Термична обработка на стомана. (Термична обработка на метал). Втвърдяване и HDTV. Инсталиране на HDTV - принципът на работа за втвърдяване. Индукционна фурна с лампа

Индукционното нагряване става чрез поставяне на детайла близо до проводник на променлив електрически ток, наречен индуктор. Когато високочестотен ток (HFC) преминава през индуктора, се създава електромагнитно поле и ако в това поле се намира метален продукт, в него се възбужда електродвигателна сила, която предизвиква променлив ток със същата честота като индукционен ток да преминава през продукта.

По този начин се предизвиква топлинен ефект, който причинява загряване на продукта. Топлинната мощност P, освободена в нагрятата част, ще бъде равна на:

където K е коефициент в зависимост от конфигурацията на продукта и размера на празнината, образувана между повърхностите на продукта и индуктора; Iin - сила на тока; f - честота на тока (Hz); r - електрическо съпротивление (Ohm · cm); m - магнитна пропускливост (H / E) на стомана.

Процесът на индукционно нагряване се влияе значително от физическо явление, наречено повърхностен (кожен) ефект: токът се индуцира главно в повърхностните слоеве, а при високи честоти плътността на тока в сърцевината на детайла е ниска. Дълбочината на нагретия слой се оценява по формулата:

Увеличаването на честотата на тока ви позволява да концентрирате значителна мощност в малък обем на нагрятата част. Благодарение на това се реализира високоскоростно (до 500 С / сек) нагряване.

Параметри на индукционното нагряване

Индукционното отопление се характеризира с три параметъра: специфична мощност, продължителност на нагряване и честота на тока. Специфичната мощност е мощността, преобразувана в топлина на 1 cm2 от повърхността на нагретия метал (kW / cm2). Скоростта на нагряване на продукта зависи от стойността на специфичната мощност: колкото по -висока е тя, толкова по -бързо се извършва нагряването.

Времето за загряване определя общото количество прехвърлена топлинна енергия и следователно достигнатата температура. Също така е важно да се вземе предвид честотата на тока, тъй като дълбочината на втвърдения слой зависи от това. Честотата на тока и дълбочината на нагретия слой са в обратна връзка (втора формула). Колкото по -висока е честотата, толкова по -малък е обемът на нагрятия метал. Избирайки стойността на специфичната мощност, продължителността на нагряване и честотата на тока, е възможно да се променят крайните параметри на индукционното нагряване в широк диапазон - твърдостта и дълбочината на втвърдения слой по време на закаляване или нагрятия обем по време на нагряването за щамповане.

На практика контролираните параметри за отопление са електрическите параметри на генератора на ток (мощност, ток, напрежение) и продължителността на нагряване. С помощта на пирометри може да се записва и температурата на нагряване на метала. Но по -често няма нужда от постоянен контрол на температурата, тъй като е избран оптималният режим на отопление, който осигурява постоянно качество на втвърдяване или нагряване на HFC. Оптималният режим на втвърдяване се избира чрез промяна на електрическите параметри. По този начин няколко части се втвърдяват. Освен това частите се подлагат на лабораторен анализ с фиксиране на твърдостта, микроструктурата, разпределението на втвърдения слой в дълбочина и равнина. При подхлаждане се наблюдава остатъчен ферит в структурата на хипоевтектоидни стомани; груб игловиден мартензит се появява при прегряване. Признаците на дефекти при нагряване на HDTV са същите като при класически технологиитоплинна обработка.

В случай на повърхностно втвърдяване с HFC, загряването се извършва до по -висока температура, отколкото в случай на конвенционално насипно втвърдяване. Това се дължи на две причини. Първо, при много висока скорост на нагряване, температурите на критичните точки, в които настъпва преходът на перлит към аустенит, се увеличават, и второ, тази трансформация трябва да има време да завърши за много кратко време за нагряване и задържане.

Въпреки факта, че нагряването по време на високочестотно закаляване се извършва до по-висока температура, отколкото при нормално закаляване, прегряването на метала не се случва. Това се дължи на факта, че зърното в стоманата просто няма време да расте в много кратък период от време. Трябва също да се отбележи, че в сравнение с обемното закаляване, твърдостта след втвърдяване с HFC е по -висока с около 2–3 единици HRC. Това осигурява по -висока устойчивост на износване и повърхностна твърдост на детайла.

Предимства на закаляването с висока честота

висока производителност на процеса
лекота на регулиране на дебелината на втвърдения слой
минимална деформация
почти пълно отсъствие на мащаб
възможност за напълно автоматизиране на целия процес
възможността за поставяне на закаляваща единица в потока на механичната обработка.

Най-често повърхностно втвърдяване се подлагат на части от въглеродна стомана със съдържание 0,4-0,5% C. Тези стомани след закаляване имат повърхностна твърдост HRC 55-60. При по -високо съдържание на въглерод съществува риск от напукване поради внезапно охлаждане. Наред с въглеродната стомана се използват и нисколегирани хром, хром-никел, хром-силиций и други стомани.

Оборудване за индукционно втвърдяване (HFC)

Индукционното втвърдяване изисква специално технологично оборудване, който включва три основни блока: източник на захранване - генератор на високочестотни токове, индуктор и устройство за движещи се части в машината.

Високочестотен генератор на ток са електрически машини, които се различават по физическите принципи на образуване на електрически ток в тях.

Електронни устройства, работещи на принципа на електронни тръби, които преобразуват постоянен ток в променлив ток с повишена честота - тръбни генератори.
Електромашинни устройства, работещи на принципа на насочване на електрически ток в проводник, движещ се в магнитно поле, преобразуващ трифазен ток от индустриална честота в променлив ток с повишена честота - машинни генератори.
Полупроводникови устройства, работещи на принципа на тиристорни устройства, които преобразуват постоянен ток в променлив ток с повишена честота - тиристорни преобразуватели (статични генератори).

Генераторите от всички видове се различават по честота и мощност на генерирания ток

Видове генератори Мощност, kW Честота, kHz Ефективност

Тръба 10 - 160 70 - 400 0,5 - 0,7

Машина 50 - 2500 2,5 - 10 0,7 - 0,8

Тиристор 160 - 800 1 - 4 0,90 - 0,95

Повърхностното втвърдяване на малки части (игли, контакти, накрайници на пружините) се извършва с помощта на микроиндукционни генератори. Генерираната от тях честота достига 50 MHz, времето за нагряване за втвърдяване е 0,01-0,001 s.

Методи за втвърдяване с HFC

Според производителността на нагряване се разграничават индукционно непрекъснато втвърдяване и едновременно втвърдяване.

Непрекъснато последователно втвърдяванеизползва се за дълги части с постоянно напречно сечение (валове, оси, плоски повърхности на дълги изделия). Нагрятата част се движи в индуктора. Частта от частта, която в определен момент е в зоната на влияние на индуктора, се нагрява до температурата на втвърдяване. На изхода от индуктора секцията навлиза в зоната за охлаждане чрез пръскане. Недостатъкът на този метод на нагряване е ниската производителност на процеса. За да се увеличи дебелината на втвърдения слой, е необходимо да се увеличи продължителността на нагряване чрез намаляване на скоростта на движение на частта в индуктора. Едновременно втвърдяванепредполага еднократно нагряване на цялата повърхност за втвърдяване.

Самозакаляващ ефект след закаляване

След приключване на нагряването повърхността се охлажда от душ или поток вода директно в индуктора или в отделно охлаждащо устройство. Това охлаждане позволява охлаждане на всяка конфигурация. Чрез измерване на охлаждането и промяна на неговата продължителност е възможно да се реализира ефектът от самозакаляването в стоманата. Този ефект се състои в отстраняване на топлината, натрупана по време на нагряване в сърцевината на детайла към повърхността. С други думи, когато повърхностният слой се охлади и претърпи мартензитна трансформация, определено количество топлинна енергия все още се съхранява в подземния слой, чиято температура може да достигне ниската температура на закаляване. След прекратяване на охлаждането тази енергия ще бъде отстранена на повърхността поради температурната разлика. По този начин няма нужда от допълнителни операции по закаляване на стомана.

Проектиране и производство на индуктори за втвърдяване с HFC

Индукторът е изработен от медни тръби, през които преминава вода по време на процеса на нагряване. Това предотвратява прегряването и изгарянето на индукторите по време на работа. Произвеждат се и индуктори, комбинирани с втвърдяващо устройство - пръскачка: по вътрешната повърхност на такива индуктори има дупки, през които охлаждащата течност тече към нагрятата част.

За равномерно нагряване е необходимо индукторът да се произвежда по такъв начин, че разстоянието от индуктора до всички точки на повърхността на продукта да е еднакво. Обикновено това разстояние е 1,5-3 мм. При закаляване на продукт с проста форма това условие лесно се изпълнява. За равномерно втвърдяване частта трябва да се премести и (или) да се завърти в индуктора. Това се постига чрез използване на специални устройства - центрове или втвърдяващи маси.

Разработването на конструкцията на индуктора предполага преди всичко определянето на неговата форма. В този случай те се отблъскват от формата и размерите на втвърдения продукт и метода на втвърдяване. Освен това при производството на индуктори се взема предвид естеството на движението на частта спрямо индуктора. Икономичността и ефективността на отоплението също се вземат предвид.

Охлаждането на части може да се използва по три начина: пръскане на вода, воден поток, потапяне на части в охлаждаща среда. Охлаждането на душ може да се извършва както в индуктори-пръскачки, така и в специални закаляващи камери. Охлаждането чрез поток позволява създаване на свръхналягане от порядъка на 1 atm, което допринася за по -равномерно охлаждане на детайла. За да се осигури интензивно и равномерно охлаждане, е необходимо водата да се движи по охладената повърхност със скорост 5-30 m / s.

По споразумение е възможна термична обработка и втвърдяване на метални и стоманени части с размери, по -големи от тези в тази таблица.

Топлинната обработка (термична обработка на стомана) на метали и сплави в Москва е услуга, която нашият завод предоставя на своите клиенти. Имаме всичко необходимото оборудване, за които работят квалифицирани специалисти. Изпълняваме всички поръчки с високо качество и в срок. Ние също приемаме и изпълняваме поръчки за термична обработка на стомани и високочестотен ток, идващ при нас и от други региони на Русия.

Основните видове термична обработка на стомана

Отгряване тип I:

Дифузно отгряване от първи вид (хомогенизация) - Бързо нагряване до t 1423 K, дълго задържане и последващо бавно охлаждане. Подравняване на химическата нехомогенност на материала в отливки от легирана стомана с голяма форма

Отгряване от прекристализация от първи вид - Нагряване до температура 873-973 K, продължително задържане и последващо бавно охлаждане. Има намаляване на твърдостта и увеличаване на пластичността след студена деформация (обработката е оперативна)

Отгряване от първи вид, намаляване на напрежението - Нагряване до температура 473-673 K и последващо бавно охлаждане. Премахва остатъчните напрежения след отливане, заваряване, пластична деформация или механична обработка.

Отгряване тип II:

Пълно отгряване тип II - Нагряване до температура над точката Ac3 с 20-30 K, задържане и последващо охлаждане. Наблюдава се намаляване на твърдостта, подобряване на обработваемостта, премахване на вътрешните напрежения в хипоевтектоидни и евтектоидни стомани преди втвърдяване (виж бележката към таблицата)

Отгряването от II вид е непълно - Нагряване до температура между точките Ac1 и Ac3, задържане и последващо охлаждане. Налице е намаляване на твърдостта, подобряване на обработваемостта, премахване на вътрешните напрежения в хипервтектоидна стомана преди втвърдяване

Изотермично отгряване тип II - Нагряване до температура 30-50 K над точката Ac3 (за хипервтектоидна стомана) или над точката Ac1 (за хиперевтектоидна стомана), задържане и последващо поетапно охлаждане. Ускорена обработка на малки валцувани изделия или изковки от легирани и високо въглеродни стомани с цел намаляване на твърдостта, подобряване на обработваемостта, облекчаване на вътрешното напрежение

Сфероидизиращо отгряване тип II - Нагряване до температура над точката Ac1 с 10-25 K, задържане и последващо поетапно охлаждане. Наблюдава се намаляване на твърдостта, подобряване на обработваемостта, премахване на вътрешните напрежения в инструменталната стомана преди втвърдяване, увеличаване на пластичността на нисколегирани и средновъглеродни стомани преди студена деформация

Лек отгряване тип II - Нагряване в контролирана среда до температура над точката Ac3 с 20-30 K, задържане и последващо охлаждане в контролирана среда. Възниква Защита на стоманената повърхност от окисляване и обезвъглена

Отгряване от втория вид Нормализация (нормализиращо отгряване) - Нагряване до температура над точката Ac3 с 30-50 K, задържане и последващо охлаждане в спокоен въздух. Налице е корекция на структурата на нагрятата стомана, премахване на вътрешните напрежения в конструктивните стоманени части и подобряване на тяхната обработваемост, увеличаване на дълбочината на закаляване на инструментите. стомана преди втвърдяване

Втвърдяване:

Непрекъснато пълно охлаждане - Нагряване до температура над точката Ac3 с 30-50 K, задържане и последващо рязко охлаждане. Получаване (в комбинация с темпериране) на висока твърдост и износоустойчивост на части от хипоевтектоидни и евтектоидни стомани

Закаляването е непълно - Нагряване до температура между точките Ac1 и Ac3, задържане и последващо рязко охлаждане. Получаване (в комбинация с темпериране) на висока твърдост и износоустойчивост на части, изработени от хипервтектоидна стомана

Прекъсващо охлаждане - Нагряване до t над точката Ac3 с 30-50 K (за хипоевтектоидни и евтектоидни стомани) или между точките Ac1 и Ac3 (за хиперевтектоидна стомана), задържане и последващо охлаждане във вода, а след това в масло. Намалява остатъчните напрежения и деформации в части от високоуглеродна инструментална стомана

Изотермично охлаждане - Нагряване до температура над точката Ac3 с 30-50 K, задържане и последващо охлаждане в разтопени соли, а след това във въздух. Настъпва Получаване на минимална деформация (изкривяване), увеличаване на пластичността, граница на издръжливост и устойчивост на огъване на части от легирана инструментална стомана

Етапно втвърдяване - същото (различава се от изотермичното втвърдяване с по -кратко време на престой на частта в охлаждащата среда). Намалява напреженията, напреженията и предотвратява напукване в инструменти от малка въглеродна инструментална стомана, както и по -големи легирани инструменти и инструменти от HSS

Повърхностно втвърдяване - Нагряване с електрически ток или газов пламък на повърхностния слой на продукта до охлаждане t, последвано от бързо охлаждане на нагретия слой. Наблюдава се увеличение на повърхностната твърдост до определена дълбочина, износоустойчивост и повишена издръжливост на машинни части и инструменти

Самозакаляващо охлаждане-Нагряване до температура над точката Ac3 с 30-50 K, задържане и последващо непълно охлаждане. Топлината, задържана вътре в детайла, осигурява закаляване на втвърдения външен слой

Закаляване със студена обработка-Дълбоко охлаждане след закаляване до температура 253-193 К. Има повишаване на твърдостта и получаване на стабилни размери на части от високолегирана стомана

Охлаждане с охлаждане - Преди потапяне в охлаждаща среда, загрятите части се охлаждат на въздух за известно време или се държат в термостат с намалено t. Наблюдава се намаляване на цикъла на термична обработка на стомана (обикновено се използва след карбуризиране).

Леко втвърдяване - Нагряване в контролирана среда до температура над точката Ac3 с 20-30 K, задържане и последващо охлаждане в контролирана среда. Възниква защита срещу окисляване и обезвъгленаждане на сложни части от форми, матрици и приспособления, които не подлежат на смилане

Ниска ваканция - Отопление в температурния диапазон 423-523 K и последващо ускорено охлаждане. Има освобождаване на вътрешни напрежения и намаляване на крехкостта на режещия и измервателния инструмент след това повърхностно втвърдяване; за закалени в корпуса части след втвърдяване

Средна ваканция - Нагряване в интервала t = 623-773 K и последващо бавно или ускорено охлаждане. Наблюдава се увеличаване на границата на еластичност на пружини, пружини и други еластични елементи

Ваканция висока - Нагряване в температурния диапазон 773-953 K и последващо бавно или бързо охлаждане. Случва се Осигуряване на висока пластичност на конструкционните стоманени части, като правило, по време на термично подобрение

Термично подобрение - закаляване и последващо високо темпериране. Настъпва пълно отстраняване на остатъчните напрежения. Осигуряване на комбинация от висока якост и пластичност по време на крайната термична обработка на конструкционни стоманени части, работещи при ударни и вибрационни натоварвания

Термомеханична обработка - Нагряване, бързо охлаждане до 673-773 K, множество пластични деформации, закаляване и закаляване. Предоставяне на валцовани продукти и части с проста форма, които не са заварени, повишена якост в сравнение със здравината, получена чрез конвенционална термична обработка

Стареене - Нагряване и продължително излагане при повишени температури. Има стабилизиране на размерите на части и инструменти

Carburizing - Насищане на повърхностния слой от мека стомана с въглерод (карбуризация). Следва последващо втвърдяване с ниско темпериране. Дълбочината на циментирания слой е 0,5-2 мм. Придава на продукта висока повърхностна твърдост, като същевременно поддържа здрава сърцевина. Въглеродните или легираните стомани със съдържание на въглерод се подлагат на циментиране: за малки и средни продукти 0,08-0,15%, за по-големи 0,15-0,5%. Редукторните колела, буталните щифтове и т.н. са подложени на циментиране.

Цианиране-Термохимична обработка на стоманени продукти в разтвор на цианидни соли при температура 820. Повърхностният слой на стоманата е наситен с въглерод и азот (слой 0,15-0,3 мм.) Нисковъглеродните стомани претърпяват цианиране, в резултат на което , заедно с твърда повърхност, продуктът има вискозна сърцевина. Такива продукти се характеризират с висока износоустойчивост и устойчивост на удар.

Азотиране (азотиране) - Азотно насищане на повърхностния слой на стоманени изделия на дълбочина 0,2-0,3 мм. Придава висока повърхностна твърдост, повишена устойчивост на износване и корозия. Азотиране се подлага на измервателни уреди, зъбни колела, шейни на валове и др.

Студено третиране - Охладено след охлаждане до минусови температури. Има промяна във вътрешната структура на закалените стомани. Използва се за инструментални стомани, закалени продукти, някои високолегирани стомани.

ТЕПЛООБРАБОТКА НА МЕТАЛИ (ТЕРМИЧНА ОБРАБОТКА), определен времеви цикъл на нагряване и охлаждане, на който металите се подлагат да променят своите физични свойства. Топлинната обработка в обичайния смисъл на термина се извършва при температури под точката на топене. Процесите на топене и леене, които имат значителен ефект върху свойствата на метала, не са включени в тази концепция. Промените във физическите свойства, причинени от термичната обработка, се дължат на промени във вътрешната структура и химичните взаимоотношения, които възникват в твърдия материал. Циклите на топлинна обработка са различни комбинации от нагряване, поддържане при определена температура и бързо или бавно охлаждане, съответстващи на структурните и химични промени, които трябва да бъдат причинени.

Зърнеста структура на металите. Всеки метал обикновено се състои от много кристали в контакт един с друг (наречени зърна), обикновено с микроскопичен размер, но понякога видими с невъоръжено око. Атомите във всяко зърно са подредени по такъв начин, че образуват правилна триизмерна геометрична решетка. Видът на решетката, наречен кристална структура, е характеристика на материала и може да се определи чрез методи за анализ на рентгенова дифракция. Правилното подреждане на атомите се запазва в цялото зърно, с изключение на малки нарушения, като например отделни решетъчни места, които случайно се оказват празни. Всички зърна имат еднаква кристална структура, но като правило са ориентирани по различен начин в пространството. Следователно, на границата на две зърна, атомите винаги са по -малко подредени, отколкото вътре в тях. Това обяснява по -специално, че границите на зърната са по -лесни за гравиране с химически реактиви. Полирана плоска метална повърхност, обработена с подходящ офорт, обикновено показва ясна граница на зърното. Физическите свойства на материала се определят от свойствата на отделните зърна, ефекта им едно върху друго и свойствата на границите на зърната. Свойствата на метален материал значително зависят от размера, формата и ориентацията на зърната и целта на термичната обработка е да се контролират тези фактори.

Атомни процеси при топлинна обработка. С повишаване на температурата на твърд кристален материал атомите му стават по -лесни за преместване от едно място на кристалната решетка на друго. Точно на тази дифузия на атоми се основава термичната обработка. Най -ефективният механизъм за движение на атоми в кристална решетка може да се представи като движение на свободни места на решетката, които винаги присъстват във всеки кристал. При повишени температури, поради увеличаване на скоростта на дифузия, процесът на преход на неравновесната структура на веществото към равновесен се ускорява. Температурата, при която скоростта на дифузия забележимо се увеличава, не е еднаква за различните метали. Обикновено е по -висока за метали с висока точка на топене. Във волфрам, с точка на топене, равна на 3387 ° С, прекристализацията не се случва дори при червена топлина, докато термичната обработка на алуминиеви сплави, топящи се при ниски температури, в някои случаи е възможно да се извърши при стайна температура.

В много случаи топлинната обработка включва много бързо охлаждане, наречено охлаждане, за да се запази структурата, образувана при повишена температура. Въпреки че, строго погледнато, такава структура не може да се счита за термодинамично стабилна при стайна температура, на практика тя е доста стабилна поради ниската скорост на дифузия. Много полезни сплави имат тази "метастабилна" структура.

Промените, причинени от термичната обработка, могат да бъдат два основни типа. Първо, както в чистите метали, така и в сплавите са възможни промени, засягащи само физическата структура. Това могат да бъдат промени в напрегнатото състояние на материала, промени в размера, формата, кристалната структура и ориентацията на кристалните му зърна. Второ, химическата структура на метала също може да се промени. Това може да се изрази в изглаждането на неоднородностите в състава и образуването на утайки от друга фаза, във взаимодействие с околната атмосфера, създадена за пречистване на метала или придаване на определени свойства на повърхността към него. Промените и при двата типа могат да настъпят едновременно.

Облекчаване на стреса. Студената деформация увеличава твърдостта и чупливостта на повечето метали. Понякога това „втвърдяване на работата“ е желателно. Цветните метали и техните сплави обикновено се придават известна степен на твърдост чрез студено валцуване. Меките стомани също често са закалени в студена обработка. Високовъглеродните стомани, които са били студено валцувани или студено изтеглени до повишената здравина, необходима например за производството на пружини, обикновено се подлагат на отгряване при облекчаване на напрежението и се нагряват до относително ниска температура, при която материалът остава почти толкова твърд, колкото преди , но изчезва в него.нехомогенност на разпределението на вътрешните напрежения. Това намалява склонността към напукване, особено в корозивни среди. Такова облекчаване на напрежението възниква, като правило, поради локален пластмасов поток в материала, който не води до промени в цялостната структура.

Прекристализация. При различни методи за метално формоване под налягане често се налага значително промяна на формата на детайла. Ако оформянето трябва да се извършва в студено състояние (което често е продиктувано от практическите съображения), тогава процесът трябва да бъде разделен на няколко етапа, като между тях се извършва прекристализация. След първия етап на деформация, когато материалът се втвърди до такава степен, че по -нататъшната деформация може да доведе до счупване, детайлът се нагрява до температура, по -висока от температурата на отгряване при облекчаване на напрежението и се държи за прекристализация. Поради бързата дифузия при тази температура възниква напълно нова структура поради атомното пренареждане. В зърнената структура на деформирания материал започват да растат нови зърна, които с течение на времето напълно го заменят. Първо, малки нови зърна се образуват на местата, където старата структура е най -нарушена, а именно на границите на старите зърна. При по -нататъшно отгряване атомите на деформираната структура се пренареждат, така че те също стават част от нови зърна, които растат и в крайна сметка абсорбират цялата стара структура. Заготовката запазва предишната си форма, но сега е направена от мек, без стрес материал, който може да бъде подложен на нов цикъл на деформация. Този процес може да се повтори няколко пъти, ако се изисква от дадена степен на деформация.

Студената работа е деформация при твърде ниска температура за прекристализация. За повечето метали стайната температура отговаря на това определение. Ако деформацията се извършва при достатъчно висока температура, така че рекристализацията да има време да последва деформацията на материала, тогава тази обработка се нарича гореща. Докато температурата остава достатъчно висока, тя може да се деформира колкото желаете. Горещото състояние на метала се определя главно от това колко близо температурата му е до точката на топене. Високата пластичност на оловото означава, че той лесно се прекристализира, тоест неговата "гореща" обработка може да се извърши при стайна температура.

Контрол на текстурата. Физическите свойства на зърното, като цяло, не са еднакви в различни посоки, тъй като всяко зърно е единичен кристал със собствена кристална структура. Свойствата на метална проба се осредняват за всички зърна. В случай на ориентация на случайни зърна, общите физични свойства са еднакви във всички посоки. Ако някои кристални равнини или атомни редове на повечето от зърната са успоредни, тогава свойствата на пробата стават "анизотропни", т.е. в зависимост от посоката. В този случай чашата, получена чрез дълбоко екструдиране от кръгла плоча, ще има „езици“ или „гребени“ по горния ръб, поради факта, че в някои посоки материалът се деформира по -лесно, отколкото в други. При механичното оформяне анизотропията на физическите свойства обикновено е нежелателна. Но в листове от магнитни материали за трансформатори и други устройства е много желателно посоката на лесно намагнитване, която в монокристалите се определя от кристалната структура, във всички зърна да съвпада с дадената посока на магнитния поток. По този начин "предпочитаната ориентация" (текстура) може да бъде желана или нежелана в зависимост от предназначението на материала. Най -общо казано, когато материалът се прекристализира, предпочитаната му ориентация се променя. Характерът на тази ориентация зависи от състава и чистотата на материала, от вида и степента на студена деформация, както и от продължителността и температурата на отгряване.

Контрол на размера на зърното. Физическите свойства на метална проба се определят до голяма степен от средния размер на зърното. Финозърнестата структура почти винаги отговаря на най-добрите механични свойства. Намаляването на размера на зърната често е една от целите на термичната обработка (както и топене и леене). С повишаване на температурата дифузията се ускорява и следователно среден размерзърното се увеличава. Границите на зърната се изместват така, че по -големите зърна растат за сметка на по -малките, които в крайна сметка изчезват. Следователно крайните горещи работни процеси обикновено се извършват при възможно най -ниската температура, така че размерите на зърната да бъдат сведени до минимум. Често умишлено се предвижда гореща обработка при ниски температури, главно за намаляване на размера на зърната, въпреки че същият резултат може да бъде постигнат чрез студена обработка, последвана от прекристализация.

Хомогенизация. Споменатите по -горе процеси протичат както в чисти метали, така и в сплави. Но има редица други процеси, които са възможни само в метални материали, съдържащи два или повече компонента. Така например при отливането на сплавта почти сигурно ще има нехомогенности в химичния състав, който се определя от неравномерния процес на втвърдяване. В втвърдяваща се сплав съставът на твърдата фаза, образувана във всеки даден момент, не е същият като в течната фаза, която е в равновесие с нея. Следователно съставът на твърдото вещество, възникнал в началния момент на втвърдяване, ще бъде различен, отколкото в края на втвърдяването, и това води до пространствена хетерогенност на състава в микроскопичен мащаб. Тази неоднородност се елиминира чрез просто нагряване, особено в комбинация с механична деформация.

Почистване. Въпреки че чистотата на метала се определя главно от условията на топене и леене, пречистването на метала често се постига чрез термична обработка в твърдо състояние. Онечистванията, съдържащи се в метала, реагират на повърхността му с атмосферата, в която се нагрява; по този начин атмосфера от водород или друг редуциращ агент може да превърне значителна част от оксидите в чист метал. Дълбочината на такова почистване зависи от способността на примесите да дифундират от обема към повърхността и следователно се определя от продължителността и температурата на топлинната обработка.

Изолиране на вторични фази. Един важен ефект е в основата на повечето режими на топлинна обработка на сплави. Това е свързано с факта, че разтворимостта в твърдо състояние на компонентите на сплавта зависи от температурата. За разлика от чистия метал, в който всички атоми са еднакви, в двукомпонентен, например твърд разтвор има атоми от два различни типа, произволно разпределени по местата на кристалната решетка. Ако увеличите броя на атомите от втория вид, тогава можете да достигнете състояние, при което те не могат просто да заменят атомите от първия вид. Ако количеството на втория компонент надвишава тази граница на разтворимост в твърдо състояние, в равновесната структура на сплавта се появяват включвания от втората фаза, които се различават по състав и структура от първоначалните зърна и обикновено се разпръскват между тях под формата на отделни частици. Такива частици от втора фаза могат да имат дълбоко въздействие върху физическите свойства на материала, което зависи от техния размер, форма и разпределение. Тези фактори могат да бъдат променени чрез термична обработка (термична обработка).

Топлинната обработка е процес на обработка на метални и сплавни продукти чрез термично действие с цел промяна на тяхната структура и свойства в дадена посока. Този ефект може да се комбинира и с химически, деформационни, магнитни и т.н.

Исторически данни за термичната обработка.
Човекът използва топлинна обработка на метали от древни времена. Дори в епохата на енеолита, използвайки студено коване от местно злато и мед, примитивният човек се сблъсква с явлението работно втвърдяване, което затруднява производството на изделия с тънки остриета и остри върхове, а за да възстанови пластичността, ковачът трябваше да нагрее студено кована мед в огнището. Най -ранните доказателства за използването на омекотяващо отгряване на втвърден метал датират от края на V хилядолетие пр.н.е. NS. По отношение на времето на появата си такова отгряване е първата операция на термична обработка на метали. При производството на оръжия и инструменти от желязо, получени по метода на сурово издухване, ковачът загрява желязната заготовка за горещо коване в ковачница на дървени въглища. В същото време желязото се карбуризира, тоест се извършва циментация, една от разновидностите на химико-термичната обработка. Охлаждайки кован продукт, изработен от карбуризирано желязо във вода, ковачът открива рязко увеличаване на твърдостта му и подобряване на други свойства. Закаляването с вода на карбуризираното желязо се използва от края на второто начало на първото хилядолетие пр.н.е. NS. Одисеята на Омир (VIII-VII в. Пр. Н. Е.) Съдържа следните редове: „Как ковачът хвърля нажежена брадва или брадва в студена вода, а желязото съска с бълбукане, по-силно от желязото, което се закалява в огън и вода. " През 5 век. Пр.н.е. NS. Етруските гасят бронзови огледала с висока калай във вода (най-вероятно да подобрят блясъка по време на полирането). Циментирането на желязо в дървени въглища или органични вещества, закаляването и закаляването на стомана е широко използвано през Средновековието при производството на ножове, мечове, пили и други инструменти. Не познавайки същността на вътрешните трансформации в метала, средновековните занаятчии често приписват получаването на високи свойства по време на топлинната обработка на металите на проявлението на свръхестествени сили. До средата на 19 век. човешкото познание за термичната обработка на метали е набор от рецепти, разработени въз основа на вековния опит. Нуждите от развитието на технологиите и преди всичко от развитието на производството на стоманени оръдия доведоха до превръщането на термичната обработка на металите от изкуството в наука. В средата на 19 век, когато армията се стреми да замени бронзовите и чугунените оръдия с по-мощни стоманени, проблемът с направата на оръжейни цеви с висока и гарантирана якост е изключително остър. Въпреки факта, че металурзите познават рецептите за топене и леене на стомана, цевите на оръжията много често се спукват без видима причина. Д. К. Чернов в Обуховската металургия в Санкт Петербург, изучавайки под микроскоп гравирани тънки участъци, приготвени от дулата на оръжията, и наблюдавайки структурата на фрактурите на мястото на разкъсване под лупа, стига до заключението, че стоманата е по -здрава, колкото по -фина е нейната структура. През 1868 г. Чернов открива вътрешни структурни трансформации в охлаждащата стомана, които се случват при определени температури. които той нарече критичните точки a и b. Ако стоманата се нагрява до температури под точка а, тогава тя не може да се втвърди и за да се получи финозърнеста структура, стоманата трябва да се нагрее до температури над точка б. Откриването от Чернов на критичните точки на структурните трансформации в стоманата даде възможност за научен избор на режима на топлинна обработка, за да се получат необходимите свойства на стоманените изделия.

През 1906 г. А. Уилм (Германия) открива стареене след втвърдяване върху дуралумина, изобретен от него (вж. Стареене на метали) най -важният начинукрепване на сплави на различни основи (алуминий, мед, никел, желязо и др.). През 30 -те години. 20-ти век се появява термомеханична обработка на стареещи медни сплави, а през 50 -те години термомеханична обработка на стомани, което дава възможност за значително увеличаване на здравината на продуктите. Комбинираните видове топлинна обработка включват термомагнитна обработка, която позволява, в резултат на охлаждане на продуктите в магнитно поле, да се подобрят някои от техните магнитни свойства.

Резултатът от многобройни изследвания на промените в структурата и свойствата на металите и сплавите при термично действие е хармонична теория за термична обработка на метали.

Класификацията на видовете топлинна обработка се основава на това какъв вид структурни промени в метала настъпват при излагане на топлина. Топлинната обработка на металите се подразделя на самата термична обработка, която се състои само в термичен ефект върху метала, химико-термична обработка, която съчетава топлинни и химични ефекти, и термомеханична, която съчетава топлинни ефекти и пластична деформация. Действителната термична обработка включва следните видове: отгряване от първи вид, отгряване от втори вид, закаляване без полиморфна трансформация и с полиморфна трансформация, стареене и закаляване.

Азотиране - насищане на повърхността на металните части с азот с цел повишаване на твърдостта, устойчивостта на износване, границата на умора и устойчивостта на корозия. Стомана, титан, някои сплави, най-често легирани стомани, особено хром-алуминий, както и стомана, съдържаща ванадий и молибден, се подлагат на азотиране.
Азотирането на стомана се извършва при t 500 650 C в амонячна среда. Над 400 ° С започва дисоциацията на амоняка според реакцията NH3 '3H + N. Образуваният атомен азот се дифундира в метала, образувайки азотни фази. При температура на азотиране под 591 C, азотираният слой се състои от три фази (фиг.): Μ Fe2N нитрид, ³ Fe4N нитрид, ± азотен ферит, съдържащ около 0,01% азот при стайна температура. И ³-фаза, която като в резултат на бавно охлаждане, се разлага при 591 C в евтектоид ± + ³ 1. Твърдостта на азотирания слой се увеличава до HV = 1200 (съответстваща на 12 H / m2) и остава при многократно нагряване до 500 600 C, което гарантира високо износоустойчивост на части при повишени температури. Азотираните стомани са значително по-добри по износоустойчивост спрямо закалените и закалени стомани. Азотирането е дълъг процес, отнема 20-50 часа, за да се получи слой с дебелина 0,2 0,4 мм. се използват азотиране, калайдисване (за конструкционни стомани) и никелиране (за неръждаеми и топлоустойчиви стомани). Твърдостта на азотиращия слой от топлоустойчиви стомани понякога се извършва в смес от амоняк и азот.
Азотирането на титанови сплави се извършва при 850-950 ° С в азот с висока чистота (азотирането в амоняка не се използва поради повишената крехкост на метала).

По време на азотирането се образува горен тънък нитриден слой и твърд разтвор на азот в ± титан. Дълбочината на слоя за 30 часа е 0,08 mm с повърхностна твърдост HV = 800 850 (съответства на 8 8,5 H / m2). Въвеждането на някои легиращи елементи в сплавта (до 3% Al, 3 5% Zr и др.) Увеличава скоростта на дифузия на азот, увеличавайки дълбочината на азотирания слой, а хромът намалява скоростта на дифузия. Азотирането на титанови сплави в разреден азот дава възможност за получаване на по -дълбок слой без зона на чуплив нитрид.
Азотирането е широко използвано в промишлеността, включително за части, работещи при t до 500 600 C (гилзи на цилиндри, колянови валове, зъбни колела, двойки плъзгащи клапани, части горивно оборудванеи т.н.).
Лит.: Минкевич А. Н., Химическа термична обработка на метали и сплави, 2 -ро изд., М., 1965: Гуляев А. П. Металоделие, 4 -то изд., М., 1966.

За първи път В.П. Володин. Това беше преди почти век - през 1923 година. И през 1935 г. този вид термична обработка започва да се използва за закаляване на стомана. Популярността на втвърдяването днес е трудно да се надцени - активно се използва в почти всички отрасли на машиностроенето, а HFC инсталациите за втвърдяване също са в голямо търсене.

За да се увеличи твърдостта на втвърдения слой и да се увеличи здравината в центъра на стоманената част, е необходимо да се използва повърхност HDTV втвърдяване... В този случай горният слой на детайла се нагрява до температурата на втвърдяване и рязко охлаждане. Важно е свойствата на сърцевината на детайла да останат непроменени. Тъй като центърът на детайла запазва своята здравина, самата част става по -силна.

С помощта на закаляване с HFC е възможно да се укрепи вътрешният слой на легираната част; използва се за средно въглеродни стомани (0,4-0,45% C).

Предимства на втвърдяването на HDTV:

При индукционно нагряване се променя само необходимата част от частта, този метод е по -икономичен от конвенционалното отопление. В допълнение, втвърдяването на HDTV отнема по -малко време;
С закаляването на HFC стомана е възможно да се избегне появата на пукнатини, както и да се намали рискът от отхвърляне поради изкривяване;
По време на нагряване с HFC не се наблюдава изгаряне на въглерод и образуване на котлен камък;
При необходимост са възможни промени в дълбочината на втвърдения слой;
С помощта на закаляване с HFC е възможно да се подобрят механичните свойства на стоманата;
При използване на индукционно нагряване е възможно да се избегне появата на деформации;
Автоматизацията и механизацията на целия отоплителен процес е на високо ниво.

Втвърдяването на HDTV обаче има и недостатъци. Така че е много проблематично да се обработват някои сложни части, а в някои случаи индукционното нагряване е напълно неприемливо.

Втвърдяване на HFC стомана - сортове:

Стационарно втвърдяване на HDTV.Използва се за втвърдяване на малки плоски части (повърхности). В този случай позицията на детайла и нагревателя се поддържа постоянно.

Непрекъснато последователно втвърдяване на HDTV... Когато се извършва този вид втвърдяване, детайлът или се премества под нагревателя, или остава на място. В последния случай самият нагревател се движи по посока на детайла. Такова втвърдяване с HFC е подходящо за обработка на плоски и цилиндрични части и повърхности.

Тангенциално непрекъснато последователно втвърдяване на HDTV... Използва се при нагряване на изключително малки цилиндрични части, които се превъртат веднъж.

Търсите качествено втвърдяващо оборудване? След това се свържете с изследователската и производствена компания "Амбит". Гарантираме, че всяка закаляваща HDTV единица, която произвеждаме, е надеждна и високотехнологична.

Индукционно нагряване на различни фрези преди запояване, закаляване,
индукционен отоплителен уред IHM 15-8-50

Индукционно запояване, втвърдяване (ремонт) на циркулярни триони,
индукционен отоплителен уред IHM 15-8-50

Индукционно нагряване на различни фрези преди запояване, закаляване

Силата на елементите е особено критична стоманени конструкциидо голяма степен зависи от състоянието на възлите. Повърхността на частите играе важна роля. За да му се даде необходимата твърдост, издръжливост или здравина, се извършват операции на термична обработка. Те втвърдяват повърхността на части по различни методи. Един от тях е втвърдяване с високочестотни токове, тоест високочестотен ток. Това е един от най-често срещаните и високопродуктивни начини по време на голямото производство на различни конструктивни елементи.

Подобна термична обработка се прилага както за всички части, така и за отделните им зони. В този случай целта е да се постигнат определени нива на якост, като по този начин се увеличи експлоатационният живот и производителността.

Технологията се използва за укрепване на възлите на технологичното оборудване и транспорта, както и при закаляване на различни инструменти.

Същността на технологията

Втвърдяването с HFC е подобряване на якостните характеристики на детайла поради способността на електрически ток (с променлива амплитуда) да проникне в повърхността на детайла, подлагайки го на нагряване. Дълбочината на проникване поради магнитното поле може да бъде различна. Едновременно с повърхностното нагряване и втвърдяване, сърцевината на монтажа може изобщо да не се нагрява или само леко да повиши температурата си. Повърхностният слой на детайла образува необходимата дебелина, достатъчна за преминаване на електрически ток. Този слой представлява дълбочината на проникване на електрическия ток.

Експериментите са доказали това увеличаването на честотата на тока допринася за намаляване на дълбочината на проникване... Този факт отваря възможности за регулиране и получаване на части с минимално втвърден слой.

Топлинната обработка на HDTV се извършва в специални инсталации - генератори, мултипликатори, честотни преобразуватели, които позволяват регулиране в необходимия диапазон. В допълнение към честотните характеристики, крайното втвърдяване се влияе от размерите и формата на детайла, материала на производство и използвания индуктор.

Беше разкрита и следната закономерност - колкото по -малък е продуктът и колкото по -проста е неговата форма, толкова по -добре протича процесът на втвърдяване. Това също намалява общата консумация на енергия на инсталацията.

Меден индуктор. Често на вътрешната повърхност има допълнителни дупки за подаване на вода по време на охлаждане. В този случай процесът е придружен от първично отопление и последващо охлаждане без захранване. Конфигурациите на индукторите са различни. Избраното устройство е в пряка зависимост от детайла, който се обработва. На някои единици липсват дупки. В такава ситуация частта се охлажда в специален закаляващ резервоар.

Основното изискване за процеса на втвърдяване на HFC е да се поддържа постоянна разлика между индуктора и продукта. При запазване на определения интервал, качеството на втвърдяване става най -високо.

Укрепването може да стане по един от начините:

Непрекъснато-последователно: частта е неподвижна и индукторът се движи по оста си.
Едновременно: продуктът се движи, а индукторът е обратно.
Последователно: различните части се обработват последователно.

Характеристики на индукционната инсталация

Устройството за втвърдяване на HDTV е високочестотен генератор заедно с индуктор. Заготовката за обработка се намира както в самия индуктор, така и до него. Това е намотка, върху която е навита медна тръба.

Променлив електрически ток, когато преминава през индуктор, създава електромагнитно поле, което прониква в детайла. Той провокира развитието на вихрови токове (течения на Фуко), които преминават в структурата на детайла и повишават неговата температура.

Основната характеристика на технологията- проникване на вихрови токове в повърхностната структура на метала.

Увеличаването на честотата отваря възможности за концентриране на топлината в малка площ на детайла. Това увеличава скоростта на покачване на температурата и може да достигне до 100 - 200 градуса / сек. Степента на твърдост се увеличава до 4 единици, което е изключено по време на насипно втвърдяване.

Индукционно нагряване - характеристики

Степента на индукционно нагряване зависи от три параметъра - специфична мощност, време на нагряване, честота на електрически ток. Захранването определя времето, прекарано за загряване на детайла. Съответно при по -голяма стойност се изразходва по -малко време.

Времето за загряване се характеризира с общото количество консумирана топлина и развитата температура. Честотата, както бе споменато по -горе, определя дълбочината на проникване на токове и образуваният закаляващ се слой. Тези характеристики са обратно свързани. С увеличаване на честотата обемната плътност на нагрятия метал намалява.

Именно тези 3 параметъра позволяват в широк диапазон да се регулира степента на твърдост и дълбочина на слоя, както и обема на нагряване.

Практиката показва, че се контролират характеристиките на генераторния агрегат (стойности на напрежение, мощност и ток), както и времето за нагряване. Степента на нагряване на детайла може да се следи с помощта на пирометър. По принцип обаче не се изисква непрекъснат контрол на температурата, защото има оптимални HDTV режими за отопление, които гарантират стабилно качество. Подходящият режим се избира, като се вземат предвид променените електрически характеристики.

След охлаждане продуктът се изпраща в лабораторията за изследване. Изследват се твърдостта, структурата, дълбочината и равнината на разпределения втвърден слой.

HFC повърхностно втвърдяване придружен от голямо отоплениев сравнение с конвенционалния процес. Това се обяснява по следния начин. На първо място, високият темп на покачване на температурата увеличава критичните точки. На второ място, това е необходимо в краткосроченза да се осигури завършването на трансформацията на перлита в аустенит.

Високочестотното втвърдяване, в сравнение с конвенционалния процес, е придружено от по-високо нагряване. Металът обаче не се прегрява. Това се обяснява с факта, че гранулираните елементи в стоманената конструкция нямат време да растат за минимално време. В допълнение, обемното втвърдяване има якост по-ниска от 2-3 единици. След втвърдяване с HFC детайлът има по -висока износоустойчивост и твърдост.

Как се избира температурата?

Спазването на технологията трябва да бъде придружено от правилния избор на температурния диапазон. По принцип всичко ще зависи от метала, който се обработва.

Стоманата е разделена на няколко вида:

Хипоевтектоид - съдържание на въглерод до 0,8%;
Hypereutectoid - повече от 0,8%.

Хипервтектоидната стомана се нагрява до стойност, малко по -висока от необходимата за превръщане на перлит и ферит в аустенит. Обхват от 800 до 850 градуса. След това частта с висока скоростохладен. След рязко охлаждане аустенитът се трансформира в мартензит, който има висока твърдост и здравина. При кратко време на експозиция се получава аустенит с фино зърнеста структура, както и фино-игловиден мартензит. Стоманата получава висока твърдост и ниска чупливост.

Хипервтектоидната стомана се нагрява по -малко. Обхватът е от 750 до 800 градуса. В този случай се извършва непълно втвърдяване. Това се обяснява с факта, че такава температура позволява поддържане на определен обем циментит в структурата, който има по -висока твърдост в сравнение с мартензита. При бързо охлаждане аустенитът се трансформира в мартензит. Цементитът се запазва от малки включвания. Зоната също така задържа неразтворен въглерод, който се е превърнал в твърд карбид.

Технологични предимства

Режими за управление;
Замяна на легирана стомана с въглеродна стомана;
Еднороден процес на загряване на продукта;
Възможността да не се нагрява напълно цялата част. Намален разход на енергия;
Висока получена якост на обработения детайл;
Процесът на окисляване не протича, въглеродът не се изгаря;
Без микропукнатини;
Няма изкривени точки;
Нагряване и втвърдяване на определени области на продуктите;
Намаляване на времето, прекарано в процедурата;
Внедряване в производството на части за HFC инсталации в технологични линии.

недостатъци

Основният недостатък на тази технология е значителната цена на инсталацията. Поради тази причина целесъобразността на приложението е оправдана само при мащабно производство и изключва възможността да извършвате работа със собствените си ръце у дома.

Научете повече за работата и принципа на работа на инсталацията в представените видеоклипове.