Категории

Преимущества термообработки металла

 
Широко применяемые в машиностроении и строительстве металлы и их сплавы (железо (чугун, сталь), алюминий, медь, бронза, латунь и др.) характеризуются большой вариативностью механических свойств, которое достигается сочетанием условий и режимов их термической обработки – нагрева, охлаждения. Варьируя режимы термообработки, одну и ту же заготовку можно сделать более мягкой или более твердой, гибкой или хрупкой, износоустойчивой, ферримагнитной…
 
Возможное разнообразие эксплуатационных свойств металлов и сплавов на молекулярном уровне объясняется их перестройкой в различные кристаллические структуры при определенных температурах нагрева и режимах охлаждения. Так, например, для железа такими структурами является крупнозернистый перлит (соответствует чугуну), мелкозернистый аустенит (сталь), мартенсит (слой закаленной стали на глубину закалки), феррит (магнитное железо). Все эти процессы со всеми точками фазового перехода, точками критического нагрева подробно изучены теорией металлургии.
 
Основными операциями термической обработки металлических изделий, которые действительно реально и широко применяются в машиностроительной практике, являются:
 
1) Закалка – применяется для термоупрочнения углеродистых, инструментальных, легированных сталей, а также сплавов цветных металлов (бронза, дюралюминий и др.). Кстати сталь – тоже сплав железа с углеродом, легирующими добавками. Чистое железо, а также низкоуглеродистые стали (Ст10 – Ст20) закалке не поддаются.
 
 
Процесс закаливания заключается в нагревании (прогревании на определенную глубину) изделия до максимально допустимой температуры, при которой металл еще сохраняет твердое состояние, но уже утрачивает четкую кристаллическую структуру, и последующего быстрого охлаждения (в воде, масле, на воздухе). При этом его кристаллическая структура не успевает восстановиться, оставаясь хаотичной в охлажденном состоянии (фаза т.н. мартенсита).
 
Закаливание, как операция термообработки металла, придает ему большую твердость (для некоторых сортов сталей в 3 – 4 больше незакаленного состояния), но при этом приходится расплачиваться высокой хрупкостью, которая обусловлена сохраняющимися внутренними напряжениями.
 
Характеризуется таким дополнительным, но очень важным параметром, как глубина закалки. Чем она выше, тем толще термоупрочненный слой. Объемная закалка делает деталь упрочненной (твердой) на всю глубину, но при этом и максимально хрупкой. Сочетание в детали слоев закаленного и незакаленного (гибкого) металла часто обеспечивает оптимальные эксплуатационные свойства.
 
2) Отпуск (для цветных сплавов – т. н. искусственное старение), и его разновидность – нормализация – применяется для уменьшения хрупкости закаленных металлических изделий, в целях повышения их конструкционной прочности (на изгиб, растяжение и сжатие). Но при этом частично утрачивается показатель твердости, достигнутый при закаливании. Также применяется для снятия сварочных напряжений в сварочных швах. Заключается в нагревании детали до определенной температуры (для различных сортов стали – от 200 до 350 град. С), при которой происходит частичное восстановление кристаллической структуры аустенита, и последующее ее медленное охлаждение на воздухе (нормализация) или еще более медленное охлаждение вместе с печью (отпуск).
 
3) Отжиг – как правило, промежуточная технологическая операция, направленная на временное снятие последствий закалки с металлической заготовки, максимальное уменьшение ее твердости, повышение вязкости. Применяется при необходимости дополнительной механической обработки металлической заготовки резанием, или ее изгибания. После чего она, как правило, подвергается повторной закалке.
 
Отжиг производится путем нагревания металлической детали до высокой температуры, при которой происходит восстановление кристаллической структуры (для стали – от мартенсита к аустениту), с последующим медленным восстановительным охлаждением. Для сталей отжиг производится с нагреванием до 900 град С (полный), до 750 град С (неполный), 500 – 600 град С (низкотемпературный).
 
4) Цементация – способ увеличения эксплуатационных свойств стальных изделий путем увеличения твердости их поверхностного слоя (насыщения углеродом) в разогретом состоянии. В некоторых случаях показывает лучшие результаты, чем поверхностная закалка, но требует особого промышленного оборудования.
 

Заказ термообработки металла

 
Что в практическом плане дает приведенная информация неспециалисту, например, для его бизнеса? Понимание того, что из этого можно извлечь выгоду. Например, имеющиеся отходы дорогостоящих инструментальных, легированных сталей не обязательно выбрасывать в металлолом. Или туда же отправлять изделия из закаленного железа, для применения которых по прямому назначению требуется незначительная переделка или дополнительная механическая обработка. Достаточно наладить взаимодействие с предприятием, которое предоставляет услуги термобработки металла, и все металлические отходы, сложно обрабатываемые изделия будут переработаны, обработаны, и еще послужат свое. Любые экономические расчеты уверенно покажут, что выполнить переработку, доработку заготовок и деталей будет экономически выгодней, чем покупка новых.
 
Предприятие, которое берется предоставить подобные услуги, должно иметь соответствующее оборудование для термообработки металлов. В его основележат специальные печи для термообработки металла, которые по типу разогрева могут быть электрическими или газовыми, по конструкции – шахтными, камерными (их разновидность – вакуумные), с выдвижным подом (для крупногабаритов).
 
Заказ услуг термообработки металлических изделий, деталей следует начинать с консультации специалистов обрабатывающего предприятия. Они осматривают, берут образцы и пробы заготовок, делают мотивированное заключение о принципиальной возможности или невозможности предоставления услуги, выполнения заказа в требуемом виде.
 

 
При определении стоимости выполнения заказа определяющими параметрами являются:
  • его количественный объем;
  • количество и сложность необходимых технологических операций термической обработки.
В основе ценообразования услуги термообработки металла лежат:
  • затраты на оплату рабочего времени специалистов;
  • стоимость энергоресурсов, истраченных в процессе нагревания изделий.
Не составляет труда найти предприятие, предоставляющие услуги термической обработки металлов и сплавов, в больших промышленных городах, таких как Днепр, Харьков, Кривой Рог, Мариуполь и других. Многие из них эксплуатируют как старое промышленное оборудование – наследие еще советских времен, так и современные автоматизированные промышленные печи.