Гост термическая обработка металлов

Термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, металлов.

Вы здесь

Каталог

Термическая обработка (термообработка) — это технологический процесс изменения структуры сталей, сплавов и цветных металлов посредством широкого диапазона температур: поэтапных нагреваний и охлаждении с определенной скоростью. Такая обработка очень сильно изменяет свойства сталей, сплавов, металлов в сторону улучшения показателей, но при этом не изменяя их химический состав. Можно сказать, что основная цель термической обработки – это улучшение свойств и характеристик изделий из него.

Виды (стадии) термической обработки стали

Отжиг — термическая обработка (термообработка) металла, представляющая собой процесс нагревания до заданной температуры, а затем процесс медленного охлаждения. Отжиг бывает разных видов в зависимости от уровня температур и скорости процесса.

Нормализация — термообработка, принципиально похожая на отжиг. Основное отличие в том, что процесс отжига предполагает печь, а при нормализации охлаждение стали проходит на воздухе.

Закалка — этап термообработки, основанный на нагревании сырья до такого уровня температуры, который является выше критического (перекристаллизация стали). После выдержки в такой температуре в заданном интервале времени происходит охлаждение, быстрое, с заданной скоростью. Закаленной стали (сплавам) свойственна неравновесная структура и поэтому применяется такой вид термообработки как отпуск.

Отпуск — стадия термообработки, необходимая для снятия в стали и сплавах остаточного напряжения или максимального его снижения. Снижает хрупкость и твёрдость металла, увеличивает вязкость. Проводится после стадии закалки.

Старение — иначе еще называется дисперсионное твердение. После стадии отжига металл опять нагревают, но до более низкого уровня температур и с медленной скоростью остужают. Цель такой термообработки в получении особенных частиц упрочняющей фазы.

От степени необходимой глубины обработки различают термообработку поверхностную, которая затрагивает лишь поверхность изделий, и объемную, когда термическому воздействию подвергается весь объем сырья.

В отраслевой промышленности, в частности – в машиностроении, термическую обработку чаще всего проходит сталь следующих марок:

— сталь 45 (замещаемость 40Х, 50, 50Г2)

— сталь 40Х (замещаемость 38ХА, 40ХР, 45Х, 40ХС, 40ХФ, 40ХН)

— сталь 20 (замещаемость 15, 25)

— сталь 30ХГСА (замещаемость 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА)

Термообработка стали 45

Конструкционная углеродистая. Этап предварительной термической обработки называется нормализация, проходит на воздухе, а не в печи. довольно легко проходит механическую обработку. Точение, фрезеровку и т. д. Получают детали, например, типа вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки.

После закалки, которая является конечной стадией термообработки, детали достигают высокого уровня прочности и отличных показателей износостойкости. Подвергаются шлифовке. Высокое содержание углерода (0,45%) обеспечивает хорошую закаливаемость и, соответственно, высокую твёрдость поверхности и прочность изделия. Сталь 45 калят «на воду», когда после калки деталь охлаждают в воде. После охлаждения деталь подвергается низкотемпературному отпуску при температуре 200-300 градусов по Цельсия. При такой термообработке стали 45 достигает твердость порядка 50 HRC.

Изделия: Кулачки станочных патронов, согласно указаниям ГОСТ, изготовляют из сталей 45 и 40Х. Твёрдость Rc = 45 -50. В кулачках четырёх-кулачных патронов твёрдость резьбы должна быть в пределах Rс = 35-42. Отпуск кулачков из стали 45 производится при температуре 220-280°, из стали 40Х при 380-450° в течение 30-40 мин.

Расшифровка марки стали 45: марка 45 означает, что в стали содержится 0,45% углерода,C 0,42 — 0,5; Si 0,17 — 0,37;Mn 0,5 — 0,8; Ni до 0,25; S до 0,04; P до 0,035; Cr до 0,25; Cu до 0,25; As до 0,08.

Термообработка стали 40Х

Легированная конструкционная сталь. Для деталей повышенной прочности такие как оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, зубчатые венцы, болты, полуоси, втулки и прочих деталей повышенной прочности. Сталь 40Х также часто используется для производства поковок, штампованных заготовок и деталей трубопроводной арматуры. Однако последние перечисленные детали нуждаются в дополнительной термической обработке, заключающейся в закалке через воду в масле или просто в масле с последующим отпуском в масле или на воздухе.

Расшифровка марки стали 40Х. Цифра 40 указывает на то, что углерод в стали содержится в объеме 0,4 %. Хрома содержится менее 1,5 %. Помимо обычных примесей в своем составе имеет в определенных количествах специально вводимые элементы, которые призваны обеспечить специально заданные свойства. В качестве легирующего элемента в данном случае используется хром, о чем говорит соответствующая маркировка.

Термообработка стали 20

Термообработка стали 20 — сталь конструкционная углеродистая качественная. Широкое применение в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того промышленность выпускает пруток, лист. В качестве заменителя стали 20 применяют стали 15 и 25.

По требованиям к механическим свойствам выделяют пять категорий.

— I категория: сталь всех видов обработки без испытания на ударную вязкость и растяжение.

— II категория: образцы из нормализованной стали всех видов обработки размером 25 мм проходят испытания на ударную вязкость и растяжение.

— III категория: испытания на растяжение проводят на образцах из нормализованной стали, размером 26-100 мм.

— IV категория: образцы для испытаний на растяжение и ударную вязкость изготавливают из термически обработанных заготовок размером не более 100 мм. Требования третьей и четвертой категории предъявляют к калиброванной, горячекатаной и кованной качественной стали.

— V категория. Испытания механических свойств на растяжение проводят на образцах из калиброванных термически обработанных (высокоотпущенных или отожженных) или нагартованных сталей.

Химический состав стали 20: углерод (C) — 0.17-0.24 %, кремний (Si) — 0,17-0,37%, марганец (Mn) — 0,35-0,65 %;содержание меди (Cu) и никеля (Ni) допускается не более 0,25%, мышьяка (As) — не более 0,08%, серы (S) — не более 0,4%, фосфора (Р) — 0,035%.
Структура стали 20 представляет собой смесь перлита и феррита. Термическая обработка стали 20 позволяет получать структуру реечного (пакетного) мартенсита. При таких структурных преобразованиях прочность возрастает, и пластичность уменьшается. После термического упрочнения прокат из стали 20 можно использовать для изготовления метизной продукции (класс прочности 8.8).

Технологические свойства стали 20: Температура начала ковки стали 20 составляет 1280° С, окончания — 750° С, охлаждение поковки — воздушное. Сталь 20 нефлокеночувствительна и не склонна к отпускной способности. Свариваемость стали 20 не ограничена, исключая детали, подвергавшиеся химико-термической обработке. Рекомендованы способы сварки АДС, КТС, РДС, под газовой защитой и флюсом.

Читать еще: Сталь 2х13 характеристики применение

Сталь 20 применяют для производства малонагруженных деталей ( пальцы, оси, копиры, упоры, шестерни) , цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы (эксплуатация при температуре не выше 350° С) , тонких деталей, работающих на истирание. Сталь 20 без термической обработки или после нормализации используется для производства крюков кранов, вкладышей подшипников и прочих деталей для эксплуатации под давлением в температурном диапазоне от -40 до 450°С . Сталь 20 после химико-термической обработки идет на производство деталей, которым требуется высокая поверхностная прочность ( червяки, червячные пары, шестерни) . Широко применяют сталь 20 для производства трубопроводной арматуры, труб, предназначенных для паропроводов с критическими и сверхкритическими параметрами пара, бесшовных труб высокого давления, сварных профилей прямоугольного и квадратного сечения и т. д.

Термообработка стали 30ХГСА

Относится к среднелегированной конструкционной стали. Сталь 30ХГСА проходит улучшение – закалку с последующим высоким отпуском при 550-600 °С, поэтому применяется при создании улучшаемых деталей (кроме авиационных деталей это могут быть различные корпуса обшивки, оси и валы, лопатки компрессорных машин, которые эксплуатируются при 400°С, и многое другое), рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.

Сталь 30ХГСА обладает хорошей выносливостью, отличными показателями ударной вязкости, высокой прочностью. Она также отличается замечательной свариваемостью.

Сварка стали 30ХГСАтоже имеет свои особенности. Она осуществляется с предварительным подогревом материала до 250-300 °С с последующим медленным охлаждением. Данная процедура очень важна, поскольку могут появиться трещины из-за чувствительности стали к резким перепадам температуры после сварки. Поэтому по завершении сварных работ горелка должна отводиться медленно, при этом осуществляя подогрев материала на расстоянии 20-40 мм от места сварки. Также, не более, чем спустя 8 часов по завершении сварки сварные узлы стали 30ХГСА нуждаются в закалке с нагревом до 880 °С с последующим высоким отпуском. Далее изделие охлаждается в масле при 20-50 °С. Отпуск осуществляется нагревом до 400 — 600 °С и охлаждением в горячей воде. Сварку же необходимо выполнять максимально быстро, дабы избежать выгорания легирующих элементов.

После прохождения термомеханической низкотемпературной обработки сталь 30ХГСА приобретает предел прочности до 2800 МПа, ударная вязкость повышается в два раза (в отличии от обычной термообработки стали 30хгса), пластичность увеличивается.

Термообработка стали 65Г

Сталь конструкционная рессорно-пружинная. Используют в промышленности пружины, рессоры, упорные шайбы, тормозные ленты, фрикционные диски, шестерни, фланцы, корпусы подшипников, зажимные и подающие цанги и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости, и детали, работающие без ударных нагрузок. (заменители: 70, У8А, 70Г, 60С2А, 9ХС, 50ХФА, 60С2, 55С2).

Термообработка стали 40

Сталь конструкционная углеродистая качественная. Использование в промышленности: трубы, поковки, крепежные детали, валы, диски, роторы, фланцы, зубчатые колеса, втулки для длительной и весьма длительной службы при температурах до 425 град.

Термообработка стали 40ХН

Сталь конструкционная легированная Используется в отраслевой в промышленности: оси, валы, шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, валы-шестерни, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, с предъявляемыми требованиями повышенной прочности и вязкости. Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.

Термообработка сталь 35

Сталь конструкционная углеродистая качественная. Используется в отраслевой промышленности. Это детали невысокой прочности, подвергающиеся невысокому уровню напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, шпиндели, звездочки, тяги, ободы, траверсы, валы, бандажи, диски и другие детали.

Термообработка стали 20Х13

Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная. Используется в энергетическом машиностроении и печестроении; турбинные лопатки, болты, гайки, арматура крекинг-установок с длительным сроком службы при температурах до 500 град; сталь мартенситного класса Сталь марки 20Х13 и другие стали мартенситного класса: жаропрочные хромистые стали мартенситного класса применяют в различных энергетических установках, они работают при температуре до 600° С. Из них изготовляют роторы, диски и лопатки турбин, в последнее время их используют для кольцевых деталей больших толщин. Существует большое количество марок сталей данного класса. Общим для всех является пониженное содержание хрома, наличие молибдена, ванадия и вольфрама. Они эффективно упрочняются обычными методами термообработки, которая основана на у — a-превращении и предусматривает получение в структуре мартенсита с последующим улучшением в зависимости от требований технических условий. (заменители: 12Х13, 14Х17Н2)

Термическая обработка изделий

Термическая обработка металлических изделий, в том числе сварных швов, является важным этапом в производстве стальных сосудов и аппаратов, используемых в нефтегазовой и химической отраслях промышленности. Почему необходимо проводить обработку сталей высокими или низкими температурами?

Сначала разберемся в самой сути данного процесса.

Понятие термической обработки стальных изделий

Использование сосудов и аппаратов с агрессивными средами и под высоким давлением негативно влияет на поверхность детали, что может привести к его разрушению, сокращению срока эксплуатации и другим последствиям.

Термическая обработка стали — это совокупность технологических процессов, таких как нагрев, выдержка и охлаждение, которым подвергаются сварные швы (местная термообработка) или все изделие целиком (объемная термообработка). При этом происходит улучшение физико-механических свойств металла без изменения его химических характеристик. В результате последовательных операций при критических температурах (низких или высоких) происходит изменение структуры и внутреннего строения стали. За счет этого снижается внутреннее напряжение металла, достигаются заданные характеристики, уменьшается хрупкость металла, увеличивается его прочность и резистентность к воздействию агрессивных рабочих сред или внешних факторов. Кроме этого, термическая обработка может являться промежуточным этапом, улучшающим и упрощающим, например, резание или сварку металлопроката.

Термообработка сварных швов позволяет уменьшить последствия неравномерного нагрева участков изделия во время сварки, что может привести к снижению прочностных характеристик места соединения по сравнению с остальными участками и разрыву шва.

Объемная термическая обработка всего изделия выполняется в печи. В случае, если сосуд или аппарат не помещается, допускается поочередный нагрев его частей. При местной термообработке нагрев производится на выбранные участки сварных швов для улучшения их качества. Также существует внепечная термообработка, характеризующаяся нагревом сосуда/аппарата изнутри при помощи теплоносителя.

Читать еще: Как правильно обезжиривать металл

Этапы термической обработки металлических деталей

Основными показателями термической обработки металлов и сплавов является скорость, температура нагрева/охлаждения и время нагрева, выдержки и охлаждения. За счет изменения и регулирования данных показателей достигаются различные свойства металлов и сплавов.

Термообработка проходит в несколько этапов:

отжиг 1 и 2 типов происходит в печи, в которой изделие нагревается до заданной температуры (до 1050-1150°С*) и затем медленно остывает естественным путем в печи (до 500-550°С*). Первый тип отжига не связан с изменениями агрегатного состояния металла, в то время как 2-ой тип изменяет фазовое состояние стали. Отжиг позволяет снизить жесткость металла, повысить его вязкость, достичь однородность и снять внутреннее напряжение
нормализация характеризуется нагревом стали, ее выдержкой при заданной температуре в течение определенного времени, а затем постепенным охлаждением на воздухе. Способствует формированию мелкозернистой структуры, повышению прочности связей, увеличению вязкости, уменьшению жесткости, например, для последующего резания заготовки или закалки
закалка осуществляется также в печи: изделие нагревается до критической температуры (до 900°С*), после чего резко остужается с использованием специальных ванн с водой, термическим маслом, солевыми растворами, щелочными веществами
отпуск определяет конечную структуру металлического изделия, уменьшает внутреннее напряжение, повышает ударную вязкость, увеличивает жесткость и снижает хрупкость за счет нагрева ниже критической температуры (от 150-250°С до 500-650°С*) и последующего плавного охлаждения
естественное и искусственное старение позволяет увеличить предел твёрдости, текучести и прочности стального изделия

Также выделяетя криогенная обработка, то есть обработка металла холодом в криогенных камерах при низких температурах. Криообработка стальных заготовок и деталей позволяет увеличить прочность и износостойкость и стойкость к коррозионному воздействию на внутреннюю и внешнюю поверхности сосуда/аппарата.

Обработка металлов и сталей может осуществляться как только термически, так и термо-механическим и химико-термическим способами. Во втором случае изделие дополнительно подвергается механическому воздействию. В последнем случае поверхность обрабатывается углеродом, азотом или другими газами.

Термическая обработка днищ на ООО «СП Бомбе»

На нашем Заводе термообработка днищ выполняется в соответствие с требованиями следующих нормативных документов:

ГОСТ 12.3.004-75 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Термическая обработка металлов. Общие требования безопасности (с Изменением № 1)»
РД 26-17-086-88 «Соединения сварные. Контроль качества термической обработки аппаратуры»
ГОСТ 19905-74 «Упрочнение металлических изделий поверхностной химико-термической обработкой. Состав общих требований»
СТО 00220368-019-2017 «Термическая обработка нефтехимической аппаратуры и элементов»

Преимущества изделий, подвергшихся термической обработке

увеличивается срок эксплуатации за счет повышения его износостойкости, прочности и улучшения качественных характеристик
высокое качество выполненных сварных швов после термообработки позволяет обеспечивать герметичность соединений
термообработка металлических заготовок позволяет упростить некоторые технологические процессы, например, резку

* температура и время нагрева и охлаждения зависит от выбранного режима термообработки, вида металла, размера изделия

Гост термическая обработка металлов

Термическую обработку применяют для устранения напряжений, оставшихся в изделии после сварки, а также для улучшения структуры металла сварного шва. После сварки или в процессе сварки применяют такие виды термической обработки, как отжиг, нормализация, отпуск.

Нагрев при отжиге изделия в предварительной печи ведут постепенно. Для низко и среднеуглеродистых сталей температура достигает 600-680°С. При этой температуре сталь становится пластичной, и напряжения снижаются. После нагрева следует выдержка при достигнутой температуре из расчета 2,5 минуты на 1 мм толщины свариваемой детали, но не менее 30 минут. Затем изделие охлаждается вместе с печью.

Существуют и другие виды отжига: местный и полный отжиг. Режимы отжигов выбирают согласно справочной литературе. Для разных сталей применяют свои технологические параметры отжига.

Нормализация отличается от отжига тем, что после отжига сваренную конструкцию охлаждают на спокойном воздухе. После нормализации сохраняется мелкозернистая структура металла, что позволяет обеспечить его относительно высокую прочность и твердость, но без напряженного состояния.

Стали с высоким содержанием углерода в процессе сварки закаливаются, возрастает их твердость и хрупкость. Такие изделия из углеродистых сталей подвергают нормализации с последующим отпуском. В этом случае нагревание производят до 400-700°С, и после этого сваренные детали медленно охлаждают.

При газовой сварке сталей термическая обработка служит средством повышения пластичности металла шва. В некоторых случаях участки шва нагревают до светло-красного цвета каления и в этом состоянии проковывают. Зерна металла измельчаются, пластичность и вязкость повышаются. Во избежание появления наклепа (новое напряженное состояние) проковку следует прекратить при остывании металла до темно-красного цвета. После проковки необходимо провести повторную нормализацию.

Режимы термообработки стали

Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т=200°С.
Нагрев с производственной скоростью до Т=300°С.
Выдержка при температуре 300+25°С на протяжении 1-2 часов.
Нагрев со скоростью не более 70°С в час до Т=590°С.
Выдержка при температуре 590°С ± 15°С назначается из расчета 1 час на каждые 25 мм наибольшего сечения сварного шва конструкции с округлением в большую сторону до целого часа.

В случае заварки выборок выборка берется из расчета 1 час на 25 мм глубины выборки. Началом выдержки следует считать время, когда показания печных или подставных термопар будут находиться в интервале 590°С ± 15°С. Примечание: При наличии в садке конструкций разных толщин выдержка назначается по максимальной толщине.

Термическая обработка аустенитных сталей, типа Х18Н10Т после сварки, для которых требуется испытание на МКК

Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т=300°С.
Нагрев со скоростью не более 100-120°С в час до Т=850°С.
Выдержка при температуре 850°С для толщин:
- ⌀ = 10 мм — 2 часа,
- ⌀ = 20 мм — 4 часа,
- ⌀ = 30 мм — 6 часов,
- ⌀ = 50 мм — 8 часов,
- свыше 50 мм — 10 часов,
Охлаждение со скоростью не более 40°С в час до Т=200°С, дальнейшее охлаждение на воздухе.