Обозначение термической обработки металла на чертеже
Самые ранние свидетельства использования отжига для размягчения холоднодеформированного металла относятся к концу пятого тысячелетия до нашей эры. Этот отжиг был первым случаем термической обработки металлов. Изготавливая оружие и орудия из железа, полученного методом обжига, кузнец нагревал руду, в древесном угле, для подготовки к горячей обработке (ковке). Нагревание науглероживаало железо; то есть происходила цементация - форма химической обработки. После охлаждения кованого изделия из науглероженного железа в воде кузнец заметил увеличение твердости и улучшение других свойств. Процесс закалки науглероженного железа закалкой в воде применялся с конца второго до начала первого тысячелетия до нашей эры. В «Одиссее» Гомера (восьмой-седьмой века до нашей эры) мы видим строки: «Когда кузнец окунает светящийся топор или секиру в холодную воду, железо шипит и с бульканьем становится сильнее, закаляется в огне и воде». В пятом веке до нашей эры этруски закаливали зеркала из бронзы с высоким содержанием олова в воде, главным образом для улучшения блеска после полировки. При быстром охлаждении металл становился более твердым и менее хрупким. Цементирование железа в древесном угле или другом органическом веществе с последующей закалкой и отпуском полученной стали стало широко использоваться в средние века для изготовления ножей, мечей, напильников и других инструментов. Не понимая изменений, происходящих в металле, средневековые мастера часто приписывали улучшенные свойства, полученные при термообработке, сверхъестественным причинам.
Технологические потребности, особенно необходимость производства стальных орудий, превратили термическую обработку из искусства в науку. В середине XIX века, когда военные стремились заменить бронзовые и чугунные пушки более прочными, стальными аналогами, проблема производства высокопрочных стволов приобрела большую актуальность. Несмотря на то, что металлурги знали процедуры плавки и разливки стали, стволы орудий часто взрывались без видимой причины. На Обуховском заводе в Санкт-Петербурге наблюдая под микроскопом шлифы, приготовленные из дул орудий, и изучая под лупой строение изломов в месте разрыва, Дмитрий Константинович Чернов (1839 — 1921 гг.) пришел к выводу, что сталь тем прочнее, чем мельче ее структура. В 1868 году Чернов обнаружил внутренние структурные превращения, происходящие в охлажденной стали при определенных температурах, которые он назвал критическими точками a и b. Если сталь нагревается до температуры ниже точки а, она не может быть закалена, сталь необходимо нагреть до температуры выше точки b для получения мелкозернистой структуры. Открытие Черновым критических точек структурных превращений в стали дало научную основу для выбора цикла термообработки для получения требуемых свойств стальных изделий, его первые исследование послужили основой для последующего удивительного прогресса в области металлургии стали, для которой вторжение научных знаний оказалось поистине революционным
До 19 века знания о термообработке ограничивались набором процедур, накопленных за многовековой опыт. В 1906 г. А. Вильм из Германии открыл дюралюминий и, в процессе этого, упрочнение старением - очень важный метод упрочнения сплавов на основе таких металлов, как алюминий, медь, никель и железо. Термомеханическая обработка медных сплавов, подвергающихся старению, была разработана в 1930-х годах, а в 1950-х годах началась термохимическая обработка стали, что позволило значительно повысить прочность стальных изделий.Современная обработка металлов стала намного более сложной и точной, что позволяет использовать разные методы для разных целей.
Термическая обработка представляет собой любую из ряда контролируемых операций нагрева и охлаждения металлов, используемых для достижения желаемого изменения их физических и механических свойств, не позволяя им изменять свою форму. Можно сказать, что термическая обработка является методом упрочнения металлов, но также может использоваться для изменения некоторых механических свойств, таких как улучшение механической обработки и т. д. Наиболее распространено применение термической обработки для сплавов на основе железа (стали и чугуны), реже - сплавы на основе тугоплавких металлов, твердые сплавы и ещё реже сплавы цветных металлов, хотя практически все металлы могут образовывать диффузионные слои с подавляющим большинством химических элементов Периодической системы элементов Д. И. Менделеева.
Со временем было разработано множество различных методов. Даже сегодня металлурги постоянно работают над улучшением результатов и рентабельности этих процессов. Это очень важный производственный процесс, который может не только помочь производственному процессу, но и во многих отношениях улучшить продукт, его производительность и характеристики. Рекристаллизационный отжиг холоднокатаной меди снижает предел прочности с 400 до 220 меганьютон на квадратный метр (МН / м2) или с 40 до 22 килограммов-сил на квадратный миллиметр (кгс / мм2), и в то же время увеличивает относительное удлинение от 3 до 50 процентов. Отожженная сталь У8 имеет твердость 180 HB; закалка поднимает показатель до 650 НВ. Сталь 38 ХМЮА после закалки имеет твёрдость 470 HV, а после азотирования твёрдость поверхностного слоя достигает 1200 HV. Предел прочности дуралюмина Д16 после отжига, закалки и естественного старения равен соответственно 200, 300 и 450 Мн/м 2 (20, 30 и 45 кгс/мм 2). Предел упругости σ0.002 бериллиевой бронзы после закалки равен 120 Мн/м 2 (12 кгс/мм 2), а после старения 680 Мн/м 2 (68 кгс/мм 2).
Термическая обработка металлов может быть нескольких видов – термической, термомеханической, а также химико-термической.
Термическая обработка – воздействие только температур на металл.
Термомеханическая – воздействие температур и пластических деформаций детали.
Химико-термическая – наиболее сильный метод, сочетает в себе воздействие температур и химических веществ.
Виды термической и ХТО обработки стали
Отжиг — термическая обработка (термообработка) металла, при которой производится нагревание металла, а затем медленное охлаждение. Эта термообработка (т. е. отжиг) бывает разных видов (вид отжига зависит от температуры нагрева, скорости охлаждения металла).
Закалка — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, основанная на перекристаллизации стали (сплавов) при нагреве до температуры выше критической; после достаточной выдержки при критической температуре для завершения термической обработки следует быстрое охлаждение. Закаленная сталь (сплав) имеет неравновесную структуру, поэтому применим другой вид термообработки — отпуск.
Отпуск — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, проводимая после закалки для уменьшения или снятия остаточных напряжений в стали и сплавах, повышающая вязкость, уменьшающая твердость и хрупкость металла. Отличие отжига и закалки состоит в скорости охлаждения металла после нагрева до критических температур.
Нормализация — термическая обработка (термообработка), схожая с отжигом. Различия этих термообработок (нормализации и отжига) состоит в том, что при нормализации сталь охлаждается на воздухе (при отжиге — в печи).
Криогенная обработка проводится при охлаждении материала до отметок самых низких температур (ниже -153 ° C (-243,4 ° F)). Данный вид термической обработки способствует увеличению твёрдости, износостойкости и прочности металлов в результате трансформации остаточного аустенита в мартенсит. Оборудование для проведения криогенной обработки называется (Криогенный процессор).
В зависимости от насыщающего элемента различают следующие процессы химико-термической обработки:
однокомпонентные: цементация стали - насыщение углеродом; азотирование - насыщение азотом; алитирование - насыщение алюминием; хромирование - насыщение хромом; борирование - насыщение бором; силицирование - насыщение кремнием;
многокомпонентные: нитроцементация (цианирование, карбонитрация) - насыщение азотом и углеродом; боро- и хромоалитирование - насыщение, бором или хромом и алюминием, соответственно; хромосилицирование – насыщение хромом и кремнием и т.д.
При тщательном соблюдении этих методов можно производить металлы различных стандартов с удивительно конкретными физическими и химическими свойствами.Стандартом ГОСТ 2.310—68 (СТ СЭВ 367—76) установлены следующие правила нанесения на чертежах указаний о термической и химико-термической обработке, обеспечивающей получение необходимых свойств материала детали, должны содержать показатели свойств, которые будут получены в результате проведения необходимых технологических процессов.
Твердость :
✅НВ (по Бринелю),
✅HV (по Виккерсу),
✅HRA (по Роквеллу, шкала А),
✅HRB (по Роквеллу, шкала В),
✅HRCэ (по Роквеллу, шкала Сэ).
Ударная вязкость: ( KCV, KCU, KCT ) ;
Предел упругости: ( σу ) ;
Предел прочности: ( σв ) .
Для обозначения глубины обработки на технических чертежах используется символ h .Чтобы обозначить глубину, на которую должна производиться обработка, а также необходимую твердость материала, используются предельные значения « от…до », к примеру: h0,6…0,8; 30…35 HRC.Тогда, когда это обосновано с технической точки зрения, действующие стандарты допускают обозначать эти величины их номинальными значениями с указанием предельных отклонений, к примеру: 0,8±0,1; (43±3) НRС.При нанесении текстовой информации о величинах свойств материалов на чертеже допускается применять знаки ≤ или ≥, например: σв ≥ 1300 кгс/см2 , твердость ≥ 650 HV и т.п.
Существуют разновидности термической обработки, результаты проведения которой контролю не подвергаются (таковой, к примеру, является отжиг). Кроме того, технологический процесс изготовления деталей нередко предполагает проведения только одного вида обработки, гарантирующего достижения всех требуемых свойств материала и долговечности изготавливаемой детали.
Если всю деталь подвергают термообработке одного вида, то в технических требованиях чертежа приводят требуемые показатели свойств материала
Если всю деталь подвергают термообработке одного вида, то в технических требованиях чертежа приводят требуемые показатели свойств материала; запись типа:
а) НВ235...265 или НВ250+/-15;
б) HRC44...50 или HRC47+/-3;
в) ТВЧ h1,6...2,0, HRC50...56 или ТВЧ h1,8.+/-0,2, HRC53+/-3;
г) Цементировать h 0,8...1,2 или h1,0+/-0,2 или h = 0,8...1,2; HRC56...62 или HRC5+/-3
д) Отжечь
Если термообработке подвергают отдельный участок детали, то его обводят на чертеже утолщенной штриховой пунктирной линией, а на полке линии выноски наносят показатели свойств материала. При этом используется та проекция изделия, на которой такое обозначение будет ясно определено.
Если всю деталь подвергают одному виду термообработки, а некоторые ее части другому или оставляют без обработки, в технических требованиях делают запись по типу:
а) "HRC 51..56, кроме места, обозначенного особо".
б) "HRC 65..70, кроме поверхности А".
В тех случаях, когда симметричные поверхности или участки деталей обрабатываются одинаково, все они отмечаются утолщенной штрихпунктирной линией. Указание свойств материала делается только один раз.
Место испытания твердости
В случае если это необходимо, место проверки показателя твердости обозначают на чертеже в зоне требуемой твердости.
К термообработке можно привести массу положительных показателей, самыми основными преимуществами проведения подобных процессов являются:
✅поверхностного упрочнения металлов и сплавов (повышения твёрдости, износостойкости, усталостной и коррозионно-усталостной прочности, сопротивления кавитации и т.д.);
✅сопротивления химической и электрохимической коррозии в различных агрессивных средах при комнатной и повышенных температурах;
✅придания изделиям требуемых физических свойств (электрических, магнитных, тепловых и т.д.);
✅придания изделиям соответствующего декоративного вида (преимущественно с целью окрашивания изделий в различные цвета);
✅облегчения технологических операций обработки металлов (давлением, резанием и др.).
