Тэрмічная апрацоўка сплаваў. віды тэрмаапрацоўкі

Тэрмаапрацоўка сплаваў з'яўляецца неад'емнай часткай вытворчага працэсу чорнай і каляровай металургіі. У выніку такой працэдуры металы здольныя змяніць свае характарыстыкі да неабходных значэнняў. У дадзеным артыкуле мы разгледзім асноўныя віды тэрмаапрацоўкі, якія прымяняюцца ў сучаснай прамысловасці.

Сутнасць тэрмічнай апрацоўкі

У працэсе вытворчасці паўфабрыкаты, металічныя дэталі падвяргаюцца тэрмічнай апрацоўцы для надання ім патрэбных уласцівасцяў (трываласці, ўстойлівасць да карозіі і зносу і т. Д.). Тэрмічная апрацоўка сплаваў - гэта сукупнасць штучна створаных працэсаў, у ходзе якіх у сплавах пад дзеяннем высокіх тэмператур адбываюцца структурныя і фізіка-механічныя змены, але захоўваецца хімічны склад рэчывы.

прызначэнне тэрмаапрацоўкі

Металічныя вырабы, якія выкарыстоўваюцца штодня ў любых галінах народнай гаспадаркі, павінны адказваць высокім патрабаванням ўстойлівасці да зносу. Метал, як сыравіну, мае патрэбу ва ўзмацненні патрэбных эксплуатацыйных уласцівасцяў, якіх можна дамагчыся уздзеяннем на яго высокімі тэмпературамі. Тэрмічная апрацоўка сплаваў высокімі тэмпературамі зьмяняе першапачатковую структуру рэчывы, пераразмяркоўвае складнікі яго кампаненты, пераўтворыць памер і форму крышталяў. Усё гэта прыводзіць да мінімізацыі ўнутранага напружання металу і такім чынам павышае яго фізіка-механічныя ўласцівасці.

Віды тэрмічнай апрацоўкі

Тэрмаапрацоўка металічных сплаваў зводзіцца да трох немудрагелістым працэсам: нагрэву сыравіны (паўфабрыката) да патрэбнай тэмпературы, вытрымліванне яго ў зададзеных умовах неабходны час і хуткаму астуджэнню. У сучасным вытворчасці выкарыстоўваецца некалькі відаў тэрмаапрацоўкі, якія адрозніваюцца паміж сабой некаторымі тэхналагічнымі асаблівасцямі, але алгарытм працэсу ў агульным ўсюды застаецца аднолькавым.

Па спосабе здзяйснення тэрмічная апрацоўка бывае наступных відаў:

• Тэрмічная (загартоўка, адпачынак, адпал, старэнне, крыягенная апрацоўка).
• Тэрма-механічная ўключае апрацоўку высокімі тэмпературамі ў спалучэнні з механічным уздзеяннем на сплаў.
• Хіміка-тэрмічная мае на ўвазе тэрмічную апрацоўку металу з наступным узбагачэннем паверхні вырабы хімічнымі элементамі (вугляродам, азотам, хромам і інш.).

адпал

Адпал - вытворчы працэс, пры якім металы і сплавы падвяргаюцца награванню да зададзенага значэння тэмпературы, а затым разам з печчу, у якой адбывалася працэдура, вельмі павольна натуральным шляхам астываюць. У выніку адпалу атрымоўваецца ліквідаваць неаднастайнасці хімічнага складу рэчывы, зняць ўнутрана напружанне, дамагчыся крупчастай структуры і палепшыць яе як такую, а таксама знізіць цвёрдасць сплаву для палягчэння яго далейшай перапрацоўкі. Адрозніваюць два выгляду адпалу: адпал першага і другога роду.

Адпал першага роду мае на ўвазе тэрмічную апрацоўку, у выніку якой змены фазавага стану сплаву нязначныя ці адсутнічаюць зусім. У яго таксама ёсць свае разнавіднасці: гамагенізаваны - тэмпература адпалу складае 1100-1200, у такіх умовах сплавы вытрымліваюць на працягу 8-15 гадзін, рекристаллизационный (пры t 100-200) адпал прымяняецца для клёпаной сталі, то ёсць дэфармаванай ужо будучы халоднай.

Адпал другога роду прыводзіць да значным фазавым зменаў сплаву. Ён таксама мае некалькі разнавіднасцяў:

• Поўны адпал - нагрэў сплаву на 30-50 вышэй крытычнай тэмпературнай адзнакі, характэрнай для дадзенага рэчыва і астуджэнні з названай хуткасцю (200 / гадзіну - вугляродзістыя сталі, 100 / гадзіну і 50 / гадзіну - низколегированные і высоколегированные сталі адпаведна).
• Няпоўны - нагрэў да крытычнай кропкі і павольнае астуджэнне.
• Дыфузійных - тэмпература адпалу 1100-1200.
• Ізатэрмічны - нагрэў адбываецца гэтак жа, як пры поўным адпале, аднак пасля гэтага праводзяць хуткае астуджэнне да тэмпературы некалькі ніжэй крытычнай і пакідаюць астываць на паветры.
• Нармалізаваць - поўны адпал з наступным астуджэннем металу на паветры, а не ў печы.

загартоўка

Загартоўка - гэта маніпуляцыя са сплавам, мэтай якой з'яўляецца дасягненне мартенситного ператварэння метал, якое забяспечвае паніжэнне пластычнасці вырабы і павышэнне яго трываласці. Загартоўка, роўна як і адпал, мяркуе нагрэў металу ў печы вышэй крытычнай тэмпературы да тэмпературы загартоўкі, адрозненне складаецца ў большай хуткасці ахладжэння, якое адбываецца ў ванне з вадкасцю. У залежнасці ад металу і нават яго формы ўжываюць розныя віды загартоўкі:

• Загартоўка ў адным асяроддзі, гэта значыць у адной ванне з вадкасцю (вада - для буйных дэталяў, алей - для дробных дэталяў).
• Перарывістая загартоўка - астуджэнне праходзіць два паслядоўных этапы: спачатку ў вадкасці (больш рэзкім ахаладжальніку) да тэмпературы прыблізна 300, затым на паветры або ў іншы ванне з маслам.
• Ступеністая - па дасягненні вырабам тэмпературы загартоўкі, яго астуджаюць нейкі час у расплаўленых солях з наступным астуджэннем на паветры.
• Ізатэрмічны - па тэхналогіі вельмі падобная на ступеністую загартоўку, адрозніваецца толькі часам вытрымкі вырабы пры тэмпературы мартенситного ператварэння.
• Загартоўка з самоотпуском адрозніваецца ад іншых відаў тым, што нагрэты метал астуджаюць не цалкам, пакінуўшы ў сярэдзіне дэталі цёплы ўчастак. У выніку такой маніпуляцыі выраб набывае ўласцівасці падвышанай трываласці на паверхні і высокай глейкасці ў сярэдзіне. Такое спалучэнне вельмі неабходна для ўдарных інструментаў (малаткі, зубілы і інш.)

адпачынак

Адпачынак - гэта завяршальны этап тэрмічнай апрацоўкі сплаваў, які вызначае канчатковую структуру металу. Асноўная мэта адпачынку з'яўляецца зніжэнне далікатнасці металічнага вырабы. Прынцып заключаецца ў нагрэве дэталі да тэмпературы ніжэй крытычнай і астуджэнні. Паколькі рэжымы тэрмічнай апрацоўкі і хуткасць астуджэння металічных вырабаў рознага прызначэння могуць адрознівацца, то вылучаюць тры віду адпачынку:

• Высокі - тэмпература нагрэву ад 350-600 да значэння ніжэй крытычнай. Дадзеная працэдура часцей за ўсё выкарыстоўваецца для металічных канструкцый.
• Сярэдні - тэрмаапрацоўка пры t 350-500, распаўсюджаная для спружынных вырабаў і рысор.
• Нізкі - тэмпература нагрэву вырабы не вышэй за 250 дазваляе дасягнуць высокай трываласці і зносаўстойлівасці дэталяў.

старэнне

Старэнне - гэта тэрмічная апрацоўка сплаваў, якая абумаўляе працэсы распаду пересыщенного металу пасля загартоўкі. Вынікам старэння з'яўляецца павелічэнне межаў цвёрдасці, цякучасці і трываласці гатовага вырабы. Старэнню падвяргаюцца не толькі чыгун, але і каляровыя металы, у тым ліку і лёгка дэфармаваны алюмініевыя сплавы. Калі металічны выраб, падвергнутае загартоўцы вытрымаць пры звычайнай тэмпературы, у ім адбываюцца працэсы, якія прыводзяць да самаадвольнага павелічэнню трываласці і памяншэння пластычнасці. Гэта называецца натуральнае старэнне металу. Калі гэтую ж маніпуляцыю прарабіць ва ўмовах падвышанай тэмпературы, яна будзе называцца штучным старэннем.

крыягенная апрацоўка

Змены структуры сплаваў, а значыць, і іх уласцівасцяў можна дамагчыся не толькі высокімі, але і вельмі нізкімі тэмпературамі. Тэрмічная апрацоўка сплаваў пры t ніжэй за нуль атрымала назву крыягеннай. Дадзеная тэхналогія шырока выкарыстоўваецца ў самых розных галінах народнай гаспадаркі ў якасці дадатку да тэрмаапрацоўкі з высокімі тэмпературамі, паколькі дазваляе істотна знізіць выдаткі на працэсы тэрмічнага ўмацаванне вырабаў.

Крыягенная апрацоўка сплаваў праводзіцца пры t -196 ў адмысловым крыягенных працэсары. Дадзеная тэхналогія дазваляе істотна павялічыць тэрмін службы апрацаванай дэталі і антыкаразійныя ўласцівасці, а таксама выключыць неабходнасць паўторных апрацовак.

тэрмамеханічная апрацоўка

Новы метад апрацоўкі сплаваў спалучае ў сабе апрацоўку металаў пры высокіх тэмпературах з механічнай дэфармацыяй вырабаў, якія знаходзяцца ў пластычным стане. Тэрмамеханічная апрацоўка (ТМА) па спосабе здзяйснення можа быць трох відаў:

• Нізкатэмпературная ТМА складаецца з двух этапаў: пластычнай дэфармацыі з наступным загартоўкай і адпачынкам дэталі. Галоўнае адрозненне ад іншых відаў ТМА - тэмпература нагрэву да аустенитного стану сплаву.
• Высокатэмпературных ТМА мае на ўвазе нагрэў сплаву да мартенситного стану ў спалучэнні з пластычнай дэфармацыяй.
• Папярэдняя - дэфармацыя вырабляецца пры t 20 з наступнай загартоўкай і адпачынкам металу.

Хіміка-тэрмічная апрацоўка

Змяніць структуру і ўласцівасці сплаваў магчыма і з дапамогай хіміка-тэрмічнай апрацоўкі, якая спалучае ў сабе тэрмічнае і хімічнае ўздзеянне на металы. Канчатковай мэтай дадзенай працэдуры акрамя надання падвышанай трываласці, цвёрдасці, зносаўстойлівасці вырабы з'яўляецца і наданне дэталі кіслотоустойчівості і вогнеўстойлівасці. Да дадзенай групы ставяцца наступныя віды тэрмаапрацоўкі:

• Цэментацыяй праводзіцца для надання паверхні вырабы дадатковай трываласці. Сутнасць працэдуры заключаецца ў насычэнні металу вугляродам. Цэментацыяй можа быць выканана двума спосабамі: цвёрдая і газавая цэментацыяй. У першым выпадку апрацоўваны матэрыял разам з вуглём і яго актыватарам змяшчаюць у печ і награваюць да пэўнай тэмпературы з наступнай вытрымкай яго ў дадзенай асяроддзі і астуджэннем. У выпадку з газавай цэментацыяй выраб награваецца ў печы да 900 пад бесперапыннай бруёй углеродосодержащего газу.
• Азатавання - гэта хіміка-тэрмічная апрацоўка металічных вырабаў шляхам насычэння іх паверхні ў азотных асяроддзях. Вынікам дадзенай працэдуры становіцца павышэнне мяжы трываласці дэталі і павелічэнне яго каразійнай устойлівасці.
• Цианирование - насычэнне металу адначасова і азотам і вугляродам. Асяроддзе можа быць вадкай (расплаўленыя углерод- і азотазмяшчальныя солі) і газападобнай.
• Дыфузійная металізацыя ўяўляе сабой сучасны метад надання металічным вырабам цеплатрывалую, кіслотоустойчівості і зносаўстойлівасці. Паверхню такіх сплаваў насычаюць рознымі металамі (алюміній, хром) і металлоидами (крэмній, бор).

Асаблівасці тэрмічнай апрацоўкі чыгуну

Ліцейныя сплавы чыгуну упадаюць тэрмічнай апрацоўцы па некалькі іншай тэхналогіі, чым сплавы каляровых металаў. Чыгун (шэры, высокатрывалы, легаваны) праходзіць наступныя віды тэрмаапрацоўкі: адпал (пры t 500-650), нармалізацыя, загартоўка (бесперапынная, ізатэрмічны, павярхоўная), адпачынак, азатавання (шэрыя чыгуны), алитирование (перлитные чыгуны), храмаванне. Усе гэтыя працэдуры ў выніку значна паляпшаюць ўласцівасці канчатковых вырабаў чыгуну: павялічваюць эксплуатацыйны тэрмін, выключаюць верагоднасць ўзнікнення расколін пры выкарыстанні вырабы, павышаюць трываласць і жаростойкость чыгуну.

Тэрмаапрацоўка каляровых сплаваў

Каляровыя металы і сплавы валодаюць выдатнымі адзін ад аднаго ўласцівасцямі, таму апрацоўваюцца рознымі метадамі. Так, медныя сплавы для выраўноўвання хімічнага складу падвяргаюцца рекристаллизационному адпалу. Для латуні прадугледжана тэхналогія нізкатэмпературнага адпалу (200-300), паколькі гэты сплаў схільны пры вільготным асяроддзі да самаадвольнага парэпання. Бронза падвяргаецца гамагенізацыі і адпалу пры t да 550. Магній аджыгае, загартоўваюць і падвяргаюць штучнаму старэнню (натуральнае старэнне для загартаванага магнію не адбываецца). Алюміній, роўна як і магній, падвяргаецца тром метадам тэрмаапрацоўкі: адпалу, загартоўцы і старэнню, пасля якіх дэфармуемага алюмініевыя сплавы значна павышаюць сваю трываласць. Апрацоўка тытанавых сплаваў ўключае: рекристаллизационный адпал, загартоўку, старэнне, азатавання і цэментацыяй.

рэзюмэ

Тэрмічная апрацоўка металаў і сплаваў з'яўляецца асноўным тэхналагічным працэсам, як у чорнай, так і ў каляровай металургіі. Сучасныя тэхналогіі размяшчаюць мноствам метадаў тэрмаапрацоўкі, якія дазваляюць дамагчыся патрэбных уласцівасцяў кожнага віду апрацоўваных сплаваў. Для кожнага металу ўласцівая свая крытычная тэмпература, а гэта значыць, што тэрмаапрацоўка павінна праводзіцца з улікам структурных і фізіка-хімічных асаблівасцяў рэчывы. У канчатковым выніку гэта дасць магчымасць не толькі дасягнуць патрэбных вынікаў, але і ў значнай ступені рацыяналізаваць вытворчыя працэсы.