Отжиг: дайте металлу успокаивающий SPA, Нормализация: быстрое охлаждение наполняет металл жизненной энергией.

В «волшебном мире» обработки металлов и термообработки нормализация, отжиг, закалка и отпуск подобны четырём волшебникам с разными характерами, но и сверхспособностями. Они могут наделить металлические материалы совершенно разными «сверхспособностями» одним взмахом своих волшебных палочек. Однако тем, кто только начал изучать эту область или имеет лишь поверхностное представление о процессах термообработки, этих четырёх волшебников зачастую сложно различить. Не волнуйтесь, сегодня мы раскроем их тайну и проясним их!

Отжиг: подарите металлу успокаивающее СПА

Отжиг — это своего рода «мягкий массажист» в области термической обработки металлов, дарящий металлу супер-успокаивающий СПА-эффект. Его главная задача — «расслабить» металл, снизить твёрдость, сделать обработку резанием лёгкой и приятной, а также устранить все раздражающие внутренние напряжения, подготовив его к последующим «неприятностям».

Представьте себе, что металл как будто бы «разрушили» во время ковки: внутренняя структура превращается в хаос, остаточные напряжения достигают размеров надутого шарика, а твёрдость пугающе высока. Если обрабатывать инструмент в этот момент, он, должно быть, «плачет в туалете». В этот момент на сцену выходит отжиг! Он нагревает металл до нужной температуры, давая атомам внутри достаточно времени, чтобы «побродить» и перестроиться. Затем он медленно остывает, словно слегка ослабляя тугую пружину, позволяя металлу вернуться в комфортное и стабильное состояние.

Например, мы хотим изготовить большую заготовку шестерни. 

После ковки твёрдость и напряжение высоки, и прямая обработка невозможна. В этот момент отжиг заготовки подобен массажу всего тела этого «раздражительного брата», делая его послушным, снижая твёрдость и снимая напряжение, что значительно облегчает последующую обработку. Температура отжига и способ охлаждения для разных металлов могут различаться, но цель одна и та же: сделать металл более однородным и подходящим по своим свойствам, подобно тому, как подбираются разные методы релаксации для людей с разными типами личности.

Нормализация: быстрое охлаждение наполняет металл жизненной силой.

Нормализация и отжиг – словно «братья-близнецы»: внешне они немного похожи, но по характеру совершенно разные. Нормализация также подразумевает нагрев металла выше критической температуры, «прогрев» и поддержание его в тепле в течение определённого времени, но ключевое отличие заключается в способе охлаждения. При нормализации металл охлаждается естественным образом на воздухе, и скорость охлаждения значительно выше, чем при отжиге, словно металл получает «спринтерскую тренировку». 

Высокая скорость охлаждения делает структуру металла после нормализации более плотной, а прочность и твёрдость выше, чем у отожжённого металла, при этом сохраняется хорошая вязкость. Нормализация часто используется в качестве «предварительного разогрева» для средне- и низкоуглеродистых сталей, чтобы улучшить их обрабатываемость резанием и подготовить материал к последующим «официальным соревнованиям» – окончательной термической обработке.

Так же, как мы хотим построить дом, сталь является строительным материалом. 

После нормализации сталь становится похожа на хорошо тренированного спортсмена: она становится более однородной и менее дефектной, создавая прочную основу для последующей обработки и отвечая требованиям к механическим свойствам, предъявляемым к стали. Более того, процесс нормализации прост, недорог и имеет короткий производственный цикл, как эффективный и доступный фитнес-тренажер, что очень востребовано в реальном производстве!

Закалка: экстремальное охлаждение создаёт «стальной крепыш»

Закалка — это, безусловно, «бешеный гонщик» в процессе термообработки. Её стиль — «быстрый, точный и беспощадный»! Она может мгновенно придать металлу невероятно высокую твёрдость и прочность, словно превращая обычного человека в «стального крутого парня». 

Процесс закалки происходит следующим образом:

Сначала нагрейте металл выше критической температуры, дайте ему полностью «прогреться», поддерживайте его в тепле в течение некоторого времени, чтобы внутренняя структура материала стала аустенитной, то есть «энергоёмкой формой». Затем быстро поместите его в охлаждающую среду, например, воду, масло или другие специальные охлаждающие жидкости, подобно тому, как гонщик жмёт на педаль газа до упора, чтобы он мог быстро остыть.

Быстрое охлаждение вызвало радикальные изменения во внутренней структуре металла: аустенит превратился в твёрдые и хрупкие структуры, такие как мартенсит. Появление мартенсита значительно повысило твёрдость и прочность металлических материалов, словно они были покрыты несокрушимой броней. Однако, несмотря на твёрдость этой брони, она также делает металл очень «хрупким» и непрочным. Внутри же таится огромное внутреннее напряжение, подобно суровому парню с дурным характером, которое может «взорваться» или даже «треснуть», если не соблюдать осторожность.

Например, при изготовлении таких инструментов, как ножи и формы, требующих чрезвычайно высокой твёрдости и прочности, закалка является обязательным этапом. Только после закалки острый нож может достичь достаточной твёрдости, чтобы резать различные материалы, словно супергерой. Но закалённый инструмент подобен «зверю», которого ещё не до конца приручили. Его всё равно необходимо дополнительно обработать для повышения прочности, иначе он легко «сломается» во время использования.

Закалка: идеальный «миротворец», сочетающий в себе твердость и мягкость.

Отпуск – это своего рода «миротворец», призванный навести порядок после закалки. Хотя твёрдость и прочность закалённых металлов пугающе высоки, они хрупкие и обладают высоким внутренним напряжением. Использовать их напрямую – всё равно что нести «бомбу замедленного действия», что слишком рискованно. Задача отпуска – нагреть закалённый металл до температуры ниже критической, поддерживать его в тепле в течение определённого времени, а затем медленно охладить.

В результате отпуска твёрдые и хрупкие структуры, такие как мартенсит, образовавшиеся при закалке, чудесным образом распадаются и трансформируются, снимая внутренние напряжения. Прочность материала значительно повышается, при этом твёрдость и прочность сохраняются на высоком уровне, что позволяет достичь идеального баланса жёсткости и гибкости. Различные температуры отпуска подобны различным «схемам посредничества», позволяющим получить различные свойства материала.

Низкотемпературный отпуск является своего рода «тонким ремонтом» для «крепких парней», таких как инструменты и измерительные приборы, в основном для поддержания их высокой твердости и износостойкости; среднетемпературный отпуск является своего рода «специальной тренировкой» для «эластичных парней», таких как пружины, которые могут сохранять определенную эластичность, одновременно повышая вязкость; высокотемпературный отпуск является своего рода «комплексным физическим обследованием и подготовкой» для важных конструктивных деталей, которые могут получить лучшие комплексные механические свойства, так что материал имеет как определенную прочность, так и хорошую вязкость.

Возьмем в качестве примера коленчатый вал автомобильного двигателя. 

После закалки коленчатый вал становится очень прочным, но его прочность недостаточна, как у безрассудного человека, вооружённого лишь грубой силой. Высокотемпературный отпуск словно «обучает» коленчатый вал мастеру как гражданского, так и военного дела. Сохраняя высокую прочность, он также повышает свою прочность и лучше выдерживает различные сложные нагрузки при работе двигателя, обеспечивая надёжную работу его «большого сердца».

Нормализация, отжиг, закалка и отпуск – четыре магических процесса термообработки, каждый из которых обладает своими уникальными навыками и сферами применения. Они взаимодействуют друг с другом, словно мощная команда, и вместе образуют комплексную систему управления эксплуатационными характеристиками металлических материалов. В условиях реального производства Sinostar MACH приходится разумно подбирать и комбинировать эти процессы в соответствии с типами, сферой применения и требованиями к эксплуатационным характеристикам металлических материалов, чтобы полностью раскрыть их потенциал и производить высококачественную продукцию, отвечающую различным требованиям. Теперь вы четко понимаете их и больше никогда не будете их путать?