Современное машиностроение, авиационная, космическая и энергетическая промышленность предъявляют высокие требования к качеству и надежности металлических деталей. В этих условиях особое значение приобретает термическая обработка, которая позволяет изменять структуру материалов, адаптируя их свойства под конкретные условия эксплуатации. Этот метод используется для улучшения механических, физических и химических характеристик материалов [1–5].
Особенность термической обработки деталей заключается в том, что она позволяет получить и закрепить структуру металла, отличающуюся от исходной. Это достигается за счёт последовательной смены режимов нагрева и охлаждения с контролем температуры и скорости происходящих процессов.
В данной статье будут рассмотрены особенности термической обработки, её влияние на эксплуатационные свойства деталей, а также область её применения.
Термическая обработка включает в себя несколько основных методов, однако наиболее удобная классификация — с разбивкой на три ключевых способа: отпуск, отжиг и закалку. Рассмотрим их влияние на материал.
Термическую обработку отжигом применяют к таким деталям, как стальные прутки, легированные стали, чугунные отливки и так далее. Например, чугунные отливки подвергаются отжигу с целью снятия внутренних напряжений, которые возникают в структуре металла во время литья. Отливки медленно нагревают в печах непрерывного действия до определённой температуры в течение некоторого времени (в зависимости от состава чугуна, формы и размеров отливок). Затем после определённой выдержки медленно охлаждают, чтобы предотвратить возникновение температурных напряжений. Дальнейшее охлаждение ведут на воздухе (рис. 1 а). Также отжиг позволяет повысить ударную вязкость металла и придать ему требуемую твёрдость, которая обеспечит длительный срок эксплуатации чугунных заготовок [2].
Отпуск широко применяют к стальным осям, клапанам, пружинам и другим металлическим деталям, подвергшимся закалке. Рассмотрим отпуск стальных осей. Процесс включает в себя нагревание осей до заданной температуры, выдержку и последующее медленное (или поэтапное) охлаждение (рис. 1 б) [4]. В результате такой обработки повышается прочность металла, нормализуется пластичность и улучшаются физико-химические характеристики, что позволяет использовать стальные оси в необходимых условиях.