Термическая обработка металлических материалов

Термической обработкой называется совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и структуры.

Термической обработке подвергают слитки, отливки, полуфабрикаты, сварные соединения, детали машин, инструменты.

Термическая обработка является одним из наиболее распространенных в технике способов получения заданных свойств металла. Термическая обработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием и т.д., либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень физико-механических свойств детали.

Так как основными факторами любого вида термической обработки являются температура и время, то режим термообработки обычно представляют графиком в координатах t-t или t-lgt, где t – температура, t - время. Угол наклона характеризует скорость нагрева или охлаждения.

В результате термической обработки в сплавах происходят структурные изменения.

После термообработки металлические сплавы могут находиться в равновесном (стабильном) и неравновесном (метастабильном) состоянии.

Равновесное состояние достигается тогда, когда полностью завершаются все протекающие в сплавах процессы. При этом строение сплава будет соответствовать диаграмме состояния.

Неравновесное состояние получается при условиях, препятствующих полному завершению протекающих процессов. Примером сохраняющихся длительное время неравновесных состояний являются наклеп, неоднородность химического состава вследствие ликвации, структура булатной стали. Увеличение теплового движения атомов при нагреве способствует переходу в равновесное состояние.

Общая длительность нагрева металла при термической обработке t_общ складывается из времени собственно нагрева до заданной температуры t_Н и времени выдержки при этой температуре t_В:

t_общ=t_Н+t_В

Время нагрева зависит от типа нагревательного устройства (пламенная или электрическая печь, соляная печь, установка ТВЧ, лазерная установка и т.д.), размеров деталей, их укладки в печи.

Время выдержки зависит от скорости протекания фазовых превращений.

Охлаждение при термообработке производится с различной скоростью:

– с печью (v_охл.»200 град/час),

– на воздухе (v_охл.»30 град/сек),

– в масле (v_охл.»150 град/сек),

– в воде (v_охл.»600 град/сек),

– в растворах солей и щелочей (v_охл. до 1000 град/сек).

Выбор охлаждающей среды зависит от цели проводимой термической обработки.