Термическая обработка стали

Металлические изделия — символ повышенной прочности и надежности, но делает металл таким отнюдь не природная особенность материала, а термическая обработка. Она позволяет выдерживать колоссальную нагрузку и использовать изделия для нужд с высокими требованиями к прочности металла.

Современные виды термической обработки стали способны изменить в металле как физические, так и химические характеристики. Сегодня есть возможность добавлять туда такие вещества, как азот, бор, алюминий, хром и другие, которые изменяют конечные характеристики детали. Также применяют и различные способы термической обработки, позволяющие получить металл различного качества и параметров. По сути, термообработка стали является сменой циклов повышения и понижения температуры по заранее заданным параметрам.

Сталь после термической обработки увеличивает свою износостойкость. Повышается устойчивость к ржавлению, увеличивается срок ее эксплуатации и другие функциональные характеристики.

Отпуск

Отпуск стали является процессом нагрева и охлаждения металлических изделий до начала фазовых превращений. Он необходим для минимизации внутренних напряжений, которые могут негативно сказаться на параметрах конечного продукта. В большинстве случаев данный процесс является конечной фазой обработки металла после закалки.

Основные этапы состоят из нагрева, выдержки и охлаждения. В результате этого можно получить изделий с требуемыми характеристиками. Скорость охлаждения деталей зависит от запланированного результата и состава стали. Температура достигает в среднем +550...+650°C. По температуре отпуск стали подразделяют:

Низкий — подразумевает нагрев до +250°C. Позволяет достичь показателей 58–63 ед. по Роквеллу, но минус таких изделий — неустойчивость к динамическим нагрузкам.
Средний — температурный диапазон процесса +350...+500°C, твердость около 50 HRC. Используется для деталей с хорошей релаксационной стойкостью.
Высокий — термическая обработка стали, температура при которой достигает наивысших показателей +500…+650°C, является идеальной в соотношении таких показателей, как вязкость и прочность.

Данный вид термообработки применяется к среднеуглеродистым маркам, у которых необходимо повысить предел выносливости и ударную вязкость.

Отжиг

Отжигом стали называют термическую обработку материала для получения у него определенных качеств. Это одна из базовых операций в металлопрокате, она может быть как начальным, так и промежуточным этапом в череде технологических процессов. Подразделяется на отжиг первого и второго рода.

Отжиг первого рода имеет своей целью ликвидировать физическую и химическую неоднородность материала, которая возникает после сварки или резки. Различают:

гомогенизированный отжиг;
рекристаллизационный;
для снятия напряжений.

Термическая обработка углеродистых сталей отличается в зависимости того, с какой именно сталью происходит работа — легированной, полуфабрикатов или сварных изделий, отливок.

Отжиг второго рода происходит при температурах выше порога фазовых преобразований. Различается неполный, полный и изотермический.

Закалка

Закалка стали включает в себя процесс, состоящий из трех этапов — нагрева, выдержки и быстрого охлаждения. Часто применяется с другими видами термической обработки металлических изделий, в частности, отпуском. Комбинированные свойства термической обработки стали позволяют значительно улучшить характеристики изделий из недорогих марок, при этом позволяя не повышать себестоимость самого изделия, что очень выгодно для рынка металлопроката.

Назначение термической обработки стали состоит в следующем:

повышает прочность и твердость;
снижает пластичность до необходимого уровня;
используется с пустотелыми изделиями.

Термическая обработка деталей из стали предельно проста. На начальном этапе металлическое изделие нагревают до температуры, при которой изменяется состояние металла, после чего его выдерживают в этом диапазоне необходимое время. Затем происходит процесс охлаждения, скорость которого зависит от того, какую именно кристаллическую структуру необходимо получить. Углеродистые стали преимущественно закаливают с полиморфным превращением для получения мартенсита, цветные металлы — без полиморфного превращения.

В зависимости от глубины действия термическая обработка стали закалкой подразделяется на поверхностную и объемную. Поверхностная закалка проводится в тех случаях, когда есть высокие требования к твердости поверхности детали и вязкости сердцевины. Объемная закалка — это процесс, при котором твердость и поверхности, и сердцевины не слишком отличаются. Более востребован такой вид закалки в машиностроении.

Закалка — процесс не для всех марок стали. Если необходима измененная структура, термическая обработка стали может быть недоступна для данного вида сплава. Например, марки с процентным включением углерода менее 0,4% минимально меняют свои показатели даже при высоких температурах, что в результате не имеет особого значения. Для таких металлов данный способ термической обработки не применяется.

Закалка проводится различными способами и оборудованием. Среди способов можно упомянуть светлую, прерывистую в двух охлаждающих средах и закаливание с охлаждением в одной среде. Оборудованием для закаливания стали являются муфельные термопечи, различные установки, газоплазменные устройства, лазеры. В качестве охлаждающих сред выступают вода, масло, водополимерные смеси и другое.

Нормализация

Нормализация стали относится к видам отжига и заключается в доведении стали до Y-фазы и последующей выдержки и охлаждения в естественных условиях (на воздухе).

Востребован для:

низколегированных;
высокоуглеродистых;
среднеуглеродистых;
инструментальных марок стали.

Процесс нормализации на металлургических предприятиях происходит в несколько этапов:

нагрев доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей до нужной температуры (конкретный показатель зависит от наличия определенного количества углерода и легирующих компонентов) методом использования изотермических или термокинетических диаграмм;
выдержка — конкретное время нахождения металлического изделия в нагревательной камере при определенной температуре (данный шаг является необходимым и крайне важным, ведь в процессе выдержки происходит равномерный прогрев садки, завершаются необходимые превращения, конкретный показатель времени зависит от марки стали, размерных показателей и выбранной температуры);
охлаждение — обычно происходит в естественных условиях, но иногда может применять воздушный обдув, скорость охлаждения влияет непосредственно на структуру и полученные характеристики детали.

Ключевая цель термической обработки стали методом нормализации – добиться такой структуры, в которой заэвтектоидные стали с более 0,8% углерода представляют собой смесь сорбита и феррита, а доэвтектоидные (с уровнем менее 0,8%) – смесь перлита и феррита. Нормализация позволяет устранить дефекты стали, снизить порог хладноломкости, завершить полную фазу перекристаллизации и подготовить ее к резке.

Криогенная термообработка

Криогенная обработка представляет собой способ термического упрочнения металлической продукции путем воздействия на них низких температур (- 196°C).

Преимущества криогенной обработки стали состоят в следующем:

повышается износостойкость и твердость изделия по шкале Роквелла;
улучшается показатель формоустойчивости, поскольку аустенит превращается в мартенсит;
увеличивает ударная прочность стали за счет увеличения числа карбидов.

Данный способ обработки способен изменять структуру металла и его свойства. Охлаждение металлического изделия проходит несколько этапов:

охлаждение объекта до указанной температуры;
выдержка в течение определенного времени в холоде;
нагрев до комнатной температуры с определенной скоростью.

Конечный результат зависит от последовательности видов термического воздействия. Если криогенная обработка идет первой стадией и предшествует дальнейшей закалке и отпуску, то ее делают с целью усиления показателей обрабатываемости материала, уменьшения пластичности и увеличения твердости. Более востребованным в металлообработке являются процессы термической обработки стали, когда воздействие низких температур используется после закалки сплава и перед отпуском, что позволяет исправить значительные перепады остаточного аустенита в изделии.

Химико-термическая обработка

Применяется методика химико-термической обработки в том случае, если необходимо изменить состав слоя металла. К данному виду технологических процессов относят:

цементацию — обогащение углеродом, в результате чего у металла появляется более мягкая середина и твердые внешние поверхности;
азотирование — обогащение азотом, позволяющее повысить износостойкость изделия и его коррозионную стойкость;
алитирование — насыщение алюминием, что делает изделие устойчивым к агрессивным средам;
хромирование — процесс насыщения хромом, который придает твердость и стойкость к коррозии, износу;
борирование — увеличение количества бора, что улучшает износостойкость изделия в щелочных и кислотных средах.

Термическая обработка сплавов и стали состоит в нагревании металлического изделия и выдержке его в активных средах, что позволяет добавить в металл нужные химические элементы. В зависимости от количества химических элементов, которыми насыщают, процесс может быть однокомпонентным и многокомпонентным. Традиционно в металлургической промышленности используют цианирование, цементацию и азотирование.

Если вам необходима качественная сталь для вашего бизнеса, то компания «МОС ОБЛСТАЛЬ» – ваш идеальный выбор. С 2008 года мы удерживаем лидирующие позиции на рынке металлопроката, обеспечивая предприятия различных отраслей необходимым сырьём. Наше производство оснащено последними технологическими новинками, что позволяет нам выпускать продукцию, отвечающую высоким стандартам качества. С нами вы получаете не только сталь, но и гарантию надёжности в каждом изделии.