Все виды термической обработки в зависимости от назначения делятся на предварительные и окончательные.
Предварительная термообработкапроводится для улучшения обрабатываемости материала режущим инструментом, повышения его пластичности, снятия внутренних напряжений и улучшения структуры.
Предварительной термообработке подвергаются заготовки деталей машин. К видам предварительной термической обработки, как правило, относятся: отжиг, нормализация.
Краткая характеристика видов предварительной термической обработки и область их применения представлены в таблице 1.
Окончательная (упрочняющая) термообработкапроводится для придания требуемых эксплуатационных характеристик (твердость, износостойкость и т.д.) поверхностям деталей машин.
Все детали, подвергаемые окончательной (упрочняющей) термообработке, можно разделить на две группы. К первой группе относятся детали, работающие на трение, поэтому проведенная термообработка должна обеспечить необходимую твердость, износостойкость поверхностного слоя. Ко второй группе относятся детали, испытывающие при работе значительные нагрузки различного характера: растягивающие, изгибающие, крутящие, контактные.
В деталях, испытывающих в процессе эксплуатации растягивающие и сжимающие нагрузки, напряжения по сечению распределены более или менее равномерно. Для таких деталей применяют сквозную закалку и отпуск.
В деталях, работающих на изгиб, кручение или при высоких контактных нагрузках, сквозное упрочнение сечения не обязательно, но, желательно поверхностное упрочнение при сохранении вязкой сердцевины.
Краткая характеристика видов окончательной термической обработки и область их применения представлены в таблице 2.
Таблица 1. Виды предварительной термической обработки
Наименование
обработки
| Краткая характеристика и применение
| Режим
|
|
|
|
Отжиг
| Медленное охлаждение нагретой стали
(с печью, в горячей золе, песке, цементе и т.п.). В зависимости от температуры нагрева подразделяется на полный, неполный, диффузионный и рекристаллизационный
| Скорость охлаждения до 50- 100°С/час для углеродистых и 20- 60°С/час для легированных сталей, затем на воздухе
|
Полный отжиг
| Выравнивает структуру по всей площади
сечения; снижает твердость и облегчает обрабатываемость; снимает внутренние напряжения; ликвидирует перегрев, измельчая структуру. Применяется для поковок и отливок только из доэвтектоидных сталей
| Температура нагрева на 30-50°С выше АС3
|
Неполный отжиг
(сфероидизация)
| Обеспечивает получение зернистого перлита, обладающего лучшей обрабатываемостью, чем пластинчатый перлит. Применяется только для эвтектоидных и заэвтектоидных сталей
| Температур нагрева на 10-20°С выше АС1
|
Диффузионный
отжиг (гомоге- низационный)
| Выравнивает химический состав по всему
сечению. Отливки из легированных доэв- тектоидных сталей
| Температура нагрева 1100- 1200°С с длительной выдержкой
|
Рекристаллизаци
онный отжиг
| Снимает наклеп, увеличивая пластичность и уменьшая твердость, улучшает обрабатываемость. Все стали после холодной штамповки либо грубой механической обработки
| Температура нагрева на 20-50°С ниже АС1
(на100-150 0С выше температуры рекристаллизации)
|
Нормализация
| Выравнивает и измельчает структуру;
улучшает механические свойства стали; разрушает карбидную сетку у заэвтектоидных сталей. Применяется после горячей или грубой механической обработки стали, перед цементацией
| Нагрев на 30-50°С выше АС3 (Асm), охлаждение на
спокойном воздухе
|
Рекомендуемый вид окончательной термообработки для различных деталей машин представлен соответственно в приложении 4.
Таблица 2. Виды окончательной термической обработки
Наименование
обработки
| Краткая характеристика
и применение
| Режим
| |
|
|
| |
Закалка
| Охлаждение стали, нагретой до температу-
ры выше АС1, АС3. Повышает твердость, прочность и износостойкость; измельчает структуру. Стали с содержанием углерода менее 0,3% перед закалкой подвергаются поверхностному науглероживанию (цемен- тации), а с содержанием углерода 0,3% и более закаливает без дополнительной обра- ботки. В зависимости от температуры на- грева закалка подразделяется на полную и неполную. Широко применяется для всех групп сталей
| Скорость охлаж-
дения и охлаж- дающая среда (вода, масло, воз- дух и т.п.) назна- чаются в зависи- мости от химиче- ского состава ста- ли и требований, предъявляемых к детали
| |
Полная закалка
| Применяется для эвтектоидных и доэвтек-
тоидных сталей, обеспечивая максимально возможную твердость
| Температура нагрева на 30-50°С выше АС3
| |
Неполная закалка
| Применяется для заэвтектоидных сталей,
обеспечивая им максимально возможную
твердость
| Температура нагрева на 30-50°С выше АС1
| |
Поверхностная
закалка
| Повышает твердость только поверхностного
слоя. Применяется в тех случаях, когда не-
обходима высокая износостойкость поверх- ности и мягкая сердцевина детали
| Нагрев поверхностного слоя при помощи токов высокой частоты (ТВЧ) или горелок до температуры выше АС3 с последующим быстрым охлаждением
| |
Отпуск
| Производится немедленно после закалки, с
целью придания стали необходимых меха-
нических свойств. В зависимости от темпе- ратуры нагрева подразделяется на: низкий, средний и высокий
| Нагрев ниже АС1, охлаждение на воздухе
| |
Низкий отпуск
| Понижает внутренние напряжения, возникшие в процессе закалки, без заметного снижения твердости и хрупкости. Режущий инструмент, не подвергающийся ударам; измерительный инструмент; поверхности деталей, работающих в условиях трения
| Температура на-
грева 150-250°С.
Для специальных
легированных сталей интервал температур иной
| |
Средний отпуск
| Снижает внутренние напряжения и хрупкость, возникшие в процессе закалки, при
некотором понижении твердости. Режущий
инструмент, подвергающийся ударным на-
грузкам; пружины, рессоры
| Температура нагрева 300-500°С. Для специальных легированных
сталей интервал
температур иной
| |
Высокий отпуск
| Снижает внутренние напряжения и хрупкость, возникшие в процессе закалки; увеличивает вязкость и значительно понижает твердость; после высокого отпуска возможна обработка лезвийным инструментом. Ответственные детали машин; валы, шатунные болты и т.п.
| Температура нагрева 500-700°С. Для специальных легированных сталей интервал температур иной
|
|
|
|
Улучшение
| Двойная термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска
| См. закалку и вы-
сокий отпуск
|
Искусственное
старение (преры-
вистое)
| Стабилизирует размеры детали. Применяется после отпуска при обработке особо точных изделий, например, калибров, прецизионных деталей топливной аппаратуры
| Нагрев до 110-140°С, выдержка 2-3 часа, охлаждение в масле при 20-25°С. Операция повторяется 3-4 раза. Иногда заменяется выдержкой до 100ч
|
Обработка холодом
| Увеличивает твердость, переводя остаточный аустенит в мартенсит. Применяется немедленно после закалки (до отпуска) для деталей ответственного назначения и инструмента, изготовленных из углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода свыше 0,6%. После обработки холодом необходим низкий отпуск
| Температура охлаждения от –20
до – 100°С в зависимости от химического состава стали
|
Цементация
(науглерожива-
ние)
| Насыщение поверхностного слоя детали углеродом до концентрации 0,8-1%. Обеспечивает получение (после закалки) изделия с высокой твердостью и износостойкостью на поверхности и с вязкой сердцевиной. При- меняется для деталей, изготовленных из низкоуглеродистых сталей (до 0,25% углерода)
| Нагрев деталей в герметически закрытой среде твердого или газообразного кар- бюризатора до температуры 900-950 0С, выдержка с медленным охлаждением
|
Азотирование
| Насыщение поверхностного слоя детали азотом после предварительного улучшения.
Придает высокую твердость (80-85 HRA), износостойкость и коррозионную стойкость поверхностному слою изделия при мини- мальном его короблении и не требует по- следующей обработки
| Нагрев деталей в
атмосфере аммиа-
ка при 500-700°С с последующим охлаждением в парах аммиака до 100°С
|
Нитроцементация
| Одновременное насыщение поверхностного слоя детали N и С. В зависимости от температуры нагрева подразделяется на низкотемпературную (для повышения износостойкости режущего инструмента) и высокотемпературную (для создания износо- стойких деталей из малоуглеродистых легированных сталей)
| Температура нагрева: а) 550-600°С без последующей термообработки (низкотемпературная);
б) 850-870°С с последующей закалкой и низким отпуском (высокотемпературная)
|