Термообработка металлов
Под термообработкой металлов понимают постоянное или временное изменение физико-механических свойств металла или сплава под действием температурной обработки. Временное изменение свойств металлов или сплавов применяют при ковке, гибке, штамповке и других механических обработках деталей.
Из постоянных изменений свойств металлов, в строительстве используются, в основном: отпуск, отжиг, снятие внутренних напряжений и закалка. Снятие внутренних напряжений представляет из себя нагрев детали до температуры, ниже первой критической точки на диаграмме состояния углерод-железо (275*С), или около этой температуры (для низкоуглеродистых сталей с небольшим количеством примесей. Такой нагрев выдерживается в речении нескольких минут или немного больше, затем производится плавной охлаждение с использованием термостойких теплоизоляционных материалов. Такая обработка применяется для снятия напряжений после гибки, ковки или сварки, обычно для низкоуглеродистых сталей (до СТ10, то есть 0,1% содержания углерода).
Более глубокая обработка – отпуск, применяется для снятия напряжений в металле и снижения твердости металла за счет некоторых перестроений кристаллической решетки. Такая обработка производится в интервале температур 280-750*С. Методика как для предыдущего случая, за исключением интервала температур. Эта термическая обработка производится для средне и высокоуглеродистых сталей, перед их механической обработкой. В обоих этих случаях, не стоит увлекаться слишком долгим нагревом, особенно для сталей и сплавов, содержащих более одного металла, так как это влечет за собой выпадение одного их металлов в виде отдельной фракции, за счет роста дендритов (игл) или других ассоциатов в кристаллической решетке. Такие процессы резко и необратимо снижают механические свойства металла или сплава. Значительно продуктивнее соблюдать плавное и медленное охлаждение.
В случае чугунных (серый чугун обычный “СЧ”, или более редкий сталистый чугун) деталей, или высокоуглеродистых нелегированных конструкционных сталей может применяться отжиг. То есть, длительная термообработка детали при температурах отпуска, с целью снижения твердости и повышения ковкости. При этом происходит сферизация (от слова сфера) цементитных элементов структуры. Такая обработка может длятся часами; в строительстве используется редко.
При ремонте или кустарном изготовлении инструмента может потребоваться закалка – повышение твердости детали при резком охлаждении от температуры, выше второй критической точки диаграммы (775*С) до комнатной. Охлаждение должно быть максимально быстрым (для каждого сорта стали своя скорость), а нагрев не слишком продолжительным.
Для сталей с высоким содержанием углерода можно использовать сравнительно невысокие температуры закалки (800-850*С), а для сталей содержащих хром, более высокие (1000-1100*С). При этом, для получения относительно низких твердостей (до порядка 40 ед. по шкале Рокуэлла) используют водное охлаждение, при высоких температурах нагрева – масляное. В ряде случаев (среднеуглеродистые легированные стали), может применяться охлаждение в соляном растворе.
При всех видах термообработки лучше использовать электропечи с дуговым или резистивным обогревом, так как индукционные печи, своим магнитным полем создают ненужные магнитные поля и, как следствие, внутренние напряжения. В крайнем случае, можно применять обогрев в печах на природном газе или древесном угле, но в этом случае результат очень сильно зависит от навыков и опыта термиста.