Старение металла термообработка

Как состарить металл — Полезные советы — 2021

На сегодняшний день металлические детали и поверхности пользуются огромным спросом при оформлении интерьера. Ими декорируется мебель и аксессуары.
Востребованным является состаренный металл: с шершавой поверхностью и разными ее цветовыми оттенками. Подобные детали декора наделяют интерьер либо предметы одежды определенной солидностью, проверенной временем.

Процесс старения

Старение в качестве температурной обработки используется как заключительная операция. Применима к тем металлам и сплавам, у которых пресыщенный твердый раствор может выделять избыточный компонент и самопроизвольно распадаться.

После проведения процедуры старения у металла увеличиваются твердость с прочностью, но при этом снижаются вязкость с пластичностью, но эти значения сохраняются на протяжении срока работы.

Старение стали производится для изменения внутренней структуры после закалки. Полученный твердый раствор феррита пресыщенный углеродом и азотом при нагревании распадается. В зависимости от количества содержания углерода в сплаве внутренняя структура может приобретать форму:

• дискообразную (в виде тонких пластинок),
• сферическую,
• кубическую,
• игольчатую.

Искусственное старение металла (термообработка) применяется к тем сплавам, в которых растворяемость одного элемента в твердом состоянии значительно снижена. Это проявляется при снижении температуры.

Во время искусственного старения в сталях с низким содержанием углерода, не выше 0,05%, распадается пресыщенный твердый альфа раствор. При этом выделяются избыточные фазы. Такая метаморфоза приводит к тому, что снижается пластичность, но приводит к увеличению твердости и прочности.

На рисунке показана модель Орована, которая иллюстрирует перемещение дислокаций. Максимального эффекта добиться возможно при естественном старении, но время затраченное на это будет значительным. Увеличить скорость протекания процесса можно искусственным старением, но при этом прочностные характеристики будут снижены.

Твердость в зависимости от времени старения

На графике отчетливо видно, что сокращение времени старения не позволяет получить высокую твердость.

Течение процесса старения во многом зависит от углерода и азота. Особенно это заметно в малоуглеродистых сталях. Азот с уменьшением температуры начинает хуже растворятся в альфа железе.

Например, при температуре 590°С растворенного азота содержится 0,1%, но уже при 20°С его содержание снижается до 0,004%. При старении альфа раствор выделяет нитриды.

Поэтому влияние азота менее выражено по сравнению с тем же углеродом при температурном воздействии.

При увеличении углерода в сталях увеличивается эффект изменения структуры, получаемый при термическом воздействии. Объем углерода, максимум которого может раствориться в альфа железе составляет 0,02-0,04%. При таком содержании закаленное изделие, подвергнутое естественному старению обладает твердостью в полтора раза выше чем после отжига.

Старение – это основной способ увеличения прочности жаропрочных сплавов (с высоким содержанием никеля). В эту же группу относятся сплавы на основе алюминия, меди, магния. Кроме того, измененная структура вышеперечисленных металлов и сплавов придает им коэрцитивную силу.

Алюминиевые и алюминисто-медные сплавы подвергаются деструкции при различных температурах (свыше 100°С) из-за различия в температуре распада структуры разных металлов. Так выделяют низкотемпературное и высокотемпературное изменение структуры.

Распад твердого раствора проходит по двум путям. В первом случае это образование и рост частиц фазы идет по всему объему. Во втором случае распад прерывистый (ячеистый). Во время него ячейки растут колониями. У колоний структура ячеистая, а рост идет от границы зерна и движется во внутрь, уменьшая размер.

Технология состаривания металла

• Перед началом работ металл необходимо очистить от любых загрязнений. Именно от предварительной подготовки зависит успех работы, поэтому необходимо очищать поверхность старательно. Иногда даже рекомендуют отжечь металл для удаления остатков смол или других веществ.
• Если детали из меди или латуни, то ее необходимо сначала отбелить слабым раствором серной кислоты. А железо обрабатывают более концентрированным раствором серной кислоты. Алюминиевые изделия обрабатываются двууглексилой содой. Вне зависимости от способа обработки детали после завершения работ необходимо тщательно промыть под проточной водой и очистить жесткой щеткой.

• Для работы с латунью и медью используется азотная кислота.
  Поскольку испарения этой кислоты вредны для человека, то следует соблюдать особую осторожность, а вообще не рекомендуется работать с этим веществом в закрытом помещении. Лучше выйти для работы с металлом на улицу.
• На поверхность металлического изделия кислота наносится ватным тампоном, намотанным на деревянную палочку.
  Реакция на вещество будет заметна сразу – поверхность металла будет менять цвет от насыщенного зеленого до черного. После того, как реакция произошла, металл нужно нагревать до полного испарения состава. Затем изделие промывают под струей горячей проточной воды.
• Цвет готового изделия может получиться от оливково-зеленого до коричневого и от светло-серого до черного. Это зависит от концентрации кислоты, продолжительности соприкосновения с ней, от степени нагрева. Полученный эффект довольно стойкий, поэтому можно полировать или шлифовать деталь.
• Если состариваются железные детали, то их тщательно очищают, намазывают олифой, а потом нагревают до 300-400 градусов по Цельсию. Для равномерной обработки поверхности лучше нагревать деталь в печи. Если необходим светлый тон детали, то применяют азотную кислоту.
• Для обработки алюминиевых изделий использую керосин или копоть. Эти вещества подчеркивают структуру этого металла и придают ей красивый декоративный вид.

Метод быстрого состаривания металлических изделий

Часто для различных творческий идей необходимы старинные кнопки, иголки, булавки, гвозди, подковы и т.д. Быстро состарить такие металлические изделия можно с помощью уксуса (1/4 стакана) и соли (2 столовые ложки).

1. Смешивают оба вещества и в полученный раствор погружают металлическую деталь.
2. Состав перемешивают, накрывают крышкой с отверстиями и оставляют на 12 часов.
3. Затем детали достают и просушивают на газете.
4. Если образовались излишки ржавчины, можно зачистить их наждачной бумагой.

Для работы с раствором лучше взять стеклянную или пластиковую посуду, стойкую к химическим веществам. Перемешивать компоненты надо деревянной, пластиковой или фарфоровой ложкой. Тара необходима большего объема, поскольку после погружения в раствор металлической детали жидкость начнет пениться.

Если работы проводятся не на улице, то следует использовать хорошо проветриваемое помещение.

Для состаривания металла потребуется:

✔ двууглекислая сода либо активные кислоты,

Последовательность работ

— Методов металлообработки и декоративного оформления металлов в настоящее время много, чему способствует развитие химической промышленности. Многие способы состаривания металла дошли к нам еще из далекого прошлого. Поэтому метод декоративной обработки металла необходимо выбирать в зависимости от желаемого результата и вида используемого металла.

— До начала работ необходимо очистить поверхность материала от всевозможных загрязнений. Результаты труда во многом определяются именно качеством проведения данного этапа. Допускается изделие осторожно отжечь, что избавит его от оставшейся смолы либо иных примесей.

Медные и латунные сплавы следует заблаговременно отбелить в растворе серной кислоты слабой концентрации, для железа в подобном случае рекомендуется использовать серную кислоту, для изделий из алюминия – двууглекислую соду.

Все предметы после обработки необходимо тщательно промыть и очистить щеткой с металлическим ворсом. Только после этого можно приступать к самой отделке.

— Состарить латунь и медь поможет азотная кислота. Главное – соблюдать меры предосторожности (все работы следует выполнять на открытом воздухе), так как данная кислота выделяет опасные испарения.

Ватный тампон необходимо намотать на деревянную палочку. Этим приспособлением и выполняется обработка поверхности металла азотной кислотой либо ее раствором.

Затем (после завершения реакции) следует нагревать предмет до того времени, пока не прекратится реакция испарения.

— Концентрация кислоты, время обработки металла и степень последующего нагрева – это основные факторы, которые определяют будущий цвет поверхности.

— Если выбор сделан в пользу изделий из железа, то их необходимо обработать олифой сразу после очистки. Затем предмет нагревается до 300-450C. Более равномерная поверхность получится при использовании печи. Более светлые тона поверхности можно получить за счет азотной кислоты.

— Чтобы декорировать либо состарить алюминиевую поверхность, следует воспользоваться копотью либо керосином. Данные вещества максимально подчеркнут все особенности в рельефе и придадут поверхности неповторимость.

Термическое старение

Фаза упрочняющая металл во время термического воздействия происходит в точке максимума. Здесь проходит метастабильный промежуток раствора в зоне Гинье-Престона. Такой вид упрочнения металлов и сплавов принято называть дисперсионным.

Зависимость прочности от времени и температуры старения

При более длительной выдержке начинается перестаривание, то есть снижение прочностных характеристик. На это влияют:

Виды термического старения металла:

• Двухступенчатое – закалка, затем выдержка при температуре замещения, а потом выдерживание с повышенной температурой для получения однородности твердого раствора.
• Закалочное – закалка и одна фаза выдержки с естественным охлаждением.
• Естественное – для алюминиевых сплавов.
• Искусственное – для сплавов из цветных металлов с нагревом до температуры выше той, которая используется для естественной деструкции.
• Стабилизационное – высокая температура старения и длительный срок выдержки помогают сохранить размеры и свойства детали.

Механическое старение металла

Деструкция стали при помощи деформирующих усилий происходит в диапазоне температур ниже процесса рекристаллизации. Обусловлено это образованием и движением дислокаций. При холодной пластической деформации увеличивает плотность дислокаций, которые далее еще больше увеличиваются при увеличении нагрузок.

Изменяющиеся механические свойства металла вызывает движение атомов углерода и азота к дислокациям, которые размещены в альфа растворе. Достигнув дислокаций атомы образуют облака (атмосферы Котрелла). Данные скопления препятствуют движению дислокаций, благодаря чему происходит изменение свойств. Появляются присущие состаренным термообработкой деталям свойства.

Если на эффект старения деформированием сильно влияют азот, никель и медь, то с добавками ванадия, титана и ниобия данный эффект полностью пропадает. Поэтому рекомендуется использовать сталь с содержанием алюминия 0,02-0,07%.

Рекомендуемые режимы для проведения старения

• для сталей с высоким содержанием углерода: температура порядка 130°С-150°С, время выдержки порядка 25-30 часов,
• для сплавов из цветных металлов: температура порядка 250°С, время выдержки порядка 1 часа.

• для естественного процесса: температура порядка 20°С,
• для искусственного протекания процесса: температура порядка 250°С, время выдержки порядка 1 часа.

Температура нагрева и время выдержки подбирается индивидуально к каждой марке металла и к сплаву в зависимости от их состава.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Смотрите видео: Черним металл ЛУКОМ . BlackingBroom metal. (January 2020)

Рекомендуемые режимы для проведения старения

• для сталей с высоким содержанием углерода: температура порядка 130°С-150°С, время выдержки порядка 25-30 часов;
• для сплавов из цветных металлов: температура порядка 250°С, время выдержки порядка 1 часа.

• для естественного процесса: температура порядка 20°С;
• для искусственного протекания процесса: температура порядка 250°С, время выдержки порядка 1 часа.

Температура нагрева и время выдержки подбирается индивидуально к каждой марке металла и к сплаву в зависимости от их состава.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Старение металла термообработка

Старение металла – это процессы, протекающие внутри металла и вызывающие изменения физических и механических свойств, внутренней структуры. Проистечение данных процессов может происходить естественным путем (при большой длительности по времени и температуре, приближенной к 20°С) и искусственным воздействием (термообработкой и пластическим деформированием).

Старение металла

Механическое и термическое старение

Существует два вида старения металла: термическое и механическое. Рассмотрим каждый из них более подробно.

Термическая обработка сплавов. Виды термообработки

Термообработка сплавов является неотъемлемой частью производственного процесса чёрной и цветной металлургии. В результате такой процедуры металлы способны изменить свои характеристики до необходимых значений. В данной статье мы рассмотрим основные виды термообработки, применяемые в современной промышленности.

Сущность термической обработки

В процессе производства полуфабрикаты, металлические детали подвергаются термической обработке для придания им нужных свойств (прочности, устойчивость к коррозии и износу и т. д.).

Термическая обработка сплавов – это совокупность искусственно созданных процессов, в ходе которых в сплавах под действием высоких температур происходят структурные и физико-механические изменения, но сохраняется химический состав вещества.

Назначение термообработки

Металлические изделия, которые используются ежедневно в любых отраслях народного хозяйства, должны отвечать высоким требованиям устойчивости к износу. Металл, как сырьё, нуждается в усилении нужных эксплуатационных свойств, которых можно добиться воздействием на него высокими температурами.

Термическая обработка сплавов высокими температурами изменяет изначальную структуру вещества, перераспределяет составляющие его компоненты, преобразует размер и форму кристаллов. Всё это приводит к минимизации внутреннего напряжения металла и таким образом повышает его физико-механические свойства.

Виды термической обработки

Термообработка металлических сплавов сводится к трём незатейливым процессам: нагреву сырья (полуфабриката) до нужной температуры, выдерживанию его в заданных условиях необходимое время и быстрому охлаждению. В современном производстве используется несколько видов термообработки, отличающихся между собой некоторыми технологическими особенностями, но алгоритм процесса в общем везде остаётся одинаковым.

По способу совершения термическая обработка бывает следующих видов:

• Термическая (закалка, отпуск, отжиг, старение, криогенная обработка).
• Термо-механическая включает обработку высокими температурами в сочетании с механическим воздействием на сплав.
• Химико-термическая подразумевает термическую обработку металла с последующим обогащением поверхности изделия химическими элементами (углеродом, азотом, хромом и др.).

Отжиг

Отжиг – производственный процесс, при котором металлы и сплавы подвергаются нагреванию до заданного значения температуры, а затем вместе с печью, в которой происходила процедура, очень медленно естественным путём остывают.

В результате отжига удаётся устранить неоднородности химического состава вещества, снять внутренне напряжение, добиться зернистой структуры и улучшить её как таковую, а также снизить твёрдость сплава для облегчения его дальнейшей переработки.

Различают два вида отжига: отжиг первого и второго рода.

Отжиг первого рода подразумевает термическую обработку, в результате которой изменения фазового состояния сплава незначительны или отсутствуют вовсе.

У него также есть свои разновидности: гомогенизированный – температура отжига составляет 1100-1200 , в таких условиях сплавы выдерживают в течение 8-15 часов, рекристаллизационный (при t 100-200 ) отжиг применяется для клёпаной стали, то есть деформированной уже будучи холодной.

Отжиг второго рода приводит к значимым фазовым изменениям сплава. Он также имеет несколько разновидностей:

• Полный отжиг – нагрев сплава на 30-50 выше критической температурной отметки, характерной для данного вещества и охлаждения с указанной скоростью (200 /час – углеродистые стали, 100 /час и 50 /час – низколегированные и высоколегированные стали соответственно).
• Неполный – нагрев до критической точки и медленное охлаждение.
• Диффузионный – температура отжига 1100-1200.
• Изотермический – нагрев происходит так же, как при полном отжиге, однако после этого проводят быстрое охлаждение до температуры несколько ниже критической и оставляют остывать на воздухе.
• Нормализованный – полный отжиг с последующим остыванием металла на воздухе, а не в печи.

Закалка

Закалка – это манипуляция со сплавом, целью которой является достижение мартенситного превращения металл, обеспечивающее понижение пластичности изделия и повышение его прочности.

Закалка, равно как и отжиг, предполагает нагрев металла в печи выше критической температуры до температуры закалки, отличие состоит в большей скорости охлаждения, которое происходит в ванне с жидкостью.

В зависимости от металла и даже его формы применяют разные виды закалки:

• Закалка в одной среде, то есть в одной ванне с жидкостью (вода – для крупных деталей, масло – для мелких деталей).
• Прерывистая закалка – охлаждение проходит два последовательных этапа: сперва в жидкости (более резком охладителе) до температуры приблизительно 300 , затем на воздухе либо в другой ванне с маслом.
• Ступенчатая – по достижению изделием температуры закалки, его охлаждают какое-то время в расплавленных солях с последующим охлаждением на воздухе.
• Изотермическая – по технологии очень похожа на ступенчатую закалку, отличается только временем выдержки изделия при температуре мартенситного превращения.
• Закалка с самоотпуском отличается от других видов тем, что нагретый метал охлаждают не полностью, оставив в середине детали тёплый участок. В результате такой манипуляции изделие приобретает свойства повышенной прочности на поверхности и высокой вязкости в середине. Такое сочетание крайне необходимо для ударных инструментов (молотки, зубила и др.)

Отпуск

Отпуск – это завершающий этап термической обработки сплавов, определяющий конечную структуру металла. Основная цель отпуска является снижение хрупкости металлического изделия.

Принцип заключается в нагреве детали до температуры ниже критической и охлаждении.

Поскольку режимы термической обработки и скорость охлаждения металлических изделий различного назначения могут отличаться, то выделяют три вида отпуска:

• Высокий — температура нагрева от 350-600 до значения ниже критической. Данная процедура чаще всего используется для металлических конструкций.
• Средний – термообработка при t 350-500, распространена для пружинных изделий и рессор.
• Низкий — температура нагрева изделия не выше 250 позволяет достичь высокой прочности и износостойкости деталей.

Старение

Старение – это термическая обработка сплавов, обуславливающая процессы распада пересыщенного металла после закалки. Результатом старения является увеличение пределов твёрдости, текучести и прочности готового изделия. Старению подвергаются не только чугун, но и цветные металлы, в том числе и легко деформируемые алюминиевые сплавы.

Если металлическое изделие, подвергнутое закалке выдержать при нормальной температуре, в нём происходят процессы, приводящие к самопроизвольному увеличению прочности и уменьшению пластичности. Это называется естественное старение металла.

Если эту же манипуляцию проделать в условиях повышенной температуры, она будет называться искусственным старением.

Криогенная обработка

Изменения структуры сплавов, а значит, и их свойств можно добиться не только высокими, но и крайне низкими температурами. Термическая обработка сплавов при t ниже нуля получила название криогенной.

Данная технология широко используется в самых разных отраслях народного хозяйства в качестве дополнения к термообработкам с высокими температурами, поскольку позволяет существенно снизить расходы на процессы термического упрочнение изделий.

Криогенная обработка сплавов проводится при t -196 в специальном криогенном процессоре. Данная технология позволяет существенно увеличить срок службы обработанной детали и антикоррозионные свойства, а также исключить необходимость повторных обработок.

Термомеханическая обработка

Новый метод обработки сплавов сочетает в себе обработку металлов при высоких температурах с механической деформацией изделий, находящихся в пластичном состоянии. Термомеханическая обработка (ТМО) по способу совершения может быть трёх видов:

• Низкотемпературная ТМО состоит из двух этапов: пластической деформации с последующим закалкой и отпуском детали. Главное отличие от других видов ТМО – температура нагрева до аустенитного состояния сплава.
• Высокотемпературная ТМО подразумевает нагрев сплава до мартенситного состояния в сочетании с пластической деформацией.
• Предварительная – деформация производится при t 20 с последующей закалкой и отпуском металла.

Химико-термическая обработка

Изменить структуру и свойства сплавов возможно и с помощью химико-термической обработки, которая сочетает в себе термическое и химическое воздействие на металлы. Конечной целью данной процедуры помимо придания повышенной прочности, твёрдости, износостойкости изделия является и придание детали кислотоустойчивости и огнестойкости. К данной группе относятся следующие виды термообработки:

• Цементация проводится для придания поверхности изделия дополнительной прочности. Суть процедуры заключается в насыщении металла углеродом. Цементация может быть выполнена двумя способами: твёрдая и газовая цементация. В первом случае обрабатываемый материал вместе с углём и его активатором помещают в печь и нагревают до определённой температуры с последующей выдержкой его в данной среде и охлаждением. В случае с газовой цементацией изделие нагревается в печи до 900 под непрерывной струёй углеродосодержащего газа.
• Азотирование – это химико-термическая обработка металлических изделий путём насыщения их поверхности в азотных средах. Результатом данной процедуры становится повышение предела прочности детали и увеличение его коррозионной устойчивости.
• Цианирование – насыщение металла одновременно и азотом и углеродом. Среда может быть жидкой (расплавленные углерод- и азотсодержащие соли) и газообразной.
• Диффузионная металлизация представляет собой современный метод придания металлическим изделиям жаростойкости, кислотоустойчивости и износостойкости. Поверхность таких сплавов насыщают различными металлами (алюминий, хром) и металлоидами (кремний, бор).

Особенности термической обработки чугуна

Литейные сплавы чугуна повергаются термической обработке по несколько иной технологии, чем сплавы цветных металлов.

Чугун (серый, высокопрочный, легированный) проходит следующие виды термообработки: отжиг (при t 500-650 ­), нормализация, закалка (непрерывная, изотермическая, поверхностная), отпуск, азотирование (серые чугуны), алитирование (перлитные чугуны), хромирование.

Все эти процедуры в результате значительно улучшают свойства конечных изделий чугуна: увеличивают эксплуатационный срок, исключают вероятность возникновения трещин при использовании изделия, повышают прочность и жаростойкость чугуна.

Термообработка цветных сплавов

Цветные металлы и сплавы обладают отличными друг от друга свойствами, поэтому обрабатываются разными методами. Так, медные сплавы для выравнивания химического состава подвергаются рекристаллизационному отжигу.

Для латуни предусмотрена технология низкотемпературного отжига (200-300 ), поскольку этот сплав склонен при влажной среде к самопроизвольному растрескиванию. Бронза подвергается гомогенизации и отжигу при t до 550 .

Магний отжигают, закаляют и подвергают искусственному старению (естественное старение для закалённого магния не происходит).

Алюминий, равно как и магний, подвергается трём методам термообработки: отжигу, закалке и старению, после которых деформируемые алюминиевые сплавы значительно повышают свою прочность. Обработка титановых сплавов включает: рекристаллизационный отжиг, закалку, старение, азотирование и цементацию.

Резюме

Термическая обработка металлов и сплавов является основным технологическим процессом, как в чёрной, так и в цветной металлургии. Современные технологии располагают множеством методов термообработки, позволяющих добиться нужных свойств каждого вида обрабатываемых сплавов.

Для каждого металла свойственна своя критическая температура, а это значит, что термообработка должна производиться с учётом структурных и физико-химических особенностей вещества.

В конечном итоге это позволит не только достичь нужных результатов, но и в значительной степени рационализировать производственные процессы.

Режимы старения

Чтобы искусственно состарить материал, необходимо знать марку металла или основу, на которой он изготовлен (химический состав). От этого зависит режим выполнения операции. Сюда входит выбор температуры нагрева и время выдержки. Ориентировочные данные указаны в таблице.

Операция может выполняться без предварительной закалки заготовок или деталей и с ней. И тут важно правильно подобрать температуру нагрева: она должна быть ниже той, при которой происходила закалка. В любом случае это оговаривается в технологическом процессе по изготовлению той или иной детали, который разрабатывают специалисты на производстве с учетом применяемого оборудования и режимов старения.

Скорость нагрева до температуры, с какой производится операция, особой роли не играет. Однако для алюминия и его сплавов лучше выполнять медленный нагрев. Это повысит прочность изделия.

Старение черных, цветных металлов и их сплавов является распространенным технологическим процессом, позволяющим добиться нужных свойств. Операция должна производиться с учётом структурных и физико-химических особенностей марки металла на качественном оборудовании, специально предназначенном для проведения искусственного старения. Такие печи выпускают отечественные и зарубежные производители в широком ассортименте. Они соответствуют современным требованиям к энергосбережению и безопасности, простоты в управлении и обслуживании. Работают на разных температурных режимах. Многие из моделей могут встраиваться в конвейерные линии, что позволяют повысить производительность труда. Различаются такие печи объемом садки, производительностью, мощностью и наличием дополнительных функций, которые упрощают выполнение такого вида термообработки.

Просим тех, кто занимался вопросами старения и выполнял такие операции, поделиться опытом в комментариях к тексту.

Старение металла

Старение металла – это процессы, протекающие внутри металла и вызывающие изменения физических и механических свойств, внутренней структуры. Проистечение данных процессов может происходить естественным путем (при большой длительности по времени и температуре, приближенной к 20°С) и искусственным воздействием (термообработкой и пластическим деформированием).

Старение металла

Оборудование и особенности термообработки металлов

Обработка металла представляет собой комплекс последовательных мероприятий по нагреву, выдержке и охлаждению металлоизделий со строгим соблюдением выбранных режимов для достижения запланированных физико-химических и механических свойств материала. Нагрев металла осуществляется в специальных термопечах и позволяет подготовить материал для последующей перестройки его атомной решетки. При термической обработке инструментальных марок стали задействуются особые закалочные емкости.

Важно понимать, что термообработка металла может выступать не только как полноценный технологический процесс производства готового изделия с заданными характеристиками, но и как промежуточная процедура получения заготовок с особыми свойствами, улучшающими обрабатываемость материала резанием или давлением.

Этапы термической обработки

Упрощенный алгоритм тепловой обработки металлоизделий включает в себе три следующих друг за другом процесса:

• нагрев металла с заданной скоростью до нужной температуры;
• выдержка металла в разогретом состоянии на протяжении определенного промежутка времени;
• охлаждение металлоизделия до комнатной температуры с заданной скоростью.

Реализация охлаждающих процедур может происходить при помощи терморегулятора печи, воздуха, емкостей с водой (маслом) или комбинированного охлаждения.

При детальном рассмотрении видов термообработки сплавов и металлов можно выделить:

• отжиг
  – тепловая обработка, которая в зависимости от выбранного режима позволяет снять остаточное напряжение, снизить твердость и повысить пластичность металла, выровнять физическую или химическую неоднородность материала;
• нормализация
  – позволяет устранить внутренние напряжения и наклеп, получить однородную и ровную мелкозернистую структуру металла и подготовить его для окончательной термообработки. При нормализации нагрев сплава происходит выше критических температур, при которых начинается и заканчивается перестройка кристаллической решетки;
• закалка
  – характеризуется нагревом выше температур фазовых превращений с последующим ускоренным охлаждением для придания металлу повышенной прочности и твердости;
• отпуск
  – является финишной процедурой термообработки, которая состоит в нагреве закаленного металла до температуры ниже точки начала перестройки кристаллической решетки с последующим постепенным охлаждением на воздухе. Это позволяет устранить накопившиеся внутреннее напряжение, избавить материал от хрупкости и придать ему достаточную вязкость и пластичность. При этом полученные на стадии закалки высокая прочность, твердость и износостойкость сохраняются;
• старение
  – заключительная термическая обработка для сплавов и конструкционных материалов, которая может производиться после процедуры отжига или закалки и подразумевает ускоренное охлаждение или повторный нагрев с последующей выдержкой и медленным охлаждением. Результатом термического старения металла является увеличение его прочности и снижения хрупкости;
• обработка холодом
  – состоит во временной закладке закаленных деталей или заготовок в морозильные камеры или специальный состав, охлажденные до температуры ниже нуля. Основным достоинством обработки холодом является повышение твердости и износостойкости металла.

Вариативность термической обработки металла позволяет сформировать оптимальный набор физико-механических и эксплуатационных свойств для металлоизделий из самых различных марок стали и сплавов.

Благодаря корректно подобранным видам и режимам термообработки удается получать широкий сортамент крепежных изделий различного класса прочности, износостойкие железобетонные изделия и конструкции, надежные машины и оборудование, долговечные строительные материалы и т.д.

Возврат к списку

Старение металла естественное искусственное

15.02.2018

Металл — один из самых распространенных в сфере строительства и промышленности материал. Даже с появлением на рынке новых высокотехнологических композитов, его продолжают использовать так же часто, как и раньше.

Но, даже такой прочный и надежный материал рано или поздно старится, теряя свои первоначальные свойства. Основной недостаток металлических изделий в том, что они подвержены коррозии.

Эффект «усталости металла» сегодня широко изучается и заставляет технологов разрабатывать новые методы его нейтрализации.

Что такое старение металла?

Такой процесс, как старение металла

, обусловлен появлением изменений в химической структуре сплава, а также физическими и механическими преобразованиями. Они приводят к ухудшению качества деталей.

Материал становится хрупким, а изделия из него теряют свои первоначальные качества. Естественное старение металла

в природе происходит при температуре от 20°. Это длительный процесс, на который уходят годы.

Последствия старения несут негативный характер, но у него существуют и некоторые преимущества. В частности, эффект старения металла

оказывает положительное влияние на плотность структуры сплава. Поэтому промышленная отрасль активно пользуется этим. Термически обработанные изделия служат гораздо дольше и окажутся надежнее.

Отпуск и старение стали

3. Отпуск под нагрузкой
4. Отпуск после шлифования

5. Правка. Эффект кинетической пластичности

6. Термообработка после правки. Методы стабилизации размеров

О

тпуском

называется
операция термической обработки
, при которой
в результате нагрева ниже критической точки А1закаленной на мартенсит стали
происходит
переход структуры из метастабильного состояния в равновесное или близкое к нему
. Отпуск
часто является конечной операцией термической обработки
. Поэтому его
цель – получение определенных характеристик готовых деталей или полуфабрикатов
. В зависимости от температуры нагрева различают следующие виды отпуска: низко-, средне- и высокотемпературный. Влияние температуры отпуска на твердость сталей представлена на рис. 8.

Рис.8. Зависимость твердости углеродистых сталей от температуры отпуска.

Низкий отпуск

выполняется при температурах 80-250 °С с получением структуры в углеродистых, низко- или среднелегированных сталях отпущенного мартенсита и приводит к частичному снятию внутренних напряжений. Такой отпуск
проводится для цементованных, нитроцементованных закаленных деталей и после закалки т.в.ч
., а также для инструмента, который должен иметь высокую твердость 60-63HRC.

Средний отпуск

выполняется при температурах 320-450°С и обеспечивает в углеродистых и низколегированных сталях
структуру троостита отпуска с твердостью 41-49HRC
и
практически полное снятие остаточных напряжений
. Детали с такой структурой имеют высокий предел упругости и усталости, поэтому такой отпуск применяют для рессор и пружин.

Высокий отпуск

проводится при температурах 450-700°С и
обеспечивает распад мартенсита углеродистых, низко-, среднелегированных сталей на сорбит отпуска
.
Сочетание закалки с высоким отпуском называется улучшением.
Это связано с тем, что после такой обработки
достигается сочетание высоких значений прочности, пластичности и вязкости сталей
. Твердость находится в пределах 250-350 НВ, прочность по сравнению с закаленным состоянием понижается в 1,5-2,0 раза, а пластичность и вязкость в несколько раз.
Высокотемпературный отпуск
применяется для широкого круга деталей, у которых необходимо иметь перечисленный комплекс свойств.
Разновидностью высокого отпуска
является
дисперсионное твердение для высоколегированных сталей:
жаропрочных, высокопрочных, быстрорежущих. Данная термическая обработка выполняется чаще всего при температурах 460-700°С.

При назначении температур отпуска нельзя забывать об отпускной хрупкости

, которая приводит к значительному снижению ударной вязкости закаленных изделий.
Необратимая отпускная хрупкость первого рода
проявляется при температурах около 300 °С, поэтому стали при отпуске не нагревают до этой температуры.
Обратимая отпускная хрупкость второго рода
наблюдается при температуре

500 °С только в легированных хромом, никелем, марганцем сталях, особенно при совместном их введении. Склонность сталей к хрупкости второго рода

увеличивается при содержании в стали примесей фосфора, мышьяка, сурьмы и олова. Данный тип отпускной хрупкости не проявляется в углеродистых и высокочистых по примесям легированных сталях.

Старение –

это
операция термической обработки
, при которой
в закаленном без полиморфного превращения сплаве
происходит
распад пересыщенного твердого раствора
.
Причиной старения стали
является
пересыщение феррита углеродом и азотом
, а также примесными атомами и характерно для низкоуглеродистых сталей (≤ 0,03 % С).
В результате старения
происходит повышение твердости, прочности и снижение пластичности, вязкости стали, при этом сохраняется их значение с течением времени. В зависимости о температуры нагрева закаленного сплава
старение может происходить при комнатной температуре
(естественное старение) или повышенной (искусственное). Кроме того,
различают еще два вида старения в зависимости от движущей силы распада
:
термическое старение
, протекающее в закаленном сплаве и
деформационное
, происходящее в изделиях после пластической деформации при температуре ниже температуры рекристаллизации.

Термическое старение

чаще всего наблюдается в низкоуглеродистых сталях при содержании 0,03-0,05% углерода. При закалке в таких материалах
образуется пересыщенный α -твердый раствор
, который при старении распадается с
выделением избыточных фаз, что ведет к повышению твердости, прочности и снижению пластичности.Наибольший эффект изменения свойств наблюдается при естественном старении
, но требуется значительное время.
При искусственном старении полученные характеристики прочности ниже
, чем при естественном, при этом время старения сокращается.

Холодная пластическая деформация приводит к значительному ускорению процессов распада α – твердого раствора при старении

. Для тонких холоднокатаных листов из малоуглеродистой стали старение проводят после рекристаллизационного отжига. Выполнение старения можно провести
по двум технологическим схемам
.
Первая – включает ускоренное охлаждение до
400 °С, изотермическую выдержку при этой температуре и регламентированное охлаждение со скоростью