Термообработка

Высокие скорости и нагрузки, сложные условия эксплуатации современных машин и инструментов привели к тому, что до 40 % изготавливаемых деталей должны подвергаться термической обработке.

Термообработка металлов используется еще с древних времен. Тот факт, что свойства металлов зависят не только от их состава, но и от процесса обработки, которой они подвергались, был известен еще древним металлургам. Примерно за полтора тысячелетия до нашей эры металлурги подметили интересную закономерность: если изделие, состоящее из науглероженного железа нагреть докрасна, а затем быстро охладить в воде или иной жидкости, то металл станет очень твердым. Этот процесс назывался закалкой, который на сегодняшний день представляет собой важнейшую операцию термообработки металлических изделий.

В развитии термообработки особо значимыми были работы Д. К. Чернова — изучение процесса превращения, которое происходит в изделиях из стали при переходе температуры через критические точки, и выяснение того, как влияет структура на ее прочность. Эти исследования превратили термическую обработку металлически изделий из ремесла, основанного только на многовековом опыте, в науку, которая базируется на научных положениях металловедения.

Участок термической обработки обязательно должен включать в себя:

• Печи (мобильные сборные печи, камерные печи большого размера, камерные печи с выдвижным подом, колпаковые печи);
• Закалочные комплексы;
• Технологические комплексы;
• Устройства для местной термообработки;
• ТВЧ – закалка;
• Комплексы индукционной обработки;

Основные виды термообработки:

1. Отжиг. Отжиг первого рода служит для устранения или значительного уменьшения физической неоднородности, возникающей в металле при кристаллизации из расплава, при холодной пластической деформации и ряде других обработок металла. Отжиг второго рода предназначен для снижения прочности и твердости стали, и служит предварительной термообработкой перед обработкой резанием. Этому отжигу подвергают фасонные отливки, штамповки, паковки и сортовой прокат.
2. Закалка. Закалка стали является основной упрочняющей операцией термической обработки. Сталь после закалки имеет высокую твердость, но пониженную вязкость и пластичность. Скорость охлаждения при закалке должна быть выше критической, то есть достаточно высокой, чтобы не произошел распад аустенита. Критическая скорость охлаждения стали зависит от ее состава
3. Отпуск. После закалки детали подвергают отпуску для уменьшения хрупкости и напряжений, вызванных закалкой. Низкотемпературный отпуск применяют для изделий из инструментальных и закаленных цементитовых сталей. Для пружин и рессор применяют среднетемпературный отпуск, структуру после которого называют трооститом отпуска.

В качестве примера можно рассмотреть:
Закалка + высокий отпуск (улучшение).

Множество металлов проходят упрочнение путём закалки — процесс ускоренного охлаждения. Из-за быстрого охлаждения, как правило, образовывается неравновесная мартенситная структура. После закалки металлы становятся твёрдыми, не пластичными и вязкими. Твердость стали 40ХНМА (SAE 4340) сразу после процесса закалки достигает 50 HRC. С таким показателем материал не может использоваться в дальнейшем из-за высокой вероятности хрупкого разрушения. Процесс отпуска заключается в нагреве до 450 °C — 500 °C, такая температура приводит к понижению внутреннего напряжения за счёт распада мартенсита закалки. При этом сталь становится немного эластичнее.

Таким образом, термообработка, вызывая различные природные структурные изменения, обеспечивает управление строением металлов и сплавов и получение изделий с необходимым комплексом механических, физических и химических свойств. Благодаря этому, а также простоте и дешевизне оборудований термообработка представляет собой самый распространённый в промышленности способ изменения свойств металлических изделий.

Участки термообработки существуют практически на всех предприятиях металлургического и машиностроительного комплекса, а также на многих на многих производствах выпускающих изделия из металла.

В 2010 году на ООО «Уральские локомотивы» (совместное предприятие концерна Siemens AG и Группы Синара, созданное на базе Уральского завода железнодорожного машиностроения) был запущен в эксплуатацию новый участок термообработки зубчатых колес электровозов. Оборудование было разработано и изготовлено по индивидуальному заказу специалистами опытного завода Института электротермического оборудования. По словам Генерального директора предприятия, использования нового оборудования позволит увеличить срок службы колес на 50-70%.

Оборудование для термообработки входит в оснащение кузнечно-прессового цеха Волгоградского металлургического завода «Красный октября», выпускающего средне- и крупнотоннажные поковки. В составе пролета с автоматизированными ковочным комплексом входит 5 печей термообработки с выкатным подом площадью 4х9м и 4,0х16м. Пролет отжига включает 12 газопламенных печей с выкатными подам 3,5х10,0 м и максимальной грузоподъемностью 120 тонн.

Термообрабатывающее оборудование применяется и для обработки мелких деталей и заготовок. На Армавирском заводе испытательных приборов и оборудования для обработки комплектующих используются печи объемом 20 и 96 м3 с максимальными температурой 1250 градусов.