca twardość;
• zwiększona kruchość;
• powstawanie miękkich plam;
• zmiana rozmiaru;
• naprężenia wewnętrzne;
• utlenianie i odwęglanie.

Wakacje. Odpuszczanie to proces technologiczny polegający na nagrzewaniu części po utwardzeniu do niskich temperatur (150…650 °C), tj. poniżej punktu krytycznego Ac 1, utrzymującym się w tej temperaturze i powolnym naturalnym chłodzeniu w powietrzu.

Celem odpuszczania jest wyeliminowanie naprężeń wewnętrznych w częściach po hartowaniu, zwiększenie udarności, zmniejszenie kruchości oraz częściowe zmniejszenie twardości. Wskaźniki te osiąga się w związku z uzyskaniem stabilnej struktury części metalowej. Temperatura odpuszczania zależy od rodzaju hartowanych części i celu odpuszczania. W praktyce stosuje się urlop niski, średni i wysoki.

niskie wakacje służy do łagodzenia naprężeń wewnętrznych, zwiększa udarność narzędzi wykonanych ze stali stopowych i węglowych. Przy niskim odpuszczaniu części są podgrzewane do temperatury 150 ... 250 ° C, utrzymywane w tej temperaturze i chłodzone powietrzem. Jednocześnie zachowana jest twardość i odporność na zużycie narzędzia skrawającego uzyskana po hartowaniu.

Narzędzia tnące i pomiarowe, części łożysk kulkowych i wałeczkowych, magnesy trwałe, części maszyn ze stali konstrukcyjnych stopowych nawęglanych i wysokowytrzymałych poddawane są niskiemu odpuszczaniu.

Średnie wakacje służy do części elastycznych: sprężyny, sprężyny, narzędzia udarowe i matrycowe, drążki skrętne itp. W tego typu odpuszczaniu części są nagrzewane do temperatury 300...500 °C, nagrzewane na całym przekroju i chłodzone w powietrzu. Po schłodzeniu uzyskuje się odpuszczającą strukturę troostytu. Wyraźnie zmniejsza się twardość części uzyskanych przez hartowanie po odpuszczaniu. Udarność gwałtownie wzrasta, co prowadzi do wzrostu cyklicznej udarności (ta właściwość jest niezbędna dla części elastycznych).

wysokie wakacje produkowane są na części maszyn z wysokogatunkowych stali konstrukcyjnych i stopowych węglowych pracujących pod dużymi obciążeniami: wały, wrzeciona, bloki przekładniowe, sprzęgła krzywkowe, mechanizmy zapadkowe itp. Twardość części po hartowaniu i wysokim odpuszczaniu w zależności od gatunku stali, wynosi 35...47 HRC.

Przy wysokim odpuszczaniu części są podgrzewane do temperatury 500 ... 650 ° C, utrzymywane w tej temperaturze i chłodzone powietrzem (w niektórych przypadkach razem z piecem). Po hartowaniu detale tekstury będą miały temperowany sorbitol. Część będzie miała wysoką odporność na zużycie, wytrzymałość, twardość i względną ciągliwość. W praktyce wysokie odpuszczanie stosuje się również z odkształcaniem części podczas nagrzewania (rys. 10). Części ulegają deformacji między temperaturami krytycznymi Ac 1 i Ac 3 . Po odkształceniu części są powoli schładzane do temperatury poniżej Ac 1 , a następnie podgrzewane, utrzymywane i powoli chłodzone.

Ryż. dziesięć. t - temperatura; τ - czas; Ac 1, Ac 3 - temperatury krytyczne; M n - temperatura początku przemiany martenzytycznej

Poprawa - jest to hartowanie stali, a następnie wysokie odpuszczanie. Ta operacja cieplna jest stosowana do części maszyn pracujących pod znacznymi obciążeniami, w tym przemiennych, obciążonych i wykonanych ze stali konstrukcyjnych w gatunkach 30, 35, 40, 45, 50, 40X itp.

Starzenie się - jest to proces zmiany właściwości stopów bez zauważalnej zmiany mikrostruktury. Jeśli zmiana twardości, wytrzymałości i plastyczności odbywa się w normalnych warunkach (18 ... 20 ° C), wówczas takie starzenie nazywa się naturalnym. Jeśli proces przebiega w podwyższonej temperaturze (120 ... 150 ° C), starzenie nazywa się sztucznym.

Przy naturalnym starzeniu części wytrzymują kilka miesięcy, przy sztucznym starzeniu - 24 ... 36 h. Podczas procesu starzenia rozpuszczalność pierwiastków chemicznych (węgla, krzemu i manganu oraz dodatków stopowych) stabilizuje się w strukturze części i wraz z nimi stabilizuje konstrukcje.

Odpuszczanie jako obróbka cieplna jest obowiązkową operacją po hartowaniu i jest przeprowadzane jednocześnie z hartowaniem bezpośrednio po schłodzeniu części.

4. Obróbka chemiczno-termiczna

hartowanie powierzchni. Podczas pracy części maszyn, mechanizmów i narzędzi powierzchnie robocze (ocierające się) części i narzędzi zużywają się i wymagają ponownego ostrzenia lub całkowitej wymiany.

Zużycie powierzchni roboczych nawet na małej głębokości może prowadzić do poważnych konsekwencji. W celu nadania powierzchniom roboczym wysokiej odporności na zużycie, niezawodności i trwałości stosuje się różne technologiczne metody utwardzania tych powierzchni. Istnieją następujące rodzaje powłok:

• powłoki jednoskładnikowe - nasycenie powierzchni jednym pierwiastkiem chemicznym (metalowym lub niemetalowym): węglem, azotem, chromem, tantalem, manganem itp.;
• powłoki dwuskładnikowe - nasycenie powierzchni dwoma pierwiastkami chemicznymi (metalowymi i niemetalowymi): węgiel + chrom, węgiel + bor, węgiel + azot, węgiel + mangan, węgiel + siarka itp.;
• powłoki wieloskładnikowe: węgiel + chrom + azot, węgiel + bor + azot, węgiel + fosfor + azot, chrom + amon + krzem itp.

Osobną grupę stanowią powłoki wykonane ze związków chemicznych: węglików, azotków i tlenków.

Przy widocznych różnicach w procesach technologicznych utwardzanie powierzchni roboczych (ocieranie) polega na nasycaniu ich niektórymi metalami lub niemetalami pod wpływem temperatury lub innych procesów fizykochemicznych.

Obróbka chemiczno-termiczna zgodnie z przeznaczeniem dzieli się na dwie grupy:

• obróbka chemiczno-termiczna mająca na celu zwiększenie odporności na zużycie i twardości powierzchni roboczych części. Ten rodzaj obróbki obejmuje nawęglanie, azotowanie, azotonawęglanie i metalizację dyfuzyjną;

• obróbka chemiczno-termiczna stosowana w celu uzyskania wysokich właściwości przeciwciernych (ekstremalnych ciśnień). Pierwiastek chemiczny, który nasyca powierzchnię części, zapobiega rysowaniu i przywieraniu ocierających się powierzchni. Ten typ obejmuje siarczkowanie, ołów, tellurację itp.

Obróbka chemiczno-termiczna nazywana jest więc zwykle procesem technologicznym, który polega na dyfuzyjnym nasycaniu warstwy powierzchniowej części w wysokiej temperaturze metalami lub niemetalami.

Chemiczna obróbka cieplna jest stosowana w celu zwiększenia twardości, odporności na zużycie, odporności na korozję i zmęczenie oraz wykończeń dekoracyjnych.

Obróbka chemiczno-termiczna części odbywa się w dowolnym medium (gaźniku), którego atomy mogą dyfundować na powierzchnię tych części. Procesy obróbki chemiczno-termicznej składają się z trzech etapów: dysocjacji, adsorpcji i dyfuzji. Dysocjacja - jest to przydział atomów pierwiastków chemicznych (metali i niemetali), które mogą rozpuszczać się w metalach (stopach) części przez dyfuzję. Proces ten odbywa się w środowisku gazowym. Adsorpcja - jest to kontakt izolowanych (zdysocjowanych) atomów pierwiastków chemicznych (metali i niemetali) z powierzchniami części i tworzenie wiązania chemicznego z atomami metali części.

Dyfuzja - jest to proces wnikania pierwiastka nasycającego w sieci atomowe części metalowych.

Im wyższa temperatura nagrzewania części, tym szybciej przechodzą wszystkie trzy etapy. Proces jest szczególnie aktywny w temperaturach równych temperaturom krytycznym, ponieważ w tych temperaturach następuje przegrupowanie sieci atomowych części metalowych. W procesie przegrupowania atomy elementu dyfuzyjnego są z powodzeniem wprowadzane do sieci atomowych lub zastępują atomy metalu znajdujących się w nich części.

Obróbka chemiczno-termiczna w porównaniu z obróbką cieplną ma szereg zalet:

• możliwość obróbki części i narzędzi o dowolnym kształcie, złożoności i konfiguracji;
• różnica we właściwościach mechanicznych części roboczej części i ich rdzenia;
• możliwość wyeliminowania wad przegrzania poprzez późniejszą obróbkę cieplną;
• możliwość hartowania stali niskowęglowych.

Ryż. jedenaście. 1 - gaźnik stały; 2 - świadkowie; 3 - skrzynka do fugowania; 4 - części nawęglane

Cementowanie. Cementowanie to operacja chemiczno-termiczna, podczas której wierzchnia warstwa części jest nasycana węglem. Nawęglanie prowadzi się w celu uzyskania dużej twardości, odporności na zużycie powierzchni części o dużej udarności rdzenia. Cementowanie części wykonanych ze stali o udziale masowym węgla do 0,25%, pracujących na tarciu i przy zmiennym obciążeniu: koła zębate, bloki przekładni, wałki rozdzielcze i krzywkowe, krzywki, popychacze zaworów i inne części, a także przyrządy pomiarowe - sprawdziany, szablony, sondy itp. Powierzchnia części i narzędzi jest nasycona węglem w niektórych przypadkach do głębokości 1,4 mm, zwykle ta warstwa wynosi 0,8 mm. Udział masowy węgla nasyconego na powierzchni części sięga 0,8…1,0%. Stężenie węgla od powierzchni części do rdzenia spada. Tym samym nawęglaniu poddawane są części wykonane ze stali konstrukcyjnych węglowych i niskostopowych, które nie odczuwają poprawy przez hartowanie.

Płyn roboczy, w którym przeprowadzana jest obróbka chemiczno-termiczna, nazywany jest gaźnikiem. Rozróżnij nawęglanie w gaźnikach stałych, ciekłych i gazowych. W celu nawęglania w gaźniku pełnym części przeznaczone do nawęglania umieszcza się w stalowej skrzyni (ryc. 11), którą równomiernie wylewa się gaźnikiem. Równolegle z gaźnikiem umieszczane są próbki kontrolne tzw. świadkowie. W procesie podgrzewania i przetrzymywania pobierane są próbki kontrolne, z których określany jest przebieg procesu technologicznego.

Na ryc. 12 przedstawia stężenie węgla w funkcji głębokości nasycenia. Tak więc przy głębokości nasycenia 0,1 mm stężenie węgla osiąga 1%, 0,2 mm - 0,9%, 1 mm - 0,6%, 1,6 mm - 0,16%. Takie stężenie węgla w powierzchniach części trących (koła zębate, koła zębate, wały, osie itp.) zapewnia niezawodność i trwałość pary styków.

Ryż. 12.

Podczas cementowania, w zależności od głębokości nasycenia węglem, tworzą się różne mikrostruktury (ryc. 13). Przed obróbką cieplną na głębokości do 1 mm pojawi się struktura cementytu, powyżej 1 mm - perlit, a następnie - ferryt. Po obróbce cieplnej (hartowaniu) na głębokości do 1 mm powstanie struktura martenzytu, następnie troostytu i sorbitu. Na głębokości ponad 2...3 mm - oryginalna struktura.

Ryż. trzynaście. Różne mikrostruktury powstające podczas cementowania, w zależności od głębokości nasycenia węglem:1 - strefa nadeutektoidalna (P+C); 2 - strefa eutektoidalna (P); 3 - strefa podeutektoidalna (P + F); 4 - rdzeń

Nawęglanie w środowisku gazowym jest głównym procesem chemiczno-termicznym w produkcja masowa. Nawęglanie gazowe odbywa się w piecach muflowych lub szybowych w atmosferze nawęglonej. Atmosfera pieca jest nawęglana metanem, naftą lub benzenem. Po nawęglaniu gazowym stosuje się hartowanie, a następnie niskie odpuszczanie. Nawęglanie gazowe umożliwia kontrolę procesu, co z kolei stwarza warunki do mechanizacji i automatyzacji produkcji.

Podczas cementowania powstają następujące wady:

• korozja warstwy powierzchniowej solami siarczanu baru;
• zmniejszony udział masowy węgla w warstwie cementowej;
• odwęglenie występujące podczas procesu chłodzenia na skutek pęknięć lub wypaleń w skrzyniach;
• nierówna głębokość warstwy zacementowanej z powodu wahań temperatury w piecu;
• przesycenie węglem w warstwie cementowej w przypadku naruszenia reżimów temperatury i czasu, a także ze względu na wysoką zawartość węglanów w gaźniku;
• płytka głębokość warstwy cementowej, która występuje w niskich temperaturach i ekspozycjach;
• wewnętrzne utlenianie występujące podczas nawęglania gazowego z powodu wysokiej zawartości tlenu w atmosferze pieca.

Pojawienia się tych defektów można uniknąć, obserwując skład chemiczny gaźników, tryb termiczny i czasowy. Korekta wad części maszyn odbywa się poprzez dodatkową normalizację i późniejszą obróbkę chemiczno-termiczną.

Azotowanie. Azotowanie to proces obróbki chemiczno-termicznej, w którym powierzchnie części są nasycane azotem. Azotowanie prowadzi się w celu uzyskania wysokiej twardości powierzchni, odporności na zużycie, wytrzymałości zmęczeniowej i odporności na zacieranie, zwiększenia wytrzymałości, odporności na korozję w atmosferze, świeżej wodzie i parze oraz odporności na kawitację różnych części i narzędzi. Azotowanie jest również wykorzystywane do dekoracyjnego wykańczania. Warstwa azotowana może mieć głębokość do 0,5 mm i mieć twardość 1000...1100 HV, czyli znacznie twardszą niż cementyt. Ze względu na czas trwania procesu (do 90 godzin) i wysoki koszt azotowanie jest stosowane rzadziej niż nawęglanie. Proces azotowania przeprowadza się w amoniaku w temperaturach 500 ... 600 °C. Po podgrzaniu azot atomowy uwalniany jest z amoniaku, który dyfunduje na powierzchnię części. W celu przyspieszenia procesu azotowania stosuje się cykl dwustopniowy (rys. 14). Ta technologia azotowania przyspiesza proces 1,5 - 2 razy. Najpierw część jest podgrzewana do temperatury 500…520 °C, następnie jest szybko podgrzewana do temperatury 580…600 °C, a następnie – długa ekspozycja i chłodzenie razem z piekarnikiem lub w powietrzu .

Ryż. czternaście. t - temperatura; τ - czas

Azotowanie w stanie ciekłym prowadzi się w temperaturze 570°C w stopie soli zawierających azot. Azotowanie cieczą przyspiesza proces dziesięciokrotnie i znacznie zwiększa lepkość części. Wadą azotowania cieczy jest stosowanie toksycznych soli cyjankowych.

Azotowanie jest więc wielozadaniową operacją technologiczną obróbki chemiczno-termicznej, przeprowadzaną w celu zwiększenia wytrzymałości i innych właściwości różnych stali konstrukcyjnych, narzędziowych i specjalnych (odpornych na korozję, żaroodpornych i żaroodpornych) węglowych i stopowych, materiały ogniotrwałe i spiekane oraz powłoki galwaniczne i dyfuzyjne.

W trakcie procesu azotowania mogą wystąpić defekty. Deformacja i zmiana rozmiaru części występują z powodu wysokich naprężeń wewnętrznych, spowodowanych wzrostem objętości warstwy azotowanej. Aby wyeliminować tę wadę podczas obróbki, należy przewidzieć niedoszacowanie wymiarów o 4...6% głębokości warstwy azotowanej.

Kruchość i łuszczenie występują, gdy warstwa azotowana jest przesycona azotem. Na powierzchni tworzy się łamliwa skórka do głębokości 0,05 mm i łuszczy się. Ta wada jest eliminowana przez szlifowanie.

Zmniejszona twardość, niejednolita twardość lub zmniejszona głębokość warstwy azotowanej – wady, które pojawiają się przy braku zachowania składu chemicznego środowisko, słabe przygotowanie powierzchni części i naruszenie reżimu termicznego. Aby uniknąć wystąpienia tych wad konieczne jest przestrzeganie wymagań technologicznych przygotowania części do azotowania oraz przestrzeganie kolejności procesu technologicznego.

Cyjanowanie i węgloazotowanie. Cyjanizacja to proces jednoczesnego nasycania powierzchni części węglem i azotem. Cyjanowanie poddaje się częściom wykonanym ze stali o udziale masowym węgla 0,3...0,4%. Cyjanowanie przeprowadza się w celu zwiększenia twardości powierzchni, wytrzymałości, odporności na zużycie, wytrzymałości oraz innych właściwości mechanicznych i eksploatacyjnych. Cyjanizacja ma szereg zalet w porównaniu z innymi rodzajami obróbki chemiczno-termicznej: zdolność do obróbki części o złożonym kształcie, krótki czas trwania procesu oraz brak wypaczania i deformacji części podczas obróbki. Jako wady należy zwrócić uwagę na wysoki koszt ochrony pracy spowodowany toksycznością i wysoki koszt soli cyjankowych. Wszystko to znacznie podnosi koszt części cyjanowanych.

Istnieje cyjanizacja cieczy i gazu. Cyjanizacja gazu nazywana jest węgloazotowaniem.

Cyjanizacja cieczy odbywa się w środowisku stopionych soli cyjanku sodu. Przeprowadza się go w temperaturze 820 ... 850 lub 900 ... 950 ° C. Proces prowadzony w temperaturze 820...850 °C, w ciągu 30...90 minut pozwala na uzyskanie warstwy o grubości do 0,35 mm, nasyconej węglem i azotem, a przy 900...950 ° C w 2 ... 6 godzin - warstwa o grubości do 2 mm. Na ryc. 15 pokazuje zależność grubości warstwy cyjanowej od temperatury i czasu trwania procesu. Np. przy czasie utrzymywania 2 godzin w temperaturze 890°C głębokość warstwy cyjankowej sięga 0,6 mm, przy czasie utrzymywania 4,5 godziny w temperaturze 830 °C jest to również 0,6 mm.

Po cyjanizacji przeprowadza się hartowanie i niskie odpuszczanie. Twardość warstwy cyjanowanej sięga 58...62 HRC.

W praktyce cyjanowanie niskotemperaturowe w stopionych solach cyjankowych stosuje się do nawęglania narzędzi wykonanych ze stali szybkotnących. Przeprowadza się go w temperaturze 540 ... 560 ° C z ekspozycją 1,0 ... 1,5 h. W wyniku tej obróbki warstwa cyjankowa będzie miała twardość 950 ... 1100 HV.

Ryż. piętnaście.

Udział masowy węgla w procesie cyjanizacji sięga 1%, azotu - 0,2%. Wskaźniki te zależą od temperatury cyjanizacji (rys. 16).

Metalizacja dyfuzyjna. Proces nasycania warstwy powierzchniowej detali przez dyfuzję w wysokiej temperaturze

Ryż. szesnaście. Zawartość węgla (C) i azotu (N) w procesie cyjanizacji

różne metale nazywa się metalizacją dyfuzyjną. Może być wykonywany w gaźnikach stałych, ciekłych i gazowych (metalizatorach).

Metalizatory stałe to mieszanki proszkowe składające się z żelazostopów: żelazochromu, chromu metalicznego, chlorku amonu itp.

Metalizatory ciekłe to z reguły stopiony metal, taki jak cynk, aluminium itp.

Metalizatory gazowe to lotne chlorki metali: aluminium, chromu, krzemu, tytanu itp.

W zależności od użytego metalu dyfuzyjnego części rozróżnia się następujące rodzaje metalizacji dyfuzyjnej: aluminiowanie (nasycenie aluminium), chromowanie, tytanowanie, wolframowanie, siarczanowanie (nasycenie siarką), borowanie itp.

Aluminiowanie przeprowadzana w temperaturze 700 ... 1100 °C. Aluminium rozpuszcza się w warstwie powierzchniowej w strukturze α-żelaza, na powierzchni tworzy się gęsty film tlenku glinu, który ma wysoką odporność na korozję w atmosferze i wodzie morskiej oraz wysoką odporność na zgorzelinę w temperaturze 800 ... 850 ° C, twardość 500 HV. Aluminiowanie stosuje się na części pracujące w podwyższonych temperaturach: zawory silnikowe, osłony termopar itp. Aluminiowanie odbywa się następującymi metodami: w mieszankach proszkowych, w stopionym aluminium, metodą elektrolizy, w aerozolach z aluminium i natrysku gazowym. Chromowanie przedmiotowe części pracujące w środowiskach agresywnych: części instalacji parowych, urządzeń parowo-wodnych, części i zespoły pracujące w środowiskach gazowych w wysokich temperaturach. Chromowanie odbywa się w mieszankach proszkowych, próżni, stopionym chromie, medium gazowym i masach ceramicznych. Powierzchnia nasycona chromem do głębokości 0,15 mm jest odporna na osadzanie się kamienia w środowisku gazowym do temperatury 800°C, w wodzie słodkiej i morskiej oraz w słabych kwasach. Wszystkie stale są chromowane. Twardość warstwy chromu na powierzchni sięga 1200...1300 HV. Aby zwiększyć twardość i udarność po chromowaniu, części poddaje się normalizacji.

Test

Inżynieria materiałowa

Na temat: „Obróbka cieplna metali i stopów”

Iżewsk

1. Wstęp

2. Cel i rodzaje obróbki cieplnej

4. Hartowanie

6. Starzenie się

7. Leczenie na zimno

8. Obróbka termomechaniczna

9. Cel i rodzaje obróbki chemiczno-termicznej

10. Obróbka cieplna stopów metali nieżelaznych

11.Wniosek

12. Literatura

Wstęp

Obróbka cieplna stosowana jest na różnych etapach produkcji części maszyn i wyrobów metalowych. W niektórych przypadkach może to być operacja pośrednia służąca poprawie skrawalności stopów metodą ciśnieniową, skrawaniem, w innych operacja końcowa dostarczająca niezbędny zestaw wskaźników właściwości mechanicznych, fizycznych i eksploatacyjnych wyrobów lub pół- produkt końcowy. Półfabrykaty poddawane są obróbce cieplnej w celu poprawy struktury, zmniejszenia twardości (poprawy skrawalności), a części - w celu nadania im określonych wymaganych właściwości (twardość, odporność na ścieranie, wytrzymałość i inne).

W wyniku obróbki cieplnej właściwości stopów mogą być zmieniane w szerokim zakresie. Możliwość znacznego wzrostu właściwości mechanicznych po obróbce cieplnej w porównaniu ze stanem wyjściowym pozwala na zwiększenie dopuszczalnych naprężeń, zmniejszenie gabarytów i masy maszyn i mechanizmów oraz zwiększenie niezawodności i żywotności wyrobów. Poprawa właściwości w wyniku obróbki cieplnej pozwala na stosowanie stopów o prostszych składach, a więc i tańszych. Stopy zyskują również nowe właściwości, w związku z czym rozszerza się zakres ich zastosowania.

Cel i rodzaje obróbki cieplnej

Obróbka termiczna (ciepła) to proces, którego istotą jest ogrzewanie i chłodzenie produktów w określonych trybach, powodujące zmiany w strukturze, składzie fazowym, właściwościach mechanicznych i fizycznych materiału, bez zmiany składu chemicznego.

Celem obróbki cieplnej metali jest uzyskanie wymaganej twardości, poprawa właściwości wytrzymałościowych metali i stopów. Obróbka cieplna dzieli się na cieplną, termomechaniczną i chemiczno-termiczną. Obróbka cieplna - tylko oddziaływanie termiczne, termomechaniczna - połączenie oddziaływania termicznego i odkształcenia plastycznego, chemiczno-termiczna - połączenie efektów termicznych i chemicznych. Obróbka cieplna, w zależności od stanu strukturalnego uzyskanego w wyniku jej zastosowania, dzieli się na wyżarzanie (pierwszy i drugi rodzaj), hartowanie i odpuszczanie.

Wyżarzanie

Wyżarzanie - obróbka cieplna, która polega na podgrzaniu metalu do określonych temperatur, ekspozycji, a następnie bardzo powolnym chłodzeniu wraz z piecem. Służą do usprawnienia obróbki metali poprzez cięcie, zmniejszenia twardości, uzyskania struktury ziarnistej, a także odciążenia, częściowo (lub całkowicie) niwelują wszelkiego rodzaju niejednorodności, które zostały wprowadzone do metalu podczas poprzednich operacji (obróbki skrawaniem). , obróbka ciśnieniowa, odlewanie, spawanie), poprawia konstrukcję stalową.

Wyżarzanie pierwszego rodzaju. Jest to wyżarzanie, podczas którego przemiany fazowe nie zachodzą, a jeśli już zachodzą, to nie wpływają na przewidziany jej przeznaczeniem efekt końcowy. Wyróżnia się następujące rodzaje wyżarzania pierwszego rodzaju: homogenizacja i rekrystalizacja.

Homogenizacja- jest to wyżarzanie z długą ekspozycją w temperaturze powyżej 950ºС (zwykle 1100–1200ºС) w celu wyrównania składu chemicznego.

Rekrystalizacja- jest to wyżarzanie stali hartowanej w temperaturze przekraczającej temperaturę początku rekrystalizacji, w celu wyeliminowania hartowania i uzyskania pewna ilość ziarna.

Wyżarzanie drugiego rodzaju. Jest to wyżarzanie, w którym przemiany fazowe determinują jego przeznaczenie. Wyróżnia się następujące typy: kompletne, niekompletne, dyfuzyjne, izotermiczne, lekkie, znormalizowane (normalizacja), sferoidyzujące (dla perlitu ziarnistego).

Pełne wyżarzanie produkowane przez ogrzewanie stali o 30–50 °C powyżej punktu krytycznego, utrzymywanie w tej temperaturze i powolne chłodzenie do 400–500 °C z szybkością 200 °C na godzinę dla stali węglowych, 100 °C na godzinę dla stali niskostopowych i 50 °C na godzinę dla stali wysokostopowych. Konstrukcja stalowa po wyżarzaniu jest wyważona i stabilna.

Częściowe wyżarzanie wytwarzany przez nagrzewanie stali do jednej z temperatur w zakresie przemian, ekspozycji i powolnego chłodzenia. Wyżarzanie niepełne służy do zmniejszenia naprężeń wewnętrznych, obniżenia twardości i poprawy skrawalności.

Wyżarzanie dyfuzyjne. Metal jest podgrzewany do temperatur 1100–1200ºС, ponieważ w tym przypadku procesy dyfuzji niezbędne do wyrównania składu chemicznego przebiegają pełniej.

Wyżarzanie izotermiczne wygląda następująco: stal jest podgrzewana, a następnie gwałtownie schładzana (częściej poprzez przeniesienie do innego pieca) do temperatury o 50-100ºC poniżej temperatury krytycznej. Stosowany głównie do stali stopowych. Ekonomiczny, ponieważ czas trwania wyżarzania konwencjonalnego (13 - 15) h oraz wyżarzania izotermicznego (4 - 6) h

Wyżarzanie sferoidalne (dla perlitu ziarnistego)) polega na nagrzaniu stali powyżej temperatury krytycznej o 20 - 30°C, utrzymywaniu tej temperatury i powolnym chłodzeniu.

jasne wyżarzanie przeprowadza się w trybach całkowitego lub niepełnego wyżarzania w atmosferach ochronnych lub w piecach z częściową próżnią. Służy do ochrony powierzchni metalu przed utlenianiem i odwęgleniem.

Normalizacja- polega na podgrzaniu metalu do temperatury (30-50) ºС powyżej punktu krytycznego, a następnie schłodzeniu w powietrzu. Cel normalizacji jest różny w zależności od składu stali. Zamiast wyżarzania normalizuje się stale niskowęglowe. W przypadku stali średniowęglowych zamiast hartowania i wysokiego odpuszczania stosuje się normalizację. Stale wysokowęglowe poddawane są normalizacji w celu wyeliminowania sieci cementytowej. Normalizacja, po której następuje wysokie odpuszczanie, jest stosowana zamiast wyżarzania w celu poprawienia struktury stali stopowych. Normalizacja jest operacją bardziej ekonomiczną niż wyżarzanie, gdyż nie wymaga chłodzenia wraz z piecem.

hartowanie

hartowanie- jest to ogrzewanie do optymalnej temperatury, utrzymywanie, a następnie szybkie chłodzenie w celu uzyskania struktury nierównowagi.

W wyniku hartowania wzrasta wytrzymałość i twardość oraz maleje ciągliwość stali. Głównymi parametrami podczas hartowania są temperatura nagrzewania i szybkość chłodzenia. Krytyczną szybkością hartowania jest szybkość chłodzenia, która zapewnia powstawanie struktury - martenzytu lub martenzytu i austenitu szczątkowego.

W zależności od kształtu części, gatunku stali i wymaganego zestawu właściwości stosuje się różne metody hartowania.

Hartowanie w jednej chłodnicy. Część jest podgrzewana do temperatury hartowania i chłodzona w jednym chłodziwie (woda, olej).

Hartowanie w dwóch środowiskach (hartowanie przerywane)- jest to hartowanie, w którym część jest chłodzona sekwencyjnie w dwóch mediach: pierwszym medium jest chłodziwo (woda), drugim powietrzem lub olejem.

hartowanie stopniowe. Część nagrzana do temperatury hartowania jest chłodzona w stopionych solach, po przetrzymaniu przez czas niezbędny do wyrównania temperatury na całym odcinku, część jest chłodzona powietrzem, co pomaga zredukować naprężenia hartownicze.

Utwardzanie izotermiczne podobnie jak schodkowy jest produkowany w dwóch czynnikach chłodzących. Temperatura gorącego medium (kąpiele solne, azotanowe lub alkaliczne) jest różna: zależy od składu chemicznego stali, ale jest zawsze o 20–100 °C wyższa od punktu przemiany martenzytycznej dla danej stali. Ostateczne chłodzenie do temperatury pokojowej odbywa się na powietrzu. Hartowanie izotermiczne jest szeroko stosowane w przypadku części wykonanych ze stali wysokostopowych. Stal po hartowaniu izotermicznym uzyskuje wysokie właściwości wytrzymałościowe, czyli połączenie wysokiej ciągliwości z wytrzymałością.

Samohartowanie jest szeroko stosowany w przemyśle narzędziowym. Proces polega na tym, że detale utrzymywane są w medium chłodzącym dopiero po całkowitym schłodzeniu, ale w pewnym momencie są z niego usuwane w celu zaoszczędzenia pewnej ilości ciepła w rdzeniu detalu, dzięki czemu następuje późniejsze odpuszczanie.

Wakacje

Wakacje stal jest końcową operacją obróbki cieplnej, która kształtuje strukturę, a co za tym idzie właściwości stali. Odpuszczanie polega na nagrzewaniu stali do różnych temperatur (w zależności od rodzaju odpuszczania, ale zawsze poniżej punktu krytycznego), utrzymywaniu tej temperatury i chłodzeniu z różnymi szybkościami. Celem odpuszczania jest złagodzenie naprężeń wewnętrznych powstających podczas procesu hartowania i uzyskanie niezbędnej struktury.

W zależności od temperatury nagrzewania części hartowanej rozróżnia się trzy rodzaje odpuszczania: wysokie, średnie i niskie.

wysokie wakacje produkowane w temperaturach ogrzewania powyżej 350–600 °C, ale poniżej punktu krytycznego; takie odpuszczanie stosuje się do stali konstrukcyjnych.

Średnie wakacje produkowane w temperaturach ogrzewania 350 - 500 °C; takie odpuszczanie jest szeroko stosowane w przypadku stali sprężynowych i sprężynowych.

niskie wakacje produkowane w temperaturach 150–250 °C. Twardość części po hartowaniu prawie się nie zmienia; Niskie odpuszczanie jest stosowane do stali narzędziowych węglowych i stopowych, gdzie wymagana jest wysoka twardość i odporność na zużycie.

Kontrola temperowania jest realizowana przez kolory temperowania, które pojawiają się na powierzchni części.

Starzenie się

Starzenie się to proces zmiany właściwości stopów bez zauważalnej zmiany mikrostruktury. Istnieją dwa rodzaje starzenia: termiczne i deformacyjne.

Starzenie termiczne zachodzi w wyniku zmian rozpuszczalności węgla w żelazie w zależności od temperatury.

Jeśli zmiana twardości, plastyczności i wytrzymałości następuje w temperaturze pokojowej, wówczas nazywa się takie starzenie naturalny.

Jeśli proces przebiega w podwyższonej temperaturze, nazywa się starzenie sztuczny.

Odkształcenie (mechaniczne) starzenie postępuje po odkształceniu plastycznym na zimno.

Leczenie na zimno

Nowy rodzaj obróbka cieplna w celu zwiększenia twardości stali poprzez przekształcenie austenitu szczątkowego utwardzonej stali w martenzyt. Odbywa się to poprzez schłodzenie stali do temperatury dolnego punktu martenzytycznego.

Metody hartowanie powierzchni

powierzchnia utwardzona zwany procesem obróbki cieplnej, który polega na nagrzaniu warstwy wierzchniej stali do temperatury powyżej temperatury krytycznej, a następnie schłodzeniu w celu uzyskania struktury martenzytu w warstwie wierzchniej.

Istnieją następujące typy: hartowanie indukcyjne; hartowanie w elektrolicie, hartowanie przez nagrzewanie prądami wysokiej częstotliwości (HFC), hartowanie z nagrzewaniem płomieniowym.

hartowanie indukcyjne opiera się na zjawisku fizycznym, którego istota polega na tym, że przepływający przez przewodnik prąd elektryczny o wysokiej częstotliwości wytwarza wokół niego pole elektromagnetyczne. Na powierzchni części umieszczonej w tym polu indukowane są prądy wirowe, powodując nagrzewanie się metalu do wysokich temperatur. Umożliwia to zachodzenie przemian fazowych.

W zależności od metody nagrzewania hartowanie indukcyjne dzieli się na trzy rodzaje:

jednoczesne nagrzewanie i utwardzanie całej powierzchni (stosowane do małych części);

sekwencyjne nagrzewanie i hartowanie poszczególnych sekcji (stosowane do wałów korbowych i podobnych części);

ciągłe sekwencyjne nagrzewanie i utwardzanie ruchem (stosowane do długich części).

Utwardzanie w płomieniu gazowym. Proces hartowania płomieniowego polega na szybkim podgrzaniu powierzchni części płomieniem tlenowo-acetylenowym, tlenowo-paliwowym lub tlenowo-naftowym do temperatury hartowania, a następnie schłodzeniu wodą lub emulsją.

Hartowanie w elektrolicie. Proces utwardzania w elektrolicie przebiega następująco: część do hartowania zanurza się w kąpieli z elektrolitem (5–10% roztwór soli kalcynowanej) i przepływa przez nią prąd 220–250 V. część jest podgrzewana do wysokich temperatur. Część jest chłodzona albo w tym samym elektrolicie (po wyłączeniu prądu) albo w specjalnym zbiorniku hartowniczym.

Obróbka termomechaniczna

Obróbka termomechaniczna (T.M.O.) to nowa metoda wzmacniania metali i stopów przy zachowaniu odpowiedniej plastyczności, łącząca odkształcenie plastyczne i hartującą obróbkę cieplną (hartowanie i odpuszczanie). Istnieją trzy główne metody obróbki termomechanicznej.

Obróbka termomechaniczna w niskiej temperaturze (L.T.M.O) opiera się na stopniowym hartowaniu, czyli plastycznym odkształcaniu stali w temperaturach względnej stabilności austenitu, a następnie hartowaniu i odpuszczaniu.

Jednoczesna obróbka termomechaniczna w wysokiej temperaturze (H.T.M.O) odkształcenie plastyczne przeprowadza się w temperaturach stabilności austenitu, a następnie hartowanie i odpuszczanie.

Wstępna obróbka termomechaniczna (P.T.M.O) odkształcenie w tym przypadku można przeprowadzić w temperaturach N.T.M.O i V.T.M.O lub w temperaturze 20ºС. Ponadto przeprowadza się zwykłą obróbkę cieplną: hartowanie i odpuszczanie.

w celu zmiany specyfikacje metal, możesz na jego bazie stworzyć stop i dodać do niego inne składniki. Istnieje jednak inny sposób zmiany parametrów produktu metalowego - obróbka cieplna metalu. Z jego pomocą możesz wpływać na strukturę materiału i zmieniać jego właściwości.

Obróbka cieplna metalu to szereg procesów, które pozwalają usunąć naprężenia szczątkowe z części, zmienić wewnętrzną strukturę materiału i poprawić wydajność. Skład chemiczny metalu po podgrzaniu nie zmienia się. Przy równomiernym nagrzewaniu przedmiotu obrabianego zmienia się wielkość ziarna struktury materiału.

Fabuła

Technologia obróbki cieplnej metalu znana jest ludzkości od czasów starożytnych. W średniowieczu kowale podgrzewali i schładzali półfabrykaty na miecze wodą. W XIX wieku człowiek nauczył się przetwarzać żeliwo. Kowal włożył metal do pojemnika pełen lodu i posypane cukrem. Następnie rozpoczyna się proces równomiernego nagrzewania trwający 20 godzin. Następnie kęs żeliwny mógł zostać odkuty.

W połowie XIX wieku rosyjski metalurg DK Chernov udokumentował, że kiedy metal jest podgrzewany, zmieniają się jego parametry. Od tego naukowca wyszła nauka - materiałoznawstwo.

Do czego służy obróbka cieplna?

Części wyposażenia i jednostki komunikacyjne wykonane z metalu są często poddawane silnym obciążeniom. Oprócz tego, że są poddawane naciskowi, mogą być narażone na krytyczne temperatury. Aby wytrzymać takie warunki, materiał musi być odporny na zużycie, niezawodny i trwały.

Zakupione konstrukcje metalowe nie zawsze są w stanie wytrzymać obciążenia przez długi czas. Aby wydłużyć ich trwałość, mistrzowie metalurgii stosują obróbkę cieplną. Podczas i po ogrzewaniu skład chemiczny metalu pozostaje taki sam, ale zmienia się charakterystyka. Proces obróbki cieplnej zwiększa odporność na korozję, odporność na zużycie i wytrzymałość materiału.

Zalety obróbki cieplnej

Obróbka cieplna metalowych półfabrykatów jest procesem obowiązkowym przy wytwarzaniu konstrukcji do długotrwałego użytkowania. Ta technologia ma szereg zalet:

1. Zwiększona odporność na zużycie metalu.
2. Gotowe części trwają dłużej, liczba wadliwych półfabrykatów jest zmniejszona.
3. Poprawia odporność na procesy korozyjne.

Konstrukcje metalowe po obróbce cieplnej wytrzymują duże obciążenia, wydłuża się ich żywotność.

Rodzaje obróbki cieplnej stali

W metalurgii stosuje się trzy rodzaje obróbki stali: techniczną, termomechaniczną i chemiczno-termiczną. Każdą z przedstawionych metod obróbki cieplnej należy omówić osobno.

Wyżarzanie

Odmiana lub kolejny etap technicznej obróbki metalu. Proces ten zakłada równomierne nagrzanie metalowego przedmiotu do określonej temperatury i jego późniejsze schłodzenie w naturalny sposób. Po wyżarzaniu zanikają naprężenia wewnętrzne metalu i jego niejednorodność. Materiał mięknie pod wpływem ciepła. Łatwiej jest później przetwarzać.

Istnieją dwa rodzaje wyżarzania:

1. Pierwszy rodzaj. Jest niewielka zmiana sieci krystalicznej w metalu.
2. Drugi rodzaj. Rozpoczynają się zmiany fazowe w strukturze materiału. Nazywa się to również wyżarzaniem pełnego metalu.

Zakres temperatur podczas tego procesu wynosi od 25 do 1200 stopni.

hartowanie

Kolejny etap obróbki technicznej. Hartowanie metalu odbywa się w celu zwiększenia wytrzymałości przedmiotu obrabianego i zmniejszenia jego ciągliwości. Produkt jest podgrzewany do temperatur krytycznych, a następnie szybko schładzany poprzez zanurzanie w kąpieli z różnymi płynami. Rodzaje hartowania:

1. dwustopniowe chłodzenie. Początkowo obrabiany przedmiot jest chłodzony wodą do 300 stopni. Następnie część umieszcza się w wannie wypełnionej olejem.
2. Użycie jednego płynu. W przypadku obróbki małych części używany jest olej. Duże detale są chłodzone wodą.
3. Krok. Po podgrzaniu przedmiot jest chłodzony w stopionych solach. Następnie układa się go na świeżym powietrzu, aż całkowicie się ochłodzi.

Można również wyróżnić izotermiczny rodzaj hartowania. Jest podobny do krokowego, ale zmienia się czas przetrzymywania przedmiotu w stopionych solach.

Obróbka termomechaniczna

Jest to typowy tryb obróbki cieplnej stali. Proces ten wykorzystuje urządzenia ciśnieniowe, elementy grzejne i zbiorniki chłodzące. W różnych temperaturach obrabiany przedmiot jest podgrzewany, a następnie następuje odkształcenie plastyczne.

Wakacje

Jest to ostatni etap technicznej obróbki cieplnej stali. Proces ten przeprowadza się po utwardzeniu. Lepkość metalu wzrasta, naprężenia wewnętrzne są usuwane. Materiał staje się trwalszy. Możliwość wykonywania w różnych temperaturach. To zmienia sam proces.

Przetwarzanie kriogeniczne

Główna różnica między obróbką cieplną a ekspozycją kriogeniczną polega na tym, że ta ostatnia oznacza chłodzenie przedmiotu obrabianego. Pod koniec tego zabiegu części stają się mocniejsze, nie wymagają temperowania, są lepiej szlifowane i polerowane.

Podczas interakcji z mediami chłodzącymi temperatura spada do minus 195 stopni. Szybkość chłodzenia może się różnić w zależności od materiału. Do schłodzenia produktu do żądanej temperatury stosuje się procesor generujący zimno. Obrabiany przedmiot jest równomiernie chłodzony i pozostaje w komorze przez pewien czas. Następnie wyjmuje się go i pozostawia do samodzielnego ogrzania do temperatury pokojowej.

Obróbka chemiczno-termiczna

Inny rodzaj obróbki cieplnej, w której obrabiany przedmiot jest podgrzewany i wystawiany na działanie różnych pierwiastków chemicznych. Powierzchnia obrabianego przedmiotu jest czyszczona i powlekana związki chemiczne. Proces ten przeprowadza się przed utwardzeniem.

Mistrz może nasycić powierzchnię produktu azotem. Aby to zrobić, nagrzewają się do 650 stopni. Po podgrzaniu przedmiot obrabiany musi znajdować się w atmosferze kriogenicznej.

Obróbka cieplna stopów metali nieżelaznych

Przedstawione rodzaje obróbki cieplnej metali nie nadają się do różnego rodzaju stopów i metali nieżelaznych. Na przykład podczas pracy z miedzią przeprowadza się wyżarzanie rekrystalizujące. Brąz nagrzewa się do 550 stopni. Pracują z mosiądzem w temperaturze 200 stopni. Aluminium jest wstępnie utwardzane, następnie wyżarzane i starzone.

Obróbka cieplna metalu jest uważana za niezbędny proces w produkcji i dalsze użycie konstrukcje i części do sprzęt przemysłowy, samochody, samoloty, statki i inny sprzęt. Materiał staje się mocniejszy, trwalszy i bardziej odporny na procesy korozyjne. Wybór procesu zależy od użytego metalu lub stopu.

31 października 2011

Rysunek przedstawia główne schematy TMT starzejących się stopów. Postrzępione linie wskazują na odkształcenie plastyczne.

Obróbka termomechaniczna w niskich temperaturach (LTMT)

LTMO starzejących się stopów- to pierwsze pojawienie się (30 lat) i najszerzej stosowane w branży obróbki termomechanicznej.

Głównym celem NTMO— wzrost właściwości wytrzymałościowych.

W LTMT stop jest najpierw poddawany konwencjonalnemu hartowaniu, a następnie odkształcaniu na zimno przed starzeniem.

W porównaniu ze starzeniem bez uprzedniego odkształcenia, LTMT skutkuje wyższymi granicami rozciągania i plastyczności, ale także niższymi wartościami ciągliwości.

Na rysunku pokazano wpływ stopnia odkształcenia na zimno na twardość hartowanego stopu niklu (krzywa 1) oraz tego samego stopu starzonego po odkształceniu (krzywa 2).

Wpływ stopnia redukcji podczas ciągnienia po hartowaniu od 1000°C na twardość drutu ciągnionego na zimno i starzonego o średnicy 4 mm ze stopu Nimonic-90 (wg W. Betteridge):

1 - ciągniony na zimno;
2 - odkształcenie + starzenie w 460 °C, 16 godz.

Wzmocnienie podczas LTMT wynika z dwóch powodów. Po pierwsze, odkształcenie na zimno powoduje umocnienie przez zgniot, a późniejsze utwardzanie wydzieleniowe rozpoczyna się od wyższego początkowego poziomu twardości stopu. Po drugie, co najważniejsze, deformacja na zimno zwiększa efekt utwardzania wydzieleniowego. Tak więc, przy braku utwardzania na zimno, utwardzenie stopu Nimonic-90 w wyniku starzenia w 450°C jest bardzo małe – tylko 15 kgf/mm2. Wraz ze wzrostem stopnia odkształcenia na zimno twardnienie podczas starzenia stale wzrasta (krzywe 1 i 2 na rysunku rozchodzą się).

Przy redukcji o 90% wzrost twardości w wyniku starzenia wyniósł 175 kgf/mm2. W konsekwencji, w rozpatrywanym przypadku, hartowanie na zimno zwiększyło utwardzenie podczas starzenia o rząd wielkości (!). Tak silny efekt hartowania z LTMT w porównaniu z hartowaniem podczas obróbki cieplnej według zwykłego schematu (hartowanie + starzenie) jest zjawiskiem stosunkowo rzadkim.

Wynika to z faktu, że temperatura starzenia 450 °C jest zbyt niska dla nimonu, a przy braku utwardzania na zimno rozkład przesyconego roztworu w tej temperaturze postępuje bardzo powoli. Jeżeli po hartowaniu starzenie odbywa się w temperaturze optymalnej do maksymalnego utwardzenia (ok. 700°C), to efekt wprowadzenia utwardzania na zimno będzie znacznie mniejszy.

Już w pierwszym przybliżeniu można stwierdzić, że utwardzanie na zimno, zwiększając gęstość niedoskonałości kryształów roztworu przesyconego, powoduje, że jest on mniej stabilny termodynamicznie i przyspiesza starzenie. Jednak fakty eksperymentalne i bardziej szczegółowe analizy pokazują, że wpływ twardnienia na starzenie może być dość złożony. Charakter tego efektu zależy od trybów twardnienia, odkształcenia i starzenia, rodzaju stopu oraz, w przypadku jednego stopu, od rodzaju wydzieleń podczas starzenia.

„Teoria obróbki cieplnej metali”,
II Nowikow

Podczas HTMT austenit jest odkształcany w obszarze jego stabilności termodynamicznej, a następnie hartowany do martenzytu (patrz schemat rysunkowy obróbki stali stopowej). Po hartowaniu przeprowadza się niskie odpuszczanie. Głównym celem konwencjonalnej obróbki cieplnej z odkształcaniem (walcowanie kucia) jest wykluczenie specjalnego ogrzewania do hartowania, a tym samym uzyskanie efektu ekonomicznego. Głównym celem HTMT jest poprawa właściwości mechanicznych...

Bardzo interesujące jest zjawisko dziedziczenia ("odwracalności") utwardzania z HTMT odkryte przez ML Bernsteina podczas powtórnej obróbki cieplnej. Okazało się, że hartowanie HTMT zostaje zachowane, jeśli stal jest ponownie hartowana z krótką ekspozycją na temperaturę nagrzewania do hartowania lub jeśli stal hartowana HTMT jest najpierw poddawana wysokiemu odpuszczaniu, a następnie ponownie hartowana. Na przykład wytrzymałość na rozciąganie stali 37XH3A po HTMT zgodnie z reżimem ...

Procesy TMT stali były intensywnie badane od połowy lat pięćdziesiątych w związku z poszukiwaniem nowych sposobów zwiększania wytrzymałości strukturalnej. Niskotemperaturowa obróbka termomechaniczna (LTMT) Podczas LTMT przechłodzony austenit odkształca się w obszarze jego zwiększonej stabilności, ale koniecznie poniżej temperatury początku rekrystalizacji, a następnie (zamienia się w martenzyt. Następnie przeprowadza się niskie odpuszczanie (nie pokazano na rysunku).Schemat przetwarzania ...