Целью термической обработки является улучшение механических свойств стальных труб и прецизионных стальных труб, устранение остаточных напряжений и улучшение обрабатываемости стальных металлов. В зависимости от конкретных целей процессы термической обработки можно в целом разделить на две категории: предварительная термическая обработка и окончательная термическая обработка.
Предварительная термическая обработка
Целью предварительной термической обработки является улучшение обрабатываемости, устранение внутренних напряжений и подготовка благоприятной металлургической структуры для окончательной термической обработки. К этим процессам относятся отжиг, нормализация, старение, закалка и отпуск.
(1) Отжиг и нормализация
Отжиг и нормализация применяются к горячедеформированным заготовкам. Углеродистые стали и легированные стали с содержанием углерода более 0.5% часто отжигают для снижения их твердости и облегчения резки. Наоборот, те, у которых содержание углерода ниже 0.5%, подвергают нормализации, чтобы избежать чрезмерной мягкости, которая может привести к застреванию инструмента во время резки. Отжиг и нормализация также измельчают зернистую структуру, гомогенизируют микроструктуры и подготавливают материал к последующей термической обработке. Эти процессы обычно выполняются после изготовления заготовки и перед черновой обработкой.
(2) Лечение старения
Обработка старением в основном используется для устранения внутренних напряжений, возникающих во время изготовления и обработки заготовок. Для деталей, требующих общей точности, достаточно одной обработки старением перед финишной обработкой, чтобы избежать чрезмерной транспортировки. Однако для деталей с более высокими требованиями к точности (например, коробка координатно-расточного станка) может потребоваться две или более обработки старением. Простые детали обычно не требуют обработки старением.
Помимо литья, прецизионные детали с низкой жесткостью (например, прецизионные ходовые винты) часто подвергаются многократным обработкам старением между черновой и получистовой обработкой для устранения внутренних напряжений и стабилизации точности обработки. Некоторые осевые детали также требуют обработки старением после выпрямления.
(3) Закалка и отпуск
Закалка и отпуск включают закалку с последующим высокотемпературным отпуском. Этот процесс дает однородную и мелкозернистую структуру закаленного сорбита, подготавливая материал к уменьшению деформации при последующей поверхностной закалке и азотировании. Таким образом, закалка и отпуск могут также служить подготовительной термической обработкой.
Благодаря своим превосходным комплексным механическим свойствам закалка и отпуск могут также использоваться в качестве окончательной термической обработки для деталей с умеренными требованиями к твердости и износостойкости.
Окончательная термообработка
Целью окончательной термической обработки является улучшение механических свойств, таких как твердость, износостойкость и прочность.
(1) Закалка
Закалка может быть поверхностной или сквозной. Поверхностная закалка широко используется из-за минимальной деформации, окисления и обезуглероживания. Она обеспечивает высокую внешнюю прочность, хорошую износостойкость и сохраняет хорошую внутреннюю вязкость и ударопрочность. Для улучшения механических свойств деталей с поверхностной закалкой часто предварительно выполняются подготовительные термические обработки, такие как закалка и отпуск или нормализация. Типичный технологический процесс: резка → ковка → нормализация (или отжиг) → черновая обработка → закалка и отпуск → получистовая обработка → поверхностная закалка → чистовая обработка.
(2) Цементация и закалка
Цементация и закалка подходят для низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Этот процесс увеличивает содержание углерода на поверхности детали, что приводит к высокой твердости поверхности после закалки, в то время как сердцевина сохраняет умеренную прочность, высокую вязкость и пластичность. Цементация может быть как полной, так и частичной, причем последняя требует мер против науглероживания (например, меднение или антинауглероживающие покрытия) для ненауглероживаемых участков. Из-за значительной деформации и глубины науглероживания, как правило, между 0.5 и 2 мм, процесс науглероживания обычно запланирован между получистовой и чистовой обработкой.
Типичная последовательность процесса: резка → ковка → нормализация → черновая и получистовая обработка → цементация и закалка → чистовая обработка.
Когда ненауглероживаемая часть частично науглероженной детали увеличивается для удаления избыточных науглероживаемых слоев, этот этап удаления должен выполняться после науглероживания, но перед закалкой.
(3) Азотирование
Азотирование включает в себя инфильтрацию атомов азота в поверхность металла для формирования слоя азотных соединений. Азотированный слой повышает твердость поверхности детали, износостойкость, усталостную прочность и коррозионную стойкость. Поскольку азотирование происходит при низких температурах с минимальной деформацией и создает тонкий слой (обычно не более 0.6-0.7 мм), процесс азотирования следует планировать как можно позже. Чтобы минимизировать деформацию во время азотирования, после резки обычно выполняется высокотемпературный отпуск для снятия напряжений.
