Выбор вида термической обработки

Все виды термической обработки в зависимости от назначения делятся на предварительные и окончательные.

Предварительная термообработкапроводится для улучшения обрабатываемости материала режущим инструментом, повышения его пластичности, снятия внутренних напряжений и улучшения структуры.

Предварительной термообработке подвергаются заготовки деталей машин. К видам предварительной термической обработки, как правило, относятся: отжиг, нормализация.

Краткая характеристика видов предварительной термической обработки и область их применения представлены в таблице 1.

Окончательная (упрочняющая) термообработкапроводится для придания требуемых эксплуатационных характеристик (твердость, износостойкость и т.д.) поверхностям деталей машин.

Все детали, подвергаемые окончательной (упрочняющей) термообработке, можно разделить на две группы. К первой группе относятся детали, работающие на трение, поэтому проведенная термообработка должна обеспечить необходимую твердость, износостойкость поверхностного слоя. Ко второй группе относятся детали, испытывающие при работе значительные нагрузки различного характера: растягивающие, изгибающие, крутящие, контактные.

В деталях, испытывающих в процессе эксплуатации растягивающие и сжимающие нагрузки, напряжения по сечению распределены более или менее равномерно. Для таких деталей применяют сквозную закалку и отпуск.

В деталях, работающих на изгиб, кручение или при высоких контактных нагрузках, сквозное упрочнение сечения не обязательно, но, желательно поверхностное упрочнение при сохранении вязкой сердцевины.

Краткая характеристика видов окончательной термической обработки и область их применения представлены в таблице 2.

Таблица 1. Виды предварительной термической обработки

Наименование обработки	Краткая характеристика и применение	Режим
Отжиг	Медленное охлаждение нагретой стали (с печью, в горячей золе, песке, цементе и т.п.). В зависимости от температуры нагрева подразделяется на полный, неполный, диффузионный и рекристаллизационный	Скорость охлаждения до 50- 100°С/час для углеродистых и 20- 60°С/час для легированных сталей, затем на воздухе
Полный отжиг	Выравнивает структуру по всей площади сечения; снижает твердость и облегчает обрабатываемость; снимает внутренние напряжения; ликвидирует перегрев, измельчая структуру. Применяется для поковок и отливок только из доэвтектоидных сталей	Температура нагрева на 30-50°С выше АС3
Неполный отжиг (сфероидизация)	Обеспечивает получение зернистого перлита, обладающего лучшей обрабатываемостью, чем пластинчатый перлит. Применяется только для эвтектоидных и заэвтектоидных сталей	Температур нагрева на 10-20°С выше АС1
Диффузионный отжиг (гомоге- низационный)	Выравнивает химический состав по всему сечению. Отливки из легированных доэв- тектоидных сталей	Температура нагрева 1100- 1200°С с длительной выдержкой
Рекристаллизаци онный отжиг	Снимает наклеп, увеличивая пластичность и уменьшая твердость, улучшает обрабатываемость. Все стали после холодной штамповки либо грубой механической обработки	Температура нагрева на 20-50°С ниже АС1 (на100-150 0С выше температуры рекристаллизации)
Нормализация	Выравнивает и измельчает структуру; улучшает механические свойства стали; разрушает карбидную сетку у заэвтектоидных сталей. Применяется после горячей или грубой механической обработки стали, перед цементацией	Нагрев на 30-50°С выше АС3 (Асm), охлаждение на спокойном воздухе

Рекомендуемый вид окончательной термообработки для различных деталей машин представлен соответственно в приложении 4.

Таблица 2. Виды окончательной термической обработки

Наименование обработки	Краткая характеристика и применение	Режим
Закалка	Охлаждение стали, нагретой до температу- ры выше АС1, АС3. Повышает твердость, прочность и износостойкость; измельчает структуру. Стали с содержанием углерода менее 0,3% перед закалкой подвергаются поверхностному науглероживанию (цемен- тации), а с содержанием углерода 0,3% и более закаливает без дополнительной обра- ботки. В зависимости от температуры на- грева закалка подразделяется на полную и неполную. Широко применяется для всех групп сталей	Скорость охлаж- дения и охлаж- дающая среда (вода, масло, воз- дух и т.п.) назна- чаются в зависи- мости от химиче- ского состава ста- ли и требований, предъявляемых к детали
Полная закалка	Применяется для эвтектоидных и доэвтек- тоидных сталей, обеспечивая максимально возможную твердость	Температура нагрева на 30-50°С выше АС3
Неполная закалка	Применяется для заэвтектоидных сталей, обеспечивая им максимально возможную твердость	Температура нагрева на 30-50°С выше АС1
Поверхностная закалка	Повышает твердость только поверхностного слоя. Применяется в тех случаях, когда не- обходима высокая износостойкость поверх- ности и мягкая сердцевина детали	Нагрев поверхностного слоя при помощи токов высокой частоты (ТВЧ) или горелок до температуры выше АС3 с последующим быстрым охлаждением
Отпуск	Производится немедленно после закалки, с целью придания стали необходимых меха- нических свойств. В зависимости от темпе- ратуры нагрева подразделяется на: низкий, средний и высокий	Нагрев ниже АС1, охлаждение на воздухе
Низкий отпуск	Понижает внутренние напряжения, возникшие в процессе закалки, без заметного снижения твердости и хрупкости. Режущий инструмент, не подвергающийся ударам; измерительный инструмент; поверхности деталей, работающих в условиях трения	Температура на- грева 150-250°С. Для специальных легированных сталей интервал температур иной
Средний отпуск	Снижает внутренние напряжения и хрупкость, возникшие в процессе закалки, при некотором понижении твердости. Режущий инструмент, подвергающийся ударным на- грузкам; пружины, рессоры	Температура нагрева 300-500°С. Для специальных легированных сталей интервал температур иной
Высокий отпуск	Снижает внутренние напряжения и хрупкость, возникшие в процессе закалки; увеличивает вязкость и значительно понижает твердость; после высокого отпуска возможна обработка лезвийным инструментом. Ответственные детали машин; валы, шатунные болты и т.п.	Температура нагрева 500-700°С. Для специальных легированных сталей интервал температур иной

Улучшение	Двойная термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска	См. закалку и вы- сокий отпуск
Искусственное старение (преры- вистое)	Стабилизирует размеры детали. Применяется после отпуска при обработке особо точных изделий, например, калибров, прецизионных деталей топливной аппаратуры	Нагрев до 110-140°С, выдержка 2-3 часа, охлаждение в масле при 20-25°С. Операция повторяется 3-4 раза. Иногда заменяется выдержкой до 100ч
Обработка холодом	Увеличивает твердость, переводя остаточный аустенит в мартенсит. Применяется немедленно после закалки (до отпуска) для деталей ответственного назначения и инструмента, изготовленных из углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода свыше 0,6%. После обработки холодом необходим низкий отпуск	Температура охлаждения от –20 до – 100°С в зависимости от химического состава стали
Цементация (науглерожива- ние)	Насыщение поверхностного слоя детали углеродом до концентрации 0,8-1%. Обеспечивает получение (после закалки) изделия с высокой твердостью и износостойкостью на поверхности и с вязкой сердцевиной. При- меняется для деталей, изготовленных из низкоуглеродистых сталей (до 0,25% углерода)	Нагрев деталей в герметически закрытой среде твердого или газообразного кар- бюризатора до температуры 900-950 0С, выдержка с медленным охлаждением
Азотирование	Насыщение поверхностного слоя детали азотом после предварительного улучшения. Придает высокую твердость (80-85 HRA), износостойкость и коррозионную стойкость поверхностному слою изделия при мини- мальном его короблении и не требует по- следующей обработки	Нагрев деталей в атмосфере аммиа- ка при 500-700°С с последующим охлаждением в парах аммиака до 100°С
Нитроцементация	Одновременное насыщение поверхностного слоя детали N и С. В зависимости от температуры нагрева подразделяется на низкотемпературную (для повышения износостойкости режущего инструмента) и высокотемпературную (для создания износо- стойких деталей из малоуглеродистых легированных сталей)	Температура нагрева: а) 550-600°С без последующей термообработки (низкотемпературная); б) 850-870°С с последующей закалкой и низким отпуском (высокотемпературная)