В ЧЕМ РАЗНИЦА В ТЕРМООБРАБОТКИ МЕЖДУ ЗАКАЛКОЙ И ОТЖИГОМ?
Закалка и отжиг сталей – это процессы термической обработки, которые изменяют физические и химические свойства металлов, чтобы подготовить их к производству. Разница между двумя процессами связана с температурой и скоростью охлаждения, при этом отпуск происходит при более низких температурах, но с более быстрым временем охлаждения.
Обе термические обработки используются для обработки стали, хотя при отжиге сталь становится более мягкой, с которой легче работать, а при отпуске получается менее хрупкая версия, которая широко используется в строительстве и промышленности.
Чтобы понять разницу между процессами, важно сначала понять преимущества нагрева стали как метода обработки металла.
Что такое термообработка?
Термическая обработка используется для изменения физических и механических свойств металлов без изменения их формы. Нагревание металла увеличивает желаемые характеристики, позволяя продолжить обработку.
К распространенным причинам термической обработки относятся:
- Повышенная пластичность
- Повышенная эластичность
- Улучшенная формуемость
- Повышенная твердость
- Улучшенная обработка
- Повышенная сила
- Повышенная прочность
Воздействие на термически обработанные металлы определяется тремя факторами:
- Конкретная температура, до которой нагревается металл
- Продолжительность выдержки металла при этой температуре
- Используемый процесс охлаждения
Эффективная термообработка требует, чтобы все три фактора контролировались независимо от типа обрабатываемого металла и желаемых результатов.
Термическая обработка
Термическая обработка используется для изменения физико-механических свойств металла без изменения его формы. Они являются важными процессами при изготовлении металла, которые повышают желаемую характеристику металла и позволяют проводить дальнейшую обработку.
Различные процессы термообработки включают тщательно контролируемый нагрев и охлаждение металла. Например, сталь обычно подвергают термической обработке для использования в различных коммерческих применениях.
Общими целями термообработки являются:
- Увеличить силу
- Увеличить твердость
- Улучшить прочность
- Улучшить обработку
- Улучшить формуемость
- Увеличить пластичность
- Улучшить эластичность
Стадия охлаждения имеет различные эффекты в зависимости от металла и процесса. Когда сталь быстро охлаждается, она затвердевает, тогда как стадия быстрого охлаждения отжига раствора размягчает алюминий .
Хотя существует много видов термообработки, два важных типа — отжиг и отпуск.
Что такое процесс закалки?
Закалка – это процесс, при котором металл точно нагревается до температуры ниже критической, часто на воздухе, в вакууме или в инертной атмосфере. Точная температура зависит от степени твердости, которую необходимо уменьшить. Высокие температуры уменьшат твердость и увеличат эластичность и пластичность, но могут вызвать снижение текучести и прочности на разрыв. Более низкие температуры сохранят большую часть твердости, но уменьшат хрупкость.
Закалка требует постепенного нагрева металла для предотвращения растрескивания. После достижения желаемой температуры она поддерживается в течение фиксированного периода времени. Приблизительный ориентир для этого предлагает один час на дюйм толщины, хотя это зависит от типа обрабатываемого металла. Нагрев снимает внутренние напряжения в металле, после чего металл быстро остывает на воздухе.
Визуальная оценка закалки
Можно получить визуальное представление о влиянии отпуска на сталь, оценивая цвета, которые появляются на поверхности закаленной стали. Цвета варьируются от светло-желтого до различных оттенков синего в зависимости от таких факторов, как контакт с углеродом. Это позволяет оценить окончательные свойства стали.
Темперирующие приложения
Как упоминалось выше, отпуск используется для повышения ударной вязкости сплавов железа, включая сталь. Отпуск обычно проводят после закалки, чтобы уменьшить излишнюю твердость, так как сталь без закалки очень твердая, но слишком хрупкая для большинства промышленных применений.
Отпуск может изменить пластичность, твердость, прочность, структурную стабильность и ударную вязкость.
Три основных вида термической обработки: отжиг, закалка, отпуск (старение). Их назначение
Таким образом, путем изменения режима термической обработки удается получать различные физико-механические свойства металлов. К основным операциям термической обработки относят отжиг, нормализацию, закалку и отпуск.
Отжиг – термическая обработка заключающаяся в нагреве металла до определенных температур, выдержка и последующего очень медленного охлаждения вместе с печью. Применяют для улучшения обработки металлов резанием, снижения твердости, получения зернистой структуры, а также для снятия напряжений, устраняет частично (или полностью) всякого рода неоднородности, которые были внесены в металл при предшествующих операциях (механическая обработка, обработка давлением, литье, сварка), улучшает структуру стали.
Отжиг первого рода. Это отжиг при котором не происходит фазовых превращений, а если они имеют место, то не оказывают влияния на конечные результаты, предусмотренные его целевым назначением. Различают следующие разновидности отжига первого рода: гомогенизационный и рекристаллизационный. Гомогенизационный – это отжиг с длительной выдержкой при температуре выше 950С (обычно 1100–1200єС) с целью выравнивания химического состава. Рекристаллизационный – это отжиг наклепанной стали при температуре, превышающей температуру начала рекристаллизации, с целью устранения наклепа и получение определенной величины зерна. Отжиг второго рода. Это отжиг, при котором фазовые превращения определяют его целевое назначение. Различают следующие виды: полный, неполный, диффузионный, изотермический, светлый, нормализованный (нормализация), сфероидизирующий (на зернистый перлит). Полный отжиг производят путем нагрева стали на 30–50 °С выше критической точки, выдержкой при этой температуре и медленным охлаждением до 400–500 °С со скоростью 200 °С в час углеродистых сталей, 100°С в час для низколегированных сталей и 50 °С в час для высоколегированных сталей. Структура стали после отжига равновесная, устойчивая. Неполный отжиг производится путем нагрева стали до одной из температур, находящейся в интервале превращений, выдержкой и медленным охлаждением. Неполный отжиг применяют для снижения внутренних напряжений, понижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием. Диффузионный отжиг. Металл нагревают до температур 1100–1200С, так как при этом более полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания химического состава. Изотермический отжиг заключается в следующем: сталь нагревают, а затем быстро охлаждают (чаще переносом в другую печь) до температуры, находящейся ниже критической на 50–100С. Нормализация – заключается в нагреве металла до температуры на (30–50) С выше критической точки и последующего охлаждения на воздухе. Высокоуглеродистые стали подвергают нормализации с целью устранения цементитной сетки. Закалка – это нагрев до оптимальной температуры, выдержка и последующее быстрое охлаждение с целью получения неравновесной структуры. В результате закалки повышается прочность и твердость и понижается пластичность стали. Отпуск стали является завершающей операцией термической обработки, формирующей структуру, а следовательно, и свойства стали. Отпуск заключается в нагреве стали до различных температур (в зависимости от вида отпуска, но всегда ниже критической точки), выдержке при этой температуре и охлаждении с разными скоростями. Назначение отпуска – снять внутренние напряжения, возникающие в процессе закалки, и получить необходимую структуру. В зависимости от температуры нагрева закаленной детали различают три вида отпуска: высокий, средний и низкий. Высокий отпуск производится при температурах нагрева выше 350–600 °С, но ниже критической точки; такой отпуск применяется для конструкционных сталей. Средний отпуск производится при температурах нагрева 350 – 500°С; такой отпуск широко применяется для пружинной и рессорной сталей. Низкий отпуск производится при температурах 150–250 °С. Твердость детали после закалки почти не изменяется; низкий отпуск применяется для углеродистых и легированных инструментальных сталей, для которых необходимы высокая твердость и износостойкость. Старение – это процесс изменения свойств сплавов без заметного изменения микроструктуры. Если изменение твердости, пластичности и прочности протекает при комнатной температуре, то такое старение называется естественным. Если же процесс протекает при повышенной температуре, то старение называется искусственным.
Что такое процесс отжига?
Отжиг включает нагрев металла до заданной температуры перед охлаждением материала с медленной и контролируемой скоростью. Металл помещается в печь, достаточно большую, чтобы позволить воздуху циркулировать вокруг заготовки.
Металл нагревается до температуры, при которой может происходить перекристаллизация. Это вызывает необходимость ремонта любых дефектов, вызванных деформацией или работами. После того, как металл выдерживается при необходимой температуре в течение фиксированного периода времени, он очень медленно охлаждается до комнатной температуры. Низкие скорости охлаждения обеспечивают максимальную мягкость и улучшенную микроструктуру. Это можно сделать, просто выключив духовку и оставив металл внутри остыть естественным образом, или погрузив нагретый материал в песок, золу или другое вещество с низкой теплопроводностью.
Отжиг можно разбить на три этапа; восстановление, рекристаллизация и рост зерна, а именно:
Восстановление
Стадия восстановления – это когда металл нагревается так, что внутренние структуры материала расслабляются.
Перекристаллизация
По мере увеличения тепла металл достигает температуры, при которой происходит рекристаллизация, позволяя новым зернам развиваться во внутренней структуре металла без образования напряжений. Температура для этого должна быть выше температуры рекристаллизации металла, но ниже температуры плавления.
Рост зерна
Контролируемая скорость охлаждения способствует развитию зерен, образовавшихся во время рекристаллизации, что дает более пластичный и менее твердый материал.
Применения для отжига сталей
Отжиг в основном используется для снижения твердости / увеличения мягкости металла, однако его также можно использовать для увеличения электропроводности. Этот процесс позволяет металлу достаточно размягчиться для холодной обработки, улучшить обрабатываемость и восстановить пластичность.
Это важно для нескольких применений, так как холодная обработка без отжига может вызвать растрескивание. В процессе отжига снимаются механические напряжения, возникающие при механической обработке или шлифовании, что позволяет обрабатывать металл дальше.
Этот процесс обычно используется для стали, но также может применяться для металлов, включая алюминий, латунь и медь.
Различия между закаленной и отожженной сталью
Хотя оба процесса представляют собой термическую обработку, они следуют разным правилам для получения разных результатов для разных целей.
Закаленная сталь используется там, где первостепенное значение имеют прочность, ударная вязкость и эластичность. Сюда входят крупномасштабные строительные работы, промышленное оборудование и автомобильные трансмиссии. Закалка делает эти применения возможными и снижает любую связанную с ними опасность.
В результате отжига получаются более мягкие металлы, которые можно использовать для изделий, которым не требуется выдерживать значительные нагрузки. Сюда входят многие предметы домашнего обихода и другие повседневные товары.
Виды химико-термической обработки металла и сплавов, описание
Основными считаются наполнение углеродом, азотом, диффузную металлизацию. Подогрев в жидкости предполагает выдерживание предмета в расплавленной соли либо железе. С помощью газового способа получают восстановительные и обменные реакции, диссоциации и диспропорционирования.
Цементация стали – что это
Это наполнение углеродом внешнего слоя заготовок, в котором количество химического элемента не превышает 25%. Процедура улучшает плотность поверхности, ее износоустойчивость и твердость. При этом нижние слои остаются вязкими. Обработка уместна для заготовок, подвергающихся контактному износу. В конце выполняют закаливание и отпуск, контролируя качества операции.
Метод уместен по окончании механической обработки посредством покрытия изделия обмазками или слоем меди. Степень нагрева детали зависит от состава. Чем меньше в ней углерода, тем выше нагрев. Для абсорбирования и диффузии минимальный порог нагрева составляет не менее 900-950⁰. Рассмотрим ниже процесс метода цементации металла, что это такое.
Насыщение углеродом осуществляют каменноугольным полукоксом, торфяным коксом либо древесным углем. Концентрация химического вещества на поверхности составляет до 1%, иначе материал становится хрупким. Далее его нормализуют. Цементацию в газе выполняют бензолом, метаном либо керосином.
Азотирование стали – что это
Это наполнение внешнего слоя азотом при подогреве в среде аммиака до 480-650⁰. Оно повышает устойчивость к коррозии и износу. При насыщении размер детали увеличивается. Степень изменения зависит от температуры и состава. Чаще всего применяют диапазон 500-520⁰. Выдерживая при таких параметрах в течение 24-90 часов можно увеличить толщину до 0,5 мм.
Нитроцементация или цианирование
Так называют разновидность азотирования. Рассмотрим, в чем отличие от поверхностной нитроцементации (закалки) стали, что это такое. Процесс представляет собой наполнение внешнего слоя одновременно углеродом и азотом. Процедуру проводят на материалах, количество азота в которых составляет 0,3-0,4%. Пропорция веществ регулируется температурой. Чем она выше, тем больше остается углерода. При пересыщении обоими компонентами изделие становится хрупким. Ее также именуют нитроцементацией. Ее проводят в газе или жидкости. Высокотемпературная процедура позволяет избежать деформации.
