Ce poți găti din calmar: rapid și gustos

Curenții de înaltă frecvență sunt capabili să facă față în mod ideal unei varietăți de procese de tratare termică a metalelor. Instalația HDTV este perfectă pentru întărire. Până în prezent, nu există echipamente care ar putea concura în condiții egale cu încălzirea prin inducție. Producătorii au început să acorde din ce în ce mai multă atenție echipamentelor de inducție, achiziționându-le pentru prelucrarea produselor și topirea metalului.

Ce este bun la instalarea HDTV pentru întărire?

Instalarea HDTV este un echipament unic care poate, într-o perioadă scurtă de timp, calitate superioară prelucrarea metalului. Pentru a îndeplini fiecare funcție, ar trebui să selectați o instalație specifică, de exemplu, pentru întărire, cel mai bine este să cumpărați un complex de întărire HDTV gata, în care totul este deja proiectat pentru o întărire confortabilă.
Instalarea căldurii de înaltă frecvență are o gamă largă de avantaje, dar nu vom lua în considerare totul, ci ne vom concentra pe cele care sunt special potrivite pentru efectuarea călirii de înaltă frecvență.

Unitatea HDTV se încălzește într-o perioadă scurtă de timp, începând să prelucreze rapid metalul. Când utilizați încălzirea prin inducție, nu este nevoie să petreceți timp suplimentar pentru încălzirea intermediară, deoarece echipamentul începe imediat prelucrarea metalului.
Încălzirea prin inducție nu necesită suplimentar mijloace tehnice, de exemplu, în utilizarea uleiului de stingere. Produsul este de înaltă calitate, iar numărul de defecte în producție este redus semnificativ.
Instalarea HDTV este complet sigură pentru angajații întreprinderii și este, de asemenea, ușor de operat. Nu este nevoie să angajați personal înalt calificat pentru a rula și programa echipamentul.
Curenții de înaltă frecvență fac posibilă efectuarea unei căliri mai profunde, deoarece căldura sub influența unui câmp electromagnetic este capabilă să pătrundă la o anumită adâncime.

Instalarea HDTV are o listă uriașă de avantaje, care ar putea dura mult timp. Folosind încălzirea HDTV pentru întărire, veți reduce semnificativ costurile cu energia și veți avea, de asemenea, posibilitatea de a crește nivelul de productivitate a întreprinderii.

Instalare HDTV - principiu de funcționare pentru călire

Instalația HDTV funcționează pe principiul încălzirii prin inducție. Acest principiu s-a bazat pe legile Joule-Lenz și Faraday-Maxwell privind transformarea energiei electrice.
Generatorul furnizează energie electrică, care trece prin inductor, transformându-se într-un câmp electromagnetic puternic. Curenții turbionari ai câmpului rezultat încep să acționeze și, pătrunzând în metal, se transformă în energie termică, incepand sa proceseze produsul.

Călirea oțelurilor cu curenți de înaltă frecvență (HFC) este una dintre cele mai comune metode de tratare termică a suprafeței, care permite creșterea durității suprafeței pieselor de prelucrat. Folosit pentru piese din carbon și oțeluri structurale sau fontă. Călirea prin inducție de înaltă frecvență este una dintre cele mai economice și mai avansate metode de călire din punct de vedere tehnologic. Face posibilă întărirea întregii suprafețe a unei piese sau a elementelor sau zonelor sale individuale care suferă sarcina principală.

În acest caz, sub suprafața exterioară dură întărită a piesei de prelucrat, rămân straturi vâscoase de metal neîntărite. Această structură reduce fragilitatea, crește durabilitatea și fiabilitatea întregului produs și, de asemenea, reduce consumul de energie pentru încălzirea întregii piese.

Tehnologie de întărire de înaltă frecvență

Întărirea suprafeței HDTV este un proces de tratament termic pentru a crește caracteristicile de rezistență și duritatea piesei de prelucrat.

Principalele etape ale întăririi suprafeței HDTV sunt încălzirea prin inducție la o temperatură ridicată, menținerea acesteia, apoi răcirea rapidă. Încălzirea în timpul întăririi HDTV se realizează folosind o instalație specială de inducție. Răcirea se realizează într-o baie cu un lichid de răcire (apă, ulei sau emulsie) sau prin pulverizarea acestuia pe piesa de la instalații speciale de duș.

Selectarea temperaturii

Pentru finalizarea corectă a procesului de întărire, este foarte importantă alegerea corectă a temperaturii, care depinde de materialul utilizat.

Oțelurile bazate pe conținutul de carbon sunt împărțite în hipoeutectoide - mai puțin de 0,8% și hipereutectoide - mai mult de 0,8%. Oțelul cu carbon mai mic de 0,4% nu este întărit din cauza durității scăzute rezultate. Oțelurile hipoeutectoide sunt încălzite ușor peste temperatura transformării de fază a perlitei și feritei în austenită. Acest lucru se întâmplă în intervalul 800-850°C. Apoi piesa de prelucrat se răcește rapid. Când este răcită brusc, austenita se transformă în martensită, care are duritate și rezistență ridicate. Un timp scurt de păstrare face posibilă obținerea de austenită cu granulație fină și martensită cu ac fin boabele nu au timp să crească și rămân mici; Această structură de oțel are duritate mare și, în același timp, fragilitate scăzută.

Otelurile hipereutectoide se incalzesc putin mai jos decat otelurile hipoeutectoide, la o temperatura de 750-800°C, adica se realizeaza o calire incompleta. Acest lucru se datorează faptului că atunci când este încălzită la această temperatură, pe lângă formarea de austenită, o cantitate mică de cementită, care are o duritate mai mare decât martensita, rămâne nedizolvată în topitura metalică. După răcirea rapidă, austenita se transformă în martensită, iar cementitul rămâne sub formă de mici incluziuni. Tot în această zonă, carbonul care nu a avut timp să se dizolve complet formează carburi solide.

În zona de tranziție în timpul călirii de înaltă frecvență, temperatura este apropiată de temperatura de tranziție și se formează austenită cu resturi de ferită. Dar, deoarece zona de tranziție nu se răcește la fel de repede ca suprafața, ci se răcește lent, ca în timpul normalizării. În același timp, structura din această zonă se îmbunătățește, devine cu granulație fină și uniformă.

Supraîncălzirea suprafeței piesei de prelucrat promovează creșterea cristalelor de austenită, care are un efect dăunător asupra fragilității. Subîncălzirea împiedică transformarea completă a structurii ferită-perită în austenită și se pot forma pete neîntărite.

După răcire, pe suprafața metalică rămân tensiuni mari de compresiune, ceea ce mărește proprietățile de performanță ale piesei. Tensiunile interne dintre stratul de suprafață și mijloc trebuie eliminate. Acest lucru se realizează folosind călirea la temperatură joasă - menținerea la o temperatură de aproximativ 200°C într-un cuptor. Pentru a evita apariția microfisurilor la suprafață, este necesar să se minimizeze timpul dintre călire și revenire.

De asemenea, puteți efectua așa-numita auto-călire - răciți piesa nu complet, ci la o temperatură de 200 ° C, în timp ce căldura va rămâne în miezul ei. Apoi piesa trebuie să se răcească încet. Acest lucru va egaliza tensiunile interne.

Instalare cu inducție

Unitatea de tratament termic prin inducție HDTV este un generator de înaltă frecvență și inductor pentru întărirea HDTV. Piesa de călit poate fi amplasată în sau în apropierea inductorului. Inductorul este realizat sub formă de bobină, cu un tub de cupru înfășurat pe el. Poate avea orice formă în funcție de forma și dimensiunea piesei. Când curentul alternativ trece prin inductor, apare un câmp electromagnetic alternativ în acesta, care trece prin piesă. Acest câmp electromagnetic face ca în piesa de prelucrat să apară curenți turbionari cunoscuți sub numele de curenți Foucault. Astfel de curenți turbionari, care trec prin straturi de metal, îl încălzesc la o temperatură ridicată.

O caracteristică distinctivă a încălzirii prin inducție folosind HDTV este trecerea curenților turbionari pe suprafața părții încălzite. În acest fel, numai stratul exterior al metalului este încălzit, iar cu cât frecvența curentului este mai mare, cu atât adâncimea de încălzire este mai mică și, în consecință, adâncimea întăririi HDTV. Acest lucru face posibilă întărirea numai a suprafeței piesei de prelucrat, lăsând stratul interior moale și dur pentru a evita fragilitatea excesivă. Mai mult, puteți regla adâncimea stratului întărit prin modificarea parametrilor actuali.

Frecvența crescută a curentului vă permite să concentrați o cantitate mare de căldură într-o zonă mică, ceea ce crește viteza de încălzire la câteva sute de grade pe secundă. O astfel de viteză mare de încălzire mută tranziția de fază către o zonă de temperatură mai ridicată. În acest caz, duritatea crește cu 2-4 unități, până la 58-62 HRC, ceea ce nu poate fi realizat cu călirea volumetrică.

Pentru implementarea corectă a procesului de întărire HDTV, este necesar să se asigure că se menține același spațiu între inductor și piesa de prelucrat pe întreaga suprafață de întărire și trebuie evitată atingerea reciprocă. Acest lucru este asigurat, dacă este posibil, prin rotirea piesei de prelucrat în centre, ceea ce permite o încălzire uniformă și, în consecință, aceeași structură și duritate a suprafeței piesei de prelucrat călit.

Inductorul pentru întărirea HDTV are mai multe versiuni:

inelar cu o singură tură sau cu mai multe ture - pentru încălzirea suprafeței exterioare sau interioare a pieselor sub formă de corpuri de revoluție - arbori, roți sau găuri în ele;
buclă - pentru încălzirea planului de lucru al produsului, de exemplu, suprafața patului sau marginea de lucru a instrumentului;
formă - pentru încălzirea părților de formă complexă sau neregulată, de exemplu, dinții roți dintate.

În funcție de forma, dimensiunea și adâncimea stratului de întărire, sunt utilizate următoarele moduri de întărire HDTV:

simultan - întreaga suprafață a piesei de prelucrat sau o anumită zonă este încălzită simultan, apoi, de asemenea, răcită simultan;
continuu-secvențial - o zonă a unei piese este încălzită, apoi atunci când inductorul sau piesa este deplasată, o altă zonă este încălzită, în timp ce cea anterioară este răcită.

Încălzirea simultană a întregii suprafețe prin frecvență de înaltă frecvență necesită costuri ridicate putere, deci este mai profitabil să îl folosiți pentru călirea pieselor mici - role, bucșe, știfturi, precum și elemente componente - găuri, gâturi etc. După încălzire, piesa este complet coborâtă într-un rezervor cu lichid de răcire sau pulverizată cu un jet de apă.

Întărirea continuă-secvențială a frecvențelor de înaltă frecvență vă permite să întăriți piesele de dimensiuni mari, de exemplu, coroanele roților dințate, deoarece în timpul acestui proces o zonă mică a piesei este încălzită, ceea ce necesită mai puțină putere a generatorului de înaltă frecvență. .

Piese de răcire

Răcire - secundă etapa importanta procesul de întărire, calitatea și duritatea întregii suprafețe depinde de viteza și uniformitatea acesteia. Răcirea are loc în rezervoare de lichid de răcire sau prin pulverizare. Pentru o întărire de înaltă calitate, este necesar să se mențină o temperatură stabilă a lichidului de răcire și să se prevină supraîncălzirea acestuia. Orificiile din pulverizator trebuie sa fie de acelasi diametru si distantate uniform, astfel se obtine aceeasi structura metalica la suprafata.

Pentru a preveni supraîncălzirea inductorului în timpul funcționării, apa circulă constant prin tubul de cupru. Unele inductori sunt realizate combinate cu un sistem de răcire a piesei de prelucrat. În tubul inductor sunt tăiate găuri prin care apa rece pătrunde în partea fierbinte și o răcește.

Avantaje și dezavantaje

Întărirea pieselor folosind HDTV are atât avantaje, cât și dezavantaje. Avantajele includ următoarele:

După călirea de înaltă frecvență, piesa păstrează un mijloc moale, ceea ce îi crește semnificativ rezistența la deformarea plastică.
Eficiența costurilor procesului de întărire a pieselor HDTV se datorează faptului că numai suprafața sau zona care trebuie întărită este încălzită, și nu întreaga piesă.
La producție în serie piese, trebuie să configurați procesul și apoi acesta se va repeta automat, asigurând calitatea necesară a călirii.
Abilitatea de a calcula și ajusta cu precizie adâncimea stratului întărit.
Metoda de călire continuă-secvențială permite utilizarea echipamentelor de putere redusă.
Un timp scurt de încălzire și menținere la temperatură ridicată contribuie la absența oxidării, la decarburarea stratului superior și la formarea depunerilor pe suprafața piesei.
Încălzirea și răcirea rapidă nu duc la deformare și deformare mari, ceea ce permite o reducere a permisiunii de finisare.

Dar unități de inducție Este fezabil din punct de vedere economic să fie utilizat numai pentru producția de masă, iar pentru producția unică, achiziționarea sau fabricarea unui inductor este neprofitabilă. Pentru unele piese cu forme complexe, producția prin inducție este foarte dificilă sau imposibilă obținerea unui strat uniform întărit. În astfel de cazuri, se folosesc alte tipuri de întărire a suprafeței, de exemplu, întărirea cu flacără de gaz sau întărirea volumetrică.

Călirea oțelului folosind instalații de înaltă frecvență asigură duritatea suprafeței și rezistența la uzură a materialului fără a modifica proprietățile acestuia în miez. Au capacitatea de a regla gradul de duritate. Acești indicatori sunt calculați individual pentru fiecare piesă din oțel, deoarece depind de caracteristicile acesteia. Uzina Convertoare HDTV oferă achiziționarea de instalații de inducție HDTV pentru călirea la suprafață a oțelului.

Aplicarea și configurarea instalațiilor HDTV pentru călire

Instalațiile de călire de înaltă frecvență se folosesc pentru piesele cu duritate sporită la suprafață obligatorie, care efectuează torsiune, frecare sau încovoiere. Echipamentul utilizează convertoare de frecvență cu tranzistori PFC-66 kHz cu o putere de la 50 la 320 kW. Instalațiile de întărire prin inducție HDTV sunt instalate cu succes pentru a înlocui generatoarele cu tuburi VCH vechi și convertoarele de frecvență tiristoare TCHR. Utilizarea acestui echipament pentru volume mari de lucru va deveni extrem de eficientă, datorită performanței instalațiilor de călire prin inducție a oțelului.

Caracteristicile unităților de călire de suprafață

Echipamentul pentru întărirea suprafeței HDTV diferă în următorii parametri:

Frecvența nominală, kHz;
Gama de frecvențe de operare, kHz;
Tensiune de intrare, U;
Putere, kW;
Diametrul pieselor călite, mm;
Lungimea cusăturilor întărite, mm.

Aceste instalații au o eficiență ridicată de utilizare. Ele vă permit să efectuați un volum mare de muncă datorită performante ridicateși automatizarea procesului de călire. Utilizarea tratamentului termic folosind acest echipament elimină oxidarea și crește ratele de deformare admise ale oțelului.

Pentru a comanda instalații de inducție pentru călirea suprafeței HDTV la HDTV Converter Plant LLC, vă rugăm să ne contactați telefonic pe site. Specialiștii noștri vă vor spune despre configurația echipamentului, parametrii tehnici ai acestuia și vă vor plasa comanda.

Posibil prin acord tratament termicși călirea pieselor metalice și din oțel cu dimensiuni mai mari decât cele din acest tabel.

Tratarea termică (tratarea termică a oțelului) a metalelor și aliajelor din Moscova este un serviciu pe care fabrica noastră îl oferă clienților săi. Avem de toate echipamentul necesar, care este încadrat de specialiști calificați. Finalizăm toate comenzile cu înaltă calitate și la timp. De asemenea, acceptăm și executăm comenzi pentru tratarea termică a oțelurilor și materialelor de înaltă frecvență care vin la noi din alte regiuni ale Rusiei.

Principalele tipuri de tratament termic al oțelului

Recoacerea de primul fel:

Primul tip de recoacere prin difuzie (omogenizare) - Încălzire rapidă la t 1423 K, expunere lungă și răcire lentă ulterioară. Eterogenitatea chimică a materialului în piese turnate cu forme mari din oțel aliat este egalată

Recoacere prin recristalizare de prim tip - Încălzire la o temperatură de 873-973 K, expunere lungă și răcire lentă ulterioară. Există o scădere a durității și o creștere a ductilității după deformarea la rece (prelucrarea este interoperațională)

Recoacere de reducere a tensiunilor de primul fel - Încălzire la o temperatură de 473-673 K și răcire lentă ulterioară. Îndepărtarea tensiunilor reziduale are loc după turnare, sudare, deformare plastică sau prelucrare.

Recoacerea de al doilea fel:

Recoacere completă de al doilea tip - încălzire la o temperatură peste punctul Ac3 cu 20-30 K, menținere și răcire ulterioară. Există o scădere a durității, îmbunătățirea prelucrabilității, eliminarea tensiunilor interne în oțelurile hipoeutectoide și eutectoide înainte de călire (vezi nota de la tabel)

Recoacerea celui de-al doilea tip este incompletă - încălzirea la o temperatură între punctele Ac1 și Ac3, menținerea și răcirea ulterioară. Există o scădere a durității, îmbunătățire a prelucrabilității, eliminarea tensiunilor interne în oțelul hipereutectoid înainte de călire

Recoacere izotermă de tip II - Încălzire la o temperatură de 30-50 K deasupra punctului Ac3 (pentru oțel hipoeutectoid) sau peste punctul Ac1 (pentru oțel hipereutectoid), menținere și răcire ulterioară în trepte. Prelucrarea accelerată a produselor laminate mici sau a pieselor forjate din oțeluri aliate și cu conținut ridicat de carbon are loc pentru a reduce duritatea, a îmbunătăți prelucrabilitatea și a atenua solicitările interne.

Recoacere cu sferoidizare de tip II - Încălzire la o temperatură peste punctul Ac1 cu 10-25 K, menținere și răcire treptată ulterioară. Există o scădere a durității, îmbunătățire a prelucrabilității, eliminarea tensiunilor interne din oțelul pentru scule înainte de călire, creșterea ductilității oțelurilor slab aliate și cu carbon mediu înainte de deformarea la rece

Recoacere de al doilea tip, usoara - Incalzire in mediu controlat la o temperatura peste punctul Ac3 cu 20-30 K, mentinere si racire ulterioara intr-un mediu controlat. Protejează suprafața de oțel de oxidare și decarburare

Recoacere de al doilea tip Normalizare (recoacere de normalizare) - Incalzire la o temperatura peste punctul Ac3 cu 30-50 K, mentinere si racire ulterioara in aer cal. Structura oțelului încălzit este corectată, tensiunile interne sunt atenuate în piesele din oțel structural și prelucrabilitatea acestora este îmbunătățită, iar adâncimea de călire a sculelor crește. otel inainte de intarire

Întărire:

Întărire completă continuă - Încălzire la o temperatură peste punctul Ac3 cu 30-50 K, menținere și răcire bruscă ulterioară. Obținerea (în combinație cu revenirea) durității și rezistenței la uzură ridicate a pieselor din oțeluri hipoeutectoide și eutectoide

Întărire incompletă - Încălzire la o temperatură între punctele Ac1 și Ac3, menținere și răcire bruscă ulterioară. Obținerea (în combinație cu revenirea) durității și rezistenței la uzură ridicate a pieselor din oțel hipereutectoid

Călire intermitentă - Încălzire la o temperatură peste punctul Ac3 cu 30-50 K (pentru oțelurile hipoeutectoide și eutectoide) sau între punctele Ac1 și Ac3 (pentru oțel hipereutectoid), menținerea și răcirea ulterioară în apă și apoi în ulei. Există o reducere a tensiunilor reziduale și a deformărilor în piesele din oțel de scule cu conținut ridicat de carbon

Întărire izotermă - Încălzirea la o temperatură peste punctul Ac3 cu 30-50 K, menținerea și răcirea ulterioară în săruri topite și apoi în aer. Obținerea unei deformări minime (deformare), creșterea ductilității, a limitei de anduranță și a rezistenței la încovoiere a pieselor din oțel aliat pentru scule

Călirea în trepte - Aceeași (diferă de călirea izotermă prin timpul mai scurt de rezidență al piesei în mediul de răcire). Există o reducere a tensiunii, deformării și prevenirea formării fisurilor la sculele mici din oțel carbon pentru scule, precum și la uneltele mai mari din scule aliate și oțel de mare viteză.

Întărire la suprafață - Încălzirea prin curent electric sau o flacără de gaz a stratului de suprafață al unui produs până la temperatura de întărire, urmată de răcirea rapidă a stratului încălzit. Există o creștere a durității suprafeței până la o anumită adâncime, rezistență la uzură și rezistență crescută a pieselor și sculelor mașinii

Întărire cu autocalare - Încălzire la o temperatură peste punctul Ac3 cu 30-50 K, menținere și răcire incompletă ulterioară. Căldura reținută în interiorul piesei asigură călirea stratului exterior întărit a unei scule de impact de configurație simplă din oțel de scule carbon, precum și în timpul încălzirii prin inducție

Călire cu tratament la rece - Răcire profundă după călire la o temperatură de 253-193 K. Există o creștere a durității și dimensiuni stabile a pieselor din oțel înalt aliat

Călire cu răcire - Înainte de scufundare într-un mediu de răcire, piesele încălzite sunt răcite pentru o perioadă de timp în aer sau păstrate într-un termostat cu temperatură redusă. Există o reducere a ciclului de tratament termic al oțelului (utilizat de obicei după cementare).

Intarire usoara - Incalzire intr-un mediu controlat la o temperatura peste punctul Ac3 cu 20-30 K, mentinere si racire ulterioara intr-un mediu controlat. Protecție împotriva oxidării și decarburării pieselor complexe ale matrițelor, matrițelor și dispozitivelor de fixare care nu sunt supuse șlefuirii

Revenire scăzută - Încălzire în intervalul de temperatură 423-523 K și răcire accelerată ulterioară. Tensiunile interne sunt atenuate și fragilitatea sculelor de tăiere și măsurare este redusă după întărirea suprafeței; pentru piese cementate după călire

Revenire medie - Încălzire în intervalul t = 623-773 K și răcire ulterioară lentă sau accelerată. Există o creștere a limitei elastice a arcurilor, arcurilor și a altor elemente elastice

Revenire ridicată - Încălzire în intervalul de temperatură 773-953 K și răcire ulterioară lentă sau rapidă. Apare: Asigurarea ductilității ridicate a pieselor structurale din oțel, de obicei cu îmbunătățire termică

Îmbunătățirea termică - Călire și revenire înaltă ulterioară. Are loc eliminarea completă a stresului rezidual. Oferă o combinație de rezistență ridicată și ductilitate în timpul tratamentului termic final al pieselor structurale din oțel care funcționează sub sarcini de șoc și vibrații

Prelucrare termo-mecanica - Incalzire, racire rapida la 673-773 K, deformare plastica repetata, intarire si revenire. Asigurarea produselor laminate și a pieselor de forme simple care nu sunt supuse sudării, rezistență crescută în comparație cu rezistența obținută prin tratament termic convențional

Îmbătrânire - Încălzire și expunere prelungită la temperaturi ridicate. Dimensiunile pieselor și sculelor sunt stabilizate

Cimentare - Saturarea stratului superficial de oțel moale cu carbon (carburare). Însoțită de călirea ulterioară cu revenire scăzută. Adâncimea stratului cimentat este de 0,5-2 mm. Ceea ce se întâmplă este că produsului i se oferă o duritate ridicată a suprafeței, menținând în același timp un miez vâscos. Oțelurile carbon sau aliate cu conținut de carbon sunt supuse carburării: pentru produsele mici și mijlocii 0,08-0,15%, pentru cele mai mari 0,15-0,5%. Roțile dințate, bolțurile pistonului etc. sunt supuse cimentării.

Cianurare - Tratarea termochimică a produselor din oțel într-o soluție de săruri de cianură la o temperatură de 820. Stratul superficial de oțel este saturat cu carbon și azot (stratul 0,15-0,3 mm sunt supuse cianurarii, ca urmare). dintre care, împreună cu o suprafață dură, produsele au un miez vâscos. Astfel de produse se caracterizează prin rezistență ridicată la uzură și rezistență la sarcini de șoc.

Nitrurare (nitrurare) - Saturarea stratului superficial al produselor din oțel cu azot la o adâncime de 0,2-0,3 mm. Există o duritate ridicată a suprafeței, o rezistență crescută la abraziune și coroziune. Sunt supuse nitrurării calibrele, angrenajele, fuselele arborelui etc.

Tratament la rece - Răcire după întărire la o temperatură sub zero. Există o schimbare în structura internă a oțelurilor călite. Aplicabil pentru oteluri pentru scule, produse cimentate, unele oteluri inalt aliate.

TRATAMENTUL TERMICI AL METALULUI (TRATAMENTUL TERMINAL), un ciclu de timp specific de încălzire și răcire la care sunt supuse metalele pentru a-și modifica proprietățile fizice. Tratamentul termic în sensul obișnuit al termenului se efectuează la temperaturi sub punctul de topire. Procesele de topire și turnare, care au un impact semnificativ asupra proprietăților metalului, nu sunt incluse în acest concept. Modificările proprietăților fizice cauzate de tratamentul termic se datorează modificărilor structurii interne și a relațiilor chimice care apar în materialul solid. Ciclurile de tratament termic sunt diferite combinații de încălzire, menținere la o anumită temperatură și răcire rapidă sau lentă pentru a se potrivi modificărilor structurale și chimice care se dorește a fi induse.

Structura granulară a metalelor. Orice metal constă de obicei din multe cristale aflate în contact unele cu altele (numite granule), având de obicei dimensiuni microscopice, dar uneori vizibile cu ochiul liber. În interiorul fiecărui granule, atomii sunt aranjați astfel încât să formeze o rețea geometrică tridimensională obișnuită. Tipul rețelei, numit structură cristalină, este o caracteristică a materialului și poate fi determinat prin tehnici de difracție cu raze X. Aranjarea corectă a atomilor este menținută pe întregul bob, cu excepția micilor perturbări, cum ar fi locurile individuale ale rețelei care devin accidental libere. Toate boabele au aceeași structură cristalină, dar, de regulă, sunt orientate diferit în spațiu. Prin urmare, la limita a două boabe, atomii sunt întotdeauna mai puțin ordonați decât în interiorul lor. Acest lucru explică, în special, faptul că limitele de cereale sunt mai ușor de gravat cu reactivi chimici. O suprafață metalică plată lustruită tratată cu un agent de gravare adecvat va dezvălui, de obicei, un model clar de delimitare a granulelor. Proprietățile fizice ale unui material sunt determinate de proprietățile boabelor individuale, de influența acestora unul asupra celuilalt și de proprietățile limitelor de granule. Proprietățile unui material metalic depind în mod semnificativ de dimensiunea, forma și orientarea boabelor, iar scopul tratamentului termic este de a controla acești factori.

Procese atomice în timpul tratamentului termic. Pe măsură ce temperatura unui material cristalin solid crește, devine din ce în ce mai ușor pentru atomii săi să se deplaseze de la un loc al rețelei cristaline la altul. Pe această difuzie a atomilor se bazează tratamentul termic. Cel mai eficient mecanism pentru mișcarea atomilor într-o rețea cristalină poate fi imaginat ca mișcarea site-urilor rețelei vacante, care sunt întotdeauna prezente în orice cristal. La temperaturi ridicate, din cauza creșterii vitezei de difuzie, procesul de trecere de la o structură de neechilibru a unei substanțe la una de echilibru se accelerează. Temperatura la care viteza de difuzie crește semnificativ este diferită pentru diferite metale. Este de obicei mai mare pentru metalele cu un punct de topire ridicat. În wolfram, cu punctul său de topire de 3387 C, recristalizarea nu are loc nici măcar la căldură roșie, în timp ce tratamentul termic al aliajelor de aluminiu, topindu-se la temperaturi scăzute, în unele cazuri poate fi efectuat la temperatura camerei.

În multe cazuri, tratamentul termic presupune o răcire foarte rapidă, numită călire, al cărei scop este păstrarea structurii formate la temperaturi ridicate. Deși, strict vorbind, o astfel de structură nu poate fi considerată stabilă termodinamic la temperatura camerei, în practică este destul de stabilă datorită ratei scăzute de difuzie. Multe aliaje utile au o structură „metastabilă” similară.

Modificările cauzate de tratamentul termic pot fi de două tipuri principale. În primul rând, atât în metalele pure, cât și în aliaje, sunt posibile modificări care afectează doar structura fizică. Acestea pot fi modificări ale stării solicitate a materialului, modificări ale dimensiunii, formei, structurii cristaline și orientării granulelor sale de cristal. În al doilea rând, structura chimică a metalului se poate modifica și ea. Acest lucru poate fi exprimat prin netezirea neomogenităților compoziționale și formarea de precipitate dintr-o altă fază, în interacțiune cu atmosfera înconjurătoare creată pentru a curăța metalul sau a-i conferi proprietăți de suprafață specificate. Modificările de ambele tipuri pot apărea simultan.

Eliberarea stresului. Deformarea la rece crește duritatea și fragilitatea majorității metalelor. Uneori, o astfel de „întărire prin deformare” este de dorit. Metalelor neferoase și aliajele lor li se oferă de obicei unul sau altul grad de duritate prin laminare la rece. Oțelurile cu conținut scăzut de carbon sunt, de asemenea, des întărite prin deformare la rece. Oțelurile cu conținut ridicat de carbon, care au fost laminate la rece sau trase la rece la rezistența crescută necesară, de exemplu, pentru fabricarea arcurilor, sunt de obicei supuse unei recoaceri de detensionare și încălzite la o temperatură relativ scăzută, la care materialul rămâne aproape la fel de greu ca înainte, dar dispare în ea eterogenitatea distribuției interne a stresului. Acest lucru reduce tendința de fisurare, în special în medii corozive. O astfel de reducere a tensiunii apare, de regulă, datorită curgerii locale de plastic în material, care nu duce la modificări ale structurii generale.

Recristalizare. Cu diferite metode de formare a metalului, este adesea necesar să se schimbe foarte mult forma piesei de prelucrat. Dacă modelarea trebuie efectuată într-o stare rece (care este adesea dictată de considerente practice), atunci procesul trebuie împărțit în mai multe etape, cu recristalizarea efectuată între ele. După prima etapă de deformare, când materialul este atât de întărit încât deformarea ulterioară poate duce la distrugere, piesa de prelucrat este încălzită la o temperatură care depășește temperatura de recoacere pentru a elibera stresul și menținută pentru recristalizare. Datorită difuziei rapide la această temperatură, apare o structură complet nouă datorită rearanjamentului atomic. Boabele noi încep să crească în interiorul structurii de cereale a materialului deformat, care în timp îl înlocuiesc complet. În primul rând, se formează boabe noi mici în locurile în care vechea structură este cel mai perturbată, și anume la limitele vechi de cereale. Odată cu recoacere ulterioară, atomii structurii deformate sunt rearanjați astfel încât să devină și ei parte a unor noi boabe, care cresc și în cele din urmă absorb întreaga structură veche. Piesa de prelucrat își păstrează forma inițială, dar acum este realizată dintr-un material moale, netensionat, care poate fi supus unui nou ciclu de deformare. Acest proces poate fi repetat de mai multe ori dacă este necesar de un anumit grad de deformare.

Prelucrarea la rece este deformarea la o temperatură prea scăzută pentru recristalizare. Pentru majoritatea metalelor această definiție corespunde temperaturii camerei. Dacă deformarea este efectuată la o temperatură suficient de ridicată, astfel încât recristalizarea să aibă timp să urmeze deformarea materialului, atunci o astfel de prelucrare se numește fierbinte. Atâta timp cât temperatura rămâne suficient de ridicată, se poate deforma cât de mult se dorește. Starea fierbinte a unui metal este determinată în primul rând de cât de aproape este temperatura lui de punctul său de topire. Maleabilitatea ridicată a plumbului înseamnă că se recristalizează cu ușurință, ceea ce înseamnă că poate fi lucrat „la cald” la temperatura camerei.

Controlul texturii. Proprietățile fizice ale unui bob, în general, nu sunt aceleași în direcții diferite, deoarece fiecare bob este un singur cristal cu propria sa structură cristalină. Proprietățile unei probe de metal sunt rezultatul medierii tuturor boabelor. În cazul orientării aleatoare a granulelor, generalul proprietăți fizice sunt aceleași în toate direcțiile. Dacă unele planuri cristaline sau rânduri atomice ale majorității boabelor sunt paralele, atunci proprietățile probei devin „anizotrope”, adică dependente de direcție. În acest caz, cupa, obținută prin extrudare profundă dintr-o placă rotundă, va avea pe marginea superioară „limbi” sau „scoici”, datorită faptului că materialul se deformează mai ușor în unele direcții decât în altele. În modelarea mecanică, anizotropia proprietăților fizice este, de regulă, nedorită. Dar în foile de materiale magnetice pentru transformatoare și alte dispozitive, este foarte de dorit ca direcția de magnetizare ușoară, care în cristalele simple este determinată de structura cristalină, să coincidă în toate boabele cu direcția dată a fluxului magnetic. Astfel, „orientarea preferată” (textura) poate fi sau nu de dorit în funcție de scopul materialului. În general, atunci când un material se recristalizează, orientarea lui preferată se schimbă. Natura acestei orientări depinde de compoziția și puritatea materialului, de tipul și gradul de deformare la rece, precum și de durata și temperatura de recoacere.

Controlul dimensiunii boabelor. Proprietățile fizice ale unei probe de metal sunt în mare măsură determinate de mărimea medie a granulelor. Cel mai bun proprietăți mecanice o structură cu granulaţie fină corespunde aproape întotdeauna. Reducerea mărimii granulelor este adesea unul dintre obiectivele tratamentului termic (și topirii și turnării). Pe măsură ce temperatura crește, difuzia se accelerează și, prin urmare, mărimea medie a granulelor crește. Limitele cerealelor se schimbă astfel încât boabele mai mari să crească în detrimentul boabelor mai mici, care în cele din urmă dispar. Prin urmare, procesele de prelucrare la cald de finisare sunt de obicei efectuate la o temperatură cât mai scăzută pentru a menține dimensiunea granulelor la minimum. Prelucrarea la cald la temperaturi scăzute este adesea utilizată în mod specific, în principal pentru a reduce dimensiunea granulelor, deși același rezultat poate fi obținut prin prelucrarea la rece urmată de recristalizare.

Omogenizare. Procesele menționate mai sus au loc atât în metale pure, cât și în aliaje. Dar există o serie de alte procese care sunt posibile numai în materiale metalice care conțin două sau mai multe componente. De exemplu, într-un aliaj turnat vor exista aproape sigur neomogenități compozitia chimica, care este determinată de procesul de solidificare neuniformă. Într-un aliaj de solidificare, compoziția fazei solide formate la un moment dat nu este aceeași ca în faza lichidă, care este în echilibru cu aceasta. În consecință, compoziția substanței solide care apare în momentul inițial al solidificării va fi diferită de cea la sfârșitul solidificării, iar acest lucru duce la eterogenitatea spațială a compoziției la scară microscopică. O astfel de eterogenitate este eliminată prin încălzire simplă, mai ales în combinație cu deformarea mecanică.

Curatenie. Deși puritatea metalului este determinată în primul rând de condițiile de topire și turnare, puritatea metalului este adesea obținută prin tratament termic în stare solidă. Impuritățile conținute de metal reacționează la suprafața acestuia cu atmosfera în care este încălzit; Astfel, o atmosferă de hidrogen sau alt agent reducător poate transforma o parte semnificativă a oxizilor în metal pur. Adâncimea unei astfel de curățări depinde de capacitatea impurităților de a difuza de la volum la suprafață și, prin urmare, este determinată de durata și temperatura tratamentului termic.

Izolarea fazelor secundare. Majoritatea regimurilor de tratament termic pentru aliaje se bazează pe un efect important. Se datorează faptului că solubilitatea în stare solidă a componentelor aliajului depinde de temperatură. Spre deosebire de un metal pur, în care toți atomii sunt identici, într-o soluție cu două componente, de exemplu un solid, există atomi de două tipuri diferite, distribuiți aleatoriu între locurile rețelei cristaline. Dacă creșteți numărul de atomi de clasa a doua, puteți ajunge într-o stare în care aceștia nu pot înlocui pur și simplu atomii de clasa întâi. Dacă cantitatea celui de-al doilea component depășește această limită de solubilitate în stare solidă, în structura de echilibru a aliajului apar incluziuni ale celei de-a doua faze, diferă ca compoziție și structură de boabele originale și, de obicei, împrăștiate între ele sub formă de particule separate. . Astfel de particule din a doua fază pot avea o influență puternică asupra proprietăților fizice ale materialului, în funcție de dimensiunea, forma și distribuția acestora. Acești factori pot fi modificați prin tratament termic (tratament termic).

Tratamentul termic este procesul de prelucrare a produselor din metale și aliaje prin acțiune termică pentru a le schimba structura și proprietățile într-o direcție dată. Acest efect poate fi combinat și cu cele chimice, de deformare, magnetice etc.

Context istoric privind tratamentul termic.
Omul a folosit tratamentul termic al metalelor din cele mai vechi timpuri. Chiar și în epoca Calcoliticului, folosind forjare la rece aur și cupru nativ, om primitiv a întâlnit fenomenul de călire, care a îngreunat fabricarea produselor cu lame subțiri și vârfuri ascuțite, iar pentru a reda ductilitatea fierarul a fost nevoit să încălzească cuprul forjat la rece într-o vatră. Cele mai vechi dovezi ale utilizării recoacerii de înmuiere a metalului prelucrat la rece datează de la sfârșitul mileniului al V-lea î.Hr. e. O astfel de recoacere din punct de vedere al timpului de apariție a fost prima operație de tratare termică a metalelor. Atunci când facea arme și unelte din fier produs prin suflarea brânzei, fierarul a încălzit semifabricatul de fier pentru forjare la cald într-o forjă de cărbune. Totodată, fierul a fost carburat, adică s-a produs cimentarea, unul dintre tipurile de tratament chimico-termic. Prin răcirea în apă a unui produs forjat din fier carburat, fierarul a descoperit o creștere bruscă a durității acestuia și o îmbunătățire a altor proprietăți. Călirea fierului carburat în apă a fost folosită de la sfârșitul celui de-al II-lea început al mileniului I î.Hr. e. În „Odiseea” lui Homer (secolele VIII-VII î.Hr.) există următoarele rânduri: „Așa cum un fierar aruncă un topor sau un topor înroșit în apă rece, iar fierul șuieră cu un sunet clocotitor; fierul este mai puternic decât fierul, fiind temperat în foc și apă”. În secolul al V-lea î.Hr e. Etruscii au întărit oglinzile din bronz cu staniu ridicat în apă (cel mai probabil să îmbunătățească strălucirea în timpul lustruirii). Cimentarea fierului în cărbune sau materie organică, călirea și călirea oțelului au fost utilizate pe scară largă în Evul Mediu în producția de cuțite, săbii, pile și alte unelte. Necunoscând esența transformărilor interne ale metalului, meșterii medievali au atribuit adesea obținerea de proprietăți înalte în timpul tratamentului termic al metalelor manifestării forțelor supranaturale. Până la mijlocul secolului al XIX-lea. Cunoștințele umane despre tratarea termică a metalelor a fost un set de rețete dezvoltate pe baza unor secole de experiență. Nevoile dezvoltării tehnologice, și în primul rând dezvoltarea producției de tunuri din oțel, au determinat transformarea tratamentului termic al metalelor dintr-o artă într-o știință. La mijlocul secolului al XIX-lea, când armata a căutat să înlocuiască tunurile din bronz și fontă cu altele mai puternice din oțel, problema fabricării țevilor de tun de putere mare și garantată era extrem de acută. În ciuda faptului că metalurgiștii cunoșteau rețetele de topire și turnare a oțelului, țevile de arme au spart foarte des fără un motiv aparent. D.K. Chernov de la Fabrica de oțel Obukhov din Sankt Petersburg, studiind secțiunile gravate preparate din țevi de pistol la microscop și observând sub lupă structura fracturilor în punctul de rupere, a concluzionat că, cu cât oțelul este mai puternic, cu atât este mai fină. În 1868, Cernov a descoperit transformări structurale interne în oțelul de răcire care au loc la anumite temperaturi. pe care le-a numit puncte critice a și b. Dacă oțelul este încălzit la temperaturi sub punctul a, atunci nu poate fi întărit, iar pentru a obține o structură cu granulație fină, oțelul trebuie încălzit la temperaturi peste punctul b. Descoperirea de către Cernov a punctelor critice ale transformărilor structurale din oțel a făcut posibilă selectarea științifică a modului de tratament termic pentru a obține proprietățile necesare ale produselor din oțel.

În 1906, A. Wilm (Germania), folosind duraaluminiul inventat de el, a descoperit îmbătrânirea după călire (vezi Îmbătrânirea metalelor), cea mai importantă metodă de întărire a aliajelor pentru pe baze diferite(aluminiu, cupru, nichel, fier etc.). În anii 30 secolul al XX-lea A apărut prelucrarea termomecanică a aliajelor de cupru îmbătrânite, iar în anii 50 prelucrarea termomecanică a oțelurilor, care a făcut posibilă creșterea semnificativă a rezistenței produselor. Tipurile combinate de tratament termic includ tratamentul termomagnetic, care permite, ca urmare a răcirii produselor într-un câmp magnetic, să îmbunătățească unele dintre proprietățile lor magnetice.

Rezultatul a numeroase studii asupra modificărilor în structura și proprietățile metalelor și aliajelor sub influență termică a fost o teorie coerentă a tratamentului termic al metalelor.

Clasificarea tipurilor de tratament termic se bazează pe ce tip de modificări structurale apar în metal atunci când este expus la căldură. Tratamentul termic al metalelor se împarte în tratamentul termic propriu-zis, care constă numai în efecte termice asupra metalului, chimico-termic, care combină efectele termice și chimice, și termomecanic, care combină efectele termice și deformarea plastică. Tratamentul termic propriu-zis include următoarele tipuri: recoacere de felul 1, recoacere de felul 2, călire fără transformare polimorfă și cu transformare polimorfă, îmbătrânire și revenire.

Nitrurarea este saturarea suprafeței pieselor metalice cu azot pentru a crește duritatea, rezistența la uzură, limita de oboseală și rezistența la coroziune. Nitrurarea se aplică oțelului, titanului, unor aliaje, cel mai adesea oțelurilor aliate, în special celor crom-aluminiu, precum și oțelurilor care conțin vanadiu și molibden.
Nitrurarea oțelului are loc la o temperatură de 500-650 C într-un mediu cu amoniac. Peste 400 C, amoniacul începe să se disocieze conform reacției NH3 3H + N. Azotul atomic rezultat difuzează în metal, formând faze azotate. La o temperatură de nitrurare sub 591 C, stratul nitrurat constă din trei faze (Fig.): µ nitrură Fe2N, ³" nitrură Fe4N, ± ferită azotată care conține aproximativ 0,01% azot la temperatura camerei. La o temperatură de nitrurare de 600-650 C , este posibilă mai multă formare și faza ³, care, ca urmare a răcirii lente, se descompune la 591 C în eutectoid ± + ³1 Duritatea stratului nitrurat crește la HV = 1200 (corespunzător la 12 H/m2). și se menține în timpul încălzirii repetate la 500-600 C, ceea ce asigură o rezistență ridicată la uzură a pieselor la temperaturi ridicate grosime de 0,2–0,4 mm, este nevoie de 20–50 de ore. Creșterea temperaturii accelerează procesul, dar reduce duritatea stratului, nitrurarea oțelurilor rezistente la căldură este uneori efectuată amestec de amoniac și azot.
Nitrurarea aliajelor de titan se realizează la 850-950 C în azot de înaltă puritate (nitrurarea în amoniac nu este utilizată din cauza fragilității crescute a metalului).

În timpul nitrurării, se formează un strat subțire superior de nitrură și o soluție solidă de azot în ± titan. Adâncimea stratului după 30 de ore este de 0,08 mm cu duritatea suprafeței HV = 800 850 (corespunde cu 8 8,5 H/m2). Introducerea anumitor elemente de aliere în aliaj (Al până la 3%, Zr 3 5% etc.) crește viteza de difuzie a azotului, crescând adâncimea stratului nitrurat, iar cromul reduce viteza de difuzie. Nitrurarea aliajelor de titan în azot rarefiat face posibilă obținerea unui strat mai adânc fără o zonă de nitrură fragilă.
Nitrurarea este utilizată pe scară largă în industrie, inclusiv pentru piesele care funcționează la temperaturi de până la 500-600 C (căptușe de cilindri, arbori cotiți, angrenaje, perechi de bobine, piese echipamente de combustibil etc.).
Lit.: Minkevich A.N., Prelucrarea chimico-termică a metalelor și aliajelor, ed. a II-a, M., 1965: Gulyaev A.P..Metal science, ed. a IV-a, M., 1966.