Термічна обробка металів

Необхідність термічної обробки.

Термічну обробку сталевих деталей проводять в тих випадках, коли необхідно або підвищити міцність, твердість, зносостійкість або пружність деталі або інструменту, або, навпаки, зробити метал більш м'яким, легше піддається механічній обробці.

Залежно від температур нагрівання і способу подальшого охолодження розрізняють наступні види термічної обробки: загартування, відпустка і отжиг. В аматорській практиці для визначення температури розжареної деталі за кольором можна використовувати наведену таблицю.

Колір гартування: стали

Температура нагріву "З

Темно-коричневий (помітний у темряві)

Загартування сталевих деталей.

Загартування надає сталевої деталі велику твердість і зносостійкість. Для цього деталь нагрівають до певної температури, витримують якийсь час, щоб весь обсяг матеріалу прогрілося, а потім швидко охолоджують в маслі (конструкційні та інструментальні сталі) або воді (вуглецеві сталі). Зазвичай деталі з конструкційних сталей нагрівають до 880-900 ° С (колір гартування світло-червоний), з інструментальних-до 750-760 ° С (колір темно-вишнево-червоний), а з нержавіючої сталі-до 1050-1100 ° С ( колір темно-жовтий). Нагрівають деталі спочатку повільно (приблизно до 500 ° С), а потім швидко. Це необхідно для того, щоб в деталі не виникли внутрішні напруги, що може привести до появи тріщин і деформації матеріалу.

У ремонтній практиці застосовують в основному охолодження в одному середовищі (олії ​​або воді), залишаючи в ній деталь до повного охолодження. Однак цей спосіб охолодження непридатний для деталей складної форми, в яких при такому охолодженні виникають великі внутрішні напруги. Деталі складної форми спочатку охолоджують у воді до 300-400 ° С, а потім швидко переносять в масло, де і залишають до повного охолодження. Час перебування деталі в воді визначають з розрахунку: 1 з на кожні 5-6 мм перетину деталі. В кожному окремому випадку цей час підбирають дослідним шляхом в залежності від форми і маси деталі.

Якість гарту в значній мірі залежить від кількості охолоджувальної рідини. Важливо, щоб в процесі охолодження деталі температура охолоджуючої рідини залишалася майже незмінною, а для цього маса її повинна бути в 30-50 разів більша за масу гартує деталі. Крім того, перед зануренням розпеченій деталі рідина необхідно ретельно перемішати, щоб вирівняти її температуру по всьому об'єму.

У процесі охолодження навколо деталі утворюється шар газів, який ускладнює теплообмін між деталлю і охолоджувальною рідиною. Для більш інтенсивного охолодження деталь необхідно постійно переміщати в рідини у всіх напрямках.

Невеликі деталі з маловуглецевих сталей (марки «3О», «35», «40») злегка розігрівають, посипають залізосиньородистим калієм (жовта кров'яна сіль) і знову поміщають у вогонь. Як тільки обсипання розплавиться, деталь опускають в охолоджуючу середу. Залізосиньородистим калій розплавляється при температурі близько 850 ° С, що відповідає температурі гарту цих марок сталі.

Відпустка загартованих деталей.

Відпустка загартованих деталей зменшує їх крихкість, підвищує в'язкість і знімає внутрішню напругу. Залежно від температури нагрівання розрізняють низький, середній і високий відпустку.

Низький відпустку застосовують головним чином при обробці вимірювального і ріжучого інструменту. Загартовану деталь нагрівають до температури 150-250 ° С (колір мінливості-світло-жовтий), витримують при цій температурі, а потім охолоджують на повітрі. В результаті такої обробки матеріал, втрачаючи крихкість, зберігає високу твердість і, крім того, в ньому значно знижуються внутрішні напруги, що виникають при загартуванню.

Середній відпустку застосовують в тих випадках, коли хочуть надати деталі пружні властивості і досить високу міцність при середній твердості. Для цього деталь нагрівають до 300-500 ° С і потім повільно охолоджують.

І нарешті, високому відпуску піддають деталі, у яких необхідно повністю зняти всі внутрішні напруги. У цьому випадку температура нагріву ще вище-500-600 ° С.

Термообробку (загартування і відпустку) деталей простої форми (валики, осі, зубила, кернери) часто роблять за один раз. Нагріту до високої температури деталь опускають на деякий час в охолоджуючу рідину, потім виймають. Відпустка відбувається за рахунок тепла, збереженого всередині деталі.

Невелику ділянку деталі швидко зачищають абразивним брусочком і стежать за зміною кольорів мінливості на ньому. Коли з'явиться колір, відповідний необхідної температури відпустки (220 ° С світло-жовтий, 240 ° С-темно-жовтий, 314 ° С-світло-синій, 330 ° С сірий), деталь знову занурюють в рідину, тепер уже до повного охолодження. При відпустці невеликих деталей (як і при загартуванню) нагрівають якусь болванку і на неї кладуть відпускається деталь. При цьому колір мінливості спостерігають на самій деталі.

Відпал сталевих деталей.

Щоб полегшити механічну або пластичну обробку сталевої деталі, зменшують її твердість шляхом відпалу. Так званий повний отжиг полягає в тому, що деталь або заготовку нагрівають до температури 900 ° С, витримують при цій температурі деякий час, необхідний для прогріву її по всьому об'єму, а потім повільно (зазвичай разом з піччю) охолоджують до кімнатної температури.

Внутрішні напруження, що виникли в деталі при механічній обробці, знімають низькотемпературним відпалом, при якому деталь нагрівають до температури 500-600 ° С, а потім охолоджують разом з піччю. Для зняття внутрішніх напружень і деякого зменшення твердості стали застосовують неповний відпал - нагрівання до 750-760 ° С і подальше повільне (також разом з піччю) охолодження.

Відпал використовується також при невдалій загартуванню або при необхідності перегартовування інструменту для обробки іншого металу (наприклад, якщо свердло для міді потрібно перегартувати для свердління чавуну). При відпалі деталь нагрівають до температури трохи нижче температури, необхідної для загартування, і потім поступово охолоджують на повітрі. В результаті загартована деталь знову стає м'якою, піддається механічній обробці.

Відпал і загартовування дюралюмінію.

Відпал дюралюмінію виробляють для зниження його твердості. Деталь або заготовку нагрівають приблизно до 360 ° С, як і при загартуванню, витримують якийсь час, після чого охолоджують на повітрі.

Твердість відпаленого дюралюмінію майже вдвічі нижче, ніж загартованого.

Приблизно температуру нагрівання дюралюмінієвої деталі можна визначити так. При температурі 350-360 ° С дерев'яна скіпа, якій проводять по розпеченій поверхні деталі, обвуглюється і залишає темний слід. Досить точно температуру деталі можна визначити за допомогою невеликого (з сірникову головку) шматочка мідної фольги, який кладуть на її поверхню. При температурі 400 ° С над фольгою з'являється невелике зелене полум'я.

Відпалений дюралюміній володіє невеликою твердістю, його можна штампувати і згинати вдвічі, не побоюючись появи тріщин.

Загартовування. Дюралюміній можна піддавати загартуванню. При загартовуванні деталі з цього металу нагрівають до 360-400 ° С, витримують якийсь час. потім занурюють у воду кімнатної температури і залишають там до повного охолодження. Відразу після цього дюралюміній стає м'яким і пластичним, легко гнеться і кується. Підвищену ж твердість він набуває через три-чотири дні. Його твердість (і одночасно крихкість) збільшується настільки, що він не витримує вигину на невеликий кут.

Найвищу міцність дюралюміній набуває після старіння. Старіння при кімнатних температурах називають природним, а при підвищених температурах-штучним. Міцність і твердість свежезакаленного дюралюмінію, залишеного при кімнатній температурі, з плином часу підвищується, досягаючи найвищого рівня через п'ять-сім діб. Цей процес називається старінням дюралюмінію

Відпал меду і латуні.

Відпал міді. Термічній обробці піддають і мідь. При цьому мідь можна зробити або більш м'якою, або більш твердою. Однак на відміну від стали гарт міді відбувається при повільному охолодженні на повітрі, а м'якість мідь набуває при швидкому охолодженні у воді. Якщо мідний дріт або трубку нагріти до червоного (600 °) на вогні і потім швидко занурити в воду, то мідь стане дуже м'якою. Після надання потрібної форми виріб знову можна нагріти на вогні до 400 ° С і дати йому охолонути на повітрі. Дріт або трубка після цього стане твердою.

Якщо необхідно вигнути трубку, її щільно заповнюють піском, щоб уникнути сплющивания і утворення тріщин.

Відпал латуні дозволяє підвищити її пластичність. Після відпалу латунь стає м'якою, легко гнеться, вибивати і добре витягується. Для відпалу її нагрівають до 500 ° С і дають охолонути на повітрі при кімнатній температурі.

Вороніння і «сіненіе» стали.

Вороніння стали. Після воронения сталеві деталі набувають чорну або темно-синє забарвлення різних відтінків, вони зберігають металевий блиск, а на їх поверхні утворюється стійка оксидна плівка; оберігає деталі від корозії. Перед воронінням виріб ретельно шліфують і полірують. Поверхня його знежирюють промивкою в лугах, після чого виріб прогрівають до 60- 70 ° С. Потім поміщають його в піч і нагрівають до 320-325 ° С. Рівна забарвлення поверхні виробу, виходить тільки при рівномірному його прогріванні. Оброблене таким чином виріб швидко протирають ганчіркою, змоченою в конопляній олії. Після змащення виріб знову злегка прогрівають і витирають насухо.

«Сіненіе» стали. Сталевих деталей можна надати красивий синій колір. Для цього складають два розчину: 140 г гіпосульфіту на 1 л води і 35 г оцтовокислого свинцю ( «свинцевий цукор») також на 1 л води. Перед вживанням розчини змішують і нагрівають до кипіння. Вироби попередньо очищають, полірують до блиску, після чого занурюють в киплячу рідину і тримають до тих пір, поки не отримають бажаного кольору. Потім деталь промивають в гарячій воді і сушать, після чого злегка протирають ганчіркою, змоченою касторовою або чистим машинним маслом. Деталі, оброблені таким способом, менше схильні до корозії.