Назначение и виды термической обработки

Термомеханическая обработка (Т.М.О.) - новый  метод упрочнения металлов и сплавов  при сохранении достаточной  пластичности, совмещающий  пластическую деформацию и упрочняющую термическую обработку (закалку и отпуск). Различают три основных способа термомеханической обработки.

Низкотемпературная  термомеханическая  обработка (Н.Т.М.О) основана на ступенчатой закалке, то есть пластическая деформация стали осуществляется при температурах относительной устойчивости аустенита с последующей закалкой и отпуском.

Высокотемпературная термомеханическая  обработка (В.Т.М.О) при этом пластическую деформацию проводят при температурах устойчивости аустенита с последующей закалкой и отпуском.

Предварительная термомеханическая  обработка (П.Т.М.О) деформация при этом может осуществляться при температурах Н.Т.М.О и В.Т.М.О или при температуре 20?С. Далее осуществляется обычная термическая обработка: закалка и отпуск.

Назначение  и виды химико-термической  обработки

Химико-термической  обработкой называют процесс, представляющий собой сочетание  термического и химического  воздействия с  целью изменения  состава, структуры  и свойств поверхностного слоя стали.

Цель  химико-термической  обработки: повышение  поверхностной твердости, износостойкости, предела  выносливости, коррозионной стойкости, жаростойкости (окалиностойкости), кислотоустойчивости.

Наибольшее  применение в промышленности получили следующие  виды химико-термической  обработки: цементация; нитроцементация; азотирование; цианирование; диффузионная металлизация.

Цементация - это процесс поверхностного насыщения углеродом, произведенный с целью поверхностного упрочнения деталей.

В зависимости от применяемого карбюризатора цементация подразделяется на три  вида: цементация твердым  карбюризатором; газовая  цементация (метан, пропан, природный газ).

Газовая цементация. Детали нагревают до 900-950?С в специальных герметически закрытых печах, в которые непрерывным потоком подают цементующий углеродосодержащий газ [естественный (природный) или искусственный].

Процесс цементации в твердом карбюризаторе заключается в следующем. Детали, упакованные в ящик вместе с карбюризатором (смесь древесного угля с активизатором), нагревают до определенной температуры и в течении длительного времени выдерживают при этой температуре, затем охлаждают и подвергают термической обработке.

Цементации  любым из рассмотренных  выше способов подвергаются детали из углеродистой и легированной стали  с содержанием  углерода не более 0,2%. Цементация легированных сталей, содержащих карбидообразующие  элементы Cr, W, V, дает особо хорошие результаты: у них, кроме повышения поверхностной твердости и износостойкости, увеличивается также предел усталости.

Азотирование - это процесс насыщения поверхностного слоя различных металлов и сплавов, стальных изделий или деталей азотом при нагреве в соответствующей среде. Повышается твердость поверхности изделия, выносливости, износостойкости, повышение коррозионной стойкости.

Цианирование - .насыщение поверхностного слоя изделий одновременно углеродом и азотом.

В зависимости от используемой среды различают  цианирование: в твердых  средах; в жидких средах; в газовых  средах.

В зависимости от температуры  нагрева цианирование подразделяется на низкотемпературное и высокотемпературное.

Цианирование  в жидких средах производят в ваннах с расплавленными солями.

Цианирование  в газовых средах (нитроцементация). Процесс одновременного насыщения поверхности детали углеродом и азотом. Для этого детали нагревают в среде, состоящей из цементующего газа и аммиака, то есть нитроцементация совмещает в себе процессы газовой цементации и азотирования.

Диффузионное  насыщение металлами  и металлоидами

Существуют  и применяются  в промышленности способы насыщения  поверхности деталей  различными металлами (алюминием, хромом и др.) и  металлоидами (кремнием, бором и др.) Назначение такого насыщения - повышение  окалиностойкости, коррозионностойкости, кислотостойкости, твердости и износостойкости деталей. В результате поверхностный слой приобретает особые свойства, что позволяет экономить легирующие элементы.

Алитирование  - процесс насыщения поверхностного слоя стали алюминием для повышения жаростойкости (окалиностойкости) и сопротивления атмосферной коррозии.

Алитирование  проводят в порошкообразных  смесях, в ваннах с расплавленным  алюминием, в газовой  среде и распыливанием  жидкого алюминия.

Хромирование  - процесс насыщения поверхностного слоя стали хромом для повышении коррозионной стойкости и жаростойкости, а при хромировании высокоуглеродистых сталей - для повышения твердости и износостойкости.

Силицирование - процесс насыщения поверхностного слоя детали кремнием для повышения коррозионной стойкости и кислотостойкости. Силицированию подвергают детали из низко- и среднеуглеродистых сталей, а также из ковкого и высокопрочного чугунов.

Борирование - процесс насыщения поверхностного слоя детали бором. Назначение борирования - повысить твердость, сопротивление абразивному износу и коррозии в агрессивных средах, теплостойкость и жаростойкость стальных деталей. Существует два метода борирования: жидкостное электролизное и газовое борирование.

Сульфидирование - процесс насыщения поверхностного слоя стальных деталей серой для улучшения противозадирных свойств и повышения износостойкости деталей.

Сульфоцианирование - процесс поверхностного насыщения стальных деталей серой, углеродом и азотом. Совместное влияние серы и азота в поверхностном слое металла обеспечивает более высокие противозадирные свойства и износостойкость по сравнению насыщение только серой.

Термическая обработка чугуна

Термическую обработку чугунов  проводят с целью  снятия внутренних напряжений, возникающих при  литье и вызывающих с течением времени  изменения размеров и формы отливки, снижения твердости  и улучшения обрабатываемости резанием, повышения  механических свойств. Чугун подвергают отжигу, нормализации, закалке и отпуску, а также некоторым видам химико-термической обработки (азотированию, алитированию, хромированию).

Отжиг для снятия внутренних напряжений. Этому отжигу подвергают чугуны при следующих температурах: серый чугун с пластинчатым графитом 500 - 570?С; высокопрочный чугун с шаровидным графитом 550 - 650?С; низколегированный чугун 570 - 600?С; высоколегированный чугун 620 - 650?С. При этом отжиге фазовых превращении не происходит, а снимаются внутренне напряжения, повышается вязкость, исключается коробление и образование трещин в процессе эксплуатации.

Смягчающий  отжиг (отжиг графитизирующий низкотемпературный). Проводят для улучшения обрабатываемости резанием и повышения пластичности. Его осуществляют продолжительной выдержкой при 680 - 700?С или медленным охлаждением отливок при 760 - 700?С. Для деталей сложной конфигурации охлаждение медленное, а для деталей простой формы - ускоренное.

Отжиг графитизирующий, в результате которого из белого чугуна получают ковкий чугун.

Нормализацию применяют для увеличения связанного углерода, повышения твердости, прочности и износостойкости серого, ковкого и высокопрочного чугунов. При нормализации чугун (отливки) нагревают выше температур интервала превращения 850 - 950?С и после выдержки, охлаждают на воздухе.

Закалке подвергают серый, ковкий и высокопрочный чугун для повышения твердости, прочности и износостойкости. По способу выполнения закалка чугуна может быть объемной непрерывной, изотермической и поверхностной.

При объемной непрерывной закалке чугун нагревают до температуры 850 - 950?С. Затем выдерживают для прогрева и полного растворения углерода. Охлаждение осуществляют в воде или масле. После закалки проводят отпуск при температуре 200 - 600?С. В результате повышается твердость, прочность и износостойкость чугуна.

При изотермической закалке чугуны нагревают так же, как и при объемной непрерывной закалке, выдерживают от 10 до 90 минут и охлаждают в расплавленной соли при 200 - 400?С, и после выдержки охлаждают на воздухе.

Поверхностная закалка с нагревом поверхностного слоя кислородно - ацетиленовым пламенем, токами высокой частоты или в электролите. Температура нагрева 900 - 1000?С. Охлаждение в воде, масле или масляной эмульсии.

Старение применяют для стабилизации размеров литых чугунных деталей, предотвращения коробления и снятия внутренних напряжений. Обычно старении проводят после грубой механической обработки. Различают два вида старения: естественное и искусственное.

Естественное старении осуществляется на открытом воздухе или в помещении. Изделия после литья выдерживаются в течении 6 - 15 месяцев.

Искусственное старение осуществляется при повышенных температурах; длительность - несколько часов. При искусственном старении отливки чугуна загружают в печь, нагретую до 100 - 200? С, нагревают до температуры 550 - 570?С со скоростью 30 - 60?С в час, выдерживаю 3 - 5 часов и охлаждают вместе с печью со скоростью 20 - 40?С в час до температуры 150 - 200?С, а затем охлаждают на воздухе.

Химико-термическая  обработка чугуна

Для повышения поверхностной  твердости и износостойкости  серые чугуны подвергают азотированию. Чаще азотируют серые  перлитные чугуны, легированные хромом, молибденом, алюминием. Температура азотирования 550 - 580?С, время выдержки 30 - 70 часов. Кроме азотирования, повышения поверхностной  твердости и износостойкости  легированного серого перлитного чугуна можно  достигнуть газовым  и жидкостным цианированием  при температуре 570?С. Для повышения  жаростойкости чугунные отливки можно  подвергать алитированию, а для получения  высокой коррозионной стойкости в кислотах - силицированию.

Термическая обработка сплавов  цветных металлов

Алюминиевые сплавы

Алюминиевые сплавы подвергаются трем видам термической  обработки: отжигу, закалке  и старению. Основными  видами отжига являются: диффузионный, рекристаллизационный и термически упрочненных сплавов.

Гомогенизацию применяют для выравнивания химической микронеоднородности зерен твердого раствора. Для выполнения гомогенизации алюминиевые сплавы нагревают до 450 - 520?С и выдерживают при этих температурах от 4 до 40 часов; после выдержки - охлаждение вместе с печью или на воздух. В результате этого структура становится более однородной и повышается пластичность.

Рекристаллизационный отжиг для алюминия и сплавов на ег основе применяют гораздо шире, чем для стали. Это объясняется тем, что такие металлы, как алюминий и медь, а так же многие сплавы на их основе, не упрочняются закалкой и повышение механических свойств может быть достигнуто только холодной обработкой давлением, а промежуточной операцией при такой обработке является рекристаллизационный отжиг. Температура рекристаллизационного отжига алюминиевых сплавов 300 - 500?С выдержка 0,5 - 2 часа.

Отжиг термически упрочненных  сплавов применяют для полного снятия упрочнения, он проводится при температурах 350 - 450?С с выдержкой 1 - 2 часа и последующим достаточно медленным охлаждением.

После закалки прочность сплава несколько повышается, а пластичность не изменяется. После закалки алюминиевые сплавы подвергают старению, при котором происходит распад пересыщенного твердого раствора.

Деформируемые алюминиевые сплавы

В закаленном состоянии  дуралюмины пластичны  и легко деформируются. После закалки  и естественного  или искусственного старения прочность  дуралюмина резко  повышается.

Литейные  алюминиевые сплавы

Для литейных алюминиевых  сплавов используют различные виды термической  обработки в зависимости  от химического состава. Для упрочнения литейные алюминиевые сплавы подвергают закалке  с получением пересыщенного  твердого раствора и  искусственному старению, а также только закалке без старения с получением в  закаленном состоянии  устойчивого твердого раствора.