CC BY
92
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ
СТАЛИ И АЛЮМИНИЯ Карху Виктория Сергеевна, студентка (e-mail: [email protected]) Данилко Валерия Андреевна, старший преподаватель (e-mail: [email protected])
Рязанский государственный Радиотехнический университет, Россия
В статье рассмотрены основные этапы и особенности процесса термической обработки металлов (нержавеющей стали и алюминия), которые чаще всего используют в качестве материалов корпусов современной техники.
Ключевые слова: термическая обработка, сталь, алюминий, температура, отжиг, закалка, отпуск.
Сегодня мы живем в 21 веке, в котором человек уже не может представить свою жизнь без электронных приборов и устройств. При покупке товара он обращает внимание на технические параметры, а также на материал, из которого сделан корпус и детали оборудования. Все перечисленное обуславливает его выбор в пользу более качественной продукции.
Из множества видов материала изделий, представленного на рынке, покупатель обращает внимание чаще всего на такие металлы, как нержавеющая сталь и алюминий. Изготовление деталей из таких материалов включает в себя целый ряд операций, необходимых для изменения структуры и свойств металлов. В число таких операций входят отжиг, закалка, отпуск и другие (рисунок 1).
Приведем значение основных технологических процессов изготовления деталей из нержавеющей стали, представленных на рисунке 1:
Отжиг представляет собой термообработку, направленную на уменьшение прочности, твердости и повышение пластичности металлов. Температура отжига определяется его назначением и зависит от содержания углеродов стали.
Закалка - это термообработка, которая включает в себя нагрев сталей до температур выше критических, выдержку при данных температурах и резкое охлаждение с целью получения высокой прочности и твердости.
Отпуск - это дополнительная термообработка, которая предотвращает деталь при ударных нагрузках от быстрого разрушения.
Как уже упоминалось, отжиг проводится с целью понижения параметров твердости нержавеющего металла, благодаря чему он приобретает пластичность. Термообработка данным способом проводится в специальной печи с непременным соблюдением определенного температурного режима. По завершении процессов накаливания и выдержки продукцию оставляют в такой печи до ее полного остывания.
Для стали применяют рекристализационный отжиг и отжиг для снятия внутренних напряжений.
Рисунок 1 - Основные операции термической обработки
нержавеющей стали
Рекристализационный отжиг осуществляют при температуре 680 0С в течение 4-12 часов. Его применяют для малоуглеродистых сталей, содержащих менее 0,25 % углерода.
Отжиг для снятия внутренних напряжений применяют для устранения дефектов, возникающих в процессе резки, сварки, шлифования и т.д. Снятие внутренних напряжений происходит в результате процессов возврата. Продолжительность от 2 до 12 часов и температура такого отжига зависит от вида напряжений, от размеров детали, химического состава стали.
Следующим этапом технологического процесса выступает закалка нержавеющей стали, которая предусматривает доведение материала до критического уровня нагрева. Конкретный температурный режим определяется составом материала и особенностями его дальнейшего использования. Различают объемную и поверхностную закалку. В первом случае нагревают и охлаждают всю деталь, во втором - её поверхность.
Охлаждение при закалке проводят в различных средах, в том числе вода, масло, водовоздушные смеси. От скорости охлаждения зависит структура стали после закалки. Поверхностную закалку применяют для изделий, у которых должна быть твердая поверхность и вязкая внутренняя часть, например, шестеренки, валы. При этом поверхностная закалка делится на несколько видов: закалка погружением; газопламенная закалка; закалка токами высокой частоты; лазерная закалка.
После осуществления закалки детали из нержавеющей стали подвергаются операции отпуска стали, которая производится в электропечах. Данный вид термообработки нержавеющей стали призван устранить и предотвратить различные дефекты данного металла. В
зависимости от температуры различают 3 вида отпуска: низкий (150оС -220 оС), средний (350оС - 450 оС), высокий (550оС - 650 оС).
Схожий технологический процесс термообработки имеют детали из алюминия. Он обеспечивает необходимые эксплуатационные характеристики и качество изделий в целом. К основным видам термической обработки алюминиевых сплавов относят: отжиг, закалка и старение.
Для алюминия применяют гомогенизирующий отжиг, рекристализационный отжиг, отжиг для снятия внутренних напряжений и полный отжиг.
Первому из указанных виду отжига подвергают слитки перед обработкой давлением для устранения дендритной ликвации, которая приводит к получению неоднородного твердого раствора и выделению по границам зерен между ветвями дендритов неравномерных включений CuAl2, Mg2Si, Al2CuMg, Al6CuMg4 и другие. В процессе гомогенизации состав кристаллитов твердого раствора выравнивается, а интерметаллиды растворяются. Вследствие этого пластичность литого сплава повышается, что позволяет увеличить степень обжатия при горячей обработке давлением, скорость прессования и уменьшить технологические отходы. Температура гомогенизации в пределах 450 - 520 °С, а выдержка от 4 до 40 часов.
В тоже время после полного отжига все алюминиевые сплавы получают состояние, которое является самым мягким, самым пластичным и наиболее благоприятным для пластической деформации.
При закалке алюминия происходит нагрев сплавов до температуры, при которой избыточные интерметаллидные фазы полностью или большей частью растворяются в алюминии, выдержке при этой температуре и быстром охлаждении до комнатной температуры для получения пересыщенного твердого раствора. Например, температура закалки сплавов системы Al-Си (рисунок 2) определится линией abc. При нагреве под закалку сплавов, содержащих до ~ 5 % Си, избыточная фаза СиА12 полностью растворяется, и при последующем быстром охлаждении фиксируется только пересыщенный a-твердый раствор. Время выдержки при температуре закалки зависит от структурного состояния сплава, типа печи и толщины изделия. После закалки сплавы имеют сравнительно невысокую прочность и высокую пластичность.
ш
ем
в
ш
208
С
0,5 5,1 W ZU SO Si 40 5QCut%
Рисунок 2 - Диаграмма состояния Al-Cu
После закалки следует старение, при котором сплав выдерживают при нормальной температуре несколько суток (естественное старение) или в течение 10-24 часов при повышенной температуре (искусственное старение). В процессе старения происходит распад пересыщенного твердого раствора, что сопровождается упрочнением сплава.
Распад пересыщенного твердого раствора происходит в несколько стадий в зависимости от температуры и продолжительности старения.
Таким образом, наиболее распространенными металлами и сплавами, используемыми в промышленности, в настоящее время являются сталь и алюминий. Процесс термообработки данных металлов включает в себя отжиг, закалку, отпуск (старение). Выбор термообработки зависит от свойств и назначения сплава.
Список литературы
1 Как проводится термическая обработка нержавейки [Электронный ресурс] -Режим доступа: https://www.globus-stal.ru/articles/kak-provoditsya-termicheskaya-obrabotka-nerzhaveyki/.
2 Наука: Современные технологии обработки алюминия и его сплавов [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://stankoreport.ru/news/article_post/nauka-sovremennyye-tekhnologii-obrabotki-alyuminiya-i-yego-splavov.
3 Термическая обработка алюминиевых сплавов [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://weldworld.ru/theory/term-obrab/termicheskaya-obrabotka-alyuminievyh-splavov.html.
4 Смоляров Н.А. Основы технологии производства / Н. А. Смоляров. - Рязань, 2017. - 115 с.
Karkhu Victoria Sergeevna, student. Direction of preparation "Standardization and Metrology" (e-mail: [email protected], 89106287291).
Danilko Valeria Andreevna, senior Lecturer (e-mail: [email protected]).
Russia, Ryazan, Ryazan State Radio Engineering University, Department of Information-measuring and Biomedical Engineering.
The Heat Treating of stainless steel and aluminum parts
Abstract: The article considers the main stages and peculiarities of the process of heat treatment of metals (stainless steel and aluminum), which are most often used as materials of modern equipment.
Keywords: heat treatment, steel, aluminum, temperature, quenching, annealing, drawback.
