Классификация видов термической обработки металлов и сплавов

Современная система знаний в области термической обработки требует ее классификации. В основе рассматриваемой действующей классификации видов термической обработки положена система, предложенная еще в 1931 г. А.А. Бочваром, которая отражает два принципа классификации: технологический и фазовых превращений. В соответствии с таким подходом вся термическая обработка может быть подразделена на следующие основные группы: собственно термическая; химико-термическая и деформационно-термическая обработка (рис. 6.1).

Рисунок 7.1. Основная таблица классификации видов термической обработки металлов. (Условные обозначения: ТО - термическая обработка; МТО - механико-термическая обработка; ТМО - термомеханическая обработка; МДТО - микродеформационнотермическая обработка)

Собственно термическая обработка в зависимости от структурного состояния, получаемого в результате ее применения, разделена на три класса: отжиг; закалка; отпуск и старение.

Отжиг подразделяется на два вида: отжиг первого рода и второго рода.

К отжигу первого рода отнесены виды, в процессе которых фазовые (полиморфные) превращения не протекают, а если и протекают, то не оказывают решающего влияния на основные результаты обработки и структуру сплава (уменьшающий напряжения, гомогенизационный, рекристаллизационный, дорекристаллизационный, увеличивающий зерно).

К отжигу второго рода - виды отжига, при которых фазовые превращения обусловливают цель и возможность проведения отжига.

К нему относятся: полный отжиг, нормализация, одинарная термическая обработка, изотермический, одинарная изотермическая обработка, неполный, сфероидизационный циклический отжиг и др.

Закалка подразделяется на два вида: без полиморфного превращения и закалка на мартенсит. В зависимости от нагреваемого объема при закалке ее подразделяют на объемную и поверхностную.

По способам охлаждения закалка может быть: непрерывной (закалка в одном охладителе), прерывистой (закалка в двух охладителях), ступенчатой и изотермической (закалка в горячих средах), с обработкой холодом, с самоотпуском, включая сорбитизацию.

Поверхностную закалку подразделяют по способам нагрева: закалка токами высокой частоты (ТВЧ), с контактным нагревом, в электролите, пламенем газовой горелки, в перегретых соляных и свинцовых ваннах а также методы поверхностной закалки с использованием высококонцентрированных источников энергии: лазерного, плазменного, электронным лучом.

Отпуск и старение:отпуск используется для сплавов, прошедших закалку на мартенсит, а старение - после закалки без полиморфного превращения.

В зависимости от температуры нагрева, исходного и конечного структурного состояния, отпуск может быть высокий, средний и низкий. Для высоколегированных сталей применяют, кроме того, отпуск на дисперсионное твердение.

Старение бывает термическим и деформационным, искусственным и естественным. Искусственное старение может быть неполным (кратковременным), на максимальную прочность, стабилизирующим и разупрочняющим.

Химико-термическая обработка подразделяется на два класса: насыщение неметаллами (углеродом, азотом, серой, бором): поодиночке либо двумя или тремя неметаллами одновременно или удаление их из поверхности; диффузионное насыщение металлами (алюминием, кремнием, хромом, цинком или иными металлами): одним, либо в комплексе несколькими металлами одновременно, либо удаление какого-либо металла из поверхности.

В большинстве случаев названия процессов совпадают с названием насыщающего вещества, например, науглероживание (цементация), азотирование, сульфоцианирование, обезводороживание, диффузионное хромирование, хромосилицирование, хромованадирование, обесцинкование и др. Химико-термическая обработка может быть применена для сталей либо чугунов, для алюминиевых, медных либо иных сплавов. В этом случае название процесса будет включать наименование насыщаемого материала, например, цементация стали или диффузионное хромирование алюминиевых сплавов.

Деформационнотермическая обработкаподразделяется на три класса: механикотермическая обработка (МТО); термомеханическая обработка (ТМО); микродеформационнотермическая обработка (МДТО).

Механикотермическая обработка,основанная преимущественно на структурном эффекте получения и закрепления структур полигонизации, она может иметь следующие разновидности: дорекристаллизационная МТО, низкотемпературная МТО и высокотемпературная МТО.

Термомеханическая обработка,использующая влияние деформационных структурных изменений на повышение упрочняющего влияния фазовых превращений при термической обработке, может разрабатываться применительно к сплавам, не претерпевающим полиморфных превращений, а также к сплавам, закаливающихся на мартенсит. В обоих случаях различают низкотемпературную и высокотемпературную ТМО. Кроме того, выделяют процессы предварительной ТМО, которая представляет собой технологию, реализующую механизмы процессов, промежуточные между МТО и ТМО.

Микродеформационнотермическая обработка,основанная на влиянии чередующихся многократных микродеформаций, развивающихся одновременно с тепловым воздействием на структуру металлов и сплавов, технологически может выполняться с использованием принципиально различных физических воздействий, например, микродеформаций от теплового циклирования, внешнего ультразвукового воздействия, переменных чередующихся изгибных деформаций, например, роликами правильной машины, переменными микродеформационными кручениями, воздействием переменных или импульсных магнитных полей и др. Такие виды обработки носят названия соответственно термоциклическая, термоультразвуковая, термомагнитная и т.д.

Отжиг. Отжиг первого рода

Отжиг - это чаще всего, предварительная термическая обработка, применяемая на металлургических предприятиях для обработки полуфабрикатов в виде отливок, слитков, листов, прутков и других изделий.

Понятие отжига объединяет в себе операции термической обработки, направленные на восстановление равновесного состояния металлического вещества, нарушенного при технологической предыстории получения обрабатываемого изделия.

Простейшими неоднородностями в металлическом материале являются:

наличие в структуре остаточных упругих напряжений, возникающих при различных внешних воздействиях на кристаллиты и не исчезающих после окончания обработки, например, после сварки, литья, процессов обработки давлением (прокатка, ковка, штамповка и др.);

наличие химической неоднородности в распределении компонентов по сечению твердого раствора в материале изделия или наличие метастабильных структурных и фазовых составляющих, не свойственных равновесному состоянию материала и обусловленных, главным образом неравновесной кристаллизацией при литье слитков или отливок;

наличие избыточного количества физических неоднородностей в кристаллическом строении реального материала, таких как: точечные (вакансии, дислоцированные атомы), линейные (дислокации: краевые, винтовые, смешанные и др.), поверхностные (субзеренные границы и границы зерен), возникающих при холодной или горячей обработке давлением;

несовершенства, обусловленные различиями кристаллографической ориентировки соседних кристаллитов в поликристаллическом веществе;

структурные дефекты, обусловленные нежелательным характером фазово-структурного состояния металлов или сплавов (крупнозернистость, расположение хрупких фаз по границам зерен, грубое строение эвтектоида, нерегулярное распределения частиц фаз по объему зерен и т.д.).

Отжиг подразделяется на два вида: отжиг первого рода и отжиг второго рода. Такое подразделение обусловлено их отношением к процессам фазовой перекристаллизации.

К отжигу первого рода отнесены виды, в процессе которых фазовые (полиморфные) превращения не протекают, а если и протекают, то не оказывают решающего влияния на основные результаты обработки и структуру сплава (уменьшающий напряжения, гомогенизационный, рекристаллизационный, дорекристаллизационный, увеличивающий зерно).

К отжигу второго рода - виды отжига, при которых фазовые превращения обусловливают цель и возможность проведения отжига.

К нему относятся: полный отжиг, нормализация, одинарная термическая обработка, изотермический, одинарная изотермическая обработка, неполный, сфероидизационный циклический отжиг и др.