Технические жидкости: определение, классификация, применение, преимущества

СОЖ – что это? Состав, виды и преимущества использования.

При всех видах механической обработки металлов в зоне контакта инструмента с заготовкой действуют мощные силы трения и выделяется большое количество тепла. Это приводит к ухудшению качества обработки поверхностей, ускоренному износу инструментальной оснастки и оборудования, изменению свойств и структуры обрабатываемого металла из-за перегрева. Чтобы избежать негативных последствий, при токарной и других видах металлообработки рекомендуется применение СОЖ.

Что такое СОЖ?

Аббревиатура СОЖ в производстве и металлообработке расшифровывается как “смазочно-охлаждающая жидкость”, также употребляется термин СОТС — “смазочно-охлаждающие технологические средства”. СОЖ — это многокомпонентные составы, главным назначением которых является охлаждение и смазка инструментов и обрабатываемых деталей из черных и цветных металлов и сплавов. Они уменьшают трение и защищают инструменты и заготовку от перегрева и коррозии, эффективно удаляют абразивную пыль и мелкую стружку из рабочей зоны, предотвращают быстрый износ основных элементов оборудования.

Виды и характеристики СОЖ

Основными техническими характеристиками СОЖ являются плотность и вязкость, которые зависят от состава и определяют их смазывающие и охлаждающие качества. Также важным свойством охлаждающей жидкости является температура замерзания, определяющая условия, в которых возможно применение смазки.

В зависимости от состава, СОЖ подразделяются на две группы:

По форме выпуска различают концентраты и готовые к применению эмульсии. В особую группу можно выделить аэрозоль, применяемый на нестационарных рабочих местах.

Масляные СОЖ

Масляные СОЖ — это чистые минеральные масла (вязкость 2 — 40 мм2/с при 50°С) или с добавками разнообразных функциональных присадок (противозадирные, антифрикционные, антитуманные, антикоррозионные и пр.). Производятся из нефтепродуктов, в связи с чем относятся к горючим жидкостям.

Имеют отличные смазывающие свойства, но при этом отмечается ряд недостатков: низкая способность к охлаждению, испаряемость и высокий уровень пожарной опасности. Масляные смазочно-охлаждающие жидкости не требуют специального приготовления, они выпускаются готовыми к применению.

Выбор и применение СОЖ на масляной основе

Масляные СОЖ характеризуются показателями плотности, вязкости и температурой вспышки, что и является основными критериями выбора определенной марки смазочно-охлаждающей жидкости. Они традиционно используются при тяжелых режимах работы на металлорежущих станках — с низкими скоростями подачи и большой глубиной резания. Эмульсолы на основе минерального масла широко применяются при хонинговании, развертывании и сверлении, а также в случаях, когда уплотнение станка не позволяет использовать водосодержащие продукты.

Чистые минеральные масла без присадок имеют ограниченное применение и чаще всего применяются при простых работах с цветными металлами (бронза, латунь, медь), а также с углеродистыми сталями и чугуном. Для труднообрабатываемых материалов подходят масляные смазочно-охлаждающие жидкости более сложного состава с присадками.

Делая выбор между несколькими марками смазочно-охлаждающей жидкости с аналогичными характеристиками, специалисты рекомендуют отдать предпочтение тем продуктам, которые:

  • имеют более высокую прозрачность для лучшего обзора рабочей зоны
  • не образуют масляный туман и безопасные для персонала
  • не содержат хлора и при этом обладают высокими смазывающими свойствами и обеспечивают требуемое качество обработки

Синтетические и полусинтетические СОЖ

Водосмешиваемые СОЖ в своем составе содержат различные органические и неорганические вещества, среди которых: спирты, вода, эмульгаторы, электролиты, биоциды, ингибиторы коррозии, противозадирные присадки и пр.

Преимущества этого вида эмульсолов — невысокая стоимость, простота приготовления рабочих эмульсий, низкая пожароопасность, хорошие охлаждающие свойства. Недостатки — пенообразование, высокая степень биопоражения микроорганизмами и расходы на утилизацию.

Классификация водорастворимых СОЖ

Поставка водосмешиваемых эмульсолов осуществляется в виде концентрата, который используется для приготовления рабочих эмульсий непосредственно на месте применения. При этом обязательным условием получения качественного продукта является правильное разбавление концентрата водой — он добавляется в воду и тщательно перемешивается.

Эта группа включает три основных разновидности СОЖ с разной дисперсностью основного компонента:

  1. Эмульсионные: грубодисперсные продукты, получаемые путем разбавления водой эмульсолов, содержащих до 85% минеральных масел. Вследствие смешивания эмульсола и воды в концентрации 5-30% образуется эмульсия белого цвета, обладающая высокими смазывающими характеристиками.
  2. Полусинтетические: концентрированные продукты с коллоидной степенью дисперсии, содержат до 50% минеральных масел. Рабочий полупрозрачный раствор концентрацией 1-10% получают при смешивании с водой. Он в равной мере характеризуется хорошими смазывающими и охлаждающими свойствами.
  3. Синтетические: концентраты, не содержащие масел, имеют молекулярную степень дисперсности. Основные компоненты: поверхностно-активные вещества (ПАВ), вода, водорастворимые полимеры и присадки. Рабочий раствор в концентрации 1-10% обладает высокими охлаждающими свойствами.

Состав и характеристики СОЖ на водной основе

Водорастворимые СОЖ характеризуются отличными охлаждающими свойствами и поэтому подходят для высокоскоростных режимов обработки металлов. Кроме того, они дают возможность получить рабочий раствор различной концентрации, что расширяет применяемость данного вида эмульсолов в металлообработке.

Например, одна и та же марка смазочно-охлаждающей жидкости может использоваться для черновой механической обработки в концентрации 2-5%, а при выполнении особо трудных операций (глубокого зенкования, сверления и пр.) — в повышенных концентрациях до 8%. Синтетические СОЖ с невысокой концентрацией 1,5-2,5% обычно выбирают для шлифовальных операций.

Рекомендуемые концентрации и применяемость каждой марки СОЖ для определенного вида механической обработки приводятся в технической документации производителей. Точное соблюдение дозировок гарантирует стабильность готового раствора СОЖ и позволяет достичь максимально эффективной обработки металлов.

Выбор и применение СОЖ

Основными сферами применения смазывающе-охлаждающих жидкостей являются токарная и фрезерная обработка металлов. Эмульсол для металлообработки выбирается, исходя из конкретных условий производства: типа оборудования, применяемого инструмента, выполняемых технологических операций, материала заготовки, способа подачи рабочей эмульсии и пр.

СОЖ для токарных станков – какую выбрать?

Однозначного ответа на вопрос, какая СОЖ лучше для токарной обработки , нет: ее нужно выбирать с учетом скоростного режима и свойств обрабатываемого металла.

При высокоскоростной токарной обработке необходимо использовать СОЖ с улучшенными теплоотводящими и антифрикционными характеристиками.

Даже при обработке нержавеющих металлов в составе концентрата СОЖ, эмульсола или эмульсии для токарных станков должны быть специальные присадки для предотвращения коррозии инструмента и узлов оборудования.

В состав токарной эмульсии для обработки вязких металлов обязательно вводят антизадирные компоненты.

Как выбрать СОЖ для фрезерования?

Требования к СОЖ для фрезерных станков зависят от режима резания, материала инструмента и заготовки. Например:

при использовании фрез с твердосплавными пластинами они должны сочетать высокие смазочные и низкие охлаждающие свойства (фрезерование является прерывистым процессом, поэтому интенсивное охлаждение зоны реза приводит к образованию термических трещин на режущих кромках инструмента из-за резких перепадов температуры);

при обработке деталей из алюминия и нержавейки необходимо для улучшения качества обработки поверхностей следует применять СОЖ с антизадирными присадками.

Читайте также:
Деформация металла - физическая природа процесса и его виды

Особенности выбора СОЖ для шлифовальных станков

К СОЖ для шлифовки металлов предъявляются повышенные требования по пожаробезопасности, пено- и туманообразованию, содержанию опасных для здоровья персонала веществ.

Во время шлифования в рабочей зоне образуется большое количество мелкой стружки и абразивной пыли, что приводит к образованию царапин на обрабатываемых поверхностях. Поэтому для обеспечения высокого качества деталей необходимо выбирать СОЖ с улучшенными моющими свойствами.

СОЖ для сверления

Выбирая смазочно-охлаждающую жидкость для сверлильного станка, необходимо обязательно учитывать глубину отверстий: СОЖ для глубокого сверления должны обладать повышенными теплоотводящими и антифрикционными свойствами.

Для повышения качества обработки поверхностей отверстий в деталях из нержавеющей стали в состав СОЖ вводят компоненты, предотвращающие налипание металла на сверло.

Одним из важнейших требований к СОЖ при использовании твердосплавных сверл является содержание присадок, препятствующих выгоранию кобальта.

СОЖ для обработки металлов давлением

Подбор СОЖ для обработки металлов давлением осуществляют с учетом особенностей технологических режимов выполняемых процессов (прессование, горячая или холодная штамповка).

В основном для операций горячей штамповки применяются пожаробезопасные смазочно-охлаждающие жидкости на водной основе с графитом и без графита, а также масляные СОЖ с графитом. Эти продукты образуют термостойкую смазочную пленку с хорошими разделительными свойствами. Они уменьшают износ оборудования, предотвращая жесткий контакт матрицы и заготовки.

Широкое применение получило также специальное испаряющееся масло для штамповки, в состав которого входят особые полярные присадки (эфиры). Оно отличается невысокой вязкостью, легко наносится на рабочие поверхности, испаряется при нагреве и не требует последующей очистки.

Для холодной обработки металлов давлением выпускаются СОЖ на масляной основе со значительным содержанием различных присадок и смазочных добавок, придающих нужные эксплуатационные свойства — коррозионную устойчивость и износостойкость, хорошие противозадирные качества. Создаваемая защитная масляная пленка снижает трение, уменьшает дефекты и улучшает качество поверхности получаемой детали.

Марки и рейтинг СОЖ

Первые места в рейтинге СОЖ для металлообработки занимают продукты марок Henkel, Blaser, Cimcool – данные фирмы специализируются на выпуске смазочно-охлаждающих жидкостей. Для компаний Castrol, Shell, Mobil основным направлением является производство моторных масел, а выпуск СОТС для них – “побочное” дело. При этом стоимость СОЖ всех вышеперечисленных марок одинаково высока , в том числе из-за немалых затрат на доставку и растаможку.

Кроме того, под видом эмульсий и эмульсолов известных марок нередко продаются фальсификаты, опасные не только для оборудования, но и для здоровья людей.

Смазывающе-охлаждающие жидкости отечественного производства стоят значительно дешевле, но при этом обладают рядом недостатков, в числе которых:

  • быстрое расслоение, бактерицидное заражение и, как следствие, и потеря рабочих свойств;
  • коррозия и разрушение деталей станка, выполненных из цветных материалов;
  • вспенивание и выпадение осадка при использовании с жесткой водой;
  • аллергические реакции и другие проблемы со здоровьем у персонала;
  • высокая токсичность отработанной эмульсии и проблемы с её утилизацией.

При разработке нашей продукции мы учли эти факторы, поэтому концентрат СОЖ для металлообработки марки Oilсool полностью отвечает современным санитарно-гигиеническим требованиям, а пакет присадок Ecoboost 2000 обеспечивает высокие антикоррозионные, антифрикционные, противозадирные и другие важные эксплуатационные свойства. Производимые нами смазочно-охлаждающие жидкости ничем не уступают зарубежным аналогам и при этом стоят дешевле.

Когда требуется замена СОЖ

Замена эмульсола производится по истечению срока годности продукта, а также в тех случаях, когда в процессе использования его качество, внешний вид и эксплуатационные характеристики значительно ухудшились.

Как показывает практика, масляные эмульсолы имеют более длительный срок годности по сравнению с СОЖ на водной основе. Это объясняется тем, что вода является хорошей средой для развития всевозможных микроорганизмов, что приводит к снижению уровня кислотности рН и появлению неприятного запаха. Вредными факторами для водосмешиваемых СОЖ являются также повышенные температуры, загрязнение смазочными материалами и абразивами. Такая эмульсия теряет стабильность и свои свойства, становится более токсичной. Текущий контроль состояния СОЖ дает возможность своевременно выявить несоответствия и внести корректировки. Периодичность контроля устанавливается стандартами:

  • для масляных СОЖ: 1 раз в месяц
  • для полусинтетических и синтетических СОЖ: 1 раз в 2 недели
  • для эмульсионных СОЖ: 1 раз в неделю

Смазочно-охлаждающее технологическое средство и смазочно-охлаждающая жидкость: классификация и назначение

При обработке металлов резанием применяются смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС). В процессе изготовления множества металлических конструкций может использоваться разновидность СОТС – смазочно-охлаждающая жидкость.

Статьи

Уменьшить нагрузку на рабочий инструмент, валки и штампы при резании металла; охладить их и снизить интенсивность изнашивания основные функции смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС). Это, в свою очередь,помогает добиться высококачественной обработки поверхностей. Кроме того, СОТС обладают дополнительными возможностями. С их помощью можно удалить абразивные загрязнения и стружку из мест резания. СОТС также предотвращают появление коррозии на рабочем инструменте и обрабатываемой заготовке.

На эти вопросы постараемся ответить в данной статье.

Типы СОТС

В зависимости от агрегатного состояния различают СОТС 4-х типов:

  • газообразные;
  • пластичные;
  • твердые;
  • жидкие (смазочно-охлаждающие жидкости, СОЖ).

Газообразные СОТС представляют собой газы – активные (например, воздух, кислород, углекислый газ) или нейтральные (такие, как азот, гелий, аргон). В процессе обработки металлических поверхностей происходит взаимодействие активных газов с металлом, в результате чего на нем образуется оксидная пленка. Эта пленка обеспечивает дополнительную защиту поверхностей от износа. Ввиду трудоемкого применения газообразные СОТС редко применяются на практике.

Пластичные СОТС. Они, как правило, используются в ходе ручной обработки металлических поверхностей (например, при сверлении, полировании, нарезании резьбы). Пластичные СОТС иногда затруднительно подвести в зону резания. Кроме того, у них низкая эффективность теплоотвода и их невозможно собрать и очистить для повторного прменения. К СОТС этого типа относятся пластичные смазки с неорганическими, мыльными или углеводородными загустителями.

Твердые СОТС. В их состав включены такие компоненты, как мягкие металлы (олово, свинец, медь), органические вещества (полимеры, воски, твердые жиры, мыла) или минеральные материалы со слоистой структурой (дисульфид молибдена, слюда, графит). Твердые СОТС эффективны при высоких температурах и нагрузках и используются в качестве покрытия поверхностей, когда другие СОТС оказываются неработоспособыми. Обычно в нормальных условиях СОТС такого типа не применяется, так как обладает малоэффективным теплоотводом, а ее эксплуатация вызывает трудности.

Жидкие СОТС (СОЖ). Классификация

Среди всех СОТС наиболее распространенным видом являются жидкие.

В зависитости от компонентов, входящих в состав СОЖ, смазочно-охлаждающая жидкость может быть:

  • водосмешиваемые
  • масляные
  • быстроиспаряющиеся
Читайте также:
Резина материал - классификация, эксплуатационные характеристики

Водосмешиваемые СОЖ

Водные эмульсии масел, которые готовятся путем перемешивания концентрата в воде, широко используются в процессе лезвийной или абразивной обработки металлов (цветных и черных) при применении средних и легких режимов резания.

Водосмешиваемая смазочно-охлаждающая жидкость обладает следующими преимуществами в сравнении с другими видами СОЖ:

  • высокая пожаробезопасность и охлаждающая способность;
  • меньшая токсичность;
  • стоимость ниже.

Из числа минусов водосмешиваемых СОЖ выделяются невысокие смазочные характеристики, низкая стабильность свойств при длительном хранении и применении материала.

Различают следующие водосмешиваемые смазочно-охлаждающие жидкости:

  • эмульгирующиеся или эмульсолы
  • полусинтетические
  • синтетические
  • растворы электролитов

Эмульгирующиеся СОЖ

Если смешать такую СОЖ с водой, то образуется эмульсия. Основной компонент эмульсолов – минеральные масла со средней вязкостью (парафиновые или нафтеновые). Иногда их можно заменить (полностью или частично) на алкилбензолы или полиальфаолефины, синтетические сложные эфиры или жирные масла.

Концентрация масел в эмульгирующихся СОЖ варьируется в пределах от 20 % до 85 %. Перед использованием жидкость следует разбавить водой до 1-5 %-й концентрации. 20. 60 % состава эмульсолов представляют эмульгаторы, присадки, связующие агенты, спирты, гликоли, микробиоциды, ингибиторы, а также иные неорганические и органические вещества. В роли эмульгаторов могут выступать поверхностно-активные вещества (ПАВ) и их смеси с натриевыми и калиевыми мылами сульфокислот, смоляных и жирных кислот.

Полусинтетические СОЖ

У них аналогичный состав, если сравнивать с эмульгирующимися СОЖ. В то же время эти 2 вида водосмешиваемых смазочно-охлаждающих жидкостей имеют значительную разницу в соотношении игредиентов.

Основа полусинтетических СОЖ – вода (до 50 % всего состава), а эмульгаторов в жидкости содержится до 40 %. Нефтяное масло с низкой вязкостью добавлется в такие СОЖ в малых пропорциях. Полусинтетические смазочно-охлаждающие жидкости так же, как и эмульгирующиеся могут содержать в своем составе биоциды и присадки. Перед применением их необходимо разбавить водой до 1-10 %-х растворов.

Синтетические СОЖ

Состав таких СОЖ включает в себя антипенные присадки, водорастворимые полимеры, биоциды, ПАВ и ингибиторы коррозии. Чтобы улучшить смазочные характеристики в синтетические СОЖ вводят противозадирные и противоизносные добавки. Синтетические смазочно-охлаждающие жидкости представляют собой порошки или концентрированные водные растворы. При прменении концентрация СОЖ должна быть 1-10 %. Синтетические смазочно-охлаждающие жидкости наиболее универсальны и удобны при эксплуатации и хранении.

Большинство смазочно-охлаждлающих жидкостей созданы для конкретных режимов металлообработки и для определенных констуркционных материалов. Например, традиционные водосмешиваемые СОЖ, отлично работающие с различными сталями, не подходят для мягких цветных металлов. На крупных предприях это вызывает необходимость создание большого скалдского запаса жидкостей различных типов и назначений для каждого случая применения.

Удачным решением этой непростой задачи стала полусинтетическая универсальная смазочно-охлаждающая жидкость EFELE CF-621 от компании “Эффективный Элемент”.

Одна смазочно-охлаждающая жидкость для множества применений!

Универсальная СОЖ EFELE CF-621 от компании “Эффективный Элемент” представляет собой концентрат эмульсии, состоящий из синтетической основы с добавлением не более 15 % композиции минеральных масел. Перед применением он добавляется в воду в необходимых пропорциях.

Получившаяся рабочая эмульсия – универсальная смазочно-охлаждающая жидкость – обеспечивает хорошие смазочные и охлаждающие свойства при большинстве операций резания:

  • Сверление, в том числе глубокое
  • Фрезерование
  • Точение
  • Шлифование
  • Развертывание
  • Нарезание внутренней / наружной резьбы
  • Пиление
  • Хонингование и притирка

В отличие от традиционных СОЖ универсальная смазочно-охлаждающая жидкость EFELE CF-621 отлично работает со сталями, чугунами, титаном, алюминиевыми сплавами. Подбирая необходимую концентрацию и режимы резания, она может применяться также для медных сплавов.

Масляные СОЖ

В основу масляных СОЖ входят минеральные масла, усиленные противоизносными, антифрикционными, противозадирными, противотуманными и антипенными наполнителями; антиоксидантами и ингибиторами коррозии. Масляные смазочно-охлаждающие жидкости отличаются друг от друга наборами эксплуатационных характеристик и физико-химических параметров. Причиной этому является применение разных базовых масел в составе СОЖ.

Илл. 1. Применение масляной СОЖ

Масляные смазочно-охлаждающие жидкости в качестве основы могут включать в себя:

  • маловязкие экстракты селективной очистки;
  • минеральные нафтеновые или парафиновые масла высокой степени очистки;
  • композиции из нескольких минеральных масел.

Доля масла в составе жидкостей этого вида, как правило, варьируется от 60 % до 95 % от всей массы. Однако в масляных СОЖ могут также использоваться синтетические масла. Из-за высокой стоимости они чаще всего применяются там в качестве наполнителей.

Масла, в которых отсутствуют присадки, можно использовать как СОЖ, но лишь при обработке с легкими режимами резания повехностей из мягких металлов (латуни, меди, магния, углеродистой стали, бронзы). В случае с резанием труднообрабатываемых сталей и сплавов масляные СОЖ без присадок малоэффективны, так как обработка осуществляется при тяжелых режимах резания.

К противоизносным присадкам в масляных смазочно-охлаждающих жидкостя относятся полимерные жирные кислоты, осерненные жиры или диалкилфосфаты. В зависимости от назначения жидкости их доля в составе материала колеблется от 0,5 % до 5 %.

Антифрикционные присадки в масляных смазочно-озхлаждающих жидкостях могут быть в виде органических или полимерных ненасыщенных жирных кислот, их эфиров, жиров и растительных масел. Концентрация таких добавок обычно составляет 5. 25 %.

К противозадирным присадкам в масляных СОЖ можно отнести хлорированный парафин, сульфиды, осерненные жиры, полисульфиды и иные вещества, которые содержат фосфор, серу или хлор. Доля таких присадок в составе смазочно-охлаждающих жидкостей в зависимости от условий их применения и назначения составляет 0,5. 20 %.

Противотуманные присадки – атактический полипропилен или полиолефины – используются в СОЖ данного типа с целью снизить интенсивность образования масляного тумана. Их концентрация в материале колеблется от 0,5 % до 3 %

Среди антипенных присадок наиболее распространены диметилселиконовые полимеры. В масляных СОЖ их доля составляет 0,0005…0,001 %.

Продукты окисления некоторых ингредиентов СОЖ способствуют образованию коррозии на обрабатываемых деталях и узлах оборудования. Предотвратить ее появление помогают ингибиторы коррозии в составе материала. Эти добавки выбираются исходя из области применения СОЖ. Дело в том, что различные конструкционные материалы имеют разную устойчивость к коррозии. Иногда весьма неплохие результаты показывают присадки, улучшающие смазочные характеристики (дисульфиды, ненасыщенные жирные кислоты, аминофосфаты).

В сравнении с другими видами СОТС масляные СОЖ имеют следующие преимущества:

  • имеют высокие смазывающие характеристики
  • обеспечивают улучшенную защиту рабочего инструмента и обрабатываемого металла от коррозии
  • увеличивают эксплуатационный ресурс режущего инструмента
  • более тщательно и эффективно смывают продукты износа инструмента и стружку
  • подходят для централизованных систем смазки
  • приспособлены для рециркуляции, очистки и повторного применения

Однако у масляных СОЖ есть свои недостатки, среди которых относительно низкие охлаждающие свойства, высокая пожароопасность, низкая термическая стабильность, повышенная испаряемость, а также довольно большая стоимость. Эти моменты значительно сужают область применения масляных смазочно-охлаждающих жидкостей.

Читайте также:
Легированная сталь: свойства, получение, применение, маркировка

Быстроиспаряющиеся СОЖ

Быстроиспаряющиеся СОЖ изготавливаются на базе галогенпроизводных углеводородов, обладающих низкой температурой кипения. Такие СОЖ превосходно охлаждают режущий инструмент и быстро испаряются. При этом на поверхностях обрабатываемой детали из присадок образуется тонкая пленка. Она отлично смазывает поверхности при различных технологических операциях (при нарезании резьбы, сверлении, протягивании, развертывании). Данный вид СОЖ нашел свое применение при обработке труднообрабатываемых сплавов и одновременной обработке нескольких слоев разнородных материалов.

Илл. 2. Примеры применений различных СОЖ

Выбор жидкости

Применение СОТС – один из самых доступных и при этом выгодных по стоимости методов увеличения производительности машиностроительных и металлообрабатывающих производств.

Смазочно-охлаждающие технологические средства – это сложные многокомпонентные составы. В настоящее время на рынке смазочных материалов представлен широкий ассортимент СОТС, что дает возможность подобрать оптимальный вариант для того или иного случая.

Практика показывает, что рациональное использование современных СОТС более, чем в 4 раза позволет увеличить срок эксплуатации рабочего инструмента и форсировать режимы резания на 10. 50 %.

Выбирать СОЖ необходимо с учетом типа обрабатываемого материала.

Рекомендации по выбору:

  • при обработке цветных металлов и легкообрабатываемых сталей рекомендуется применять масляные СОЖ, в составе которых есть жировые наполнители
  • при обработке мягких и конструкционных сталей, нарезании резьбы и зубьев или протягивании следует использовать хлоросодержащие масляные СОЖ

Способы подачи СОЖ

Существуют несколько способов подачи смазочно-охлаждающих жидкостей:

  • напорная струя
  • свободно падающая струя
  • струя в распыленном состоянии / воздушно-жидкостной смеси
  • подача смазочно-охлаждающей жидкости по каналам, находящимся в теле лезвийного режущего инструмента. Этот способ подачи смазочно-охлаждающих жидкостей в участки трения является сравнительно новым и перспективным.

Таким образом, современные СОТС снижают энергозатраты при механической обработке металлов, повышают производительность предприятий и улучшают качество обработки и санитарно-гигиенические условия труда обслуживающего персонала.

ПОЧЕМУ НАМ ДОВЕРЯЮТ

Инженеры БОРФИ – профессионалы в своем деле. Серьезный подход к решению любой производственной задачи – наше кредо. Знания и опыт позволяют нам оказывать квалифицированную техническую поддержку крупнейшим российским предприятиям. Мы ценим тех, с кем работаем, и дорожим их доверием.

ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ

Линейка очистителей бренда EFELE пополнилась новыми составами на водной основе

С применением покрытий MODENGY количество брака на производствах спойлеров для грузовиков сводится к минимуму

Сущность и основные способы термообработки стали

Что такое термическая обработка стали, ее назначение, принципы и виды. Сущность горячей и холодной обработки. Химико-термическая, термомеханическая и криогенная обработка. Виды печей для термообработки. Особенности работы с цветными сплавами.

Как правило, одним из последних этапов в изготовлении изделия из стали является термическая обработка. Нагрев до требуемой температуры c дальнейшим охлаждением приводит к значительным изменениям во внутренней структуре металла. Вследствие этого он приобретает новые свойства, которые напрямую зависят от выбранных термических режимов. Термообработка стали позволяет изменять ее твердость, хрупкость и вязкость, а также делать ее устойчивой к деформации, износу и химической коррозии. К основным видам термообработки относят закалку, отпуск и отжиг. Кроме этого, существуют комбинированные способы: химико-термическая и термомеханическая обработки, сочетающие в себе нагрев и охлаждение с другими видами воздействия на структуру металла. При всем многообразии базовых видов и их разновидностей сущность у всех этих технологий одна – изменение внутренних фазных и структурных состояний металла с целью придания ему требуемых свойств.

Назначение термической обработки

Главная задача термической обработки изделия из стали — придать ему требуемое эксплуатационное качество или совокупность таких качеств. При термообработке режущего инструмента из инструментальных и легированных сталей достигается твердость 63 HRC и повышенная износостойкость. А ударный инструмент после нее должен иметь твердый поверхностный слой и пластичную ударопрочную сердцевину. Стали для изготовления пружин и рессорных пластин после термической обработки становятся прочными на изгиб и упругими, а металл для рельсов — устойчивым к деформациям и износу. Кроме того, термическими способами производят упрочнение поверхностных слоев стальных изделий, насыщая их при высокой температуре углеродом, азотом или другими соединениями, а также укрепляя закалкой нагартовку после горячей обработки давлением. Другое назначение термической обработки — это восстановление изначальных свойств металла, которое достигается их отжигом.

Преимущества термообработки металлов

Термическая обработка кардинально изменяет эксплуатационные свойства металлов, используя при этом только внутреннее перестроение их кристаллических решеток. С помощью чередования циклов нагрева и охлаждения можно в разы увеличить твердость, износостойкость, пластичность и ударную вязкость изделия. Помимо этого, термическая обработка дает возможность производить структурные изменения только в поверхностном слое на заданную глубину или воздействовать только на часть заготовки. Сочетание термообработки с горячей обработкой давлением приводит к значительному увеличению твердости металла, превышающему результаты, полученные отдельно при нагартовке или закалке. При химико-термической обработке поверхностный слой металла диффузионным способом насыщается химическими элементами, значительно повышающими его износостойкость и твердость. При этом основная часть изделия сохраняет вязкость и пластичность. С производственной точки зрения оборудование для термической обработки гораздо проще и дешевле, чем станки и установки механообрабатывающих и литейных производств.

Принцип термической обработки

  • нагрева, изменяющего структуру кристаллической решетки металла;
  • охлаждения, фиксирующего достигнутые при нагреве изменения;
  • отпуска, снимающего механические напряжения и упорядочивающего полученную структуру.

Особенностью технологии термической обработки стали является то, что при нагреве до 727 ºC она переходит в состояние твердого расплава — аустенита, в котором атомы углерода проникают внутрь элементарных ячеек железа, создавая равномерную структуру. При медленном охлаждении сталь возвращается в исходное состояние, а при быстром — фиксируется в виде аустенита или других структур. От способа охлаждения и дальнейшего отпуска зависят свойства закаленной стали. Здесь соблюдается принцип: чем быстрее охлаждение и ниже температура, тем выше ее хрупкость и твердость. Термообработка является одним из ключевых технологических процессов для всех сплавов железа с углеродом. Например, получить ковкий чугун можно только путем термической обработки белого чугуна.

Виды термообработки стали

Отжиг

  1. Диффузионный. Деталь нагревают до температуры около 1200 ºC, а затем постепенно остужают в течение десятков часов (для массивных изделий — до нескольких суток). Обычно такой термической обработкой устраняют дендритные неоднородности структуры стали.
  2. Полный. Нагрев заготовки производится за критическую точку образования аустенита (727 ºC) с последующим медленным остужением. Этот вид отжига используется чаще всего и применяется в основном для конструкционной стали. Его результатом является снижение зернистости кристаллической структуры, улучшение ее пластических свойств и понижение твердости, а также снятие внутренних напряжений. Полный отжиг иногда применяют до закалки для понижения зернистости металла.
  3. Неполный. В этом случае нагрев происходит до температуры выше 727 ºC, но не более чем на 50 ºC. Результат при таком отжиге практически такой же, что и при полном, хотя он не обеспечивает полного изменения кристаллической структуры. Но он менее энергозатратный, выполняется за более короткий период, а на детали образуется меньше окалины. Такая термическая обработка используется для инструментальных и подобных им сталей.
  4. Изотермический. Нагревание осуществляется до температуры, немного превышающей 727 ºC, после чего изделие сразу же переносят в ванну с расплавом при 600÷700 ºC, где оно выдерживается определенное время до окончания формирования требуемой структуры.

Еще одно достаточно распространенное применение отжига как в промышленности, так и в домашних мастерских — восстановление исходных свойств стали после неудачной закалки или проведения пробной термической обработки.

Закалка

Скорость нагревания при термической обработке полностью зависит от марки стали, массы и формы детали, типа источника тепла и требуемого результата. Поэтому его можно подобрать или по справочным таблицам или же только опытным путем. Это же относится и к скорости охлаждения, которая также находится в зависимости от перечисленных характеристик. При выборе охлаждающей среды в первую очередь ориентируются на скорость охлаждения, но при этом учитывают и другие ее особенности. В первую очередь к ним относятся стабильность и безвредность ее состава, а также легкость удаления с поверхности изделия. Кроме того, при работе насосного и перемешивающего оборудования, используемого при термической обработке, важны такие характеристики, как вязкость и текучесть.

Отпуск

  1. Низкий. Нагрев осуществляется до 200 ºC. Такой отпуск применяют к режущему инструменту и цементированным сталям для сохранения высокой твердости и стойкости к износу.
  2. Средний. Изделия нагревают до температуры 300÷450 ºC. Этот вид отпуска используют для повышения упругости и сопротивления усталости рессорных и пружинных сталей.
  3. Высокий. Диапазон нагрева составляет 460÷710 ºC. Термическая обработка, включающая в себя закалку с высоким отпуском, у термистов носит название улучшение, т. к. в этом случае достигается наилучшее соотношение пластичности, износостойкости и вязкости.

При низкотемпературном термическом нагреве металл покрывается цветными оксидными пленками, которые меняют свою окраску в зависимости от температуры от бледно-желтого до серовато-сизого. Это довольно надежный индикатор нагрева детали, и многие производят отпуск, ориентируясь на цвет побежалости.

Химико-термическая обработка

  1. Цементация. Насыщение верхнего слоя стали углеродом при температуре в диапазоне от 900 до 950 ºC.
  2. Нитроцементация. В этом случае термическое насыщение производится одновременно азотом и углеродом из газообразной среды при нагреве от 850 до 900 ºC.
  3. Цианирование. Поверхностный слой насыщается теми же элементами, что и при нитроцементации, но из расплава солей цианидов.
  4. Азотирование. Выполняется при температуре не выше 600 ºC.
  5. Насыщение твердыми соединениями металлов и неметаллов (бора, хрома, титана, алюминия и кремния).

При первых четырех видах насыщение происходит из газовых сред, а при последнем — из порошков, расплавов, паст и суспензий.

Термомеханическая обработка

Криогенная обработка

Криогенная обработка заключается в охлаждении стали до критически низких температур, в результате чего в ее кристаллической решетке происходят те же процессы, что и при термической закалке на мартенсит. Для этого деталь погружается в жидкий азот, который имеет температуру -195 ºC и выдерживается в нем в течение расчетного времени, зависящего от марки стали и массы изделия. После этого она естественным образом нагревается до комнатной температуры, а затем, как и при обычной термической закалке, подвергается отпуску, параметры которого зависят от требуемого результата. У изделия из стали, обработанного таким образом, повышается не только твердость, но и прочность. Кроме того, после воздействия сверхнизких температур в нем прекращаются процессы старения и в течение времени оно не меняет своих линейных размеров.

Применяемое оборудование

  • нагревательные установки;
  • закалочные емкости;
  • устройства для приготовления и подачи жидких и газообразных сред;
  • подъемное и транспортное оборудование;
  • измерительная и лабораторная техника.

К первому виду относятся камерные печи для термообработки металлов и сплавов. Кроме того, нагрев может осуществляться высокочастотными индукторами, газоплазменными установками и ваннами с жидкими расплавами. Отдельным видом нагревательного оборудования являются установки для химико-термической и термомеханической обработки. Загрузка и выгрузка изделий производится с помощью мостовых кранов, кран-балок и других подъемных механизмов, а перемещение между операционными узлами термической обработки — специальными тележками с крепежной оснасткой. Устройства, обеспечивающие процесс термообработки жидкими и газообразными средами, обычно располагаются вблизи соответствующего оборудования или же соединены с ним трубопроводами. Основной измерительной техникой термического цеха являются различные пирометры, а также стандартный измерительный инструмент.

Особенности термообработки цветных сплавов

При термической обработке изделий из деформируемых алюминиевых сплавов (профили, трубы, уголки) требуется очень точное соблюдение температуры нагрева, при этом она не очень высокая: всего 450÷500 ºC. А как можно решить эту задачу в домашних условиях минимальными средствами? Если кто-нибудь знает ответ на этот вопрос, поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях.

Термическая обработка стали

Термическая обработка стали позволяет придать изделиям, деталям и заготовкам требуемые качества и характеристики. В зависимости от того, на каком этапе в технологическом процессе изготовления проводилась термическая обработка, у заготовок повышается обрабатываемость, с деталей снимаются остаточные напряжения, а у деталей повышаются эксплуатационные качества.

Технология термической обработки стали – это совокупность процессов: нагревания, выдерживания и охлаждения с целью изменения внутренней структуры металла или сплава. При этом химический состав не изменяется.

Так, молекулярная решетка углеродистой стали при температуре не более 910°С представляет из себя куб объемно-центрированный. При нагревании свыше 910°С до 1400°С решетка принимает форму гране-центрированного куба. Дальнейший нагрев превращает куб в объемно-центрированный.

Сущность термической обработки сталей – это изменение размера зерна внутренней структуры стали. Строгое соблюдение температурного режима, времени и скорости на всех этапах, которые напрямую зависят от количества углерода, легирующих элементов и примесей, снижающих качество материала. Во время нагрева происходят структурные изменения, которые при охлаждении протекают в обратной последовательности. На рисунке видно, какие превращения происходят во время термической обработки.

Изменение структуры металла при термообработке

Назначение термической обработки

Термическая обработка стали проводится при температурах, приближенных к критическим точкам . Здесь происходит:

  • вторичная кристаллизация сплава;
  • переход гамма железа в состояние альфа железа;
  • переход крупных частиц в пластинки.

Внутренняя структура двухфазной смеси напрямую влияет на эксплуатационные качества и легкость обработки.

Образование структур в зависимости от интенсивности охлаждения

Основное назначение термической обработки — это придание сталям:

  • В готовых изделиях:
    1. прочности;
    2. износостойкости;
    3. коррозионностойкость;
    4. термостойкости.
  • В заготовках:
    1. снятие внутренних напряжений после
      • литья;
      • штамповки (горячей, холодной);
      • глубокой вытяжки;
    2. увеличение пластичности;
    3. облегчение обработки резанием.

Термическая обработка применяется к следующим типам сталей:

  1. Углеродистым и легированным.
  2. С различным содержанием углерода, от низкоуглеродистых 0,25% до высокоуглеродистых 0,7%.
  3. Конструкционным, специальным, инструментальным.
  4. Любого качества.

Классификация и виды термообработки

Основополагающими параметрами, влияющими на качество термообработки являются:

  • время нагревания (скорость);
  • температура нагревания;
  • длительность выдерживания при заданной температуре;
  • время охлаждения (интенсивность).

Изменяя данные режимы можно получить несколько видов термообработки.

Виды термической обработки стали:

  • Отжиг
    1. I – рода:
      • гомогенизация;
      • рекристаллизация;
      • изотермический;
      • снятие внутренних и остаточных напряжений;
    2. II – рода:
      • полный;
      • неполный;
  • Закалка;
  • Отпуск:
    1. низкий;
    2. средний;
    3. высокий.
  • Нормализация.

Температура нагрева стали при термообработке

Отпуск

Отпуск в машиностроении используется для уменьшения силы внутренних напряжений, которые появляются во время закалки. Высокая твердость делает изделия хрупкими, поэтому отпуском добиваются увеличения ударной вязкости и снижения жесткости и хрупкости стали.

1. Отпуск низкий

Для низкого отпуска характерна внутренняя структура мартенсита, которая, не снижая твердости повышает вязкость. Данной термообработке подвергаются измерительный и режущий инструмент. Режимы обработки:

  • Нагревание до температуры – от 150°С, но не выше 250°С;
  • выдерживание — полтора часа;
  • остывание – воздух, масло.

2. Средний отпуск

Для среднего отпуска преобразование мартенсита в тростит. Твердость снижается до 400 НВ. Вязкость возрастает. Данному отпуску подвергаются детали, работающие со значительными упругими нагрузками. Режимы обработки:

  • нагревание до температуры – от 340°С, но не выше 500°С;
  • охлаждение – воздух.
3. Высокий отпуск

При высоком отпуске кристаллизуется сорбит, который ликвидирует напряжения в кристаллической решетке. Изготавливаются ответственные детали, обладающие прочностью, пластичностью, вязкостью.

Нагревание до температуры – от 450°С, но не выше 650°С.

Отжиг

Применение отжига позволяет получить однородную внутреннюю структуру без напряжений кристаллической решетки. Процесс проводят в следующей последовательности:

  • нагревание до температуры чуть выше критической точки в зависимости от марки стали;
  • выдержка с постоянным поддержанием температуры;
  • медленное охлаждение (обычно остывание происходит совместно с печью).
1. Гомогенизация

Гомогенизация, по-иному отжиг диффузионный, восстанавливает неоднородную ликвацию отливок. Режимы обработки:

  • нагревание до температуры – от 1000°С, но не выше 1150°С;
  • выдержка – 8-15 часов;
  • охлаждение:
    • печь – до 8 часов, снижение температуры до 800°С;
    • воздух.

2. Рекристаллизация

Рекристаллизация, по-иному низкий отжиг, используется после обработки пластическим деформированием, которое вызывает упрочнение за счет изменения формы зерна (наклеп). Режимы обработки:

  • нагревание до температуры – выше точки кристаллизации на 100°С-200°С;
  • выдерживание — ½ — 2 часа;
  • остывание – медленное.
3. Изотермический отжиг

Изотермическому отжигу подвергаются легированные стали, для того чтобы произошел распад аустенита. Режимы термообработки:

  • нагревание до температуры – на 20°С — 30°С выше точки ;
  • выдерживание;
  • остывание:
    • быстрое – не ниже 630°С;
    • медленное – при положительных температурах.
4. Отжиг для устранения напряжений

Снятие внутренних и остаточных напряжений отжигом используется после сварочных работ, литья, механической обработки. С наложением рабочих нагрузок детали подвергаются разрушению. Режимы обработки:

  • нагревание до температуры – 727°С;
  • выдерживание – до 20 часов при температуре 600°С — 700°С;
  • остывание — медленное.
5. Отжиг полный

Отжиг полный позволяет получить внутреннюю структуру с мелким зерном, в составе которой феррит с перлитом. Полный отжиг используют для литых, кованных и штампованных заготовок, которые будут в дальнейшем обрабатываться резанием и подвергаться закалке.

Полный отжиг стали

  • температура нагрева – на 30°С-50°С выше точки ;
  • выдержка;
  • охлаждение до 500°С:
    • сталь углеродистая – снижение температуры за час не более 150°С;
    • сталь легированная – снижение температуры за час не более 50°С.
6. Неполный отжиг

При неполном отжиге пластинчатый или грубый перлит преобразуется в ферритно-цементитную зернистую структуру, что необходимо для швов, полученных электродуговой сваркой, а также инструментальные стали и стальные детали, подвергшиеся таким методам обработки, температура которых не провоцирует рост зерна внутренней структуры.

  • нагревание до температуры – выше точки или , выше 700°С на 40°С — 50°С;
  • выдерживание – порядка 20 часов;
  • охлаждение — медленное.

Закалка

Закалку сталей применяют для:

  • Повышения:
    1. твердости;
    2. прочности;
    3. износоустойчивости;
    4. предела упругости;
  • Снижения:
    1. пластичности;
    2. модуля сдвига;
    3. предела на сжатие.

Суть закалки – это максимально быстрое охлаждение прогретой насквозь детали в различных средах. Каление производится с полиморфными изменениями и без них. Полиморфные изменения возможны только в тех сталях, в которых присутствуют элементы способные к преобразованию.

Такой сплав подвергается нагреву до той температуры, при которой кристаллическая решетка полиморфного элемента терпит изменения, за счет чего увеличивается растворяемость легирующих материалов. При снижении температуры решетка изменяет структуру из-за избытка легирующего элемента и принимает игольчатую структуру.

Невозможность полиморфных изменений при калении обусловлено ограниченной растворимостью одного компонента в другом при быстрой скорости охлаждения. Для диффузии мало времени. В итоге получается раствор с избытком нерастворенного компонента (метастабильтный).

Для увеличения скорости охлаждения стали используются такие среды как:

  • вода;
  • соляные растворы на основе воды;
  • техническое масло;
  • инертные газы.

Сравнивая скоростной режим охлаждения стальных изделий на воздухе, то охлаждение в воде с 600°С происходит в шесть раз быстрее, а с 200°С в масле в 28 раз. Растворенные соли повышают закаливающую способность. Недостатком использования воды считается появление трещин в местах образования мартенсита. Техническое масло используется для закалки легирующих сплавов, но оно пригорает к поверхности.

Металлы, использующиеся при изготовлении изделий медицинской направленности не должны иметь пленки из оксидов, поэтому охлаждение происходит в среде разряженного воздуха.

Чтобы полностью избавиться от аустенита, из-за которого у стали наблюдается высокая хрупкость, изделия подвергаются дополнительному охлаждению при температурах от — 40°С и до -100°С в специальной камере. Также можно использовать углекислую кислоту в смеси с ацетоном. Такая обработка повышает точность деталей, их твердость, магнитные свойства.

Если деталям не требуется объемная термообработка, проводится каление только поверхностного слоя на установках ТВЧ (токами высокой частоты). При этом глубина термообработки составляет от 1 мм до 10 мм, а охлаждение происходит на воздухе. В итоге поверхностный слой становится износоустойчивым, а середина вязкая.

Процесс закалки предполагает прогревание и выдержку стальных изделий при температуре, достигающей порядка 900°С. При такой температуре стали с содержанием углерода до 0,7% имеют структуру мартенсита, который при последующей термообработке перейдет в требуемую структуру с появлением нужных качеств.

Нормализация

Нормализация формирует структуру с мелким зерном. Для низкоуглеродистых сталей — это структура феррит-перлит, для легированных – сорбитоподобная. Получаемая твердость не превышает 300 НВ. Нормализации подвергаются горячекатаные стали. При этом у них увеличивается:

  • сопротивление излому;
  • производительность обработки;
  • прочность;
  • вязкость.

Процесс нормализации стали

  • происходит нагрев до температуры – на 30°С-50°С выше точки ;
  • выдерживание в данном температурном коридоре;
  • охлаждение – на открытом воздухе.

Преимущества термообработки

Термообработка стали – это технологический процесс, который стал обязательным этапом получения комплектов деталей из стали и сплавов с заданными качествами. Этого позволяет добиться большое разнообразие режимов и способов термического воздействия. Термообработку используют не только применительно к сталям, но и к цветным металлам и сплавам на их основе.

Стали без термообработки используются лишь для возведения металлоконструкций и изготовления неответственных деталей, срок службы которых невелик. К ним не предъявляются дополнительные требования. Повседневная же эксплуатация наоборот диктует ужесточение требований, именно поэтому применение термообработки предпочтительно.

В термически необработанных сталях абразивный износ высок и пропорционален собственной твердости, которая зависит от состава химических элементов. Так, незакаленные матрицы штампов хорошо сочетаются при работе с калеными пуансонами.

Все о термической обработке стали

  1. Что это такое?
  2. Виды и особенности отпуска
  3. Отжиг
  4. Закалка
  5. Другие способы термообработки
  6. Нюансы обработки разных марок

Термическая обработка металлов, наряду с легированием и обогащением углеродом стального сплава, – один из способов поднять механические параметры стали и других сплавов на новый уровень. Этот метод требует чёткого соблюдения всех предписаний.

Что это такое?

Термическая обработка сталей – нагревание, выдерживание при определённых температурах некоторое время и охлаждение стальных заготовок. Термообработка основана на изменении их фазового состава, улучшении кристаллической решётки сплава. При этом структура молекул располагается иным, отличным от первоначального их взаимного расположения образом.

Термообработка сталей применяется как промежуточная и заключительная мера, направленная на улучшение и облегчение обработки заготовок в ходе выделки из них деталей нужного построения. Например, улучшаются показатели разрезания и обточки заготовок, в результате чего изделие обретает заданные свойства.

Время нагрева и выдержки материала имеет критически важное значение. Если металл слишком быстро раскалить, а затем так же быстро охладить, то вместо упрочнения может произойти смягчение. И хотя у мягких металлов лучше пластичность, прочностные и общевесовые по нагрузке показатели пострадают. Улучшение прочностных и упругостных свойств показано на графике изменений образцов стали, взятых для проведения этой процедуры. Каждая сталь (или семейство сплавов) обладает собственными кривыми (корреляция, или взаимозависимость), показывающими, где лучше расположить рабочую точку процесса, чтобы металл или сплав дал максимальную отдачу по всем параметрам. Для улучшения процессов термообработки используется печь с высокотемпературным конвейером, исключающим ручной труд повышенной опасности у рабочих цеха.

Нагревание сплава приводит к обеднению содержания углерода (по массе) на поверхности заготовки. Дело в том, что часть углерода можно выжечь, если прокалить стальную или чугунную заготовку, при этом поверхность её станет несколько более умягчённой, чем глубже лежащие слои, расположенные близко от сердцевины. При нагревании и охлаждении стальных сплавов состав претерпевает фазовые переходы. Они сопровождаются наличием температурных критических отметок. Согласно одной из них перлитная сталь превращается при 727°С в аустенитную. При 768°С происходит переход в состояние феррита. Далее феррит и цементит переходят вновь в состояние аустенита.

Для критических точек характерно поведение стали при нагреве и постепенном остывании. Оксидирование (покрытие окисной плёнкой) важно при этом максимально исключить.

Виды и особенности отпуска

Отпуск по своему виду преподносится как низко-, средне- или высокотемпературный процесс. Его проводят на воздухе, в воде или в масле, а также при медленной скорости охлаждения, вместе с остывающей печью. Формально классификация отпускания как процесса представлена низким, средним и высоким отпуском.

Низкий

Низкий отпуск осуществляется при температуре 150-250°С. Сталь теряет свои внутренние напряжения, мартенситное закаливание переходит в отпущенную мартенситную сталь, возрастает прочность и несколько улучшается вязкость без особого снижения твёрдости. Закалённый сплав с содержанием до 1,3% углерода (по массе) сохраняет твёрдость в рамках 58-63 единиц по Роквеллу. Низкотемпературный отпуск характерен для быстрорежущей стали и сортов сплава для измерительных инструментов.

Детали, подвергнутые поверхностному закаливанию, цементированию, цианированию или азотоцементации, выдерживают примерно 2 часа, а для заготовок больших сечений назначается более длительный сеанс отпускания.

Средний

Среднему отпусканию подвергается сталь при температурах порядка 400°С. Она используется в основном для пружинно-рессорных деталей и комплектующих, изготовления штампованных заготовок. Такое отпускание позволяет достичь повышенной упругости, выносливости и стойкости к ослаблению ответного усилия при сжатии/растяжении. После отпуска сталь превращается в троостомартенситную или трооститную со средним показателем твёрдости в 45 единиц по Роквеллу. Неверно выбранная отпускная температура вызывает необратимое охрупчивание стального сплава.

После отпускания сталь с температурой примерно в 425°С погружается в воду, это ведёт к появлению на поверхности остаточных сжимающих напряжений. Это позволяет пружинам легко держать форму после длительного воздействия на них.

Высокий

Высокотемпературное отпускание осуществляется в среднем при 590°С. Сталь становится сорбитной. При этом виде отпускания сталь обретает хорошую прочность и вязкость. Закаливание стали перед проведением высокотемпературного отпуска позволяет поднять на новый уровень текучесть и прочность. Состав относительно сужается, более интенсивно поглощает удары и гасит вибрацию. Недостаток – такая сталь сложна в обработке.

Процедура улучшения (высокого отпускания) характерна для среднеуглеродистых составов, массовое содержание углерода в которых остаётся на отметке в 3-5 промилле. Область применения таких составов – несущие конструкции особенно ответственной нагруженности. Устойчивость к трещинам (хладноломкость) также у таких сплавов снижены. Остаточные напряжения уходят, но длительность сеанса может достигать 6 часов.

Отжиг

Основная схема отжига – нагрев заготовок до высоких температурных значений с постепенным замедленным охлаждением. Структура становится однородной, лишние механические напряжения уходят.

  • Диффузионный отжиг – когда деталь накаляют до 1200°С. На остывание уходят сутки и более. Задача процесса – устранить неоднородности.
  • Полный – нагрев до аустенитной температуры в 727°С с замедленным охлаждением. Твёрдость стального сплава понижается, пластичность, напротив, возрастает. Полному отжигу подвергается преимущественно конструкционная сталь. Зернистость кристаллов и твёрдость сплава падают, пластичность – повышается, внутренние напряжения полностью уходят. Неполное отжигание производят при температуре примерно в 755°С. Кристаллическая структура не изменяется так же, как и при полном отжигании, однако остальные изменения такие же, как и после полного отжига. Процедура короче по времени, затраты – меньше, образования окалины почти не происходит.
  • Изотермический – заготовку раскаляют так же, как и при неполном отжиге, затем изделия выдерживаются при температуре в 650°С. Выдержка – по ситуации, пока не произойдёт рекристаллизация.
  • Рекристаллизационный – устраняет нагартованность сплава после протягивания, волочения или штампования. Нагревание осуществляется до температуры ниже 727°С, заготовка выдерживается до этой температуры, а затем медленно остывает.
  • Сфероидизирующий – производят в основном с высокоуглеродистой сталью, в результате перлитные стали меняют структуру кристаллов с пластиночной на зернистую (круглые гранулы). Состав содержит 0,8% углерода по массе.

Отжиг применяется для восстановления структуры стали после неудачного закаливания.

Закалка

Закалённая сталь применяется, к примеру, для изготовления зубьев болторезов, придания свёрлам свойств быстрорежущей стали. Охотничьи ножи и медицинские скальпели также проходят процедуру закалки. В процессе закаливания стальной сплав накаляется выше 727°С, выдерживается при этой температуре до обретения изделием нужных свойств и быстро охлаждается. Именно быстрое, а не медленное, охлаждение закрепляет полученный результат. Чем ниже углеродистость стали, тем больше греют заготовку. Для инструментальных сталей закалка осуществляется приближённо до 750°С.

Скорость прокаливания определяется массой изделия, сложностью исполнения (рельефность). Особое внимание уделяют вязкости и текучести определённого сорта стали.

Другие способы термообработки

Нормализация стали – нагревание до температуры в 750°С, выдержка и последующее охлаждение стали на открытом воздухе в условиях цеха. Сущность её в том, что охлаждение не затягивают по времени, как при отжиге или отпуске, и не ускоряют, как при закалке, а ожидают, пока сталь сама остынет под влиянием обычных условий. Кроме нормализации и улучшения, применяют следующие типовые режимы термообработки: криогенную, химико-термическую и термомеханическую.

Химико-термическая

Суть химико-термической обработки – приповерхностное обогащение металлов примесями, улучшающими твёрдость и стойкость к изнашиванию изделий. Так, цементация проводится при 925°С дополнительным углеродом. Нитроцементация – азотноуглеродной смесью из газа при 875°С. Цианирование – обогащение сталей цианидами (солями синильной кислоты). Азотирование – нагревание стальной заготовки в азоте до 600°С.

Борирование, хромирование, титанирование, алюминирование производятся при нагретом газе, а обогащение кремнием – из порошка, расплава, суспензии или пастообразного реагента.

Термомеханическая

Обработка при повышенных температуре и давлении даёт гартованную сталь. Обязательными стадиями являются горячий прокат, а также волочение или технология штампования с ускоренной закалкой. При быстром охлаждении гартованной стали твёрдость повышается при закалке. Затем производится низкотемпературное отпускание. Термомеханическая закалка повышает твёрдость в среднем на 35%, пластичность сплава при этом возрастает.

Криогенная

Криогенная обработка – погружение заготовки в жидкий азот, при этом процесс сходен с закалкой на мартенситную фазу. При криогенировании сталь по окончании выдержки в жидком азоте естественно нагревается до комнатной температуры, затем подвергается низкотемпературному отпуску. Результат – замедление процессов старения до очень низкой скорости состаривания стали, и за свой срок службы габариты заготовки практически не меняются: сталь не «течёт» спустя десятилетия, как это постепенно происходит при штатных нагрузках на деталь, не трескается и не гнётся при воздействии гораздо меньшем, чем максимальные рабочие усилия, которые она бы испытывала, например, в составе работающего станка или автомобиля.

Нюансы обработки разных марок

Легированные стали типа 20Х, 15ХГН2ТА, 4Х5МФС, 20Х2Н4А, 50ХГФА, 6ХВ2С, 18ХГ, У9, 45Г2, 20ХГР, 38ХН3МА, 7Х3, 20ХН3А, не являющиеся нержавеющими, обрабатывают на основе общих правил для перлитных, мартенситных и аустенитных сталей. Чтобы получить перлит, аустенит, феррит или мартенсит, существуют свои критические точки на графике, некоторые из которых оговорены выше. Термообрабатывают такие стали путём затяжного прогрева до нужных температур, выдержки положенное время – и с таким же медленным остыванием. Исключение – закалка: остужение заготовок производят быстро. Медленные нагрев и охлаждение обусловлены простыми законами физики: чем ниже теплопроводность, тем больше вероятность повредить сталь при такой спешке. Нагревание производят постепенное – по всей площади детали.

Нержавейки – 07Х16Н6, 20Х13, 20Х14, 20Х16, 20Х18Н9Т и похожие составы (маркер «Х-число» в маркировке обозначает целые проценты хрома по массе), под которые подпадают и похожие сорта стали, содержащие 13% и более хромовой присадки по весу заготовки, после отжига оставляются в медленно остывающей печи. Иногда для отложенного раскаливания в составе печи используется специальное электронагревательное оборудование, включающее подогрев по специальному алгоритму – в целях соблюдения технологии производства на 100%.

После отжигания производится отпуск – это позволяет нержавеющим заготовкам набрать прочность, ударную вязкость (нержавейка относительно сложна в резке и сверлении). Быстро охлаждать нержавейку нельзя – это приведёт к возникновению дополнительных дефектов.

Аустенитные стали подвергаются временному разогреву в печи до 1150°С. Чтобы получить устойчивую внутреннюю структуру, раскалённые и выдержанные положенное время заготовки погружаются в масло по специальному алгоритму или до полного охлаждения. Улучшенная таким образом сталь обретает все присущие ей положительные свойства. Быстрорежущая сталь закаливается в печи с максимально точным термодатчиком. Она не подлежит быстрому разогреванию или охлаждению. Правильно достигнутый результат – потеря первоначальной твёрдости лишь при температуре порядка 650-700°С.

Простые углеродистые стали марки 3, 4, 5, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 75 (подписаны как «Ст» с соответствующим номером), содержащие в себе соответствующее количество сотых долей процента углерода по весу заготовки, нормализуются и отпускаются, отжигаются по общей методике «мартенсит – перлит – аустенит – феррит» в зависимости от того, какой род стального состава вы хотите получить. Цель – сделать связи в кристаллической решётке между молекулами устойчивыми, добиться уменьшения хрупкости.

Виды термообработки

Термическая обработка (термообработка) стали, цветных металлов — процесс изменения структуры стали, цветных металлов, сплавов при нагревании и последующем охлаждении с определенной скоростью.
Термическая обработка (термообработка) приводит к существенным изменениям свойств стали, цветных металлов, сплавов. Химический состав металла не изменяется.

Виды термической обработки стали

Отжиг

Отжиг — термическая обработка (термообработка) металла, при которой производится нагревание металла, а затем медленное охлаждение. Эта термообработка (т. е. отжиг) бывает разных видов (вид отжига зависит от температуры нагрева, скорости охлаждения металла).

Закалка

Закалка — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, основанная на перекристаллизации стали (сплавов) при нагреве до температуры выше критической; после достаточной выдержки при критической температуре для завершения термической обработки следует быстрое охлаждение. Закаленная сталь (сплав) имеет неравновесную структуру, поэтому применим другой вид термообработки — отпуск.

Отпуск

Отпуск — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, проводимая после закалки для уменьшения или снятия остаточных напряжений в стали и сплавах, повышающая вязкость, уменьшающая твердость и хрупкость металла.

Нормализация

Нормализация — термическая обработка (термообработка), схожая с отжигом. Различия этих термообработок (нормализации и отжига) состоит в том, что при нормализации сталь охлаждается на воздухе (при отжиге — в печи).

Нагрев заготовки

Нагрев заготовки — ответственная операция. От правильности ее проведения зависят качество изделия, производительность труда. Необходимо знать, что в процессе нагрева металл меняет свою структуру, свойства и характеристику поверхностного слоя и в результате от взаимодействия металла с воздухом атмосферы, и на поверхности образуется окалина, толщина слоя окалины зависит от температуры и продолжительности нагрева, химического состава металла. Стали окисляются наиболее интенсивно при нагреве больше 900°С, при нагреве в 1000°С окисляемость увеличивается в 2 раза, а при 1200°С — в 5 раз.

Хромоникелевые стали называют жаростойкими потому, что они практически не окисляются.

Легированные стали образуют плотный, но не толстый слой окалины, который защищает металл от дальнейшего окисления и не растрескивается при ковке.

Углеродистые стали при нагреве теряют углерод с поверхностного слоя в 2-4 мм. Это грозит металлу уменьшением прочности, твердости стали и ухудшается закаливание. Особенно пагубно обезуглероживание для поковок небольших размеров с последующей закалкой.

Заготовки из углеродистой стали с сечением до 100 мм можно быстро нагревать и потому их кладут холодными, без предварительного прогрева, в печь, где температура 1300°С. Во избежание появлений трещин высоколегированные и высокоуглеродистые стали необходимо нагревать медленно.

При перегреве металл приобретает крупнозернистую структуру и его пластичность снижается. Поэтому необходимо обращаться к диаграмме «железо-углерод», где определены температуры для начала и конца ковки. Однако перегрев заготовки можно при необходимости исправить методом термической обработки, но на это требуется дополнительное время и энергия. Нагрев металла до еще большей температуры приводит к пережогу, от чего происходит нарушение связей между зернами и такой металл полностью разрушается при ковке.

Пережог

Пережог — неисправимый брак. При ковке изделий из низкоуглеродистых сталей требуется меньше число нагревов, чем при ковке подобного изделия из высокоуглеродистой или легированной стали.

При нагреве металла требуется следить за температурой нагрева, временем нагрева и температурой конца нагрева. При увеличении времени нагрева — слой окалины растет, а при интенсивном, быстром нагреве могут появиться трещины. Известно из опыта, что на древесном угле заготовка 10-20 мм в диаметре нагревается до ковочной температуры за 3-4 минуты, а заготовки диаметром 40-50 мм прогревают 15-25 минут, отслеживая цвет каления.

Химико-термическая обработка

Химико-термическая обработка (ХТО) стали — совокупность операций термической обработки с насыщением поверхности изделия различными элементами (углерод, азот, алюминий, кремний, хром и др.) при высоких температурах.

Поверхностное насыщение стали металлами (хром, алюминий, кремний и др.), образующими с железом твердые растворы замещения, более энергоемко и длительнее, чем насыщение азотом и углеродом, образующими с железом твердые растворы внедрения. При этом диффузия элементов легче протекает в решетке альфа-железо, чем в более плотноупакованной решетке гамма-железо.

Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, кавитационную, коррозионную стойкость. Химико-термическая обработка, создавая на поверхности изделий благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность, долговечность.

Цементация стали

Тонкая пленка окислов железа, придающая металлу различные быстро меняющиеся цвета — от светло-желтого до серого. Такая пленка появляется, если очищенное от окалины стальное изделие нагреть до 220°С; при увеличении времени нагрева или повышении температуры окисная пленка утолщается и цвет ее изменяется. Цвета побежалости одинаково проявляются как на сырой, так и на закаленной стали.

При низком отпуске (нагрев до температуры 200-300° ) в структуре стали в основном остается мартенсит, который, однако, изменяется решетку. Кроме того, начинается выделение карбидов железа из твердого раствора углерода в альфа-железе и начальное скопление их небольшими группами. Это влечет за собой некоторое уменьшение твердости и увеличение пластических и вязких свойств стали, а также уменьшение внутренних напряжений в деталях.

Для низкого отпуска детали выдерживают в течение определенного времени обычно в масляных или соляных ваннах. Если для низкого отпуска детали нагревают на воздухе, то для контроля температуры часто пользуются цветами побежалости, появляющимися на поверхности детали.

табл.1

Цвет побежалости Температура, °С Инструмент, который следует отпускать
Бледно-желтый 210
Светло-желтый 220 Токарные и строгальные резцы для обработки чугуна и стали
Желтый 230 Тоже
Темно-желтый 240 Чеканы для чеканки по литью
Коричневый 255
Коричнево-красный 265 Плашки, сверла, резцы для обработки меди, латуни, бронзы
Фиолетовый 285 Зубила для обработки стали
Темно-синий 300 Чеканы для чеканки из листовой меди, латуни и серебра
Светло-синий 325
Серый 330

Появление этих цветов связано с интерференцией белого света в пленках окисла железа, возникающих на поверхности детали при ее нагреве. В интервале температур от 220 до 330 ° в зависимости от толщины пленки цвет изменяется от светло-желтого до серого. Низкий отпуск применяется для режущего, измерительного инструмента и зубчатых колес.

При среднем (нагрев в пределах 300-500°) и высоком (500-700°) отпуске сталь из состояния мартенсита переходит соответственно в состояние тростита или сорбита. Чем выше отпуск, тем меньше твердость отпущенной стали и тем больше ее пластичность и вязкость.

При высоком отпуске сталь получает наилучшее сочетание механических свойств, повышение прочности, пластичности и вязкости, поэтому высокий отпуск стали после закалки ее на мартенсит назначают для кузнечных штампов, пружин, рессор, а высокий — для многих деталей, подверженных действию высоких напряжений (например, осей автомобилей, шатунов двигателей).

Для некоторых марок стали отпуск производят после нормализации. Этот относится к мелкозернистой легированной доэвтектоидной стали (особенно никелевой), имеющий высокую вязкость и поэтому плохую обрабатываемость режущим инструментом.

Для улучшения обрабатываемости производят нормализацию стали при повышенной температуре (до 950-970°), в результате чего она приобретает крупную структуру (определяющую лучшую обрабатываемость) и одновременно повышенную твердость (ввиду малой критической скорости закалки никелевой стали). С целью уменьшения твердости производят высокий отпуск этой стали.

Дефекты закалки

К дефектам закалки относятся:

  • трещины,
  • поводки или коробление,
  • обезуглероживание.

Главная причина трещин и поводки — неравномерное изменение объема детали при нагреве и, особенно, при резком охлаждении. Другая причина — увеличение объема при закалке на мартенсит.

Трещины возникают потому, что напряжения при неравномерном изменении объема в отдельных местах детали превышают прочность металла в этих местах.

Лучшим способом уменьшения напряжений является медленное охлаждение около температуры мартенситного превращения. При конструировании деталей необходимо учитывать, что наличие острых углов и резких изменений сечения увеличивает внутреннее напряжение при закалке.

Коробление (или поводка)возникает также от напряжений в результате неравномерного охлаждения и проявляется в искривлениях деталей. Если эти искривления невелики, они могут быть исправлены, например, шлифованием. Трещины и коробление могут быть предотвращены предварительным отжигом деталей, равномерным и постепенным нагревом их, а также применением ступенчатой и изотермической закалки.

Обезуглероживание стали с поверхности — результат выгорания углерода при высоком и продолжительном нагреве детали в окислительной среде. Для предотвращения обезуглероживания детали нагревают в восстановительной или нейтральной среде (восстановительное пламя, муфельные печи, нагрев в жидких средах).

Образование окалины на поверхности изделия приводит к угару металла, деформации. Это уменьшает теплопроводность и, стало быть, понижает скорость нагрева изделия в печи, затрудняет механическую обработку. Удаляют окалину либо механическим способом, либо химическим (травлением).

Выгоревший с поверхности металла углерод делает изделия обезуглероженным с пониженными прочностными характеристиками, с затрудненной механической обработкой. Интенсивность, с которой происходит окисление и обезуглерожевание, зависит от температуры нагрева, т. е. чем больше нагрев, тем быстрее идут процессы.

Образование окалины при нагреве можно избежать, если под закалку применить пасту, состоящую из жидкого стекла — 100 г, огнеупорной глины — 75 г, графита — 25 г, буры — 14 г, карборунда — 30 г, воды — 100 г. Пасту наносят на изделие и дают ей высохнуть, затем нагревают изделие обычным способом. После закалки его промывают в горячем содовом растворе. Для предупреждения образования окалины на инструментах быстрорежущей стали применяют покрытие бурой. Для этого нагретый до 850°С инструмент погружают в насыщенный водный раствор или порошок буры

Антикоррозионная обработка изделий после термической обработки

После термической обработки, связанной с применением солей, щелочей, воды и прочих веществ, могущих вызывать при длительном хранении изделий коррозию, следует провести антикоррозионную обработку стальных изделий, заключающуюся в том, что очищенные, промытые и высушенные изделия погружают на 5 минут в 20 — 30% водный раствор нитрита натрия, после чего заворачивают в пропитанную этим же раствором бумагу.
В таком виде изделия могут храниться длительное время

Термическая обработка стали: описание, виды

Термообработка металла является важной частью производственного процесса в цветной и чёрной металлургии. После этой процедуры материалы приобретают необходимые характеристики. Термообработку использовали довольно давно, но она была несовершенна. Современные методы позволяют достичь лучших результатов с меньшими затратами, и снизить стоимость.

  • Особенности термической обработки
  • Виды термической обработки стали
    • Отжиг
    • Закалка
    • Отпуск
    • Криогенная обработка
    • Химико-термическая обработка
    • Термомеханическая обработка
  • Термообработка цветных сплавов

Особенности термической обработки

Для придания нужных свойств металлической детали она подвергается термической обработке. Во время этого процесса происходит структурное изменение материала.

Металлические изделия, используемые в хозяйстве, должны быть устойчивыми к внешнему воздействию. Чтобы этого достичь, металл необходимо усилить при помощи воздействия высокой температуры. Такая обработка меняет форму кристаллической решётки, минимизирует внутреннее напряжение и улучшает его свойства.

Виды термической обработки стали

Термообработка стали сводится к трём этапам: нагреву, выдержке и быстрому охлаждению. Существует несколько видов этого процесса, но основные этапы у них остаются одинаковыми.

Выделяют такие виды термической обработки:

  • Техническая (отпуск, закалка, криогенная обработка, старение).
  • Термомеханическая, при которой используют не только высокую температуру, но и физическое воздействие на металл.
  • Химико-термическая включает в себя термическую обработку металла с последующим воздействием на поверхность азотом, хромом или углеродом.

Отжиг

Это производственный процесс нагрева металла до заданной температуры, а затем медленного охлаждения, которое происходит естественным путём. В результате этой процедуры устраняется неоднородность металла, снижается внутреннее напряжение, и уменьшается твёрдость сплава, что значительно облегчает его переработку. Существует два вида отжига: первого и второго рода.

При отжиге первого рода фазовое состояние сплава изменяется незначительно. У него есть разновидности:

  • Гомогенизированный — температура составляет 1100−1200 °C, металл выдерживается от 7−14 часов в таких условиях.
  • Рекристаллизационный — температура отжига 100−200 °C, эта процедура используется для клёпаной стали.

При отжиге второго рода происходит фазовое изменения металла. Процесс имеет несколько видов:

  • Полный отжиг — металл нагревается на 25−40 °C выше критического значения для этого материала и охлаждается со специальной скоростью.
  • Неполный — сплав нагревается до критической точки и долго остывает.
  • Диффузионный — отжиг производится при температуре 1100−1200 °C.
  • Изотермический — нагрев металла происходит как при полном отжиге, но охлаждение ниже критической температуры, остывание на открытом воздухе.
  • Нормализованный — производится полный отжиг металла с остыванием на воздухе.

Закалка

Это процесс манипуляции металлом для достижения мартенситного превращения, чем обеспечивается повышенная прочность и уменьшенная пластичность изделия. При закалке сплав нагревают до критического значения, как и при отжиге, но процесс охлаждения производится значительно быстрее, и для этого используют ванную с жидкостью. Существует несколько видов закалки:

  • Закалка в одной жидкости, для мелких деталей используют масло, а для крупных — воду.
  • Прерывистая закалка — понижение температуры происходит в два этапа: резкое охлаждение до температуры в 300 °C, с помощью воды, а затем изделие помещают в масло или на открытый воздух.
  • Ступенчатая — при достижении металла необходимой температуры, его охлаждают в расплавленных солях, а затем на открытом воздухе.
  • Изотермическая — сходный со ступенчатой, отличается во времени выдержки.
  • Закалка с самоотпуском, сплав охлаждается не полностью, оставляется тёплый участок в середине. В результате металл получает повышенную прочность и высокую вязкость. Такое сочетание отлично подходит для ударных инструментов.

Неправильно сделанная закалка может привести к появлению таких дефектов:

  • обезуглероживание;
  • трещины;
  • коробление или поводки.

Главная причина поводок и трещин — неравномерное изменение размера детали при охлаждении или нагреве. Они также могут возникнуть при резком повышении прочности в отдельных местах. Лучший способ избежать этих проблем — медленное охлаждение металла до значения мартенситного превращения.

Поводка и коробление возникает при неравномерном охлаждении искривлённых деталей. Эти дефекты довольно невелики и могут быть исправлены шлифованием. Предварительный отжиг деталей и их постепенный и равномерный нагрев помогут избежать коробления.

Обезуглероживание металла происходит в результате выгорания углерода при длительном нагреве. Интенсивность процесса зависит от температуры нагрева, чем она выше, тем быстрее процесс. Для исправления деталь нагревают в нейтральной среде (муфельной печи).

Окалины на поверхности металла приводят к угару и деформации изделия. Это снижает скорость нагрева и делает механическую обработку более трудной. Окалины удаляются химическим или механическим способом. Для того чтобы избежать их появления, нужно использовать специальную пасту (100 г жидкого стекла, 25 г графита, 75 г огнеупорной глины, 14 г буры, 100 г воды, 30 г карборунда). Состав наносится на изделия и оставляется до полного высыхания, а затем нагревается как обычно.

Отпуск

Он смягчает воздействие закалки, снимает напряжение, уменьшает хрупкость, повышает вязкость. Отпуск производится с помощью нагрева детали, закалённой до критической температуры. В зависимости от значения температуры можно получить состояния тростита, мартенсита, сорбита. Они отличаются от похожих состояний в закалке по свойствам и структуре, которая более точечная. Это увеличивает пластичность и прочность сплава. Металл с точечной структурой имеет более высокую ударную вязкость.

В зависимости от температуры различают такие виды отпуска: низкий, средний, высокий.

Для точного определения температуры используют таблицу цветов. Плёнка окислов железа придаёт металлу разные цвета. Она появляется, если изделие очистить от окалин и нагреть до 210 °C, при повышении температуры толщина плёнки увеличивается.

При низком отпуске (температура до 300 °C) в составе сплава остаётся мартенсит, который изменяет структуру материала. Кроме того, выделяется карбид железа. Это увеличивает вязкость стали и уменьшает её твёрдость. При низком отпуске металл охлаждают в соляных и масляных ваннах.

Высокий отпуск значительно улучшает механические свойства стали, увеличивает вязкость, пластичность, прочность. Её широко используют для изготовления рессор, шатунов двигателей, кузнечных штампов, осей автомобилей. Для мелкозернистой легированной стали отпуск проводят сразу после нормализации.

Чтобы увеличить обрабатываемость металла, его нормализацию производят при высокой температуре (970 °C), что повышает его твёрдость. Для уменьшения этого параметра делают высокий отпуск.

Криогенная обработка

Изменения структуры металла можно добиться не только высокой температурой, но и низкой. Обработка сплава при температуре ниже 0 °C широко применяется в разных отраслях производства. Процесс происходит при температуре 195 °C.

Плюсы криогенной обработки:

  • Снижает количество аустенита, что придаёт устойчивость размерам деталей.
  • Не требует последующего отпуска, что сокращает производственный цикл.
  • После такой обработки детали лучше поддаются шлифовке и полировке.

Химико-термическая обработка

Химико-термическая обработка включает в себя не только воздействие с помощью высокой температуры, но и химическое. Результатом этой процедуры является повышенная прочность и износостойкость металла, а также придание огнестойкости и кислотоустойчивости.

Различают такие виды обработки:

  • Цементация.
  • Азотирование.
  • Нитроцементация.
  • Борирование.

Цементация стали — представляет собой процесс дополнительной обработки металла углеродом перед закалкой и отпуском. После проведения процедуры повышается выносливость изделия при кручении и изгибе.

Перед началом цементации производится тщательное очищение поверхности, после чего её покрывают специальными составами. Процедуру производят после полного высыхания поверхности.

Различают несколько видов цементации: жидкая, твёрдая, газовая. При первом виде используют специальную печь-ванную, в которую засыпают 75% соды, 10% карбида кремния, 15% хлористого натрия. После чего изделие погружают в ёмкость. Процесс протекает в течение 2 часов при температуре 850 °C.

Твёрдую цементацию удобно выполнять в домашней мастерской. Для неё используют специальную пасту на основе кальцинированной соды, сажи, щавелево-кислого натрия и воды. Полученный состав наносят на поверхность и ждут высыхания. После этого изделие помещают в печь на 2 часа при температуре в 900 °C.

При газовой цементации используют смеси газов, содержащие метан. Процедура происходит в специальной камере при температуре в 900 °C.

Азотирование стали — процесс насыщения поверхности металла азотом при помощи нагрева до 650 °C в аммиачной атмосфере. После обработки сплав увеличивает свою твёрдость, а также приобретает сопротивление к коррозии. Азотирование, в отличие от цементации, позволяет сохранить высокую прочность при больших температурах. А также изделия не коробятся при охлаждении. Азотирование металла широко применяется в промышленности для придания изделию износостойкости, увеличения твёрдости и защиты от коррозии.

Нитроцементация стали заключается в обработке поверхности углеродом и азотом при высокой температуре с дальнейшей закалкой и отпуском. Процедура может осуществляться при температуре 850 °C в газовой среде. Нитроцементацию используют для инструментальных сталей.

При борировании стали на поверхность металла наносят слой бора. Процедура происходит при температуре 910 °C. Такая обработка используется для повышения стойкости штампового и бурового инструментов.

Термомеханическая обработка

При использовании этого метода применяют высокую температуру и пластическую деформацию. Различают такие виды термомеханической обработки:

  • Высокотемпературная.
  • Низкотемпературная.
  • Предварительная.

При высокотемпературной обработке деформация металла происходит после разогрева. Сплав подогревают выше температуры рекристаллизации. После чего производится закалка с отпуском.

Высокотемпературная обработка металла:

  • Повышает вязкость.
  • Устраняет отпускную хрупкость.

Такой обработке подвергают конструкционные, инструментальные, углеродистые, пружинные, легированные стали.

При низкотемпературной обработке заготовку после охлаждения выдерживают при температуре ниже значения рекристаллизации и выше мартенситного превращения. На этом этапе делают пластическую деформацию. Такая обработка не даёт устойчивости металлу при отпуске, а для её осуществления необходимо мощное оборудование.

Для осуществления термомеханической обработки необходимо применять специальные приспособления для давления, нагрева и охлаждения заготовки.

Термообработка цветных сплавов

Цветные металлы отличаются по своим свойствам друг от друга, поэтому для них применяют свои виды термообработки. Для выравнивания химического состава меди её подвергают рекристаллизационному отжигу. Латунь обрабатывают при низкой температуре (200 °C). Бронзу подвергают отжигу при температуре 550 °C. Магний закаляют, отжигают и подвергают старению, алюминий подвергают похожей обработке.

В чёрной и цветной металлургии широко применяются разные виды термической обработки металлов. Их используют для получения нужных свойств у сплавов, а также экономии средств. Для каждой процедуры и металла подбираются свои значения температуры.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: