Термическая обработка после литья представляет собой контролируемый процесс нагрева и охлаждения отлива после его затвердевания, проводимый с целью изменения микроструктуры и, соответственно, механических свойств. Один и тот же сплав может вести себя совершенно по-разному до и после термообработки: отжиг смягчает, нормализация утончает кристаллическую структуру, закалка упрочняет, отпуск восстанавливает вязкость, а старение повышает прочность алюминия. Как для литейных предприятий, так и для покупателей, именно в процессе термообработки отливка приводится в соответствие с требованиями чертежа.
Выбор метода термообработки зависит от материала, толщины сечения, требуемой твердости и целевого уровня затрат. В данном руководстве рассмотрены: суть термообработки, причины необходимости её проведения для отливок, основные процессы, их влияние на структуру материала, металлы, поддающиеся термообработке, а также области применения термообработанных отливок.
Термообработка после литья обычно проводится между этапами вытряхивания и механической обработки. Отливка подвергается грубой очистке, термообработке в печи, а затем механической обработке и контролю, поэтому в чертеже следует указать требуемый режим закалки или степень твердости до начала механической обработки.
Что такое термическая обработка?
Термическая обработка — это контролируемая последовательность нагрева, выдержки и охлаждения металла с целью изменения его микроструктуры и, как следствие, его свойств. виды термической обработки основаны на одном и том же принципе: именно температурный профиль определяет, какие фазы образуются, насколько мелкими будут зерна и как металл будет вести себя под воздействием нагрузки, износа и механической обработки.
В случае отливок термообработка проводится после затвердевания, поэтому она и называется термообработкой после литья. Отливки, которые выходят из формы с грубой или неоднородной структурой, подвергаются рафинированию в печи перед механической обработкой или вводом в эксплуатацию.
Почему термообработка так важна?
- Прочность и твердость. Закалка и отжиг повышают предел текучести, предел прочности при растяжении и поверхностную твердость несущих деталей.
- Обрабатываемость. Отжиг смягчает отливку, благодаря чему инструменты служат дольше, а допуски остаются в пределах нормы.
- Стабильность размеров. Снятие напряжений и контролируемое охлаждение позволяют уменьшить остаточные напряжения и деформации, которые приводят к дефекты литья.
- Выносливость. Отпуск восстанавливает пластичность и ударную вязкость, утраченные в процессе закалки.
- Срок службы. Закаленные поверхности обладают высокой износостойкостью и продлевают срок службы в условиях интенсивной эксплуатации.
Виды процессов термической обработки
В каждом процессе используется свой температурный режим и профиль охлаждения, что позволяет получить различную структуру.
Отжиг
При отжиге отливка нагревается, удерживается при заданной температуре и медленно охлаждается с целью размягчения металла и снятия внутренних напряжений. Это улучшает обрабатываемость и обычно проводится перед механической обработкой отливок из серого и высокопрочного чугуна. В случае сложных профилей отжиг также снижает риск деформации.
Нормализация
Нормирующая обработка заключается в нагреве до температур, превышающих диапазон фазового превращения, и охлаждении в неподвижном воздухе с целью утончения кристаллитов и получения более однородной структуры. Она повышает прочность и однородность материала, не приводя к полной твердости, характерной для закалки, и часто применяется в тех случаях, когда детали различной толщины должны демонстрировать одинаковые механические свойства.
Закалка и отпуск
В процессе закалки отливка быстро охлаждается, что приводит к образованию твёрдой микроструктуры, а затем в процессе отпуски она повторно нагревается до более низкой температуры для восстановления вязкости. Такое сочетание обеспечивает высокую прочность при контролируемой пластичности и является стандартной технологией для изготовления зубчатых колёс, валов и изнашиваемых деталей.
Упрочнение под действием осадков
При упрочнении выделением легирующие элементы растворяются при высокой температуре, а затем вновь выпадают в виде мелких частиц, которые блокируют движение дислокаций. Поскольку эти частицы фиксируют структуру, данная обработка позволяет добиться высокой прочности без значительного легирования и является стандартным способом получения высокопрочных алюминиевых отливок.
Старение
Старение — это этап обработки при низкой температуре, следующий за термообработкой в растворе, который может происходить либо естественным образом при комнатной температуре, либо искусственно в печи. Искусственное старение проводится при контролируемой температуре в течение заданного времени; естественное старение происходит медленно при комнатной температуре. В любом случае этот этап обеспечивает достижение конечной прочности состояний T4, T5 и T6, используемых для алюминиевых отливок.
Эти процессы основаны на изменении процессов, происходящих на уровне кристаллитов. Медленное охлаждение позволяет углероду диффундировать и образовывать более мягкие структуры; быстрое охлаждение закрепляет его в более твёрдых фазах; повторный нагрев позволяет частично заменить твёрдость на вязкость. При одинаковом содержании углерода можно получить мягкие, вязкие или твёрдые отливки в зависимости от профиля, и методы контроля металлического литья такие как испытания на твердость и металлография, позволяют убедиться в том, что заданная структура была достигнута.
Области применения отливок, прошедших термическую обработку
Обработанные отливки применяются везде, где прочность, износостойкость или стабильность качества определяют срок службы, а выбор материала — технологический цикл: отливки из серого чугуна обычно подвергаются снятию напряжений или отжигу перед механической обработкой, стальные отливки проходят нормализацию, закалку и отпуск, алюминиевые отливки — термообработку в растворе и старение, а марки нержавеющей стали — свои собственные циклы. Значение также зависит от работы с поставщик литья который контролирует весь цикл термообработки.
- Автомобилестроение и машиностроение: шестерни, коленчатые валы, детали тормозной системы и корпуса, для которых важны прочность и долговечность при усталостных нагрузках.
- Насосы и клапаны: корпуса под давлением, крышки и рабочие колеса, для которых важны пластичность и ударопрочность.
- Износостойкие детали: измельчающие элементы, износостойкие пластины и детали, подверженные истиранию, для которых закалка поверхности является преимуществом.
- Конструктивные и энергетические узлы: каркасы машин, компоненты ветроэнергетических установок и энергетического оборудования, а также тяжелые отливки, для которых требуются стабильные механические свойства.
Чугун с узелковой структурой — производитель чугунных отливок
Отправьте чертеж детали, условия эксплуатации и требуемую твердость или степень отпуски по адресу наши инженеры, и пусть они подтвердят марку стали и цикл термообработки до того, как будет принято окончательное решение об изготовлении инструментов. Правильно подобрать цикл до начала производства обходится дешевле, чем переделывать отливку, не соответствующую техническим требованиям.
