Преимущества термической обработки металлов

Термическая обработка может сделать конечный продукт более эффективным при выполнении своих задач и более устойчивым к износу, а значит, более конкурентоспособным. Итак, ниже мы перечислим преимущества термической обработки металлов.

1. Повышение прочности и выносливости

Термическая обработка может изменить микроструктуру металла, уменьшить размер зерна и увеличить количество зерен; при определенных условиях может изменяться и кристаллическая структура зерен (полиморфное превращение), что приводит к изменению механических свойств металла.

Например, при закалке металл нагревается до высокой температуры, а затем быстро охлаждается. Это приводит к увеличению размера кристаллов и образованию мартенсита, микроструктуры с плотно упакованными атомами, которая является основой закаленных металлических сплавов. Такая структура обеспечивает большую твердость и прочность металла.

Еще один способ повысить прочность металла — закалить его. После закалки металл нагревают до определенной температуры, а затем охлаждают. Этот процесс снижает чрезмерную жесткость металла, которая может возникнуть после закалки, и сохраняет его прочность.

Существует также множество других методов термической обработки, способных повлиять на микроструктуру металла и его механические свойства. Например, цикл нагрева и охлаждения можно изменить для достижения желаемого результата. В результате правильно применяемых процессов термообработки можно увеличить прочность стали на растяжение до 50%.

2. Термическая обработка может сделать сталь мягче

Здесь нет ничего парадоксального. Изменение режимов в цикле нагрева и охлаждения может оказать существенное влияние на конечный результат, поэтому понятно, что рычаги воздействия на структуру материала можно применять таким образом, чтобы добиться более низкой прочности металла, если это желаемый результат. . Примером этого является упрочнение поверхности металла, в то время как металл, находящийся глубже в изделии, остается мягким. таким образом создавая тонкий слой твердого металла снаружи. Этот мягкий сердечник делает деталь устойчивой к поломке, поглощая напряжения без растрескивания, обеспечивая при этом достаточную износостойкость поверхности детали.

3. Повышенная гибкость, снижение ломкости

Одним из методов термической обработки для повышения гибкости металла является отпуск. Обычно его выполняют после закалки металла, чтобы уменьшить его жесткость и повысить гибкость. Во время закалки металл нагревают до высокой температуры и быстро охлаждают, чтобы изменить его микроструктуру и повысить прочность. Однако этот процесс также может сделать металл хрупким и легко разрушаемым. Отпуск осуществляется путем нагревания металла до умеренной температуры (обычно 300 ° C или 572 ° F) и выдержки при этой температуре в течение определенного периода времени. Этот процесс снижает жесткость и увеличивает гибкость, пластичность и прочность металлического образца. Отпуск используется в тех случаях, когда важно, чтобы металл имел определенный уровень прочности, но был достаточно гибким и пластичным, чтобы избежать разрыва или ломкости во время эксплуатации. Эта процедура также может снять напряжение и облегчить дальнейшую обработку.

4. Повышенная износостойкость

Шестерни, валы, фрезы, подшипники, кузовные детали автомобилей, инструменты, такие как отбойные молотки, — вот лишь краткий перечень изделий, где закаленный металл придает дополнительную прочность и износостойкость, позволяя работать в условиях высоких нагрузок без потери своих функциональных свойств. Операции термической обработки повышают сопротивление усталости, позволяя таким стальным компонентам работать более эффективно в течение более длительного периода времени.

Чрезвычайно твердые стали часто используются в качестве режущих инструментов, для которых требуются острые кромки – термическая обработка здесь является критической операцией для достижения длительного срока службы и сохранения формы. Как уже отмечалось, твердые поверхности с пластичными материалами основы также могут быть получены с помощью термической обработки. Поэтому термическая обработка возвращает значительный экономический эффект за счет длительного срока службы получаемых изделий.

5. Модификация поверхности

В процессе термической обработки металла поверхность может контактировать с воздухом или другими внешними газами и теплоносителями различной температуры. Это неизбежно приводит к изменению его свойств, что также используется в металлообработке. В процессе корпусной закалки металл нагревают до высоких температур в атмосфере газа, содержащего углерод (эндотермический газ, природный газ и т. д.) или азот (аммиак), которые вступают в реакцию с поверхностью металла, вызывая его упрочнение. В результате этого процесса образуется твердый износостойкий поверхностный слой, который также повышает устойчивость к коррозии и истиранию, в то время как сердцевина является относительно прочной, что позволяет стали выдерживать ударные нагрузки.

6. Изменения теплопроводности

Чем мельче зерно, тем больше теплопроводность. Повышение теплопроводности металла обычно является побочным эффектом термической обработки, направленной на повышение твердости металла. Однако, когда теплопроводность является ключевым свойством, закалка может быть использована для ее целенаправленного улучшения. Для алюминиевых сплавов, используемых при созданиирадиаторов используется метод вторичного фазового упрочнения - планарное упрочнение. Этот метод заключается в термической обработке сплава таким образом, что в нем образуются вторичные фазы, расположенные в виде плоских дислокационных стенок. Эти стенки обеспечивают отличную теплопроводность материала.

7. Изменения электропроводности

Уменьшение размера зерна в целом также улучшает электропроводность. Поэтому методы закалки и отпуска применяют при создании проводов, контактов, паяльников, электронных компонентов и других изделий, где важна высокая электропроводность. Кроме того, процессы термической обработки используются в производстве электронных компонентов для повышения электрической стойкости и стойкости к окислению или для производства термопар, где важна точность измерения температуры, которая зависит от электропроводности металла.

8. Магнитные свойства

Термическая обработка может изменить магнитные свойства металлов. Для изготовления постоянных магнитов используются специальные материалы, которые проходят термическую обработку для улучшения их магнитных свойств.

Термообработку также можно использовать для уменьшения магнитной проницаемости металлов, что важно в электрических устройствах, где магнитные поля могут вызывать нежелательные эффекты, такие как индуктивность и магнитные потери.

9. Ремонтная термообработка

Термическая обработка может использоваться для восстановления структуры металла после его износа или повреждения. Износ металла представляет собой сложный процесс, в результате которого снижается прочность и устойчивость деталей под действием внешних факторов, таких как трение, коррозия, удары и др. Кроме того, в процессе эксплуатации металлических изделий из закаленной стали может происходить постепенное разрушение мартенситной структуры, что приводит к снижению прочности.

Процесс восстановительной термической обработки может включать в себя закалку, нормализацию, отпуск и др. Он применяется для восстановления металлических изделий, таких как шестерни, валы, насосные колеса и других сложных деталей, подверженных износу или повреждению в процессе эксплуатации. Рациональное использование этого метода позволяет значительно повысить долговечность и надежность многолетней эксплуатации металлических изделий.

10. Вариативность процедур и комбинаций методов

Термическая обработка металлов предоставляет множество подходов, которые кажутся бесчисленными. Однако их можно настроить для достижения конкретных результатов. Кроме того, этот процесс хорошо сочетается с другими методами, такими как механическая или химическая обработка. В некоторых случаях металлическая деталь может пройти несколько процедур термообработки и другие виды обработки. Однако выбор идеального метода действительно зависит от типа металла и требуемых свойств, но в любом случае необходимо проверить эти свойства, чтобы оценить влияние термической обработки на механические свойства материалов.