Термическая обработка металла

Твердость — один из интереснейших показателей для оценки свойств материала и металлических конструкций и деталей. На основе твердости можно вычислить прочность, параметры обрабатываемости, а также устойчивость к износу.

Последний показатель наиболее важен, поскольку он отвечает за срок службы и безопасность изделия из металла или сплава. В металлургической промышленности зарекомендовали себя несколько видов испытаний изделий на твердость:

Твердость по Роквеллу. Это вариант быстрого, автоматизированного метода тестирования. При этом используется специфический инструмент конической или сферической формы, изготовленный из ультрапрочных материалов, в частности алмаз или твердый сплав. Данный инструмент производит давление на образец испытуемой детали. Сначала применяется испытательное количество силы для воздействия на образец, а затем прикладывается еще и дополнительная на необходимый промежуток времени. После этого дополнительное воздействие убирается и расчет твердости происходит по глубине проникновения и численных показателей N и S.
Твердость по Бриннеллю. Данный метод применяется в самых разных конструкциях, для металла от низкой до средней степени твердости. В данном случае инструментом избирается закаленный шарик из стали. Конечная величина зависит от прикладываемой силы, диаметра шарика, а также диаметра полученного отпечатка.
Твердость по Виккерсу. Способ примени вне зависимости от твердости металла. Распространяется на конструкции, прошедшие химическую и термическую закалки. Инструментом для проверки считается алмазная пирамида, у которой угол при вершине равен 136°
Твердость по Кнупу. Этот способ очень схож с методом Виккерса, но полученный отпечаток имеет форму удлиненного ромба. Для расчета необходимы показатели прилагаемой силы, параметры большой диагонали ромба.
Твёрдость по отпечатку шариком. В данном случае метод больше подходит не для металла, а для изделий из твердой резины. В качестве инструмента используется закаленный шарик из стали с диаметров 0.5 см. Испытуемый образец не должен иметь толщину меньше диаметра шарика.
По Мартенсу. Так оценивается пластическая и упругая деформация при помощи проникновения инструмента в виде пирамиды в испытуемый образец.
Склероскоп. Этот способ помогает установить твердость громоздкий и крупных конструкций из металла.

Вне зависимости от способа установления показателей прочности, после правильной квалифицированной термической обработки металл становится прочнее.

Назначение термической обработки

Термическая обработка стали проводится при температурах, приближенных к критическим точкам . Здесь происходит:

вторичная кристаллизация сплава;
переход гамма железа в состояние альфа железа;
переход крупных частиц в пластинки.

Внутренняя структура двухфазной смеси напрямую влияет на эксплуатационные качества и легкость обработки.

Образование структур в зависимости от интенсивности охлаждения

Основное назначение термической обработки — это придание сталям:

В готовых изделиях:
износостойкости;
коррозионностойкость;
термостойкости.

В заготовках:
штамповки (горячей, холодной);
глубокой вытяжки;

увеличение пластичности;

облегчение обработки резанием.

Термическая обработка применяется к следующим типам сталей:

Углеродистым и легированным.
С различным содержанием углерода, от низкоуглеродистых 0,25% до высокоуглеродистых 0,7%.
Конструкционным, специальным, инструментальным.
Любого качества.

fb2
rtf
txt
epub
pdf

Книга подробно расскажет о явлении коррозии металлов, о причинах ее возникновения и методах защиты от нее.

Кроме того, в книге дана подробная информация о термической обработке металлов, о таких ее разновидностях, как отжиг, нормализация, закалка и отпуск, а также о химико-термической обработке черных металлов.

Художественная обработка металла. Коррозия и термическая обработка металлов

Методы защиты от коррозии

Термическая обработка металлов

Отжиг, нормализация, закалка и отпуск

Химико-термическая обработка черных металлов

Художественная обработка металла. Коррозия и термическая обработка металлов

Разрушение металлов и сплавов в результате химического или электрохимического воздействия на их поверхность внешней коррозионной среды называется коррозией.

Причиной тут является химическое взаимодействие. Металлы вступают в.

Отзывы

Новинки

Читаю
Хочу прочесть
В архив

Жила-была юная девица-красавица: спортсменка, умница и просто круглая отличница Настя Ковалёва, ст.

Обрученная со смертью

Жила-была юная девица-красавица: спортсменка, умница и просто круглая отличница Настя Ковалёва, ст.

Термообработка цветных сплавов

Цветные металлы отличаются по своим свойствам друг от друга, поэтому для них применяют свои виды термообработки. Для выравнивания химического состава меди её подвергают рекристаллизационному отжигу. Латунь обрабатывают при низкой температуре (200 °C). Бронзу подвергают отжигу при температуре 550 °C. Магний закаляют, отжигают и подвергают старению, алюминий подвергают похожей обработке.

В чёрной и цветной металлургии широко применяются разные виды термической обработки металлов. Их используют для получения нужных свойств у сплавов, а также экономии средств. Для каждой процедуры и металла подбираются свои значения температуры.

Внешний вид и характеристика дефекта «коррозия пятнами»

Дефект поверхности холоднокатаного металла, представляющий собой рыжевато-коричневые пятна с рыхлой структурой окислов железа. Дефект имеет различные оттенки:

слабо выраженный (желтый налет) дефект в виде серых точек, диаметром до 1 мм. При протирании ветошью дефект удаляется c поверхности холоднокатаной отожженной полосы
менее выраженный в виде точек коричневого цвета диаметром 1-2 мм. При протирании ветошью дефект частично удаляется с поверхности холоднокатаной отожженной полосы
ярко выраженный в виде точек темного коричневого цвета диаметром 1-2 ммна фоне желтого налета. При протирании ветошью дефект не удаляется с поверхности холоднокатаной отожженной полосы

Рентгеноструктурный анализ показывает наличие в точках дефекта окислов железа (Fe₂ O₃ и Fe₃O₄) от остатков влаги, что однозначно характеризует его как коррозию. В местах, где имеется желтый или желто-коричнвый налет, обнаружены остатки углерода от масла, что классифицирует его как пригар эмульсии.

Данный дефект в основном проявляется на холоднокатаной термообработанной полосе (после отжига стали). Отмечается в большей степени на околошовных участках (зона наиболее нестабильного процесса прокатки стали) в виде продольных полос (см.рисунок ниже).

Топография расположения дефекта на полосе:

Технологические и физические факторы, влияющие на образование дефекта «коррозия пятнами»

технологические режимы подачи смазочно-охлаждающей жидкости (эмульсии) в прокатные клети стана холодной прокатки металла (давление, расход и температура эмульсии)
технологические режимы прокатки металла (давление металла на валки, обжатия, скорость прокатки)
физические характеристики холоднокатаной полосы смотанной в рулон (температура после прокатки, наличие эмульсии на полосе при прокатке)
технологические параметры воздуха и работа системы сдува остаточной эмульсии (влажный воздух, низкое давление воздуха в системе, засорённость воздушных форсунок (сопел) и трубопроводов и др.)
неудовлетворительное состояние отбойников последней клети стана
процесс термообработки стали в защитном газе (отжиг стали), содержащем повышенное количество окиси углерода (более 1-1,5 %) и метана

Физика процесса защиты холоднокатаной полосы от воздействия дефекта «коррозия пятнами»

Формирование защитной среды на границе «металл – воздух» происходит следующим образом. При прокатке металла в первых наиболее загруженных клетях стана холодной прокатки на полосе образуется максимальное количество отложений в виде прокатного масла и механических примесей (продукты истирания прокатываемой полосы и валков образующихся в процессе прокатки). В последней, мало загруженной прокатной клети стана холодной прокатки данные отложения удаляются малоконцентрированной эмульсией (0,5-0,7 %).

Эффективность очистки холоднокатаной полосы, зависит от расхода и давления, подаваемой на стан эмульсии. При этом слабоконцентрированная эмульсия, подаваемая в последнюю клеть стана, формирует масляную микропленку, которая вытесняет влагу на границе с металлом. Равномерность этой масляной пленки, безусловно, зависит от температуры эмульсии, её физико-химических параметров и распределения подачи эмульсии на полосу. Далее, находящиеся на поверхности полосы остатки влаги должны удаляться системой сдува, располагающейся за последней клетью стана холодной прокатки. Качество этого процесса зависит от давления, влажности и температуры воздуха в системе сдува. Наиболее эффективным является использование в системе сдува сухого воздуха с точкой росы не менее -30 ºС. При отсутствии возможности использования сухого воздуха, оптимальным вариантом является повышение температуры воздуха в системе сдува до температуры, близкой к температуре холоднокатаной полосы, сматываемой в рулон после прокатки металла (80-100 ºС).

Читать еще: Аустенитные нержавеющие стали: структура и свойства

В процессе термообработки стали (колпаковый отжиг стали) холоднокатаного проката с равномерной масляной пленкой и малым содержанием механических примесей первоначально происходит испарение (при t=100 о С) не удаленных остатков влаги. Затем при t=200-300 о С начинается возгонка масляной составляющей с поверхности холоднокатаной полосы.

Таким образом, поддержание таких технологических и физических параметров как:

температураэмульсии, подаваемая непосредственно в прокатные клети стана должна быть не менее 48 о С
чистота форсунок (сопел) коллекторов и трубопроводов подвода сжатого воздуха системы сдува остаточной эмульсии
своевременная замена или ревизия системы отбойников последней прокатной клети стана холодной прокатки металла
обеспечение теплового баланса стана, обеспечивающего температуру холоднокатаной полосы, смотанной в рулон, после прокатки металла на уровне >100 о С
давление подаваемой эмульсии непосредственно в прокатные клети стана должно быть не менее 2.0 bar
подача сухого воздуха в систему сдува остаточной эмульсии с обеспечением точки росы не менее -30 ºС. В случае отсутствия возможности использования сухого воздуха, оптимальным вариантом является повышение температуры воздуха в системе сдува до температуры не менее 80 ºС (оптимально 100 0 С)
давление воздуха в системе сдува поддерживать на уровне не менее 4.0 bar

Соблюдение вышеприведенных мероприятий позволит минимизировать образование дефекта «коррозия пятнами» на холоднокатаной полосе.

Механическая очистка

Механический способ удаления коррозии зарекомендовал себя как самый эффективный. Обработка металла от ржавчины выполняется вручную или с использованием механизированного инструмента. Существует несколько способов удаления ржавчины механическим путем.

1. Очистка поверхности проволочными щетками. Применяется для удаления небольших очагов коррозии и зачистки сварных швов и для первичной обработки поверхностей, покрытых толстым слоем ржавчины. Качество очистки не очень хорошее, окалину щетки не снимают вовсе. Кроме того, в процессе обработки образуется много пыли.

2. Абразивная обработка металла при помощи шлифовальных дисков. Применяется при небольших очагах коррозии. Если для выполнения операции используют диски высокого качества, то результат получается хорошим. Обработка металла абразивным инструментом имеет два недостатка:

расход качественных материалов;
требования к определенным навыкам выполнения работ.

3. Антикоррозионная обработка металла с помощью пескоструйной установки: бомбардировка очагов коррозии струей песка, подающегося под напором, так называемая пескоструйная очистка металла. Основные элементы пескоструйной установки – емкость с песком и пескоструйный пистолет. Для работы пескоструйной установки достаточно небольшого компрессора. Пескоструйная обработка

Песок берется обычный речной или строительный. Перед использованием его следует хорошо просушить. Песок можно использовать вторично, предварительно просеяв, но эффективность очистки в этом случае уменьшается в несколько раз. А количество пыли во столько же раз увеличивается.

Пескоструйная обработка удаляет не только всю ржавчину, но и окалину, нагар, слои старой краски. При обработке мест, недоступных для шлифмашинки и наждачки (например, места стыка двух деталей) такой метод является единственно возможным.

4. Гидроабразивная обработка металла (водопескоструйка). Снятие ржавчины происходит под воздействием струи смеси воды и абразива. По интенсивности различают гидроабразивную обработку:

под сверхвысоким давлением: полностью удаляется коррозия и все покрытия, нанесенные ранее на обрабатываемую поверхность;
под высоким давлением: удаляется большая часть старого покрытия и коррозия. Но могут оставаться участки особо прочного покрытия и черные окислы (магнетиты);
под низким давлением: экономный способ в отношении расхода абразива, но после сушки на обработанной поверхности остаются следы вторичной ржавчины.

Гидроабразивная обработка поверхностей является промышленным методом. В отличие от пескоструя, такую установку в гараже не соорудишь.

Электрический метод обработки металлов

Разрушение структуры материала под воздействием электричества давно изучено и активно применяется. Суть процедуры в следующем: на определенный маленький участок подается искра с высоким напряжением. При образовании заряда и при его контакте с металлической поверхностью выделяется очень большое количество тепла. Под воздействием температуры сталь начинает плавиться и испаряться – на месте образуется отверстие.

Преимуществом такого способа является чистота среза и фактически полное отсутствие остатков и обрезков. А чтобы даже те небольшие частички, которые образуются, не разлетались, в зону контакта заливают небольшим слоем маслянистую жидкость. Такая пленка буквально улавливает элементы.

Сборник из 8 книг по художественной обработке металлов. Автор всех книг Илья мельников, год издания 2013, (2,27 мб. fb2)

1. И.Мельников «Эмалирование и художественное чернение» 2013 год, 65 стр. (498 кб. fb2)

Книга расскажет о технологии эмалирования и художественного чернения, травление и насечки (таушировка), наводки и родирования. Рассмотрены вопросы отделки изделий из цветных металлов: меди, алюминия, серебра. А так же стали и железных сплавов. Дана информация по основам технологии информация о защитных покрытий при отделке художественных изделий из металла.

Оглавление.
Эмалирование
Художественное чернение
Художественное травление металла
Насечка и наводка
Химические и гальванические (электрохимические) способы отделки изделий из металла из металла
Отделка изделий из меди
Отделка изделий из алюминия
Отделка изделий из серебра
Отделка изделий из стальных сплавов
Защитные покрытия художественных изделий из металла

Читать еще: Улучшаем свойства стали нитроцементацией

2. И.Мельников «Художественная обработка металла. Чеканка» 2013 год, 48 стр. (618 кб. fb2)

Книга о чеканке – одной из технологий художественной обработки металла. В ней рассказывается история зарождения техники чеканки, как искусства. Характеризуются методы обработки и приемы работы с разными материалами. Дается описание оборудования, инструментов, приспособлений и основ технологии при производстве чеканных работ. Так же дается описание интересных технических приемов дифовки – способу холодной вытяжки металла молотком, технологии модельной выколотки, басме — прообразу штамповки.

Оглавление.
Материалы и инструменты для чеканных работ
Инструменты и приспособления
Приспособления, оборудование и дополнительное оснащение для чеканных работ
Технология чеканки
Перевод рисунка на металл
Чеканка оброна
Чеканка объемных форм
Дифовка
Технология выколотки по моделям
Применение художественной чеканки
Басма
Процесс изготовления матрицы

3. И.Мельников «Художественная обработка металла. Опиливание» 2013 год, 28 стр. (253 кб. fb2)

Немаловажную роль в художественной обработке металлов играет опиливание. В книге подробно рассказано о процессе опиливания металла. Подробно рассмотрены виды напильников. Особое внимание в книге уделено опиливанию выпуклых поверхностей и мелких деталей, а также уходу за напильниками.

Оглавление.
Сущность процесса.
Виды напильников
Правила и приемы опиливания
Опиливание выпуклых поверхностей
Опиливание мелких деталей
Уход за напильниками

4. И.Мельников «Художественная обработка металла. Ковка» 2013 год, 53 стр. (0,99 мб. fb2)

В книге рассказывается о ковке, как об одной из древнейших техник художественной обработки металлов. Представлены основы кузнечного ремесла, включая историю его развития. Приводится информация по типам кузнечного инструмента: опорным, ударным, вспомогательным и измерительным. Рассказано, как изготовить некоторые из них, а также о технических приемах кузнечной рубки, отделки поковки, сборке и защите поверхностей кованых изделий.

Оглавление.
Оборудование и инструмент для ковки.
Опорный инструмент
Изготовление инструмента
Основные приемы ручной свободной ковки
Отделка (выглаживание)
Сборка кованых изделий
Защита поверхности кованого металла

5. И.Мельников «Художественная обработка металла. Гравирование» 2013 год, 29 стр. (256 кб. fb2)

Эта книга о технологии художественной обработки металла – гравировании (сродни резьбе по металлу). Вы узнаете о истории возникновения этого ремесла, его основе и видах — плоскостное и обронное (ручное и механическое). Рассказано о разных типах гравюр.

Оглавление.
Плоскостное гравирование
Обронное гравирование

6. И.Мельников «Слесарно кузнечные работы» 2013 год, 29 стр. (429 кб. fb2)

Слесарно-кузнечных работы, как вид вид художественной обработки металлов трудно переоценить. В книге рассмотрен процесс разреза листового металла, его виды и инструменты для разметки и резки — ножницы и ножовочные полотна. Показаны приемы рубки металла, зубилом и правилам безопасности во время этого процесса. Также приведена информацич по заточке зубил на станке, ручным способом.

Оглавление.
Разрезание листового металла
Рубка металлаЗаточка зубил на станке вручную
Приемы рубки металла
Рубка зубилом
Правила безопасности при рубке металла

7. И.Мельников «Коррозия и термическая обработка» 2013 год, 22 стр. (248 кб. fb2)

В книге рассказывается о явлении химической и электрохимической коррозии металлов, свойствах, причинах ее появления и методах защиты от нее. Так же, в книге дана краткая информация по термообработке металлов: отжиг, нормализация, закалка, отпуск. Упоминается технология термохимической обработки черных металлов.

Оглавление.
Коррозия металла
Методы защиты от коррозии
Термическая обработка металлов: отжиг, нормализация, закалка и отпуск
Химико-термическая обработка черных металлов

8. И.Мельников «Закрепление камней в изделиях и художественное литье» 2013 год, 26 стр. (261 кб. fb2)

Из книги вы узнаете некоторые способы крепления камней в изделии — технологии применяемой в ювелирном деле. Приводится информация по художественному литью из металла. Дается краткое описание технологии литья в земляные формы и её истории.

Оглавление.
Особенности производства художественных изделий из металла
Художественное литье
Литье в земляные формы

Назначение термической обработки

вторичная кристаллизация сплава;
переход гамма железа в состояние альфа железа;
переход крупных частиц в пластинки.

Внутренняя структура двухфазной смеси напрямую влияет на эксплуатационные качества и легкость обработки.

Образование структур в зависимости от интенсивности охлаждения

Основное назначение термической обработки — это придание сталям:

В готовых изделиях:
1. прочности;
2. износостойкости;
3. коррозионностойкость;
4. термостойкости.

В заготовках:
1. снятие внутренних напряжений после
  - литья;
  - штамповки (горячей, холодной);
  - глубокой вытяжки;
2. увеличение пластичности;
3. облегчение обработки резанием.

Термическая обработка применяется к следующим типам сталей:

Углеродистым и легированным.
С различным содержанием углерода, от низкоуглеродистых 0,25% до высокоуглеродистых 0,7%.
Конструкционным, специальным, инструментальным.
Любого качества.

Нанотехнологии

Метод фемтосекундной лазерной абляции остается актуальным способом получения в металле наноотверстий. При этом появляются новые, менее затратные и более эффективные технологии. Изготовление металлических наномембран путем пробивания отверстий методом ионного травления. Отверстия получаются диаметром 28,98 нм с плотностью 23,6х10 6 на мм 2 .

К тому же ученые из США разрабатывают новый, более прогрессивный способ получение металлического массива наноотверстий методом испарения металла по шаблону из кремния. В наши дни свойства таких мембран изучаются с перспективой применения в солнечных батареях.

Термическая обработка металла