Термічна обробка

Термічна обробка металів та сплавів

Термічна обробка, або термообробка — це сукупність технологічних процесів, спрямованих на зміну структури та властивостей металів і сплавів шляхом їх нагрівання, витримки та охолодження. Основна мета процесу — поліпшення механічних, фізичних і хімічних властивостей матеріалів, щоб вони відповідали умовам подальшої експлуатації.

Термічна обробка відіграє важливу роль у металургії та машинобудуванні. Вона дає змогу підвищити міцність, пластичність, твердість, зносостійкість, а також поліпшити корозійні характеристики виробів. Процес застосовують для різних видів металів, зокрема вуглецевих і легованих сталей, кольорових металів та їх сплавів.

Мета термічної обробки — отримання необхідних механічних і фізичних властивостей: поліпшення оброблюваності, підвищення або зниження твердості й міцності сталі, зняття внутрішніх напружень тощо. Це досягається завдяки зміні внутрішньої будови та структури матеріалу без зміни форми виробу і хімічного складу. Термообробка може бути проміжною операцією, наприклад для поліпшення оброблюваності тиском або різанням, а також остаточною операцією технологічного процесу, що забезпечує заданий рівень властивостей виробу.

Етапи термічної обробки

Нагрівання. Метал або сплав нагрівають до певної температури, за якої відбуваються структурні зміни. Температура нагрівання залежить від типу матеріалу та цілей обробки.

Витримка. Матеріал утримують за заданої температури протягом певного часу для рівномірного прогрівання та стабілізації змін у структурі.

Охолодження. Ключовий етап, який визначає кінцеві властивості матеріалу. Охолодження може бути повільним або швидким: при гартуванні — швидким, при відпалі — повільним.

Основні види термічної обробки

Відпал. Нагрівання металу до певної температури, витримка та подальше повільне охолодження. Основні цілі — зменшення твердості, підвищення пластичності, зняття внутрішніх напружень і поліпшення структури металу після механічної обробки.

Нормалізація. Процес, подібний до відпалу, але з швидшим охолодженням на повітрі. Застосовується для поліпшення механічних властивостей, зокрема твердості та міцності, а також для усунення дефектів структури після лиття або зварювання.

Гартування. Нагрівання металу до високої температури з подальшим швидким охолодженням у воді, маслі або спеціальному середовищі. Підвищує твердість і міцність, але може збільшувати крихкість металу, тому після гартування часто проводять відпуск.

Відпуск. Нагрівання загартованого металу до певної температури з подальшим охолодженням. Мета — зменшити крихкість і підвищити пластичність, зберігши потрібний рівень міцності.

Аустенізація. Нагрівання сталі до температури, за якої відбувається перетворення структури на аустеніт. Цей етап передує гартуванню або нормалізації та впливає на кінцеві властивості сталі.

Ізотермічне гартування. Охолодження металу до певної температури з подальшою витримкою в ізотермічному середовищі. Дає більш стабільну структуру, підвищує ударну в’язкість і знижує ризик утворення тріщин.

Порівняльна таблиця видів термічної обробки

Вид термічної обробки	Мета обробки	Температура, °C	Час витримки	Охолодження
Відпал	Зменшення твердості, зняття напружень, поліпшення структури	600–850	1–10 годин	Повільне охолодження в печі
Нормалізація	Поліпшення механічних властивостей, усунення структурних дефектів	850–950	1–2 години	Охолодження на повітрі
Гартування	Підвищення твердості й міцності	750–900	30–60 хвилин	Швидке охолодження в маслі або воді
Відпуск	Зниження крихкості, підвищення пластичності	200–600	30 хвилин – 2 години	Охолодження на повітрі або за заданим режимом
Аустенізація	Перетворення структури сталі на аустеніт	900–1100	Залежно від типу сталі	Перед гартуванням або нормалізацією
Ізотермічне гартування	Підвищення ударної в’язкості, зменшення ризику тріщин	250–450	1–3 години	Витримка в ізотермічному середовищі

Наші технічні можливості з термічної обробки

Відпал, нормалізація, аустенізація, гартування на повітрі або у воді, відпуск, старіння — деталі діаметром до 900 мм, довжиною до 1250 мм, масою до 2 тонн.
Гартування в маслі та безмасляному гартувальному середовищі — деталі масою до 100 кг.
Гартування в соляній печі-ванні — деталі діаметром до 400 мм, довжиною до 450 мм, масою до 30 кг.
Гартування СВЧ — потужність установки 120 кВт. Параметри оброблюваних деталей уточнюються в кожному конкретному випадку.

Термічна обробка зварних з’єднань

Зварні з’єднання потребують особливої уваги: під час зварювання метал піддається нерівномірному нагріванню, що може призвести до виникнення внутрішніх напружень і структурних дефектів. Для їх усунення застосовують такі види термообробки:

Зняття напружень. Нагрівання зварного з’єднання до помірних температур, орієнтовно 600–700 °C, з подальшим повільним охолодженням. Процес зменшує залишкові напруження, підвищує довговічність і міцність з’єднань.

Нормалізація зварних швів. Поліпшує структуру металу після зварювання, усуває крупнозернисту структуру в зоні термічного впливу та допомагає відновити потрібні властивості матеріалу.

Гартування та відпуск зварних з’єднань. Застосовуються, коли потрібні висока твердість і міцність, зокрема для відповідальних конструкцій, що працюють в умовах підвищених навантажень.

Термічна обробка виробів із вуглецевої сталі

Вуглецева сталь — один із найпоширеніших матеріалів у промисловості завдяки міцності, доступності та універсальності. Термічна обробка дозволяє змінювати структуру і властивості сталі, роблячи її міцнішою, зносостійкішою або пластичнішою залежно від вимог.

Вплив вуглецю на властивості сталі

Кількість вуглецю визначає твердість, міцність і пластичність сталі:

Низьковуглецева сталь, до 0,25% вуглецю, має добру пластичність, низьку твердість, легко піддається термообробці та зварюванню.
Середньовуглецева сталь, 0,25–0,6% вуглецю, характеризується підвищеною міцністю, але гірше піддається зварюванню та обробці.
Високовуглецева сталь, понад 0,6% вуглецю, має високу твердість і зносостійкість, але є більш крихкою та потребує ретельно підібраного режиму термообробки.

Відпал. Нагрівання до температури рекристалізації, витримка та повільне охолодження. Зменшує твердість, поліпшує оброблюваність і знімає внутрішні напруження після холодної обробки або зварювання.

Нормалізація. Нагрівання до аустенітного стану, зазвичай 850–900 °C, з охолодженням на повітрі. Усуває дефекти лиття та кування, поліпшує міцність і пластичність.

Гартування. Нагрівання до аустенітного стану з подальшим різким охолодженням. Дає високоміцну тверду структуру, але може підвищувати крихкість, тому зазвичай потребує подальшого відпуску.

Відпуск. Нагрівання загартованої сталі в діапазоні приблизно 150–700 °C з подальшим охолодженням на повітрі. Усуває крихкість і підвищує пластичність, зберігаючи потрібну твердість.

Цементація. Насичення поверхневого шару вуглецем. Підвищує твердість поверхні, тоді як серцевина зберігає в’язкість. Застосовується для деталей, що працюють в умовах абразивного зношування, наприклад шестерень і валів.

Термічна обробка виробів із низьколегованої сталі

Низьколегована сталь містить невелику кількість легуючих елементів, зокрема хрому, нікелю, молібдену, марганцю або ванадію. Зазвичай їхній сумарний вміст становить до 2–3%. Такі елементи поліпшують міцність, корозійну стійкість і зносостійкість матеріалу.

Основні цілі обробки

Поліпшення механічних властивостей: міцності, твердості та пластичності.
Підвищення стійкості до корозії та зношування.
Зняття внутрішніх напружень після механічної обробки або зварювання.
Отримання однорідної структури для стабільної роботи під навантаженням.

Відпал. Нагрівання вище критичної температури, зазвичай 850–950 °C, витримка та повільне охолодження. Процес зменшує твердість, знімає напруження і поліпшує пластичність.

Нормалізація. Нагрівання до аустенітного стану, зазвичай 850–950 °C, з охолодженням на повітрі. Усуває структурні дефекти, поліпшує міцність та ударну в’язкість.

Гартування. Нагрівання до температури приблизно 850–1000 °C з подальшим швидким охолодженням. Підвищує твердість і міцність, але може збільшувати крихкість, тому часто супроводжується відпуском.

Відпуск. Повторне нагрівання в діапазоні 150–700 °C. Низькотемпературний відпуск, 150–250 °C, застосовують для ріжучих інструментів; середній, 250–450 °C, зменшує крихкість; високий, 450–700 °C, використовують для деталей, яким потрібна підвищена пластичність.

Гартування в маслі. Забезпечує м’якше охолодження порівняно з водою та знижує ризик деформацій і тріщин.

Приклади застосування

Мостобудування та суднобудування. Нормалізація зварних з’єднань допомагає усунути наслідки зварювання товстостінних металоконструкцій, підвищуючи їх міцність і довговічність.

Автомобілебудування. Гартування та відпуск колінчастих валів, шестерень і підшипників забезпечують потрібну твердість для зниження зносу при збереженні пластичності.

Різальні інструменти. Гартування свердел, ножів і пил забезпечує твердість та зносостійкість при високих навантаженнях і нагріванні.

Сільськогосподарська техніка. Гартування лемешів плугів і ножів косарок підвищує ресурс деталей, які працюють в умовах абразивного зношування.

Чому КАРБАЗ

Компанія КАРБАЗ пропонує послуги термічної обробки металу на сучасному обладнанні. Виконуємо вороніння, відпал, нормалізацію, гартування сталі різних марок і розмірів, а також інші види термообробки відповідно до технічних вимог замовника.

Кваліфікований персонал і виробничі можливості підприємства дозволяють виконувати більшість поширених видів термічної обробки. Наші фахівці мають багаторічний досвід і готові надати послуги високої якості для деталей різного призначення.

Виконуємо гартування та нормалізацію сталі 20, 40Х, 45, відпал металу, чавуну, міді, латуні, а також термічну обробку втулок, пружин, шестерень і валів.

Працюємо з містами та областями: Київ (Київська обл.), Вінниця (Вінницька обл.), Дніпро (Дніпропетровська обл.), Житомир (Житомирська обл.), Запоріжжя (Запорізька обл.), Івано-Франківськ (Івано-Франківська обл.), Кропивницький (Кіровоградська обл.), Луцьк (Волинська обл.), Львів (Львівська обл.), Миколаїв (Миколаївська обл.), Одеса (Одеська обл.), Полтава (Полтавська обл.), Рівне (Рівненська обл.), Суми (Сумська обл.), Тернопіль (Тернопільська обл.), Ужгород (Закарпатська обл.), Харків (Харківська обл.), Херсон (Херсонська обл.), Хмельницький (Хмельницька обл.), Черкаси (Черкаська обл.), Чернівці (Чернівецька обл.), Чернігів (Чернігівська обл.).