Сущность термической обработки и ее виды

      Изотермическая закалка (закалка в горячих средах) основана на изотермическом распадении аустенита. Охлаждение ведется до температуры несколько выше начала мартенситного превращения (200—300 °С) в зависимости от марки стали. В качестве охладителя используют соленые расплавы или масло, нагретое до 200—250 °С. При температуре горячей ванны заготовка выдерживается продолжительное время, пока пройдет инкубационный период и период превращения аустенита (кривая 4 на рис. 3). В результате получается структура бейнита, по твердости близкая к мартенситу, но более вязкая и пластичная. Последующее охлаждение производится на воздухе.

      При изотермической закалке вначале требуется быстрое охлаждение со скоростью не менее критической, чтобы избежать распадения аустенита.     Следовательно, по этому методу можно закаливать лишь небольшие (диаметром примерно до 8 мм) заготовки из углеродистой стали, так как массивные заготовки не удается быстро охладить. Это не относится однако к легированным сталям, большинство марок которых имеют значительно меньшие критические скорости закалки. Большим преимуществом изотермической закалки является возможность рихтовки (выправления искривлений) заготовок во время инкубационного периода превращения аустенита (который длится несколько минут), когда сталь еще пластична.

       Закалка при помощи газовой горелки. Кислородно-ацетиленовое пламя газовой горелки с температурой около 3200 °С направляется на поверхность закаливаемой заготовки и быстро нагревает ее поверхностный слой до температуры выше критической. Вслед за горелкой перемещается трубка, из которой на поверхность заготовки направляется струя воды, закаливая нагретый слой. Этот способ применяется для изделий с большой поверхностью (например, для прокатных валков, зубьев больших шестерен и т. д.).

      Закалка токами высокой частоты по методу В. П. Вологдина нашла очень широкое применение в промышленности, так как отличается высокой производительностью, легко поддается автоматизации.

      Обработка холодом. Этот метод применяется для повышения твердости стали путем перевода остаточного аустенита закаленной стали в мартенсит. Холодом обрабатывают углеродистую сталь, содержащую больше 0,5 % С, у которой температура конца мартен-ситного превращения находится ниже 00 С, а также легированную сталь (например, быстрорежущую).

     Отпуск стали. Отпуск смягчает действие закалки, снимает или уменьшает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева заготовок до температуры ниже критической; при этом в зависимости от температуры могут быть получены структуры мартенсита, троостита или сорбита отпуска.

      При низком отпуске (нагрев до температуры 150—200 °С) в структуре стали в основном остается мартенсит, который однако имеет другую решетку, как сказано выше. Кроме того, начинается выделение карбидов железа из пересыщенного твердого раствора углерода в a-железе и начальное скопление их небольшими группами. Это влечет за собой некоторое уменьшение твердости и увеличение вязкости стали, а также уменьшение внутренних напряжений в заготовках. Для низкого отпуска, заготовки выдерживают в течение определенного времени обычно в масляных или солевых ваннах. Если для низкого отпуска заготовки нагревают в атмосфере воздуха, то для контроля температуры часто пользуются цветами побежалости, появляющимися на зачищенной поверхности заготовки. Появление этих цветов связано с интерференцией белого цвета в пленках оксида железа, возникающих на поверхности заготовки при ее нагреве. Для углеродистой стали в интервале температур от 220 до 330 °С в зависимости от толщины пленки цвет изменяется от светло-желтого до серого. Для легированной стали соответствующие температуры выше. Низкий отпуск применяют для режущего инструмента из углеродистых и легированных сталей, измерительного инструмента, цементированных заготовок, а также других изделий, работающих в условиях трения на износ.

      При среднем (нагрев в пределах 300—500 °С) и высоком (500—700 °С) отпуске структура мартенсита переходит соответственно в структуру троостита или сорбита. Чем выше температура отпуска, тем меньше твердость отпущенной стали и тем больше ее вязкость. При высоком отпуске сталь получает наилучшее сочетание механических свойств: повышенные прочность, вязкость и пластичность; поэтому закалку на мартенсит с последующим высоким отпуском называют улучшением стали. Средний отпуск применяют при производстве кузнечных штампов, пружин, рессор, а высокий—для многих деталей, подверженных действию высоких напряжений (например, осей автомобилей,

шатунов двигателей). 
      Процесс закаливания состоит в нагревании стали примерно до температуры 820° С и быстром охлаждении в масле или воде.

 

 

 

 

 

 Таблица-1 "Термическая обработка инструмента"

Инструмент	Марка стали	Температура закалки, °С	Охлаждающая среда	Температура отпуска, °С	Примечание
Резцы	У10А, У12А	760—810	Вода	200	Медленный нагрев
Сверла перовые	ХГ	830	Масло	220	—
Перки ложковые и центровые	У7А	780—830	Вода	280	—
Метчики	У12А	760—810	“”	210	Квадрат отпустить  до 260 °С
Плашки	У12А	760—810	“”	210	Проемы плашек отпустить до 300° С

Для определения  температуры нагрева пользуются специальными приборами - пирометрами. При отсутствии пирометра степень  нагрева определяют приблизительно по цвету каления.

 
Таблица-2 "Цвета каления стали"

Цвет	Наименование	t° С
	Ослепительно  белый	1250 - 1300
	Светло-желтый	1150 - 1250
	Темно-желтый	1050 - 1150
	Оранжевый	900 - 1050
	Светло-красный	830 - 900
	Светло-вишнево-красный	800 - 830
	Вишнево-красный	770 - 800
	Темно-вишнево-красный	730 - 800
	Темно-красный	650 - 730
	Коричнево-красный	580 - 650
	Темно-коричневый	530 - 580

      В закаленном состоянии сталь обладает большой твердостью и вместе с тем хрупкостью. 
      Чтобы придать стали вязкость, производится так называемый отпуск стали после закалки. Для этого ее нагревают до 220-300° С и охлаждают в воде или масле. Твердость стали несколько уменьшается, так как структура ее изменяется и она становится более вязкой. Меняя температуру отпуска, можно получить разные механические свойства. При нагреве стали на воздухе ее поверхность окрашивается в различные цвета, называемые цветами побежалости. Каждый цвет побежалости соответствует вполне определенной температуре и может служить указателем для определения степени нагрева при отпуске стали. 

Таблица-3"Температуры отпуска и цвета побежалости различного инструмента после закалки"

Инструмент	Температура отпуска, °С	Цвет побежалости
Сверла перовые, плашки, зенковки, развертки, матрицы  и пуансоны вырубные, цанги, чертилки, шаберы, фрезы	200	Светло-соломенный
Резцы (калить рабочую  часть), метчики, угольники и линейки  лекальные, кондукторные втулки, центры, полотна ножовок и лобзиков	225	Светло-желтый
Клуппы и  воротки, кусачки, стамески, ножницы  по металлу, зубила, креицмессели	240	Соломенно-желтый
Молотки слесарные  и медницкие	255	Коричнево-желтый
Матрицы и пуансоны вытяжные, бородки	265	Красно-коричневый
Ролик для накаток	275	Пурпурно-красный
Перки столярные, железки рубаночные, отвертки, обжимки, натяжки	285	Фиолетовый
Долота столярные, державки для резцов, призмы разметочные, ножи	295	Ярко-синий
Ключи гаечные, пассатижи, плоскогубцы, круглогубцы	310	Светло-синий
Оправки для  токарных и фрезерных станков, полотна  пил по дереву	325	Серый

     Отпуск выполняется следующим образом: закаленную деталь, покрытую слоем окалины, зачищают до блеска шкуркой и кладут на песок, насыпанный в металлическую плоскую коробку. Песок вместе с коробкой медленно нагревают и ждут появления на поверхности детали цвета побежалости, соответствующего определенной температуре отпуска. Сначала поверхность стали окрасится в бледно-желтый цвет, который по мере нагревания песка перейдет в желтый, коричневый и т. д. Так, например, пружины отпускают до фиолетового цвета, инструмент, требующий по сравнению с пружиной большей твердости, обычно

отпускают до соломенно-желтого  цвета. 

Таблица-4 "Цвета побежалости стали"

Цвет	Наименование	t° С
	Серый	325
	Светло-синий	310
	Ярко-синий	295
	Фиолетовый	285
	Пурпурно-красный	275
	Красно-коричневый	265
	Коричнево-желтый	255
	Соломенно-желтый	240
	Светло-желтый	225
	Светло-соломенный	200

      Когда температура нагрева для отпуска будет достаточной, деталь берут пинцетом или щипцами и быстро охлаждают в воде или масле. Степень отпуска пробуют на краю детали бархатным надфилем. Чем мягче отпущенная деталь, тем легче "берет" ее надфиль. По закаленной и неотпущенной детали надфиль скользит, как по стеклу. 
      Отжиг стали служит для выполнения задачи, обратной закалке. В тех случаях, когда закаленную деталь требуется обрабатывать режущим инструментом, необходимо произвести ее отжиг. Отжиг стали заключается в нагревании ее до температуры 800-900° С с последующим медленным охлаждением. После отжига сталь легко поддается обработке. 
      Малоуглеродная сталь отжигается таким же способом. Ее отжиг необходим в тех случаях, когда после прокатки она имеет повышенную твердость (в результате нагартовки - уплотнения материала), а для изготовления деталей требуется повышенная вязкость (например, при штамповке, вытяжке и т.п.). 
 
 1.3 Термическая обработка дюралюминия 

  
Термическая обработка дюралюминия заключается в закалке и отжиге. 
Дюралюминий обладает способностью изменять свои механические качества в зависимости от теплового режима обработки. 
Закаливание дюралюминия, или, как иначе называют, "облагораживание", применяется для повышения его прочности. Процесс закалки состоит в нагреве до температуры 500-510° С, выдержка в нагретом состоянии, причем время выдержки зависит от толщины материала, и охлаждении в воде. 

Таблица-5 "Время выдержки дюралюминия при закалке"

Толщина материала, мм	0,5	0,8	1.0	1,5	2	2,5	3,0
Время выдержки при нагреве дюралюминия, мин	5	10	15	22	30	35	40

     Закалка дюралюминия отличается от закалки стали тем, что сталь повышает свою твердость немедленно, а дюралюминий постепенно, в течение трех-четырех дней при комнатной температуре. Этот процесс нарастания твердости носит название старения и обозначается буквой Т. Соответственно Т1 обозначает систему термообработки в течение 8-10 ч при 160° С, а Т2 систему термообработки в течение 10 ч при 120° С (в последнем случае материал более коррозиеустойчив). 
      Сразу после закалки дюралюминий становится пластичным, легко гнется и хорошо поддается выколотке. С течением времени он увеличивает свою твердость, но теряет пластичность и не выдерживает даже двукратных перегибов. 
      Отжиг дюралюминия придает ему постоянную пластичность. Отжиг состоит в нагревании до температуры 360° С, выдержке при этой температуре и охлаждении в воде или на воздухе. После отжига дюралюминий становится мягким, может выдерживать глубокие выколотки и давление. Прочность отожженного дюралюминия почти вдвое ниже, чем закаленного. 
      Для приблизительного определения температуры нагрева существует два способа. По первому способу при отжиге водят деревянной лучинкой по нагретой поверхности металла. При достижении температуры отжига лучинка начинает обугливаться и оставляет темный след. По второму способу поверхность металла смазывают тонким слоем минерального масла и постепенно нагревают. При температуре, близкой к 300° С, масло потемнеет, а при дальнейшем повышении температуры отжига постепенно исчезает. 
 
 1.4 Термическая обработка латуни 

  
      Термическая обработка латуни заключается только в отжиге. При обработке давлением или выколачивании деталей, изготовленных из латуни, желательно повысить ее пластичность. Для этого латунь нагревают до температуры немного более 500° С и дают остыть на воздухе. После отжига латунь становится мягкой и легко гнется и выколачивается. При дальнейшей обработке давлением, прокатыванием и выколачиванием латунь снова нагартовывается и становится жесткой. В этом случае производят повторный отжиг. При глубоких вытяжках, чтобы избежать образования трещин, латунь приходится отжигать несколько раз.

2 Дорожные покрытия

 

Автомобильные дороги имеют важное экономическое, социальное и оборонное значение для страны. Состояние дорожного  хозяйства – один из важнейших  показателей, характеризующих уровень  развития производительных сил общества.