Для придания металлическим заготовкам необходимых механических, физических и химических свойств помимо рационального выбора материалов и различных процессов формовки зачастую необходимы процессы термической обработки. Сталь — наиболее широко используемый материал в машиностроении со сложной микроструктурой, которую можно контролировать посредством термической обработки. Поэтому термическая обработка стали является основным содержанием термической обработки металлов.
Кроме того, алюминий, медь, магний, титан и их сплавы также могут изменять свои механические, физические и химические свойства посредством термической обработки для получения различных эксплуатационных характеристик.
Термическая обработка обычно не меняет форму и общий химический состав заготовки, а скорее придает или улучшает ее характеристики за счет изменения микроструктуры внутри заготовки или изменения химического состава на поверхности заготовки. Его особенностью является улучшение внутреннего качества заготовки, которое обычно не видно невооруженным глазом.
Функция термической обработки — улучшение механических свойств материалов, устранение остаточных напряжений, повышение обрабатываемости металлов. В зависимости от целей термообработки процессы термообработки можно разделить на две категории: предварительная термообработка и окончательная термообработка.
1.Целью предварительной термообработки является повышение производительности обработки, устранение внутренних напряжений и подготовка хорошей металлографической структуры к окончательной термообработке. Процесс термообработки включает отжиг, нормализацию, старение, закалку и отпуск и т. д.
l Отжиг и нормализацию применяют для заготовок, прошедших термическую обработку. Углеродистую и легированную сталь с содержанием углерода более 0,5% часто отжигают для снижения твердости и облегчения резки; Углеродистые и легированные стали с содержанием углерода менее 0,5 % обрабатывают нормализацией во избежание прихвата инструмента при резании из-за их низкой твердости. Отжиг и нормализация позволяют уточнить размер зерна и добиться однородной микроструктуры, подготавливая его к будущей термообработке. Отжиг и нормализацию часто проводят после черновой обработки и перед черновой обработкой.
l Временная обработка в основном используется для устранения внутренних напряжений, возникающих при изготовлении заготовок и механической обработке. Чтобы избежать чрезмерной нагрузки при транспортировке, для деталей общей точности перед точной обработкой можно организовать временную обработку. Однако для деталей с высокими требованиями к точности (например, корпуса координатно-расточных станков) следует организовать два или более процессов старения. Простые детали обычно не требуют обработки старением. Помимо литья, для некоторых прецизионных деталей с низкой жесткостью (например, прецизионных винтов) часто проводится многократная обработка старением между черновой и полуточной обработкой, чтобы устранить внутренние напряжения, возникающие во время обработки, и стабилизировать точность обработки деталей. Некоторые детали вала требуют временной обработки после процесса правки.
l Закалка и отпуск относятся к высокотемпературной отпуску после закалки, который позволяет получить однородную и тонкую отпущенную мартенситную структуру, подготавливая к уменьшению деформации во время поверхностной закалки и азотирования в будущем. Поэтому закалку и отпуск можно использовать и в качестве предварительной термообработки. Благодаря хорошим комплексным механическим свойствам закаленных и отпущенных деталей некоторые детали с низкими требованиями к твердости и износостойкости также могут использоваться в качестве окончательной термообработки.
2.Целью окончательной термообработки является улучшение механических свойств, таких как твердость, износостойкость и прочность.
l Закалка включает поверхностную и объемную закалку. Поверхностная закалка широко используется из-за ее небольшой деформации, окисления и обезуглероживания, а также имеет преимущества высокой внешней прочности и хорошей износостойкости, сохраняя при этом хорошую вязкость и высокую ударопрочность внутри. Для улучшения механических свойств поверхностно закаленных деталей часто необходимо провести термическую обработку, такую как закалка и отпуск или нормализация, в качестве предварительной термообработки. Общий технологический маршрут: резка – ковка – нормализация (отжиг) – черновая обработка – закалка и отпуск – полуточная обработка – поверхностная закалка – прецизионная обработка.
l Закалка цементацией подходит для низкоуглеродистой и низколегированной стали. Во-первых, увеличивается содержание углерода в поверхностном слое детали, и после закалки поверхностный слой приобретает высокую твердость, тогда как сердцевина сохраняет определенную прочность, высокую вязкость и пластичность. Карбонизацию можно разделить на общую и локальную цементацию. При частичной цементации необходимо принять меры против просачивания (меднение или покрытие антисепараторными материалами) для ненауглероженных частей. Из-за большой деформации, вызванной науглероживанием и закалкой, а также глубины науглероживания, обычно составляющей от 0,5 до 2 мм, процесс науглероживания обычно располагается между полупрецизионной и прецизионной обработкой. Общий маршрут процесса: резка, ковка, нормализация, черновая и полуточная обработка, цементация, закалка, прецизионная обработка. При ненауглероженной части локально науглероженных деталей принимается технологическая схема увеличения припуска и срезания избыточного науглероженного слоя, процесс срезания избыточного науглероженного слоя следует организовывать после науглероживания и перед закалкой.
l Азотирование — это метод обработки, который позволяет атомам азота проникать в поверхность металла с образованием слоя азотсодержащих соединений. Слой азотирования позволяет улучшить твердость, износостойкость, усталостную прочность и коррозионную стойкость поверхности деталей. Из-за низкой температуры азотирования, небольшой деформации и тонкого слоя азотирования (обычно не более 0,6–0,7 мм) процесс азотирования следует проводить как можно позже. Чтобы уменьшить деформацию при азотировании, после резки обычно требуется высокотемпературный отпуск для снятия напряжений.
Время публикации: 24 октября 2024 г.
