2. Термическая обработка деталей в машиностроении

Термическая обработка является одной из наиболее важных операций общего технологического цикла обработки деталей, от правильного выполнения которой зависит качество изготовляемых деталей машин и механизмов, инстру­мента и другой продукции.

Несмотря на разнообразие видов термической обработки в основе большинства из них лежит нагрев заготовки до некоторой температуры. В результате нагрева и охлаждения происходит изменение строения металла и, как следствие этого, изменение его механических и фи­зических свойств. Термической обработке подвергают как заготовки, так и готовые детали.

В результате термической обработки свойства металла могут быть изменены в широких пределах. Возможность значительного повышения механических свойств после термической обработки по сравнению с исходным состоянием позволяет увеличить допускае­мые напряжения, уменьшить размеры и массу машин и механиз­мов, повысить надежность и срок службы изделий.

Улучшение свойств в результате термической обработки позволяет применять более дешевые металлы более простых составов. Кроме того, металлы приобретают также некоторые но­вые свойства, в связи с чем расши­ряется область их применения. Поэтому термическую обработку применяют во всех отраслях про­мышленности, занятых обработ­кой металлов и металлических сплавов.

2.1 Назначение и виды термической обработки

2.1.1 Назначение и виды термической обработки стали

К операциям термической обработки стали относятся отжиг, нормализация, закалка, отпуск, старение. Химико-термическая обработка стали включает цементацию, азотирование, цианирование и другие способы обработки.

При осуществлении отжига, нормализации, закалки и отпуска существенное влияние на механические характеристики заготовок оказывает продолжительность их охлаждения. Рассмотрим более подробно эти виды термической обработки.

Отжигом называют процесс термической обработки, заклю­чающийся в нагреве стали до определенной температуры и последующем медленном охлаждении сначала вместе с печью, а затем на открытом воздухе для полу­чения более равномерной структуры.

Отжиг является предварительной операцией термической об­работки, подготавливающей структуру стали к последующим тех­нологическим операциям механической обработки на металлорежущих станках или к окончательной термической обработке. Отжиг также может использоваться и как окон­чательная термическая обработка в том случае, если получае­мые в результате этой операции свойства удовлетворяют требо­ваниям, предъявляемым к данной детали.

Нормализацией называют процесс термической обработки, за­ключающийся в нагреве до определенной температуры и последующем охлаждении на открытом воздухе для получения тонкопластинчатой структуры.

При нормализации низкоуглеродистых сталей происходят те же процессы, что и при отжиге, т. е. измельчение зерен. Но, кроме того, вследствие более быстрого охлаждения, чем при от­жиге механические свойства оказываются более высокими (повышенная прочность и твер­дость), чем при более медленном охлаждении (при отжиге).

Нормализация по сравнению с отжигом – более экономичная операция, так как не требует охлаждения вместе с печью. Для низкоуглеродистых сталей нормализация широко применяется вместо отжига.

Закалкой называется процесс терми­ческой обработки, заключающийся в нагреве стали до темпера­туры выше критической и последующем достаточно быстром охла­ждении. Наиболее распространенными закалочными средами являются вода, водные растворы солей, щелочей, масло, расплавленные соли.

В результате закалки прочность и твердость стали повышаются, а пластичность снижается.

Закалка может быть объемной, если изменение структуры металла происходит по всему объему заготовки и поверхностной.

При поверхностной закалке нагревают и охлаждают только поверхностные слои детали, поэтому изменяется структура только этих слоев. В результате такой термической обработки получаем деталь, у которой поверхностные слои очень твердые, а сердце­вина – пластичная и вязкая.

Отпуском называется процесс термической обработки, заклю­чающийся в нагреве закаленной стали до определенной температуры, выдержке при заданной температуре и ох­лаждении на воздухе.

Отпуск является окончательной операцией термической обра­ботки и проводится для повышения пластичности, снижения или почти полного устранения внутренних напряжений, уменьшения хрупкости закаленной стали, стабилизации структуры и размеров закаленных деталей. В зависимости от температуры нагрева от­пуск делят на низкий, средний и высокий.

Старение представляет собой длительную выдержку стальных заготовок при температуре 20 °С (естественное старение), или отрицательной температуре (искусственное старение) для устранения внутренних напряжений.