11.4. Практические рекомендации при проведении термической обработки

11.4.1 Анализ элементов технологии термической обработки

11.4.1.1. Элементы технологии термической обработки

Термическую и химико-термическую обработку металлов и сплавов широко применяют в процессе обработки и изготовления различных из­делий и деталей машин.

Термическую обработку металлов осуществляют на оборудовании, установленном в отдельных цехах, в отделениях термической обработ­ки, например при сталелитейных, литейных, прокатных, кузнечно-штамповочных и других цехах, а также в потоке механических цехов.

Оборудование современных термических цехов и отделений весьма разнообразно. Характер оборудования и его конструкция зависят от типа производства (штучное, серийное, массовое), технических требова­ний, предъявляемых к готовой продукции, номенклатуры и материала изделий, режимов термической обработки и т. п.

Термическая обработка состоит из трех основных операций: нагре­ва с определенной скоростью до заданной температуры, достаточной выдержки и охлаждения с необходимой скоростью. Для осуществления указанных операций применяют различные печи и нагревающие устрой­ства, закалочные баки и закалочные машины.

Каждый вид термической и химико-термической обработки требует выбора наиболее целесообразной температуры, скорости нагрева, вре­мени выдержки и скорости охлаждения. В связи с этим предъявляются определенные требования к печному и закалочному оборудованию, и устанавливается его тип, конструкция и характер работы.

11.4.1.2. Скорость нагрева

Скорость нагрева изделий должна быть такой, чтобы обеспечить максимальную производительность печей и минимальную себестои­мость термической обработки. При этом необходимо, чтобы установлен­ная скорость нагрева гарантировала изделия от излишне высоких на­пряжений, коробления и трещин. Кроме того, в процессе нагрева дол­жно быть обеспечено протекание всех необходимых внутренних превра­щений.

При оценке нагревательного устройства или печи необходимо раз­личать допустимую скорость нагрева, обеспечивающую указанные вы­ше условия для данного изделия, и практически достижимую или воз­можную скорость нагрева в данной печи или в другом нагревательном устройстве. Допустимая скорость нагрева зависит от химического со­става стали или сплава, степени однородности и чистоты сплава, его состояния (литое или деформированное), наличия остаточных напря­жений, размеров изделий, сложности их формы и других факторов.

Возможная скорость нагрева зависит от конструкции и тепловой мощности печи, способа передачи тепла изделию, веса загружаемых из­делий, их расположения на поду печи, начальной температуры печи (нагрев вместе с печью или загрузка в заранее разогретую печь), фор­мы изделий и плотности их укладки (воздушные зазоры и т. п.).

При нагреве массивных и сложной формы изделий применяют сту­пенчатый нагрев для снижения термических напряжений.

Ступенчатый нагрев состоит в том, что при нагреве делают ряд вы­держек. Например (для углеродистой стали):

1) замедленный нагрев в области упругих деформаций — до 500…600 °С; критерием скорости нагрева в этой стадии служат допустимые температурные напряжения;

2) нагрев в области возможных пластических деформаций — вы­ше 500…600 °С; критерием скорости нагрева в этой стадии является тепловая мощность печи.

Если в первой стадии рекомендуется ступенчатый график нагрева из соображений снижения термических напряжений, то при нагреве во второй стадии допускаются большие скорости нагрева. Промежуточные выдержки во второй стадии применяют для выравнивания температу­ры, растворения карбидов, развития диффузионных процессов и т. п.

Для крупных стальных слитков применяют замедленный нагрев до 700…750 °С и далее ступенчатый график нагрева.

При нагреве стали в районе критических точек превращение α→γ идет с поглощением тепла. Наличие фазовых превращений замедляет скорость нагрева стали в этом районе температур.