Что такое термообработка? Процесс, виды и преимущества

Процесс термической обработки изменяет свойства металла. Он улучшает такие свойства, как твёрдость, прочность и гибкость, что продлевает срок службы деталей и повышает их эффективность. Этот процесс находит широкое применение в различных отраслях промышленности, таких как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и инструментальное производство.

Что такое термическая обработка?

Термическая обработка — это метод изменения внутренней структуры металла посредством точных циклов нагрева и охлаждения. В результате металл становится либо прочнее, либо мягче и легче поддаётся формовке.

Основная цель термической обработки — повышение твёрдости и прочности металла. Более того, она повышает его пластичность и устойчивость к ржавчине. Этот процесс применяется уже много лет. Древние кузнецы применяли нагрев и охлаждение для ковки инструментов и мечей. Сегодня на заводах для этого процесса используется высокотехнологичное оборудование.

Как работает термообработка: основной процесс

Этот процесс состоит из трех основных этапов, каждый из которых необходимо выполнять правильно для достижения наилучшего результата:

• Обогрев: Здесь металл, с которым вы работаете, нагревается до определённой температуры. Выбор температуры зависит от типа металла.
• Холдинг: При этом заготовка выдерживается при заданной температуре в течение некоторого времени, давая ей возможность равномерно распределиться по всей детали.
• Охлаждение: Затем металл подвергается контролируемому охлаждению, что влияет на его внутреннюю структуру.

Скорость охлаждения также влияет на твёрдость металла. Если охлаждение происходит быстро, деталь становится очень твёрдой, а если медленно, металл становится мягким. Среда нагрева, будь то воздух, вакуум, соляная ванна или газ, служит разным целям.

Соляные ванны обеспечивают равномерный нагрев металлических деталей, а вакуумное пространство помогает предотвратить нежелательные реакции.

Типы процессов термической обработки

Отжиг

Этот процесс используется для размягчения металлов, делая их более пластичными и удобными для обработки. Он также снимает напряжение, возникающее при формовке или резке. Он широко применяется для изготовления листового металла и инструментов.

Нормализация

Этот процесс обычно применяется к кованой или литой стали. Он придает металлу равномерную структуру зерна, повышая его прочность и стабильность. 

Закалка

Закалка используется для повышения поверхностной твёрдости металла. Деталь нагревается и быстро охлаждается, образуя внутри твёрдую структуру, называемую мартенсит. Эта структура обычно хрупкая, поэтому процесс сопровождается отпуском.

Закалка

Здесь снижается хрупкость заготовки и повышается её прочность. Деталь нагревают до более низкой температуры и выдерживают некоторое время, чтобы сбалансировать её прочность и гибкость.

Закалка

Здесь металл охлаждается очень быстро. Для охлаждения с разной скоростью можно использовать различные среды, например, воду, воздух или масло. 

Упрочнение корпуса (Цементация, Азотирование)

Этот процесс упрочняет только поверхность заготовки, но внутренняя часть остаётся мягкой. Цементация насыщает поверхность металла углеродом, а азотирование использует азот для формирования твёрдой поверхности. Оба метода повышают стойкость детали к ржавчине.

Термическая обработка различных металлов

Стали

Это наиболее часто используемый металл для термической обработки. Содержание углерода в нём можно регулировать, изменяя твёрдость или вязкость. Для изменения его структуры можно использовать различные методы нагрева и охлаждения.

Алюминиевые сплавы

Термическая обработка алюминия может быть довольно сложной. Поскольку он плавится при более низкой температуре, чем сталь, необходимо тщательно контролировать нагрев. Алюминий в основном закаляется методом дисперсионного твердения, что повышает его прочность.

Медь, титан и другие сплавы

Другие металлы и сплавы также можно подвергать термической обработке. Медь обычно размягчают отжигом, в то время как некоторые другие медные сплавы можно закаливать. При термической обработке титановых сплавов необходимо соблюдать осторожность, поскольку при нагревании они реагируют с кислородом.

Преимущества термической обработки

Ресурсы: AZom-Как термообработка меняет свойства стали?

Термическая обработка металлов дает множество преимуществ, таких как:

• Этот процесс улучшает механические свойства металлов, благодаря чему они гораздо дольше выдерживают нагрузки.
• Это также облегчает обработку металлов, делая их мягче благодаря таким процессам, как отжиг. Твёрдые металлы также дольше сохраняют остроту режущей кромки.
• Детали, подвергнутые термической обработке, обладают лучшей устойчивостью к износу и коррозии, что важно для инструментов, работающих в кислых средах.
• Этот процесс также повышает размерную стабильность деталей, что снимает внутренние напряжения и предотвращает деформацию детали с течением времени.

Оборудование и технологии термообработки

Большинство заводов используют специальное оборудование и инструменты для управления процессами термообработки.

Печи

В процессе термообработки используются различные типы печей. Печи периодического действия используются для обработки одной партии за раз и лучше всего подходят для небольших деталей. Печи непрерывного действия обеспечивают перемещение деталей через длинный нагревательный туннель и лучше всего подходят для крупносерийного производства.

С другой стороны, вакуумные печи Не допускайте попадания воздуха, чтобы предотвратить появление ржавчины или повреждение поверхности. Они в основном используются для чистых, высокоточных работ.

Индукционная и лазерная закалка

Индукционная закалка использует магнитные поля для быстрого нагрева поверхности заготовки. Она очень эффективна при изготовлении валов или зубьев шестерён. Лазерная закалка, однако, делает то же самое, но с использованием очень горячего и точного луча для нагрева небольшой точки.

Системы управления

Эти системы контроля используются для тщательного контроля температуры и времени. Они помогают обеспечить правильную обработку металла, необходимую для выполнения работы.

Распространенные применения термической обработки

Автомобили

В автомобильной промышленности используется множество термообработанных деталей, обладающих повышенной прочностью. Вот некоторые из них:

• Шестерни
• Коленчатые валы
• Оси

Эти детали требовали термической обработки, поскольку они обычно выдерживают большие нагрузки. В противном случае детали быстро изнашивались.

Аэрокосмическая промышленность

Детали, используемые в самолётах, обычно подвергаются воздействию высоких температур и давления. Термическая обработка применяется для изготовления таких деталей, как:

• Лезвия
• Шасси
• Рамы самолетов

Инструменты

Термическая обработка также важна при изготовлении различных видов рабочих инструментов, в том числе:

• Сверла
• Умирает
• Формы

Эти детали должны сохранять твёрдость, не будучи хрупкими. Этого можно добиться с помощью контролируемого нагрева и охлаждения.

Потребительские товары

Большинство предметов, которые мы используем ежедневно, также требуют контроля прочности и формы. Термическая обработка применяется для таких предметов, как:

• Ножи
• Спрингс
• Винты

Выбор правильного процесса термообработки

Выбор правильного процесса для вашей работы зависит от различных факторов.

Тип материала и свойства

Тип металла, с которым вы работаете, определяет доступные вам варианты. Содержание легирующих элементов может влиять на температуру и скорость охлаждения. Высокоуглеродистая сталь хорошо поддаётся закалке, но при работе с алюминием следует проявлять большую осторожность.

Также необходимо учитывать желаемые свойства, будь то прочность или износостойкость.

Профессиональная консультация

Если вы не уверены, что делать, лучше всего обратиться за помощью к профессионалу. Он лучше всех разбирается в особенностях работы с металлами и убережёт вас от ошибок и траты денег.

Вывод

Каждая деталь, которую вы изготавливаете, зависит от прочности металла. Термическая обработка помогает удовлетворить требования к прочности, твёрдости и гибкости вашего проекта. Если вы хотите начать уже сегодня, наша команда готова вам помочь.