Термообработка металла

термообработка металла повышает его прочность

Человеку недостаточно было просто открыть металлы и узнать их полезные свойства. На протяжении веков и даже тысячелетий он задумывался, как можно упрочить их и сделать материал более твердым, стойким и надежным. Технология температурного воздействия стала настоящей революцией.

Услуги термообработки металла не менее востребованы, чем механические способы преображения заготовок. Но эти технологии решают принципиально разные задачи. Главная цель мехобработки - придать детали правильную форму. Термические операции повышают характеристики: улучшают прочность, износостойкость, антикоррозионные свойства и другие качества.

При нагревании изделия изменения происходят на уровне кристаллической решетки, в результате чего преображается его структура. А вот химический состав эти метаморфозы не затрагивают.

Такая методика, как простейшая закалка, была известна еще нашим далеким предкам, которые занимались кузнечным ремеслом. Тогда дело ограничивалось простым "пшиком" - опусканием разгоряченной, только что взятой с наковальни заготовки в холодную воду. Иногда в качестве охлаждающей среды использовали растительное масло и даже вино. А чтобы улучшить ковкость чугуна, заготовки сначала выдерживали в емкости со льдом и сахаром, а затем медленно нагревали в течение почти суток.

"Пилотные" опыты по закалке были известны уже во втором-первом тысячелетиях до нашей эры. Эта процедура даже вдохновила легендарного Гомера на то, чтобы посвятить ей пару строк в "Одиссее".

Но все эти способы использовались по наитию, потому что "так надо". Лишь в 19-м столетии российский ученый, изобретатель, специалист в области металлургии Д.К. Чернов научно доказал влияние смены температур на металл. Именно после его исследований услуги по термообработке начали применять массово. Ему удалось убедить коллег в том, что под воздействием высокой температуры или при неожиданной смене температур металлы могут изменять физические свойства.

Исследования Чернова были продолжены. И сегодня способность металла становиться более износостойким и прочным после температурной обработки считается хрестоматийным фактом. А ведь сопротивление износу любой детали - залог длительности ее эксплуатации, а значит, и существенная экономия для производства, где она используется. Поэтому важность термической обработки трудно переоценить.

Процесс термообработки стали - услуга далеко не обязательная. И есть немало элементов механизмов и металлоконструкций, которым она не нужна. Однако если детали придется выдерживать механические или температурные нагрузки, ей стоит подарить дополнительный "запас прочности".

Эта операция проводится не только над готовыми деталями, но и над заготовками. Под воздействием высокой температуры материал становится однородным, а следовательно, намного более податливым для обработки. Некоторым металлам и сплавам термические манипуляции помогают улучшить такое свойство, как деформируемость. Это бесценно для ковки, штамповки и гибки металлических "полуфабрикатов".

Простота операции, ее бесспорная эффективность и низкая стоимость термообработки за килограмм привлекают к этому процессу все больше заказчиков.

ведущий этап горячей термообработки металла - нагрев

В услуге термообработки немаловажное значение имеет время, которое занимает этот процесс. Он включает три последовательных операции:

• нагрев материала до заданной температуры,
• поддержание этого температурного порога,
• охлаждение заготовки - постепенное или быстрое.

Какое количество минут или даже часов уйдет на эти этапы, определяется типом металла, габаритами заготовки, а также возможностями оборудования. От расчета времени термического воздействия зависит если не всё, то очень многое: если "передержать" металл, он не только не приобретет ожидаемых свойств, а может потерять прочность и стать чересчур хрупким.

Термообработка становится одним из финишных этапов работы с деталью, когда все механические операции над ней уже выполнены. Нагрев и охлаждение действуют на материал на уровне его кристаллической структуры. Кроме твердости металл или сплав может приобрести устойчивость к деформации и антикоррозионные свойства.

Самым популярным сплавом для услуг по термообработке была и остается сталь. В процессе ее нагрева и по достижении "порога" в +727 градусов она переходит в аустенитное состояние, при котором углерод и железо образуют сплошную структуру. Если охладить раскаленную сталь быстро, она не изменит достигнутой кондиции, а вместе с ней приобретет твердость и хрупкость. При медленном остывании её структура вернется в первоначальное состояние, но прочностные характеристики улучшатся.

По способам воздействия на металл термическая обработка может быть:

• только температурной - связанной с нагреванием и охлаждением металла;
• термомеханической - при ней материал не просто нагревается, а меняет форму в результате механического воздействия. К такой технологии относится, в частности, горячая прокатка;
• химико-термической - в этом случае металл проходит не только нагрев, но и обработку реактивами.

К технологиям термической обработки традиственно относят отжиг, закалку, нормализацию, отпуск и воздействие холодом. Каждая из методик имеет свои нюансы. О них мы расскажем прямо сейчас.

В этой статье мы уже упомянули закалку как самую древнюю из услуг термообработки металла. Ее особенность в том, что материал не просто нагревают, а доводят его температуры, пограничной с порогом плавления. Но это не последнее испытание для заготовки: далее ее остужают, причем резко. Охлаждающей средой может быть не только жидкость, но и водяной туман, и даже сжатый воздух.

партия деталей после термообработки металла

Самый элементарный вариант закалки предполагает разовые нагрев и охлаждение с применением одной из рабочих сред. Он занимает минимум времени, но может быть вреден для металлов с высоким содержанием углерода: при резком охлаждении они способны растрескаться.

При многоступенчатой закалке перед тем, как воздействовать на материал охладителем, нагретый металл погружают в соляную ванну и дают ему "привыкнуть" к высокой температуре. Разновидностью этой методики становится так называемая "светлая" закалка, при которой раствор ванны дополняется хлористым натрием.

Не менее интересны услуги по термообработке металла методом самоотпуска, при котором на металл воздействуют охладителем очень ограниченный период времени. Как следствие его верхние слои остывают, а нижние остаются горячими и постепенно доходят до температуры верхних сами. После времени, отведенного на этот процесс, проводится дополнительное охлаждение детали в жидкости.

При работе с закалкой важно правильно выбрать не только способ охлаждения, но и среду, в которой оно будет происходить. Вода, известная с незапамятных времен, сегодня считается агрессивной и способной повредить металл. Поэтому в качестве жидкой среды всё чаще выбирают масло.

Процедура отжига менее критична, ведь в этом случае услуги термической обработки металла сводятся к его нагреву и постепенному естественному охлаждению. Такая, казалось бы, простая процедура намного улучшает исходные характеристики заготовки, потому что:

• приводит материал к ровной и однородной структуре;
• улучшает его механические свойства;
• делает его более пластичным;
• повышает показатели сопротивляемости, в то же время снижая процент внутреннего сопротивления при обработке металла давлением.

По условиям и назначению процесса отжиг может быть полным или неполным. При полном материал нагревают до критических температур, при неполном допускается нагрев не более чем до 770 градусов. И в том, и в другом случае охлаждение может проводиться только на открытом воздухе или с предварительным "томлением" заготовки в печи.

Кроме быстрого охлаждения в некоторых случаях применяется ступенчатый метод, когда на металл воздействуют охладителем, нагретым до порядка +200-300 градусов, а затем дают заготовке окончательно остыть естественным путем. Кстати, нагрев тоже может быть поэтапным - двухступенчатым: его выполняют на финишной стадии, чтобы стабилизировать размеры детали. Такая технология называется старением, или дисперсионным твердением.

При нормализации сталь нагревают до нужной температуры, выдерживают небольшой период времени, а затем охлаждают. Но в отличие от отжига - не в печи, а на открытом воздухе. В услугах по термообработке нормализация часто играет роль не предварительной или финишной, а промежуточной операции над заготовкой.

По сравнению с предыдущими видами термообработки стали услуги отпуска более дешевы, так как работы с температурными максимумами он не требует. При так называемом низком отпуске материал накаляется не более чем до 200 градусов, при высоком предел нагрева может начинаться от +350 и достигать +600.

Чем выше температура, тем больше увеличивается вязкость металла. При высоком отпуске он достигает максимальной пластичности в сочетании с прочностью и твердостью. Заготовки, обработанные таким способом, используются для изготовления деталей к ключевым узлам и механизмам.

Суть отпуска в том, что нагретую заготовку охлаждают не сразу, а на определенный срок оставляют под высокими температурами и только затем помещают в среду с комнатной температурой для "самоохлаждения". Назначение отпуска - в повышении прочностных характеристик металла.

Но термические операции не всегда связаны с нагревом детали. Над ней можно провести и прямо противоположную операцию: охлаждение на грани "экстрима" при помощи погружения детали в жидкий азот. Что в данном случае происходит с металлом, наглядно представляет себе каждый, кто смотрел блокбастер "Терминатор-2: восстание машин".

подготовка изделий к термообработке металла

Деталь проводит некоторое время в веществе, температура которого равна -195 градусам, а затем, заледеневшая, казалось бы, намертво, нагревается при комнатной температуре. Металл может оставаться в "замороженном" состоянии на срок более суток. Такую услугу предлагают далеко не все предприятия, поэтому стоимость термообработки металла за кг в этом случае оговаривается с заказчиком индивидуально.

Криогенная обработка металла решает следующие задачи:

• повышает твердость и прочность материала, его стойкость к износу;
• помогает ему сохранить форму;
• наделяет его ударной прочностью;
• гарантирует более длительный срок эксплуатации.

Проводится эта операция как финишная. Ее широко используют в производстве деталей для машиностроения, сборки электроники, нужд оборонной промышленности и даже для изготовления музыкальных инструментов.

Термический цех не случайно оборудуют как особый участок производства: он имеет достаточно сложное и занимающее большие площади оснащение. Если представить услуги по термообработке как систему, ее частями становятся:

• аппараты для нагревания металла;
• емкости, где происходит закалка;
• приспособления, в которых будут образовываться и подаваться в рабочую зону жидкости (например, щелочи и соляные растворы);
• измерительные приборы;
• устройства для транспортировки заготовок до и после обработки.

Важнейшим звеном этой цепи становится, конечно, печь. По способам нагрева и подачи тепла печи могут быть индукционными, электрическими, газовыми, дуговыми и муфельными.

В зависимости от целей производства термообработка металла может использоваться как самостоятельная технология или быть всего лишь одним звеном производственной цепи. В наших возможностях провести температурную обработку вашего проката любым из перечисленных выше способов, а также изготовить из него детали "под ключ": с предварительными и финишными операциями.

Хотите, чтобы детали прослужили долго и никогда вас не подводили? Обращайтесь за их производством и услугами по термообработке к нашим исполнителям заказов на металлообработку! Мы гарантируем:

• высокое качество всех операций, тщательный контроль каждой из них;
• строгое соблюдение графика;
• вашу экономию, если вы обращаетесь к нам с заказом большого объема.
• конкурентные цены, которые порадуют любого заказчика;
• возможность обработки любых материалов - от чугуна до цветмета;
• высокую скорость и серийность;
• возможность оперативной доставки в любую точку России.

Ждем ваших заказов!