Термообработка металла

Термообработка металла позволяет изменить эксплуатационные свойства заготовки или готовой детали без изменения ее основной формы. Контролируемые нагрев, выдержка и охлаждение применяются для повышения твердости и износостойкости, снятия внутренних напряжений, улучшения прочности или подготовки материала к последующей механической обработке.

Компания «Интех» выполняет термическую обработку металлических деталей по чертежам и техническим требованиям заказчика. Работы могут входить в полный цикл изготовления изделия или выполняться как отдельная операция для предоставленных заготовок. Для расчета необходимо указать марку материала, размеры и количество деталей, исходное состояние металла, требуемые показатели твердости и глубину упрочненного слоя, если она предусмотрена документацией.

Для чего нужна термообработка деталей

После токарной, фрезерной, зуборезной или сварочной обработки металл не всегда обладает свойствами, необходимыми для дальнейшей эксплуатации. Поверхность может быстро изнашиваться, а в материале могут сохраняться напряжения, способные вызвать деформацию изделия. Правильно выбранный режим термообработки помогает получить требуемое сочетание прочности, твердости, вязкости и устойчивости к нагрузкам.

Термическую обработку применяют, чтобы:

• повысить твердость рабочей поверхности;
• увеличить сопротивление трению и абразивному износу;
• улучшить прочность ответственных деталей;
• снять напряжения после сварки или механической обработки;
• стабилизировать размеры изделия;
• подготовить заготовку к резанию, шлифованию или окончательной доводке;
• получить твердую поверхность при сохранении более вязкой сердцевины.

Результат зависит не только от температуры нагрева. Учитываются химический состав сплава, геометрия детали, ее исходное состояние, скорость охлаждения и требования к готовому изделию. Поэтому режим выбирают по технической документации, а не только по наименованию материала.

Виды термообработки металла

Закалка металла

Закалка применяется для увеличения твердости и прочности металлических изделий. Деталь нагревают до установленной для конкретной марки стали температуры, выдерживают, а затем охлаждают с заданной скоростью. Среда и режим охлаждения подбираются с учетом состава материала, толщины сечения и риска появления деформаций.

После закалки обычно выполняют отпуск. Он помогает уменьшить внутренние напряжения и получить более сбалансированное сочетание твердости и вязкости.

Закалка ТВЧ

Закалка токами высокой частоты используется для локального упрочнения поверхности. Нагревается не весь объем детали, а заданная зона: зубья, шейки, рабочие дорожки, посадочные поверхности или другие участки, испытывающие повышенный износ.

ТВЧ подходит для валов, осей, шестерен, звездочек, втулок и других деталей, которым требуется твердая рабочая поверхность при сохранении прочной сердцевины. Глубина слоя и обрабатываемые зоны задаются в чертеже или согласовываются перед запуском заказа.

Отпуск металла

Отпуск проводят после закалки для снижения хрупкости и внутренних напряжений. Температура и продолжительность выдержки зависят от требуемых характеристик изделия. Операция позволяет сохранить необходимую прочность и одновременно повысить сопротивление ударным и переменным нагрузкам.

Отжиг металла

Отжиг применяют для уменьшения твердости, улучшения обрабатываемости и выравнивания структуры материала. Такая обработка может потребоваться перед резанием, штамповкой или другими технологическими операциями.

Кроме того, отжиг используют для снятия напряжений, возникших после сварки, литья или интенсивной механической обработки. Конкретный режим подбирается по марке материала, исходному состоянию заготовки и последующим операциям.

Нормализация стали

Нормализация помогает получить более однородную структуру стали, улучшить ее механические свойства и подготовить заготовку к дальнейшему производству. После нагрева деталь охлаждается на воздухе.

Операция может применяться как самостоятельный этап или входить в технологический маршрут изготовления изделия. Температура нагрева и продолжительность выдержки определяются маркой стали и требованиями к готовой детали.

Цементация стали

Цементация применяется, когда детали требуется твердая износостойкая поверхность и более вязкая сердцевина. Поверхностный слой насыщается углеродом, после чего выполняются необходимые операции закалки и отпуска.

Метод востребован при изготовлении зубчатых колес, валов, втулок, пальцев, осей и других элементов механизмов, работающих под контактной нагрузкой. Требуемая глубина слоя и итоговая твердость указываются в конструкторской документации.

Азотирование металла

Азотирование предназначено для повышения поверхностной твердости, износостойкости и сопротивления усталостным нагрузкам. Обработка применяется для деталей, к которым предъявляются повышенные требования по сохранению геометрии и состоянию рабочей поверхности.

Возможность азотирования, требуемая глубина слоя и режим процесса определяются по марке материала и условиям эксплуатации изделия.

Какие изделия принимаются в работу

Термообработка востребована при производстве деталей машин, приводов, редукторов, станочного и технологического оборудования. В работу могут передаваться как отдельные заготовки, так и партии изделий после предварительной механической обработки.

Наиболее часто термическая обработка требуется для:

• валов и валов-шестерен;
• осей, пальцев и шкворней;
• зубчатых колес и шестерен;
• звездочек и червячных пар;
• втулок, колец и направляющих;
• штоков и плунжеров;
• крепежных и резьбовых деталей;
• элементов пресс-форм, штампов и технологической оснастки;
• сварных и корпусных изделий;
• запчастей для промышленного оборудования.

До начала работ оцениваются материал, размеры, конфигурация и наличие тонких участков, отверстий, резьб или сложных переходов. Эти особенности влияют на нагрев, охлаждение и вероятность изменения геометрии.

Термообработка стали и других сплавов

Выбор технологии зависит от химического состава и исходного состояния материала. Один и тот же температурный цикл нельзя применять ко всем маркам стали, поскольку они отличаются прокаливаемостью, содержанием углерода и легирующих компонентов, чувствительностью к скорости охлаждения.

Термообработке могут подвергаться:

• углеродистые стали;
• конструкционные легированные стали;
• инструментальные стали;
• нержавеющие и жаропрочные сплавы;
• чугунные детали;
• цветные металлы и сплавы, для которых предусмотрена соответствующая технология.

Перед запуском работ необходимо подтвердить марку материала. При отсутствии сертификата или точных данных может потребоваться дополнительное исследование состава заготовки.

Как выбирается технология

Одинаковая операция не дает одинакового результата для всех сплавов и деталей. При разработке технологического маршрута учитываются:

• марка и химический состав материала;
• способ получения заготовки;
• состояние металла до обработки;
• габариты и толщина сечений;
• требуемая твердость;
• глубина упрочненного слоя;
• допустимая деформация;
• необходимость последующего шлифования;
• условия работы готового изделия.

Если после нагрева и охлаждения предусмотрена финишная механическая обработка, в чертеже необходимо оставить соответствующие припуски. Для точных посадочных поверхностей может потребоваться шлифование, доводка или контроль геометрии после завершения термического цикла.

Этапы выполнения заказа

На первом этапе специалисты изучают чертеж, техническое задание и сведения о материале. Если документации нет в полном объеме, заказчику необходимо передать доступные данные об изделии и условиях его эксплуатации.

После анализа согласовываются вид термообработки, требуемые показатели, объем партии и место операции в общем технологическом процессе. Далее детали подготавливаются, проходят нагрев, выдержку и контролируемое охлаждение. При необходимости выполняются дополнительные циклы, финишная механическая обработка и контроль полученных характеристик.

Для расчета заказа желательно предоставить:

1. чертеж или эскиз детали;
2. марку материала;
3. габариты и массу изделия;
4. количество деталей в партии;
5. требуемую твердость;
6. глубину упрочненного слоя;
7. допуски на изменение геометрии;
8. необходимость последующего шлифования или другой обработки.

Чем подробнее исходные данные, тем точнее можно определить технологию, сроки и стоимость работ.

Контроль после термообработки

После завершения технологического цикла необходимо проверить, соответствует ли результат требованиям чертежа и технического задания. Состав контрольных операций зависит от назначения детали и заданных характеристик.

Могут проверяться:

• поверхностная или объемная твердость;
• глубина упрочненного слоя;
• геометрические размеры;
• биение и соосность;
• состояние поверхности;
• отсутствие трещин и других дефектов;
• соответствие партии установленным требованиям.

Особое внимание уделяется деталям, работающим под значительными контактными, ударными или циклическими нагрузками. Для таких изделий результат термообработки напрямую влияет на срок службы всего узла.

От чего зависит цена термообработки

Стоимость рассчитывается индивидуально. На нее влияют вид процесса, марка металла, размеры и масса деталей, продолжительность цикла, требуемые характеристики и объем партии.

Также при расчете учитываются:

• сложность геометрии изделия;
• необходимость локального упрочнения;
• требуемая глубина слоя;
• подготовка поверхности;
• дополнительные циклы нагрева;
• последующая механическая обработка;
• объем контрольных операций;
• срочность выполнения заказа.

Обработка партии однотипных изделий рассчитывается иначе, чем выполнение единичного заказа. Для серийного производства дополнительно оцениваются повторяемость процесса, размещение деталей и требования к контролю каждой партии.

Термообработка в составе полного цикла изготовления

Термическую обработку важно заранее включать в маршрут производства. Нагрев может изменить геометрию изделия, поэтому ответственные поверхности нередко обрабатывают окончательно уже после закалки, цементации или других упрочняющих операций.

Компания «Интех» может организовать последовательное изготовление детали: подготовку заготовки, токарную и фрезерную обработку, нарезание зубьев, термообработку, шлифование и итоговый контроль. Такой подход упрощает согласование между этапами и позволяет учитывать требования к материалу еще при подготовке технологии.

Чтобы заказать термообработку металла, направьте чертеж, сведения о материале и требования к готовой детали. После изучения документации специалисты определят подходящий вид обработки и подготовят расчет стоимости.