Hartownia do ogrzewania t. h. składa się z generatora t. H.,

transformator obniżający napięcie, baterie kondensatorów, wzbudnik, obrabiarkę (czasem obrabiarkę zastępuje urządzenie do napędzania części lub wzbudnik) oraz pomocniczy sprzęt obsługi (przekaźnik czasowy, przekaźnik sterujący dopływem cieczy chłodzącej, urządzenia sygnalizacyjne, blokujące i sterujące ).

W rozważanych instalacjach np generatory tvh przy średnich częstotliwościach (500-10000 Hz) generatory maszynowe, a ostatnio tyrystorowe przetwornice statyczne; przy wysokich częstotliwościach (60 000 Hz i więcej) generatory rurowe. Obiecującym rodzajem generatorów są konwertery jonowe, tzw. generatory ekscytronowe. Ograniczają straty energii do minimum.

na ryc. 5 przedstawia schemat instalacji z generatorem maszynowym. Oprócz generatora silnika 2 i silnik 3 ze wzbudnicą 1, jednostka zawiera transformator obniżający napięcie 4, banki kondensatorów 6 i induktor 5. Transformator obniża napięcie do bezpiecznego (30-50 V) i jednocześnie zwiększa natężenie prądu 25-30 razy, podnosząc je do 5000-8000 A.

Rycina 5 Rycina 6

Tabela 1 Rodzaje i konstrukcje cewek indukcyjnych

na ryc. 6 pokazuje przykład hartowania cewką wieloobrotową. Hartowanie odbywa się w następujący sposób:

Część jest umieszczona wewnątrz stałej cewki indukcyjnej. Wraz z uruchomieniem aparatu HDTV część zaczyna się obracać wokół własnej osi i jednocześnie nagrzewać, następnie płyn (woda) jest dostarczany za pomocą automatycznego sterowania i ochładza się. Cały proces trwa od 30-45 sekund.

Hartowanie HDTV to rodzaj obróbki cieplnej metalu, w wyniku której znacznie wzrasta twardość, a materiał traci plastyczność. Różnica między hartowaniem HDTV a innymi metodami hartowania polega na tym, że nagrzewanie odbywa się za pomocą specjalnych instalacji HDTV, które działają na część przeznaczoną do hartowania prądami o wysokiej częstotliwości. Utwardzanie HDTV ma wiele zalet, z których główną jest pełna kontrola ogrzewania. Zastosowanie tych kompleksów utwardzających może znacznie poprawić jakość produktów, ponieważ proces utwardzania odbywa się w trybie w pełni automatycznym, praca operatora polega jedynie na zamocowaniu wału i włączeniu cyklu maszyny.

5.1 Zalety kompleksów do hartowania indukcyjnego (instalacje nagrzewania indukcyjnego):

Hartowanie HDTV można wykonać z dokładnością do 0,1 mm

Zapewniając równomierne nagrzewanie, hartowanie indukcyjne pozwala na idealne rozłożenie twardości na całej długości trzonka

Wysoką twardość hartowania HDTV uzyskuje się dzięki zastosowaniu specjalnych wzbudników z kanałami wodnymi, które natychmiast po nagrzaniu schładzają wał.

Sprzęt do hartowania HDTV (piece do hartowania) jest wybierany lub produkowany w ścisłej zgodności ze specyfikacjami technicznymi.

6.Odkamienianie w śrutownicach

W śrutownicach zgorzelinę usuwa się z części strumieniem śrutu żeliwnego lub stalowego. Strumień wytwarzany jest przez sprężone powietrze o ciśnieniu 0,3-0,5 MPa (śrutowanie pneumatyczne) lub szybko obracające się koła łopatkowe (czyszczenie mechaniczne śrutownicami).

Na śrutowanie pneumatyczne w instalacjach można stosować zarówno piasek śrutowany, jak i kwarcowy. Jednak w tym drugim przypadku powstaje duża ilość pyłu, sięgająca nawet 5-10% masy czyszczonych części. Dostając się do płuc personelu obsługi pył kwarcowy powoduje chorobę zawodową - krzemicę. Dlatego ta metoda jest stosowana w wyjątkowych przypadkach. Podczas śrutowania ciśnienie sprężonego powietrza powinno wynosić 0,5-0,6 MPa. Surówka śrutowa wytwarzana jest przez wlanie ciekłego żelaza do wody z jednoczesnym natryskiem strumienia żeliwa sprężonym powietrzem, a następnie sortowanie na sitach. Śrut musi mieć strukturę żeliwa białego o twardości 500 HB, jego wymiary mieszczą się w przedziale 0,5-2 mm. Zużycie śrutu żeliwnego wynosi tylko 0,05-0,1% masy części. Przy czyszczeniu śrutem uzyskuje się czystszą powierzchnię detalu, większą wydajność aparatury i lepsze warunki pracy niż przy czyszczeniu piaskiem. W celu ochrony środowiska przed zapyleniem śrutownice wyposażone są w zamknięte obudowy ze wzmocnioną wentylacją wywiewną. Zgodnie z normami sanitarnymi maksymalne dopuszczalne stężenie pyłu nie powinno przekraczać 2 mg/m3. Transport śrutu w nowoczesnych zakładach jest w pełni zmechanizowany.

Główną częścią instalacji pneumatycznej jest śrutownica, która może być napędzana siłą i grawitacją. Najprostszą jednokomorową śrutownicą wtryskową (ryc. 7) jest cylinder 4, posiadające lejek do strzałów u góry, hermetycznie zamykany pokrywą 5. U dołu cylinder kończy się lejkiem, którego otwór prowadzi do komory mieszania 2. Śrut podawany jest przez zawór obrotowy 3. Sprężone powietrze dostarczane jest do komory mieszania przez zawór 1, który wychwytuje śrut i transportuje go elastycznym wężem 7 i dyszą 6 na temat szczegółów. Śrut jest pod ciśnieniem sprężonego powietrza aż do wypływu z dyszy, co zwiększa wydajność strumienia ściernego. W aparacie o opisanej konstrukcji jednokomorowej konieczne jest chwilowe wyłączenie sprężonego powietrza podczas uzupełniania go śrutem.

PKF „Tsvet” specjalizuje się w świadczeniu usług obróbki metali, posiadamy duże doświadczenie w tej dziedzinie. Świadczymy różne usługi w wymienionym spektrum, a jednym z nich jest utwardzanie HDTV. Ta usługa jest bardzo poszukiwana w Federacji Rosyjskiej. Firma posiada cały niezbędny sprzęt do rozwiązania rozważanego problemu. Współpraca z nami będzie opłacalna, wygodna i komfortowa.

Główna charakterystyka

Hartowanie stali HDTV pozwala nadać materiałowi wystarczający poziom wytrzymałości. Ta procedura jest uważana za najczęstszą. Takiemu przetwarzaniu poddawana jest nie tylko sama część, ale także poszczególne części przedmiotu obrabianego, które muszą posiadać określone wskaźniki wytrzymałościowe. Zastosowanie wspomnianej procedury znacznie wydłuża żywotność różnych części.

Hartowanie metalu HDTV opiera się na wykorzystaniu prądu elektrycznego przechodzącego przez powierzchnię części, która znajduje się w cewce indukcyjnej. W wyniku obróbki część jest podgrzewana do określonej głębokości, reszta produktu nie jest podgrzewana. Ta metoda ma wiele zalet, ponieważ zastosowanie tej technologii umożliwia kontrolowanie trybu mocowania hartowania, zastąpienie stali stopowej stalą węglową.

Obrabiane detale uzyskują wysokie właściwości wytrzymałościowe, podczas wykonywania zadania nie występują pęknięcia hartownicze. Obrobiona powierzchnia nie utlenia się ani nie odwęgla. Hartowanie prądami o wysokiej częstotliwości odbywa się w krótkim czasie, ponieważ nie ma potrzeby podgrzewania całego przedmiotu obrabianego. Firma wykorzystuje wysokiej jakości sprzęt do przeprowadzania tego typu obróbki. Hartowanie HDTV przeprowadzamy na wysokim profesjonalnym poziomie.

Nasze atuty

Usługa hartowania HDTV jest jedną z głównych specjalizacji PKF „Tsvet”, świadczymy ją na korzystnych warunkach. Wszystkie prace prowadzone są na nowoczesnym sprzęcie, z wykorzystaniem najbardziej zaawansowanych technologii. To wszystko sprawia, że ​​współpraca z nami jest wygodna i komfortowa.

Aby złożyć zamówienie, zadzwoń do nas. Pracownicy firmy szybko zarejestrują Twoją aplikację, odpowiedzą na wszystkie Twoje pytania. Firma świadczy usługi dostawy wyrobów gotowych. Transport produktów odbywa się na całym terytorium Federacji Rosyjskiej.

Wytrzymałość elementów w szczególnie krytycznych konstrukcjach stalowych w dużej mierze zależy od stanu węzłów. Powierzchnia części odgrywa ważną rolę. Aby nadać mu niezbędną twardość, odporność lub lepkość, przeprowadza się operacje obróbki cieplnej. Wzmocnij powierzchnię części różnymi metodami. Jednym z nich jest utwardzanie prądami o wysokiej częstotliwości, czyli HDTV. Należy do najpowszechniejszych i bardzo produktywnych metod podczas wielkoseryjnej produkcji różnych elementów konstrukcyjnych.

Taką obróbkę cieplną stosuje się zarówno w przypadku całych części, jak i ich poszczególnych sekcji. W tym przypadku celem jest osiągnięcie określonego poziomu siły, a tym samym zwiększenie żywotności i wydajności.

Technologia służy do wzmacniania jednostek wyposażenia technologicznego i transportu, a także do utwardzania różnych narzędzi.

Esencja technologii

Hartowanie HDTV to poprawa właściwości wytrzymałościowych części dzięki zdolności prądu elektrycznego (o zmiennej amplitudzie) do penetracji powierzchni części, narażając ją na działanie ciepła. Głębokość penetracji pod wpływem pola magnetycznego może być różna. Równocześnie z nagrzewaniem i utwardzaniem powierzchniowym rdzeń węzła może wcale nie nagrzewać się lub tylko nieznacznie zwiększać swoją temperaturę. Warstwa wierzchnia przedmiotu obrabianego tworzy niezbędną grubość, wystarczającą do przepływu prądu elektrycznego. Ta warstwa reprezentuje głębokość penetracji prądu elektrycznego.

Dowiodły tego eksperymenty wzrost częstotliwości prądu przyczynia się do zmniejszenia głębokości penetracji. Fakt ten otwiera możliwości regulacji i produkcji części o minimalnej warstwie utwardzonej.

Obróbka cieplna HDTV odbywa się w specjalnych instalacjach - generatorach, multiplikatorach, przetwornicach częstotliwości, które umożliwiają regulację w wymaganym zakresie. Oprócz charakterystyki częstotliwościowej na ostateczne utwardzenie mają wpływ wymiary i kształt części, materiał wykonania oraz zastosowany induktor.

Ujawniono również następujący schemat – im mniejszy produkt i prostszy jego kształt, tym lepiej przebiega proces utwardzania. Zmniejsza to również całkowite zużycie energii przez instalację.

induktor miedziany. Na wewnętrznej powierzchni często znajdują się dodatkowe otwory przeznaczone do dostarczania wody podczas chłodzenia. W tym przypadku procesowi towarzyszy wstępne ogrzewanie, a następnie chłodzenie bez zasilania prądem. Konfiguracje cewek indukcyjnych są różne. Wybrane urządzenie zależy bezpośrednio od obrabianego przedmiotu. Niektóre urządzenia nie mają otworów. W takiej sytuacji część jest schładzana w specjalnym zbiorniku do hartowania.

Głównym wymaganiem procesu hartowania HD jest utrzymanie stałej szczeliny między wzbudnikiem a przedmiotem obrabianym. Przy zachowaniu określonego interwału jakość utwardzania staje się najwyższa.

Wzmocnienie można wykonać na jeden ze sposobów:

• Seria ciągła: część jest nieruchoma, a cewka indukcyjna porusza się wzdłuż własnej osi.
• Jednoczesne: produkt się porusza, a induktor jest odwrotnie.
• Sekwencyjny: Przetwarzanie różnych części jeden po drugim.

Cechy instalacji indukcyjnej

Instalacja do utwardzenia HDTV to generator wysokiej częstotliwości wraz z induktorem. Przedmiot obrabiany znajduje się zarówno w samym induktorze, jak i obok niego. Jest to cewka, na którą nawinięta jest miedziana rurka.

Przemienny prąd elektryczny podczas przechodzenia przez cewkę indukcyjną wytwarza pole elektromagnetyczne, które przenika przedmiot obrabiany. Powoduje powstawanie prądów wirowych (prądów Foucaulta), które wnikając w strukturę części podwyższają jej temperaturę.

Główna cecha technologii– wnikanie prądów wirowych w strukturę powierzchni metalu.

Zwiększenie częstotliwości otwiera możliwość koncentracji ciepła na niewielkim obszarze części. Zwiększa to tempo wzrostu temperatury i może osiągnąć nawet 100 - 200 stopni/sek. Stopień twardości wzrasta do 4 jednostek, co jest wykluczone podczas utwardzania w masie.

Nagrzewanie indukcyjne - charakterystyka

Stopień nagrzania indukcyjnego zależy od trzech parametrów - mocy właściwej, czasu nagrzewania, częstotliwości prądu elektrycznego. Moc określa czas poświęcony na nagrzewanie części. Odpowiednio, przy większej wartości czasu, spędza się mniej czasu.

Czas nagrzewania charakteryzuje się całkowitą ilością zużytego ciepła i rozwiniętą temperaturą. Częstotliwość, jak wspomniano powyżej, decyduje o głębokości wnikania prądów i powstawaniu warstwy utwardzalnej. Te cechy są odwrotnie proporcjonalne. Wraz ze wzrostem częstotliwości masa objętościowa ogrzanego metalu maleje.

To właśnie te 3 parametry pozwalają w szerokim zakresie regulować stopień twardości i głębokości warstwy, a także objętość nagrzewania.

Praktyka pokazuje, że kontrolowana jest charakterystyka zespołu prądotwórczego (wartości napięcia, mocy i prądu) oraz czas nagrzewania. Stopień nagrzania części można kontrolować za pomocą pirometru. Jednak na ogół ciągła kontrola temperatury nie jest wymagana, ponieważ istnieją optymalne tryby ogrzewania HDTV, które zapewniają stabilną jakość. Odpowiedni tryb jest wybierany z uwzględnieniem zmienionej charakterystyki elektrycznej.

Po stwardnieniu produkt jest wysyłany do laboratorium w celu analizy. Badana jest twardość, struktura, głębokość i płaszczyzna rozłożonej warstwy utwardzonej.

Utwardzanie powierzchni HDTV towarzyszy dużo ciepła w porównaniu z procesem konwencjonalnym. Jest to wyjaśnione w następujący sposób. Przede wszystkim wysokie tempo wzrostu temperatury przyczynia się do wzrostu punktów krytycznych. Po drugie, konieczne jest zapewnienie zakończenia przemiany perlitu w austenit w krótkim czasie.

Hartowaniu o wysokiej częstotliwości, w porównaniu z procesem konwencjonalnym, towarzyszy większe nagrzewanie. Jednak metal nie przegrzewa się. Wyjaśnia to fakt, że elementy ziarniste w konstrukcji stalowej nie mają czasu na wzrost w minimalnym czasie. Ponadto utwardzanie w masie ma niższą wytrzymałość do 2-3 jednostek. Po hartowaniu HFC część ma większą odporność na zużycie i twardość.

Jak dobiera się temperaturę?

Zgodności z technologią musi towarzyszyć właściwy wybór zakresu temperatur. Zasadniczo wszystko będzie zależeć od przetwarzanego metalu.

Stal dzieli się na kilka typów:

• Hypoeutectoid - zawartość węgla do 0,8%;
• Hypereutectoid - ponad 0,8%.

Stal podeutektoidalna jest podgrzewana do wartości nieco wyższej niż jest to konieczne do przekształcenia perlitu i ferrytu w austenit. Zakres od 800 do 850 stopni. Następnie część jest chłodzona z dużą prędkością. Po szybkim schłodzeniu austenit przekształca się w martenzyt, który ma wysoką twardość i wytrzymałość. Przy krótkim czasie przetrzymywania uzyskuje się drobnoziarnisty austenit, a także drobno iglasty martenzyt. Stal uzyskuje wysoką twardość i małą kruchość.

Stal nadeutektoidalna nagrzewa się mniej. Zakres od 750 do 800 stopni. W takim przypadku przeprowadza się niepełne utwardzenie. Wyjaśnia to fakt, że taka temperatura umożliwia zachowanie w strukturze określonej objętości cementytu, który ma wyższą twardość w porównaniu z martenzytem. Po szybkim schłodzeniu austenit przekształca się w martenzyt. Cementyt jest zachowany przez małe inkluzje. Strefa zatrzymuje również całkowicie rozpuszczony węgiel, który zamienił się w stały węglik.

Zalety technologii

• kontrola trybu;
• Zastąpienie stali stopowej stalą węglową;
• Jednolity proces ogrzewania produktu;
• Możliwość nieogrzewania całej części całkowicie. Zmniejszone zużycie energii;
• Wysoka wytrzymałość wynikowa obrabianego przedmiotu;
• Nie ma procesu utleniania, węgiel nie jest spalany;
• Brak mikropęknięć;
• Nie ma wypaczonych punktów;
• Ogrzewanie i utwardzanie niektórych sekcji produktów;
• Skrócenie czasu poświęconego na zabieg;
• Wdrożenia w produkcji części do instalacji wysokiej częstotliwości w liniach produkcyjnych.

Wady

Główną wadą rozważanej technologii jest znaczny koszt instalacji. Z tego powodu celowość zastosowania jest uzasadniona tylko w produkcji na dużą skalę i wyklucza możliwość samodzielnego wykonywania pracy w domu.

Dowiedz się więcej o działaniu i zasadzie działania instalacji na prezentowanych filmach.

Nagrzewanie indukcyjne występuje w wyniku umieszczenia przedmiotu obrabianego w pobliżu przewodnika prądu przemiennego, który nazywa się cewką indukcyjną. Gdy prąd o wysokiej częstotliwości (HF) przepływa przez cewkę indukcyjną, powstaje pole elektromagnetyczne, a jeśli metalowy produkt znajduje się w tym polu, wówczas wzbudzana jest w nim siła elektromotoryczna, która powoduje przepływ prądu przemiennego o tej samej częstotliwość jako prąd cewki indukcyjnej płynący przez produkt.

W ten sposób indukowany jest efekt termiczny, który powoduje nagrzewanie się produktu. Moc cieplna P uwolniona w nagrzanej części będzie równa:

gdzie K jest współczynnikiem zależnym od konfiguracji produktu i wielkości szczeliny utworzonej między powierzchniami produktu a cewką indukcyjną; Iin - aktualna siła; f to aktualna częstotliwość (Hz); r - specyficzna rezystancja elektryczna (Ohm cm); m to przenikalność magnetyczna (G/E) stali.

Na proces nagrzewania indukcyjnego istotny wpływ ma zjawisko fizyczne zwane efektem powierzchniowym (naskórkowym): prąd indukowany jest głównie w warstwach powierzchniowych, a przy wysokich częstotliwościach gęstość prądu w rdzeniu części jest niewielka. Głębokość nagrzanej warstwy szacuje się ze wzoru:

Zwiększenie częstotliwości prądu pozwala skoncentrować znaczną ilość mocy w niewielkiej objętości ogrzewanej części. Dzięki temu realizowane jest szybkie (do 500 C/s) nagrzewanie.

Parametry nagrzewania indukcyjnego

Nagrzewanie indukcyjne charakteryzuje się trzema parametrami: gęstością mocy, czasem trwania nagrzewania i częstotliwością prądu. Moc właściwa to moc zamieniana na ciepło na 1 cm2 powierzchni nagrzanego metalu (kW/cm2). Szybkość ogrzewania produktu zależy od wartości mocy właściwej: im jest ona większa, tym szybciej odbywa się ogrzewanie.

Czas ogrzewania określa całkowitą ilość przekazanej energii cieplnej i odpowiednio osiągniętą temperaturę. Ważne jest również, aby wziąć pod uwagę częstotliwość prądu, ponieważ od tego zależy głębokość utwardzonej warstwy. Częstotliwość prądu i głębokość nagrzanej warstwy są w przeciwnych zależnościach (drugi wzór). Im wyższa częstotliwość, tym mniejsza objętość ogrzanego metalu. Dobierając wartość mocy właściwej, czas nagrzewania oraz częstotliwość prądu, możliwa jest zmiana parametrów końcowych nagrzewania indukcyjnego w szerokim zakresie - twardości i głębokości warstwy utwardzanej podczas utwardzania czy nagrzanej objętości podczas ogrzewania do tłoczenia.

W praktyce kontrolowanymi parametrami grzania są parametry elektryczne prądnicy (moc, prąd, napięcie) oraz czas trwania grzania. Za pomocą pirometrów można również rejestrować temperaturę nagrzewania metalu. Ale częściej nie ma potrzeby stałej kontroli temperatury, ponieważ wybrany jest optymalny tryb ogrzewania, który zapewnia stałą jakość utwardzania lub ogrzewania HDTV. Optymalny tryb hartowania wybiera się poprzez zmianę parametrów elektrycznych. W ten sposób utwardza ​​się kilka części. Następnie detale poddawane są analizie laboratoryjnej z ustaleniem twardości, mikrostruktury, głębokości i płaszczyzny utwardzonej warstwy. Przy przegrzewaniu obserwuje się szczątkowy ferryt w strukturze stali podeutektoidalnych; przegrzanie powoduje powstanie gruboziarnistego martenzytu. Oznaki małżeństwa podczas ogrzewania HFC są takie same jak w przypadku klasycznych technologii obróbki cieplnej.

Podczas utwardzania powierzchniowego prądem o wysokiej częstotliwości nagrzewanie odbywa się do wyższej temperatury niż podczas konwencjonalnego utwardzania w masie. Wynika to z dwóch powodów. Po pierwsze, przy bardzo dużej szybkości nagrzewania wzrastają temperatury krytycznych punktów, w których perlit przechodzi w austenit, a po drugie, przemiana ta musi być zakończona w bardzo krótkim czasie nagrzewania i utrzymywania.

Pomimo faktu, że ogrzewanie podczas hartowania wysoką częstotliwością odbywa się do wyższej temperatury niż podczas normalnego hartowania, przegrzanie metalu nie występuje. Wynika to z faktu, że ziarno w stali po prostu nie ma czasu na wzrost w bardzo krótkim czasie. Jednocześnie należy również zauważyć, że w porównaniu z hartowaniem objętościowym twardość po hartowaniu wysokoczęstotliwościowym jest wyższa o około 2-3 jednostki HRC. Zapewnia to wyższą odporność na zużycie i twardość powierzchni części.

Zalety hartowania prądami o wysokiej częstotliwości

• wysoka wydajność procesu
• łatwość regulacji grubości utwardzonej warstwy
• minimalne wypaczenie
• prawie całkowity brak skali
• pełna automatyzacja całego procesu
• możliwość umieszczenia hartowni w toku obróbki skrawaniem.

Najczęściej hartowaniu powierzchniowemu wysoką częstotliwością poddawane są części wykonane ze stali węglowej o zawartości 0,4-0,5% C. Stale te po hartowaniu mają twardość powierzchni HRC 55-60. Przy wyższej zawartości węgla istnieje ryzyko pękania z powodu nagłego ochłodzenia. Oprócz węgla stosuje się również stal niskostopową, chromowo-niklową, chromowo-krzemową i inne stale.

Sprzęt do wykonywania hartowania indukcyjnego (HDTV)

Hartowanie indukcyjne wymaga specjalnego wyposażenia technologicznego, na które składają się trzy główne elementy: źródło zasilania - generator prądu o wysokiej częstotliwości, cewka indukcyjna oraz urządzenie do ruchomych części w maszynie.

Generator prądu o wysokiej częstotliwości to maszyna elektryczna, która różni się fizycznymi zasadami generowania w nich prądu elektrycznego.

1. Urządzenia elektroniczne działające na zasadzie lamp próżniowych, które przetwarzają prąd stały na prąd przemienny o podwyższonej częstotliwości - generatory lampowe.
2. Urządzenia elektromaszynowe działające na zasadzie indukowania prądu elektrycznego w przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym, przetwarzające prąd trójfazowy o częstotliwości przemysłowej na prąd przemienny o podwyższonej częstotliwości - prądnice maszynowe.
3. Urządzenia półprzewodnikowe działające na zasadzie urządzeń tyrystorowych, które przetwarzają prąd stały na prąd przemienny o podwyższonej częstotliwości - przetwornice tyrystorowe (generatory statyczne).

Generatory wszystkich typów różnią się częstotliwością i mocą generowanego prądu

Rodzaje generatorów Moc, kW Częstotliwość, kHz Sprawność

Lampa 10 - 160 70 - 400 0,5 - 0,7

Maszyna 50 - 2500 2,5 - 10 0,7 - 0,8

Tyrystor 160 - 800 1 - 4 0,90 - 0,95

Hartowanie powierzchniowe drobnych części (igły, styki, końcówki sprężyn) odbywa się za pomocą generatorów mikroindukcyjnych. Generowana przez nie częstotliwość dochodzi do 50 MHz, czas nagrzewania do utwardzania wynosi 0,01-0,001 s.

Metody utwardzania HDTV

W zależności od wydajności ogrzewania wyróżnia się indukcyjne ciągłe hartowanie sekwencyjne i hartowanie jednoczesne.

Ciągłe utwardzanie sekwencyjne stosowane do długich części o stałym przekroju (wały, osie, płaskie powierzchnie wyrobów długich). Podgrzana część porusza się w cewce indukcyjnej. Odcinek części, znajdujący się w pewnym momencie w strefie wpływu induktora, jest podgrzewany do temperatury utwardzania. Na wyjściu z induktora sekcja wchodzi w strefę chłodzenia opryskiwacza. Wadą tej metody ogrzewania jest niska wydajność procesu. Aby zwiększyć grubość sklejonej warstwy, konieczne jest zwiększenie czasu nagrzewania poprzez zmniejszenie prędkości ruchu części w cewce indukcyjnej. Jednoczesne utwardzanie polega na jednoczesnym nagrzewaniu całej utwardzonej powierzchni.

Efekt samoodpuszczania po utwardzeniu

Po zakończeniu grzania powierzchnia jest schładzana natryskiem lub strumieniem wody bezpośrednio we wzbudniku lub w oddzielnym urządzeniu chłodzącym. Takie chłodzenie pozwala na utwardzenie dowolnej konfiguracji. Dozując chłodzenie i zmieniając czas jego trwania, można zrealizować efekt samoodpuszczania w stali. Efekt ten polega na odprowadzaniu ciepła nagromadzonego podczas nagrzewania w rdzeniu części na powierzchnię. Innymi słowy, gdy warstwa powierzchniowa ostygnie i ulegnie przemianie martenzytycznej, w warstwie przypowierzchniowej nadal zmagazynowana jest pewna ilość energii cieplnej, której temperatura może osiągnąć niską temperaturę odpuszczania. Po zatrzymaniu chłodzenia energia ta zostanie przeniesiona na powierzchnię z powodu różnicy temperatur. Dzięki temu nie ma potrzeby wykonywania dodatkowych operacji odpuszczania stali.

Projektowanie i produkcja dławików do hartowania HDTV

Wzbudnik wykonany jest z miedzianych rurek, przez które przepuszczana jest woda podczas procesu nagrzewania. Zapobiega to przegrzaniu i przepaleniu cewek indukcyjnych podczas pracy. Wykonuje się również induktory kompatybilne z urządzeniem utwardzającym - rozpylaczem: na wewnętrznej powierzchni takich induktorów znajdują się otwory, przez które chłodziwo dostaje się do ogrzewanej części.

W celu równomiernego ogrzewania konieczne jest wykonanie wzbudnika w taki sposób, aby odległość od wzbudnika do wszystkich punktów na powierzchni produktu była taka sama. Zwykle odległość ta wynosi 1,5-3 mm. Podczas utwardzania produktu o prostym kształcie warunek ten jest łatwo spełniony. W celu równomiernego utwardzenia część należy przesuwać i (lub) obracać w induktorze. Osiąga się to za pomocą specjalnych urządzeń - centrów lub stołów hartowniczych.

Opracowanie projektu induktora polega przede wszystkim na określeniu jego kształtu. Jednocześnie odpychają się od kształtu i wymiarów utwardzanego wyrobu oraz sposobu utwardzania. Ponadto przy produkcji cewek indukcyjnych brany jest pod uwagę charakter ruchu części względem cewki indukcyjnej. Pod uwagę brane są również ekonomiczność i wydajność grzewcza.

Chłodzenie części można zastosować w trzech wersjach: zraszanie wodą, przepływ wody, zanurzenie części w ośrodku hartującym. Chłodzenie prysznicowe może być realizowane zarówno w induktorach opryskiwacza, jak iw specjalnych komorach hartowniczych. Chłodzenie przepływowe pozwala wytworzyć nadciśnienie rzędu 1 atm, co przyczynia się do bardziej równomiernego chłodzenia części. Aby zapewnić intensywne i równomierne chłodzenie, konieczne jest, aby woda poruszała się po chłodzonej powierzchni z prędkością 5-30 m/s.

Po uzgodnieniu możliwa jest obróbka cieplna i hartowanie części metalowych i stalowych o wymiarach większych niż podane w tej tabeli.

Obróbka cieplna (obróbka cieplna stali) metali i stopów w Moskwie to usługa, którą nasz zakład świadczy swoim klientom. Posiadamy cały niezbędny sprzęt, za którym pracują wykwalifikowani specjaliści. Wszystkie zamówienia realizujemy z wysoką jakością i terminowością. Przyjmujemy i realizujemy również zamówienia na obróbkę cieplną stali oraz HDTV napływające do nas z innych regionów Rosji.

Główne rodzaje obróbki cieplnej stali

Wyżarzanie pierwszego rodzaju:

Wyżarzanie dyfuzyjne pierwszego rodzaju (homogenizacja) - Szybkie nagrzewanie do t 1423 K, długi czas ekspozycji i następnie powolne chłodzenie. Wyrównanie chemicznej niejednorodności materiału w wielkoformatowych odlewach ze stali stopowych

Wyżarzanie pierwszego rodzaju rekrystalizacja - Ogrzewanie do temperatury 873-973 K, długi czas ekspozycji, a następnie powolne chłodzenie. Po odkształceniu na zimno następuje spadek twardości i wzrost plastyczności (przetwarzanie jest międzyoperacyjne)

Wyżarzanie pierwszego rodzaju zmniejszające naprężenia - Podgrzewanie do temperatury 473-673 K, a następnie powolne chłodzenie. Następuje usunięcie naprężeń szczątkowych po odlewaniu, spawaniu, odkształcaniu plastycznym lub obróbce skrawaniem.

Wyżarzanie drugiego rodzaju:

Wyżarzanie drugiego rodzaju jest zakończone - Ogrzewanie do temperatury powyżej punktu Ac3 o 20-30 K, utrzymywanie i późniejsze chłodzenie. Następuje zmniejszenie twardości, poprawa skrawalności, usunięcie naprężeń wewnętrznych w stalach podeutektoidalnych i eutektoidalnych przed hartowaniem (patrz uwaga do tabeli)

Wyżarzanie typu II jest niepełne - Nagrzewanie do temperatury między punktami Ac1 i Ac3, naświetlanie i późniejsze chłodzenie. Następuje spadek twardości, poprawa skrawalności, usunięcie naprężeń wewnętrznych w stali nadeutektoidalnej przed hartowaniem

Wyżarzanie izotermiczne drugiego rodzaju - Nagrzewanie do temperatury 30-50 K powyżej punktu Ac3 (dla stali podeutektoidalnej) lub powyżej punktu Ac1 (dla stali nadeutektoidalnej), naświetlanie i późniejsze stopniowe chłodzenie. Przyspieszona obróbka drobnych wyrobów walcowanych lub odkuwek ze stali stopowych i wysokowęglowych w celu obniżenia twardości, poprawy skrawalności, złagodzenia naprężeń wewnętrznych

Wyżarzanie drugiego rodzaju sferoidyzacja - Ogrzewanie do temperatury powyżej punktu Ac1 o 10-25 K, naświetlanie, a następnie stopniowe chłodzenie. Następuje spadek twardości, poprawa skrawalności, usunięcie naprężeń wewnętrznych w stali narzędziowej przed hartowaniem, wzrost ciągliwości stali niskostopowych i średniowęglowych przed odkształceniem na zimno

Wyżarzanie drugiego rodzaju jasne - Ogrzewanie w kontrolowanym środowisku do temperatury powyżej punktu Ac3 o 20-30 K, naświetlanie i późniejsze chłodzenie w kontrolowanym środowisku. Występuje Ochrona powierzchni stali przed utlenianiem i odwęgleniem

Wyżarzanie drugiego rodzaju Normalizacja (wyżarzanie normalizujące) - Podgrzanie do temperatury powyżej punktu Ac3 o 30-50 K, wystawienie i następnie schłodzenie w nieruchomym powietrzu. Następuje korekta struktury stali nagrzanej, usunięcie naprężeń wewnętrznych w elementach wykonanych ze stali konstrukcyjnej oraz poprawa ich skrawalności, zwiększenie głębokości hartowności narzędzia. stal przed hartowaniem

Hartowanie:

Pełne hartowanie ciągłe - Ogrzewanie do temperatury powyżej punktu Ac3 o 30-50 K, utrzymywanie, a następnie szybkie schładzanie. Uzyskanie (w połączeniu z odpuszczaniem) wysokiej twardości i odporności na zużycie części ze stali podeutektoidalnych i eutektoidalnych

Niecałkowite utwardzenie - Podgrzanie do temperatury między punktami Ac1 i Ac3, wystawienie i późniejsze szybkie schłodzenie. Uzyskanie (w połączeniu z odpuszczaniem) wysokiej twardości i odporności na zużycie części ze stali nadeutektoidalnej

Hartowanie przerywane - Ogrzewanie do t powyżej punktu Ac3 o 30-50 K (dla stali nadeutektoidalnych i eutektoidalnych) lub pomiędzy punktami Ac1 i Ac3 (dla stali nadeutektoidalnej), wystawienie i późniejsze chłodzenie w wodzie, a następnie w oleju. Następuje spadek naprężeń szczątkowych i odkształceń w częściach wykonanych z wysokowęglowej stali narzędziowej

Hartowanie izotermiczne - Ogrzewanie do temperatury powyżej punktu Ac3 o 30-50 K, utrzymywanie i następnie chłodzenie w stopionych solach, a następnie w powietrzu. Uzyskanie minimalnych odkształceń (wypaczeń), zwiększenie plastyczności, granicy wytrzymałości i odporności na zginanie części wykonanych ze stopowej stali narzędziowej

Hartowanie stopniowe - To samo (różni się od hartowania izotermicznego krótszym czasem przebywania w ośrodku chłodzącym). Redukcja naprężeń, odkształceń i zapobieganie pękaniu w małych narzędziach wykonanych ze stali narzędziowej węglowej, jak również w większych narzędziach wykonanych ze stopowej stali narzędziowej i szybkotnącej

Utwardzanie powierzchniowe - Podgrzanie prądem elektrycznym lub płomieniem gazowym warstwy wierzchniej wyrobu do utwardzenia t, a następnie szybkie schłodzenie nagrzanej warstwy. Następuje wzrost twardości powierzchni do określonej głębokości, odporności na zużycie oraz zwiększonej wytrzymałości części maszyn i narzędzi

Hartowanie z samoodpuszczaniem - Ogrzewanie do temperatury powyżej punktu Ac3 o 30-50 K, utrzymywanie i późniejsze niecałkowite chłodzenie. Ciepło zatrzymane wewnątrz części zapewnia odpuszczanie utwardzonej warstwy zewnętrznej Lokalne utwardzanie narzędzia uderzającego o prostej konfiguracji wykonanego ze stali narzędziowej węglowej, a także podczas nagrzewania indukcyjnego

Hartowanie z obróbką na zimno - Głębokie schładzanie po hartowaniu do temperatury 253-193 K. Następuje wzrost twardości i uzyskanie stabilnych wymiarów części ze stali wysokostopowych

Hartowanie z chłodzeniem - Podgrzane części są przez pewien czas chłodzone w powietrzu przed zanurzeniem w środku chłodzącym lub trzymaniem w termostacie o obniżonej t. Następuje skrócenie cyklu obróbki cieplnej stali (zwykle stosowanej po nawęglaniu).

Utwardzanie światłem - Ogrzewanie w kontrolowanym środowisku do temperatury powyżej punktu Ac3 o 20-30 K, naświetlanie i późniejsze chłodzenie w kontrolowanym środowisku. Zabezpieczenie przed utlenianiem i odwęgleniem skomplikowanych części form, matryc i osprzętu niepoddawanych szlifowaniu

Wakacje niskie - Ogrzewanie w zakresie temperatur 423-523 K, a następnie przyspieszone chłodzenie. Następuje usunięcie naprężeń wewnętrznych i zmniejszenie kruchości narzędzi skrawających i pomiarowych po hartowaniu powierzchniowym; do części nawęglonych po hartowaniu

Medium wakacyjne - Grzanie w zakresie t=623-773 K i późniejsze powolne lub przyspieszone chłodzenie. Zwiększa się granica sprężystości sprężyn, sprężyn i innych elementów sprężystych

Holiday high - Grzanie w zakresie temperatur 773-953 K i późniejsze powolne lub szybkie schładzanie. Zapewnienie wysokiej ciągliwości części wykonanych ze stali konstrukcyjnej, z reguły z ulepszeniem termicznym

Ulepszanie termiczne - Hartowanie, a następnie wysokie odpuszczanie. Następuje całkowite usunięcie naprężeń szczątkowych. Zapewnia połączenie wysokiej wytrzymałości i ciągliwości w końcowej obróbce cieplnej elementów ze stali konstrukcyjnej pracujących pod obciążeniami udarowymi i wibracyjnymi

Obróbka termomechaniczna - Nagrzewanie, szybkie schładzanie do temperatury 673-773 K, wielokrotne odkształcanie plastyczne, hartowanie i odpuszczanie. Istnieje przepis dla wyrobów walcowanych i części o prostym kształcie, które nie są poddawane spawaniu, o zwiększonej wytrzymałości w porównaniu z wytrzymałością uzyskiwaną przez konwencjonalną obróbkę cieplną

Starzenie się - Ogrzewanie i długotrwałe narażenie na podwyższone temperatury. Części i narzędzia są stabilizowane wymiarowo

Nawęglanie - Nasycanie węglem warstwy wierzchniej stali miękkiej (nawęglanie). Towarzyszy mu późniejsze hartowanie z niskim odpuszczaniem. Głębokość cementowanej warstwy wynosi 0,5-2 mm. Istnieje nadanie produktowi wysokiej twardości powierzchniowej z zachowaniem lepkiego rdzenia. Nawęglanie przeprowadza się na stalach węglowych lub stopowych o zawartości węgla: dla produktów małych i średnich 0,08-0,15%, dla większych 0,15-0,5%. Koła zębate, sworznie tłokowe itp. są nawęglane.

Cyjanowanie - Obróbka cieplno-chemiczna wyrobów stalowych w roztworze soli cyjankowych w temperaturze 820. Następuje nasycenie wierzchniej warstwy stali węglem i azotem (warstwa 0,15-0,3 mm) Stale niskowęglowe ulegają cyjanizacji w wyniku które wraz ze stałą powierzchnią produkty mają lepki rdzeń. Takie produkty charakteryzują się wysoką odpornością na zużycie i odpornością na obciążenia udarowe.

Azotowanie (azotowanie) - Nasycanie azotem warstwy wierzchniej wyrobów stalowych na głębokość 0,2-0,3 mm. Występuje Daje dużą twardość powierzchni, zwiększoną odporność na ścieranie i korozję. Sprawdziany, koła zębate, czopy wałów itp. poddawane są azotowaniu.

Obróbka na zimno - Schłodzenie po hartowaniu do temperatury poniżej zera. Następuje zmiana wewnętrznej struktury stali hartowanych. Stosowany jest do stali narzędziowych, wyrobów nawęglanych, niektórych stali wysokostopowych.

OBRÓBKA CIEPLNA METALI (OBRÓBKA CIEPLNA), określony cykl czasowy nagrzewania i chłodzenia, któremu poddawane są metale w celu zmiany ich właściwości fizycznych. Obróbkę cieplną w zwykłym tego słowa znaczeniu przeprowadza się w temperaturach poniżej temperatury topnienia. Pojęcie to nie obejmuje procesów topienia i odlewania, które mają znaczący wpływ na właściwości metalu. Zmiany właściwości fizycznych wywołane obróbką cieplną wynikają ze zmian struktury wewnętrznej i związków chemicznych zachodzących w materiale stałym. Cykle obróbki cieplnej to różne kombinacje ogrzewania, utrzymywania w określonej temperaturze i szybkiego lub powolnego chłodzenia, odpowiadające zmianom strukturalnym i chemicznym, które należy wywołać.

Ziarnista struktura metali. Każdy metal zwykle składa się z wielu kryształów (zwanych ziarnami) stykających się ze sobą, zwykle mikroskopijnych rozmiarów, ale czasami widocznych gołym okiem. Wewnątrz każdego ziarna atomy są ułożone w taki sposób, że tworzą regularną trójwymiarową siatkę geometryczną. Rodzaj sieci, zwany strukturą krystaliczną, jest cechą charakterystyczną materiału i można go określić za pomocą analizy dyfrakcji rentgenowskiej. Właściwy układ atomów jest zachowany w całym ziarnie, z wyjątkiem drobnych zakłóceń, takich jak pojedyncze miejsca w sieci, które przypadkowo okazują się puste. Wszystkie ziarna mają taką samą strukturę krystaliczną, ale z reguły są inaczej zorientowane w przestrzeni. Dlatego na granicy dwóch ziaren atomy są zawsze mniej uporządkowane niż wewnątrz nich. Wyjaśnia to w szczególności fakt, że granice ziaren są łatwiejsze do wytrawienia odczynnikami chemicznymi. Na wypolerowanej płaskiej powierzchni metalowej potraktowanej odpowiednim wytrawiaczem zwykle ujawnia się wyraźny wzór granic ziaren. O właściwościach fizycznych materiału decydują właściwości poszczególnych ziaren, ich wzajemne oddziaływanie oraz właściwości granic ziaren. Właściwości materiału metalicznego w dużym stopniu zależą od wielkości, kształtu i orientacji ziaren, a celem obróbki cieplnej jest kontrola tych czynników.

Procesy atomowe podczas obróbki cieplnej. Wraz ze wzrostem temperatury stałego materiału krystalicznego jego atomy stają się łatwiejsze do przemieszczania się z jednego miejsca sieci krystalicznej do drugiego. Właśnie na tej dyfuzji atomów opiera się obróbka cieplna. Najbardziej efektywny mechanizm ruchu atomów w sieci krystalicznej można sobie wyobrazić jako ruch wolnych miejsc w sieci, które są zawsze obecne w każdym krysztale. W podwyższonych temperaturach, na skutek wzrostu szybkości dyfuzji, przyspiesza się proces przejścia substancji ze struktury nierównowagowej w strukturę równowagową. Temperatura, w której szybkość dyfuzji zauważalnie wzrasta, nie jest taka sama dla różnych metali. Zwykle jest wyższa dla metali o wysokiej temperaturze topnienia. W wolframie, którego temperatura topnienia wynosi 3387 C, rekrystalizacja nie zachodzi nawet przy czerwonym ogniu, podczas gdy obróbka cieplna stopów aluminium topiących się w niskich temperaturach może być w niektórych przypadkach prowadzona w temperaturze pokojowej.

W wielu przypadkach obróbka cieplna polega na bardzo szybkim schładzaniu, zwanym hartowaniem, w celu zachowania struktury powstałej w podwyższonej temperaturze. Chociaż, ściśle mówiąc, takiej struktury nie można uznać za stabilną termodynamicznie w temperaturze pokojowej, w praktyce jest ona dość stabilna ze względu na niską szybkość dyfuzji. Bardzo wiele użytecznych stopów ma podobną „metastabilną” strukturę.

Zmiany spowodowane obróbką cieplną mogą być dwojakiego rodzaju. Po pierwsze, zarówno w czystych metalach, jak iw stopach możliwe są zmiany, które wpływają tylko na strukturę fizyczną. Mogą to być zmiany stanu naprężeń materiału, zmiany wielkości, kształtu, struktury krystalicznej i orientacji jego ziaren krystalicznych. Po drugie, struktura chemiczna metalu również może ulec zmianie. Wyrażać się to może wygładzeniem niejednorodności składu i powstawaniem wydzieleń innej fazy, w interakcji z otaczającą atmosferą stworzoną w celu oczyszczenia metalu lub nadania mu pożądanych właściwości powierzchniowych. Zmiany obu typów mogą zachodzić jednocześnie.

Złagodzić stres. Odkształcenie na zimno zwiększa twardość i kruchość większości metali. Czasami takie „zahartowanie pracy” jest pożądane. Metalom nieżelaznym i ich stopom zwykle nadaje się pewien stopień twardości przez walcowanie na zimno. Stale miękkie są również często utwardzane przez formowanie na zimno. Stale wysokowęglowe, które były walcowane na zimno lub ciągnione na zimno do zwiększonej wytrzymałości wymaganej na przykład do produkcji sprężyn, są zwykle poddawane wyżarzaniu odprężającemu, podgrzewanemu do stosunkowo niskiej temperatury, w której materiał pozostaje prawie tak twardy jak poprzednio, ale zanika w nim niejednorodność rozkładu naprężeń wewnętrznych. Zmniejsza to skłonność do pękania, zwłaszcza w środowiskach korozyjnych. Takie odprężenie następuje z reguły na skutek miejscowego płynięcia plastycznego w materiale, co nie prowadzi do zmian w całej strukturze.

Rekrystalizacja. Przy różnych metodach obróbki plastycznej metalu często konieczna jest znaczna zmiana kształtu przedmiotu obrabianego. Jeżeli kształtowanie musi odbywać się w stanie zimnym (co często jest podyktowane względami praktycznymi), to konieczne jest podzielenie procesu na kilka etapów, pomiędzy którymi przeprowadza się rekrystalizację. Po pierwszym etapie odkształcania, gdy materiał jest wzmocniony do tego stopnia, że ​​dalsze odkształcenie może doprowadzić do pęknięcia, przedmiot obrabiany jest podgrzewany do temperatury powyżej temperatury wyżarzania odprężającego i pozostawiany do rekrystalizacji. Ze względu na szybką dyfuzję w tej temperaturze, w wyniku przegrupowania atomów powstaje zupełnie nowa struktura. Wewnątrz struktury ziarnistej zdeformowanego materiału zaczynają rosnąć nowe ziarna, które z czasem całkowicie ją zastępują. Po pierwsze, małe nowe ziarna powstają w miejscach, gdzie stara struktura jest najbardziej zaburzona, a mianowicie na granicach starych ziaren. Po dalszym wyżarzaniu atomy zdeformowanej struktury przestawiają się w taki sposób, że stają się również częścią nowych ziaren, które rosną i ostatecznie pochłaniają całą starą strukturę. Przedmiot obrabiany zachowuje swój poprzedni kształt, ale jest teraz wykonany z miękkiego, nienaprężonego materiału, który może zostać poddany nowemu cyklowi deformacji. Taki proces można powtórzyć kilka razy, jeśli wymaga tego dany stopień odkształcenia.

Obróbka plastyczna na zimno to odkształcenie w temperaturze zbyt niskiej do rekrystalizacji. W przypadku większości metali temperatura pokojowa odpowiada tej definicji. Jeżeli odkształcenie przeprowadza się w wystarczająco wysokiej temperaturze, aby rekrystalizacja miała czas na odkształcenie materiału, wówczas taka obróbka nazywana jest gorącą. Dopóki temperatura pozostaje wystarczająco wysoka, można ją dowolnie zdeformować. Gorący stan metalu zależy przede wszystkim od tego, jak blisko jest jego temperatura do temperatury topnienia. Wysoka plastyczność ołowiu oznacza, że ​​łatwo się rekrystalizuje, co oznacza, że ​​można go obrabiać „na gorąco” w temperaturze pokojowej.

Kontrola tekstury. Właściwości fizyczne ziarna, ogólnie rzecz biorąc, nie są takie same w różnych kierunkach, ponieważ każde ziarno jest pojedynczym kryształem o własnej strukturze krystalicznej. Właściwości próbki metalu są wynikiem uśrednienia dla wszystkich ziaren. W przypadku losowej orientacji ziaren ogólne właściwości fizyczne są takie same we wszystkich kierunkach. Jeśli z drugiej strony niektóre płaszczyzny krystaliczne lub rzędy atomów większości ziaren są równoległe, wówczas właściwości próbki stają się „anizotropowe”, tj. Zależne od kierunku. W tym przypadku miseczka, uzyskana przez głębokie wyciskanie z okrągłej płytki, będzie miała na górnej krawędzi „języki” lub „festony”, ponieważ w pewnych kierunkach materiał odkształca się łatwiej niż w innych. W kształtowaniu mechanicznym anizotropia właściwości fizycznych jest z reguły niepożądana. Ale w arkuszach materiałów magnetycznych do transformatorów i innych urządzeń jest wysoce pożądane, aby kierunek łatwego magnesowania, który w monokryształach jest określony przez strukturę kryształu, pokrywał się we wszystkich ziarnach z danym kierunkiem strumienia magnetycznego. Zatem „preferowana orientacja” (tekstura) może być pożądana lub nie, w zależności od przeznaczenia materiału. Ogólnie rzecz biorąc, w miarę rekrystalizacji materiału zmienia się jego preferowana orientacja. Charakter tej orientacji zależy od składu i czystości materiału, rodzaju i stopnia odkształcenia na zimno, a także czasu trwania i temperatury wyżarzania.

Kontrola wielkości ziarna. Fizyczne właściwości próbki metalu w dużej mierze zależą od średniej wielkości ziarna. Najlepsze właściwości mechaniczne prawie zawsze odpowiadają strukturze drobnoziarnistej. Zmniejszenie wielkości ziarna jest często jednym z celów obróbki cieplnej (a także topienia i odlewania). Wraz ze wzrostem temperatury dyfuzja przyspiesza, a zatem średnia wielkość ziarna wzrasta. Granice ziaren przesuwają się tak, że większe ziarna rosną kosztem mniejszych, które ostatecznie znikają. Dlatego końcowe procesy obróbki na gorąco są zwykle przeprowadzane w możliwie najniższej temperaturze, tak aby uziarnienie było jak najmniejsze. Często celowo zapewnia się obróbkę na gorąco w niskiej temperaturze, głównie w celu zmniejszenia wielkości ziarna, chociaż ten sam wynik można osiągnąć przez obróbkę na zimno, po której następuje rekrystalizacja.

Homogenizacja. Powyższe procesy zachodzą zarówno w czystych metalach, jak iw stopach. Istnieje jednak szereg innych procesów, które są możliwe tylko w przypadku materiałów metalicznych zawierających dwa lub więcej składników. Na przykład podczas odlewania stopu prawie na pewno wystąpią niejednorodności składu chemicznego, który jest determinowany przez nierównomierny proces krzepnięcia. W utwardzalnym stopie skład fazy stałej, która tworzy się w danym momencie, nie jest taki sam jak w fazie ciekłej, która jest z nim w równowadze. W konsekwencji skład ciała stałego, który pojawił się w początkowym momencie krzepnięcia, będzie inny niż pod koniec krzepnięcia, a to prowadzi do przestrzennej niejednorodności składu w skali mikroskopowej. Taka niejednorodność jest eliminowana przez proste ogrzewanie, zwłaszcza w połączeniu z odkształceniami mechanicznymi.

Czyszczenie. Chociaż czystość metalu zależy przede wszystkim od warunków topienia i odlewania, oczyszczanie metalu często osiąga się przez obróbkę cieplną w stanie stałym. Zanieczyszczenia zawarte w metalu reagują na jego powierzchni z atmosferą, w której jest ogrzewany; w ten sposób atmosfera wodoru lub innego środka redukującego może przekształcić znaczną część tlenków w czysty metal. Głębokość takiego czyszczenia zależy od zdolności dyfuzji zanieczyszczeń z objętości do powierzchni, a więc zależy od czasu trwania i temperatury obróbki cieplnej.

Separacja faz wtórnych. Większość reżimów obróbki cieplnej stopów opiera się na jednym ważnym efekcie. Jest to związane z faktem, że rozpuszczalność w stanie stałym składników stopu zależy od temperatury. W przeciwieństwie do czystego metalu, w którym wszystkie atomy są takie same, w roztworze dwuskładnikowym, na przykład stałym, występują atomy dwóch różnych typów, losowo rozmieszczone w węzłach sieci krystalicznej. Jeśli zwiększysz liczbę atomów drugiej klasy, możesz osiągnąć stan, w którym nie będą one mogły po prostu zastąpić atomów pierwszej klasy. Jeżeli ilość drugiego składnika przekracza tę granicę rozpuszczalności w stanie stałym, w równowagowej strukturze stopu pojawiają się wtrącenia drugiej fazy, różniące się składem i strukturą od pierwotnych ziaren i zwykle rozproszone między nimi w postaci pojedynczych cząstki. Takie cząstki drugiej fazy mogą mieć silny wpływ na właściwości fizyczne materiału, w zależności od ich wielkości, kształtu i rozmieszczenia. Czynniki te można zmienić przez obróbkę cieplną (obróbka cieplna).

Obróbka cieplna - proces obróbki wyrobów wykonanych z metali i stopów poprzez narażenie termiczne w celu zmiany ich struktury i właściwości w zadanym kierunku. Efekt ten można również łączyć z efektem chemicznym, deformacyjnym, magnetycznym itp.

Tło historyczne obróbki cieplnej.
Człowiek od czasów starożytnych stosował obróbkę cieplną metali. Jeszcze w epoce eneolitu, stosując kucie na zimno rodzimego złota i miedzi, człowiek prymitywny zetknął się ze zjawiskiem hartowania, które utrudniało wytwarzanie wyrobów o cienkich ostrzach i ostrych końcach, a aby przywrócić plastyczność, kowal musiał wygrzewać na zimno -kuta miedź w palenisku. Najwcześniejsze dowody stosowania wyżarzania zmiękczającego zahartowanego metalu pochodzą z końca V tysiąclecia pne. mi. Takie wyżarzanie było pierwszą operacją obróbki cieplnej metali do czasu jego pojawienia się. Przy wytwarzaniu broni i narzędzi z żelaza uzyskiwanego metodą dmuchania sera kowal podgrzewał kęs żelaza do kucia na gorąco w piecu na węgiel drzewny. W tym samym czasie żelazo uległo nawęgleniu, czyli nastąpiło cementowanie, jedna z odmian obróbki chemiczno-termicznej. Chłodząc w wodzie kuty wyrób z nawęglonego żelaza, kowal odkrył gwałtowny wzrost jego twardości i poprawę innych właściwości. Hartowanie nawęglonego żelaza w wodzie stosowano od końca II do początku I tysiąclecia pne. mi. W „Odysei” Homera (VIII-VII wiek pne) są takie wersety: „Jak kowal zanurza rozpaloną do czerwoności siekierę lub siekierę w zimnej wodzie, a żelazo syczy z bulgotem, silniejszym niż żelazo, twardnieje w ogniu i woda." w V w. pne mi. Etruskowie hartowali lustra wykonane z brązu o wysokiej zawartości cyny w wodzie (najprawdopodobniej poprawiają połysk po polerowaniu). Cementowanie żelaza w węglu drzewnym lub materii organicznej, hartowanie i odpuszczanie stali były szeroko stosowane w średniowieczu przy produkcji noży, mieczy, pilników i innych narzędzi. Nie znając istoty przemian wewnętrznych w metalu, średniowieczni rzemieślnicy często przypisywali uzyskanie wysokich właściwości podczas obróbki cieplnej metali przejawom sił nadprzyrodzonych. Do połowy XIX wieku. wiedza człowieka na temat obróbki cieplnej metali była zbiorem receptur opracowanych na podstawie wielowiekowych doświadczeń. Potrzeby rozwoju techniki, a przede wszystkim rozwój produkcji armat stalowych, doprowadziły do ​​przekształcenia obróbki cieplnej metali ze sztuki w naukę. W połowie XIX wieku, kiedy armia dążyła do zastąpienia armat z brązu i żeliwa mocniejszymi stalowymi, problem wykonania luf o dużej i gwarantowanej wytrzymałości był niezwykle palący. Pomimo tego, że hutnicy znali przepisy na wytapianie i odlewanie stali, lufy dział bardzo często pękały bez wyraźnego powodu. D.K. Czernow w Hucie Obuchow w Sankt Petersburgu, badając pod mikroskopem wytrawione przekroje przygotowane z luf pistoletów i obserwując pod lupą strukturę pęknięć w miejscu pęknięcia, doszedł do wniosku, że stal jest tym mocniejsza, im drobniejsza Struktura. W 1868 r. Czernow odkrył wewnętrzne przemiany strukturalne w stygnącej stali, które zachodzą w określonych temperaturach. które nazwał punktami krytycznymi a i b. Jeśli stal zostanie nagrzana do temperatury poniżej punktu a, to nie może być utwardzona, a aby uzyskać drobnoziarnistą strukturę, stal musi zostać podgrzana do temperatury powyżej punktu b. Odkrycie przez Czernowa punktów krytycznych przemian strukturalnych stali umożliwiło naukowe uzasadnienie wyboru trybu obróbki cieplnej w celu uzyskania niezbędnych właściwości wyrobów stalowych.

W 1906 r. A. Wilm (Niemcy), używając wynalezionego przez siebie duraluminium, odkrył starzenie po hartowaniu (patrz Starzenie metali), najważniejszą metodę utwardzania stopów na różnych podłożach (aluminium, miedź, nikiel, żelazo itp.). ). w latach 30. XX wiek pojawiła się obróbka termomechaniczna starzejących się stopów miedzi, aw latach 50-tych XX wieku obróbka termomechaniczna stali, która umożliwiła znaczne zwiększenie wytrzymałości wyrobów. Do łączonych rodzajów obróbki cieplnej zalicza się obróbkę termomagnetyczną, która umożliwia, w wyniku ochłodzenia produktów w polu magnetycznym, poprawę niektórych ich właściwości magnetycznych.

Liczne badania zmian struktury i właściwości metali i stopów pod wpływem działania ciepła zaowocowały spójną teorią obróbki cieplnej metali.

Klasyfikacja rodzajów obróbki cieplnej opiera się na tym, jakiego rodzaju zmiany strukturalne w metalu zachodzą podczas ekspozycji termicznej. Obróbka cieplna metali dzieli się na samą obróbkę cieplną, która polega wyłącznie na działaniu termicznym na metal, obróbkę chemiczno-termiczną, która łączy w sobie efekty termiczne i chemiczne oraz termomechaniczną, która łączy w sobie efekty termiczne i odkształcenia plastyczne. Właściwie obróbka cieplna obejmuje następujące typy: wyżarzanie I rodzaju, wyżarzanie II rodzaju, hartowanie bez przemiany polimorficznej i z przemianą polimorficzną, starzenie i odpuszczanie.

Azotowanie to nasycanie azotem powierzchni części metalowych w celu zwiększenia twardości, odporności na zużycie, granicy zmęczenia i odporności na korozję. Azotowanie stosuje się do stali, tytanu, niektórych stopów, najczęściej stali stopowych, zwłaszcza chromowo-aluminiowych, a także stali zawierających wanad i molibden.
Azotowanie stali zachodzi w temperaturze t 500 650 C w amoniaku. Powyżej 400 C rozpoczyna się dysocjacja amoniaku zgodnie z reakcją NH3 · 3H + N. Powstały azot atomowy dyfunduje do metalu, tworząc fazy azotowe. W temperaturze azotowania poniżej 591 C warstwa azotowana składa się z trzech faz (rys.): µ azotek Fe2N, ³ "azotek Fe4N, ± ferryt azotowy zawierający około 0,01% azotu w temperaturze pokojowej. W temperaturze azotowania 600 650 C, faza more i ³, która w wyniku powolnego chłodzenia rozkłada się w temp. 591 C do eutektoidu ± + ³ 1. Twardość warstwy azotowanej wzrasta do HV = 1200 (co odpowiada 12 Gn/m2) i utrzymuje się wielokrotne nagrzewanie do 500 600 C, co zapewnia wysoką odporność części na zużycie w podwyższonych temperaturach Stale azotowane mają znacznie lepszą odporność na zużycie niż stale utwardzane i utwardzane Azotowanie jest procesem długotrwałym, uzyskanie warstwy 0,2-0,4 trwa 20-50 godzin mm grubości Podniesienie temperatury przyspiesza proces, ale zmniejsza twardość warstwy Do zabezpieczenia miejsc nie poddaje się azotowaniu, stosuje się cynowanie (dla stali konstrukcyjnych) i niklowanie (dla stali nierdzewnych i żaroodpornych). kruchości warstwy, azotowanie stali żaroodpornych przeprowadza się niekiedy w mieszaninie amoniaku i azotu.
Azotowanie stopów tytanu odbywa się w temperaturze 850 950 C w azocie o wysokiej czystości (azotowanie w amoniaku nie jest stosowane ze względu na wzrost kruchości metalu).

Podczas azotowania tworzy się górna cienka warstwa azotku i stały roztwór azotu w ±-tytanie. Głębokość warstwy przez 30 godzin 0,08 mm przy twardości powierzchni HV = 800 850 (odpowiada 8 8,5 H/m2). Wprowadzenie do stopu niektórych pierwiastków stopowych (Al do 3%, Zr 3 5% itp.) zwiększa szybkość dyfuzji azotu, zwiększając głębokość warstwy azotowanej, a chrom zmniejsza szybkość dyfuzji. Azotowanie stopów tytanu w rozrzedzonym azocie umożliwia uzyskanie głębszej warstwy bez kruchej strefy azotkowej.
Azotowanie ma szerokie zastosowanie w przemyśle, w tym na części pracujące w temperaturach do 500-600 C (tuleje cylindrowe, wały korbowe, koła zębate, pary szpul, części aparatury paliwowej itp.).
Lit.: Minkevich A.N., Chemiczno-termiczna obróbka metali i stopów, wyd. 2, M., 1965: Gulyaev A.P. Metalurgy, wyd. 4, M., 1966.