Способы термической обработки металлов для повышения прочности

Методы термической обработки металлов

Существует несколько методов термической обработки металлов:

• Отжиг
• Нормализация
• Закалка
• Отпуск

Отжиг

Постепенный нагрев металла до +740…+850 °С*, выдержка, медленное охлаждение.

Задачи: снижение твердости стали для облегчения обработки, улучшение структуры металла, повышение его однородности, снятие внутренних напряжений.

Нормализация

Нагрев металла до температуры выше критической (где изменяется тип кристаллической решетки), выдержка, охлаждение в спокойном воздухе.

Задачи: увеличение прочности, твердости и ударной вязкости стали, достижение более низкой пластичности по сравнению с отожженной.

Закалка

Нагрев металла до температуры выше критической, выдержка при заданной температуре, быстрое охлаждение в жидкой среде (воде или масле).

Задачи: достижение высокой твердости и прочности, что увеличивает износостойкость стали. Этот метод приводит к образованию неравновесной структуры, для которой требуется последующий отпуск.

Отпуск

Нагрев металла от +150…+260 °С до +370…650 °С, выдержка, медленное охлаждение на воздухе.

Задачи: повышение пластичности и снижение хрупкости мартенситной структуры при сохранении уровня прочности, освобождение от напряжений.

Типы закалки

Существуют следующие типы закалки:

• Холодная закалка (+30…+80 °С): подходит для улучшения деталей свободной ковки и объемной штамповки, закалки ручных инструментов, листовых и винтовых пружин, высокопрочных болтов, гаек, подкладных шайб и т.п.
• Горячая закалка (+165…+220 °С): применяется для закалки деталей высокой точности (например, деталей приводного механизма автомобилей), чтобы избежать риска искривления поверхности
• Вакуумная закалка: используется для инструментальной, подшипниковой, жаропрочной и быстрорежущей стали

При термической обработке металлов и сплавов методом закалки важно учитывать температуру и время нагрева, а также скорость охлаждения.

В качестве рабочей среды при закалке металла используются вода или специальное масло.

Закалка с использованием масла снижает количество тепловых трещин на изделии по сравнению с закалкой в воде.

Закалочные масла

Производство отечественных закалочных масел начало активно развиваться в конце 90-х годов. В настоящее время на российском рынке представлено множество таких продуктов: от простых и проверенных до дорогостоящих импортных, которые могут влиять на скорость охлаждения.

Закалочные масла позволяют получать стальные изделия с заданными значениями твердости, необходимой структуры и чистоты поверхности.

При выборе масла важно учитывать его температуру вспышки в открытом тигле. Она зависит от качества базового масла и должна быть на 30 °С ниже температуры основного процесса. Присадки добавляются в состав закалочного масла для повышения его эффективности или ускорения отвода тепла.

Требования к закалочным маслам

Закалочные масла должны иметь следующие свойства:

• Высокая термическая и химическая стабильность (сохранение свойств в течение всего срока службы)
• Хорошие моющие свойства (масло аккумулирует осадки и окалину с поверхности деталей)
• Высокая стойкость к испарению (использование в открытых закалочных резервуарах)
• Отличные антипенные свойства (активное завихрение горячего масла в закалочных резервуарах)
• Определённый уровень вязкости (зависит от температуры закалки и влияет на потери масла при извлечении деталей из резервуаров)
• Отсутствие воды (влияет на вспенивание масла)