Термічна обробка металів та сплавів
Курсова робота
на тему: «Термічна обробка металів та сплавів»
Термічну обробку застосовують на різних стадіях виробництва деталей машин та металовиробів. В одних випадках вона може бути проміжною операцією, що служить для покращення оброблюваності сплавів тиском, різанням, в інших – є остаточною операцією, яка забезпечує необхідний комплекс показників механічних, фізичних та експлуатаційних властивостей виробів або напівфабрикатів. Напівфабрикати піддають термічній обробці для поліпшення структури, зниження твердості (покращення оброблюваності), а деталі – для надання їм певних властивостей (твердості, зносостійкості, міцності та інших).
Внаслідок термічної обробки властивості сплавів можуть бути змінені в широких межах. Можливість значного підвищення механічних властивостей після термічної обробки порівняно з вихідним станом дозволяє збільшити напруги, що допускаються, зменшити розміри і масу машин і механізмів, підвищити надійність і термін служби виробів. Поліпшення властивостей в результаті термічної обробки дозволяє застосовувати сплави простіших складів, а тому дешевші. Сплави набувають також деякі нові властивості, у зв'язку з чим розширюється сфера їх застосування.
Призначення та види термічної обробки
Термічною (тепловою) обробкою називаються процеси, сутність яких полягає у нагріванні та охолодженні виробів за певними режимами, внаслідок чого відбуваються зміни структури, фазового складу, механічних та фізичних властивостей матеріалу, без зміни хімічного складу.
Призначення термічної обробки металів – отримання необхідної твердості,поліпшення характеристик міцності металів і сплавів. Термічна обробка поділяється на термічну, термомеханічну та хіміко-термічну. Термічна обробка – лише термічна дія, термомеханічна – поєднання термічної дії та пластичної деформації, хіміко-термічна – поєднання термічної та хімічної дії. Термічна обробка, залежно від структурного стану, одержуваного в результаті її застосування, підрозділяється на відпал (першого та другого роду), загартування та відпустку.
Відпал –термічна обробка полягає в нагріванні металу до певних температур, витримка і подальшого дуже повільного охолодження разом з піччю. Застосовують для поліпшення обробки металів різанням, зниження твердості, отримання зернистої структури, а також для зняття напруг, усуває частково (або повністю) всякого роду неоднорідності, які були внесені до металу при попередніх операціях (механічна обробка, обробка тиском, лиття, зварювання), покращує структуру сталі.
Відпал першого роду. Це відпал у якому немає фазових перетворень, і якщо вони мають місце, то впливають кінцеві результати, передбачені його цільовим призначенням. Розрізняють такі різновиди відпалу першого роду: гомогенізаційний та рекристалізаційний.
Гомогенізаційний– це відпал із тривалою витримкою при температурі вище 950ºС (зазвичай 1100–1200ºС) з метою вирівнювання хімічного складу.
Рекристалізаційний– це відпал наклепаної сталі при температурі, що перевищує температуру початку рекристалізації, з метою усунення наклепу та отримання певної величини зерна.
Відпал другого роду. Це відпал, у якому фазові перетворення визначають йогоцільове призначення. Розрізняють такі види: повний, неповний, дифузійний, ізотермічний, світлий, нормалізований (нормалізація), сфероїдизуючий (на зернистий перліт).
Повний відпалвиробляють шляхом нагрівання сталі на 30–50 °С вище критичної точки, витримкою при цій температурі та повільним охолодженням до 400–500 °С зі швидкістю 200 °С на годину вуглецевих сталей, 100 °С на годину для низьколегованих сталей та 50 °С на годину для високолегованих сталей. Структура сталі після відпалу рівноважна, стійка.
Неповний відпалпроводиться шляхом нагрівання сталі до однієї з температур, що знаходиться в інтервалі перетворень, витримкою та повільним охолодженням. Неповний відпал застосовують для зниження внутрішніх напруг, зниження твердості та поліпшення оброблюваності різанням
Дифузійний відпал. Метал нагрівають до температур 1100-1200ºС, оскільки при цьому повніше протікають дифузійні процеси, необхідні для вирівнювання хімічного складу.
Ізотермічний відпалполягає в наступному: сталь нагрівають, а потім швидко охолоджують (частіше перенесенням в іншу піч) до температури, що знаходиться нижче критичної на 50-100 ºС. В основному застосовується для легованих сталей. Економічно вигідний, оскільки тривалість звичайного відпалу (13 – 15) год, а ізотермічного відпалу (4 – 6) год
Сфероїдизуючий відпал (на зернистий перліт) полягає в нагріванні сталі вище критичної температури на 20 - 30 ° С, витримці при цій температурі та повільному охолодженні.
Світлий відпалздійснюється за режимами повного або неповного відпалу із застосуванням захисних атмосфер мул у печах з частковим вакуумом. Застосовується з метою захисту поверхні металу від окислення та обезуглерожування.
Нормалізація- полягає внагрівання металу до температури на (30–50) ºЗ вище критичної точки та подальшого охолодження на повітрі. Призначення нормалізації по-різному залежно від складу стали. Замість відпалу низьковуглецеві сталі нормалізують. Для середньовуглецевих сталей нормалізацію застосовують замість гарту та високої відпустки. Високовуглецеві сталі піддають нормалізації з метою усунення цементитної сітки. Нормалізацію з подальшою високою відпусткою застосовують замість відпалу для виправлення структури легованих сталей. Нормалізація проти відпалом – більш економічна операція, оскільки потребує охолодження разом із печью.
Гарт-- це нагрівання до оптимальної температури, витримка і подальше швидке охолодження з метою отримання нерівноважної структури.
Залежно від форми деталі, марки сталі та необхідного комплексу властивостей застосовують різні способи загартування.
Гартування в одному охолоджувачі. Деталь нагрівають до температури загартування та охолоджують в одному охолоджувачі (вода, олія).
Гартування у двох середовищах (переривчасте гартування)- це гартування при якому деталь охолоджують послідовно у двох середовищах: перше середовище - охолоджувальна рідина (вода), друга - повітря або масло.
Ступінчасте загартування. Нагріту до температури загартування деталь охолоджують у розплавлених солях, після витримки протягом часу необхідного для вирівнювання температури по всьому перерізу, деталь охолоджують на повітрі, що сприяє зниженню загартування.
Гартування з самовідпусткоюмає широке застосування в інструментальному виробництві. Процес полягає в тому, що деталі витримуються в середовищі, що охолоджує, не до повного охолодження, а в певний момент витягуються з неї з метою збереження в серцевині деталі деякогокількості тепла, за рахунок якого проводиться наступна відпустка.
Відпусткастали є завершальною операцією термічної обробки, що формує структуру, а отже, і властивості сталі. Відпустка полягає в нагріванні сталі до різних температур (залежно від виду відпустки, але завжди нижче критичної точки), витримці при цій температурі та охолодженні з різними швидкостями. Призначення відпустки – зняти внутрішні напруження, що виникають у процесі загартування, та отримати необхідну структуру.
Залежно від температури нагрівання загартованої деталі розрізняють три види відпустки: високу, середню і низьку.
Висока відпусткапроводиться при температурах нагріву вище 350-600 ° С, але нижче критичної точки; така відпустка застосовується для конструкційних сталей.
Середня відпусткапроводиться при температурах нагріву 350 - 500 ° С; така відпустка широко застосовується для пружинної та ресорної сталей.
Низька відпусткапроводиться за температур 150–250 °С. Твердість деталі після загартування майже змінюється; низька відпустка застосовується для вуглецевих та легованих інструментальних сталей, для яких необхідні висока твердість та зносостійкість.
Контроль відпустки здійснюється за кольорами втечі, що з'являються на поверхні деталі.
Старіння- це процес зміни властивостей сплавів без помітної зміни мікроструктури. Відомі два види старіння: термічне та деформаційне.
Термічне старінняпротікає внаслідок зміни розчинності вуглецю в залозі залежно від температури.
Якщо зміна твердості, пластичності та міцності протікає при кімнатній температурі, то таке старіння називається природним.
Якщо ж процес протікає при підвищенійтемпературі, то старіння називаєтьсяштучним.