Старение металла термообработка режимы

Старение металла

Старение металла – это процессы, протекающие внутри металла и вызывающие изменения физических и механических свойств, внутренней структуры. Проистечение данных процессов может происходить естественным путем (при большой длительности по времени и температуре, приближенной к 20°С) и искусственным воздействием (термообработкой и пластическим деформированием).

Процесс старения

Старение в качестве температурной обработки используется как заключительная операция. Применима к тем металлам и сплавам, у которых пресыщенный твердый раствор может выделять избыточный компонент и самопроизвольно распадаться.

После проведения процедуры старения у металла увеличиваются твердость с прочностью, но при этом снижаются вязкость с пластичностью, но эти значения сохраняются на протяжении срока работы.

Старение стали производится для изменения внутренней структуры после закалки. Полученный твердый раствор феррита пресыщенный углеродом и азотом при нагревании распадается. В зависимости от количества содержания углерода в сплаве внутренняя структура может приобретать форму:

• дискообразную (в виде тонких пластинок);
• сферическую;
• кубическую;
• игольчатую.

Искусственное старение металла (термообработка) применяется к тем сплавам, в которых растворяемость одного элемента в твердом состоянии значительно снижена. Это проявляется при снижении температуры.

Во время искусственного старения в сталях с низким содержанием углерода, не выше 0,05%, распадается пресыщенный твердый альфа раствор. При этом выделяются избыточные фазы. Такая метаморфоза приводит к тому, что снижается пластичность, но приводит к увеличению твердости и прочности.

На рисунке показана модель Орована, которая иллюстрирует перемещение дислокаций. Максимального эффекта добиться возможно при естественном старении, но время затраченное на это будет значительным. Увеличить скорость протекания процесса можно искусственным старением, но при этом прочностные характеристики будут снижены.

Твердость в зависимости от времени старения

На графике отчетливо видно, что сокращение времени старения не позволяет получить высокую твердость.

Течение процесса старения во многом зависит от углерода и азота. Особенно это заметно в малоуглеродистых сталях. Азот с уменьшением температуры начинает хуже растворятся в альфа железе. Например, при температуре 590°С растворенного азота содержится 0,1%, но уже при 20°С его содержание снижается до 0,004%. При старении альфа раствор выделяет нитриды. Поэтому влияние азота менее выражено по сравнению с тем же углеродом при температурном воздействии.

При увеличении углерода в сталях увеличивается эффект изменения структуры, получаемый при термическом воздействии. Объем углерода, максимум которого может раствориться в альфа железе составляет 0,02-0,04%. При таком содержании закаленное изделие, подвергнутое естественному старению обладает твердостью в полтора раза выше чем после отжига.

Старение – это основной способ увеличения прочности жаропрочных сплавов (с высоким содержанием никеля). В эту же группу относятся сплавы на основе алюминия, меди, магния. Кроме того, измененная структура вышеперечисленных металлов и сплавов придает им коэрцитивную силу.

Алюминиевые и алюминисто-медные сплавы подвергаются деструкции при различных температурах (свыше 100°С) из-за различия в температуре распада структуры разных металлов. Так выделяют низкотемпературное и высокотемпературное изменение структуры.

Распад твердого раствора проходит по двум путям. В первом случае это образование и рост частиц фазы идет по всему объему. Во втором случае распад прерывистый (ячеистый). Во время него ячейки растут колониями. У колоний структура ячеистая, а рост идет от границы зерна и движется во внутрь, уменьшая размер.

Механическое и термическое старение

Существует два вида старения металла: термическое и механическое. Рассмотрим каждый из них более подробно.

Термическое старение

Фаза упрочняющая металл во время термического воздействия происходит в точке максимума. Здесь проходит метастабильный промежуток раствора в зоне Гинье-Престона. Такой вид упрочнения металлов и сплавов принято называть дисперсионным.

Зависимость прочности от времени и температуры старения

При более длительной выдержке начинается перестаривание, то есть снижение прочностных характеристик. На это влияют:

• коагуляция;
• частичная замена частиц некогерентыми.

Виды термического старения металла:

• Двухступенчатое – закалка, затем выдержка при температуре замещения, а потом выдерживание с повышенной температурой для получения однородности твердого раствора.
• Закалочное – закалка и одна фаза выдержки с естественным охлаждением.
• Естественное – для алюминиевых сплавов.
• Искусственное – для сплавов из цветных металлов с нагревом до температуры выше той, которая используется для естественной деструкции.
• Стабилизационное – высокая температура старения и длительный срок выдержки помогают сохранить размеры и свойства детали.

Механическое старение металла

Деструкция стали при помощи деформирующих усилий происходит в диапазоне температур ниже процесса рекристаллизации. Обусловлено это образованием и движением дислокаций. При холодной пластической деформации увеличивает плотность дислокаций, которые далее еще больше увеличиваются при увеличении нагрузок.

Изменяющиеся механические свойства металла вызывает движение атомов углерода и азота к дислокациям, которые размещены в альфа растворе. Достигнув дислокаций атомы образуют облака (атмосферы Котрелла). Данные скопления препятствуют движению дислокаций, благодаря чему происходит изменение свойств. Появляются присущие состаренным термообработкой деталям свойства.

Если на эффект старения деформированием сильно влияют азот, никель и медь, то с добавками ванадия, титана и ниобия данный эффект полностью пропадает. Поэтому рекомендуется использовать сталь с содержанием алюминия 0,02-0,07%.

Рекомендуемые режимы для проведения старения

• для сталей с высоким содержанием углерода: температура порядка 130°С-150°С, время выдержки порядка 25-30 часов;
• для сплавов из цветных металлов: температура порядка 250°С, время выдержки порядка 1 часа.

• для естественного процесса: температура порядка 20°С;
• для искусственного протекания процесса: температура порядка 250°С, время выдержки порядка 1 часа.

Температура нагрева и время выдержки подбирается индивидуально к каждой марке металла и к сплаву в зависимости от их состава.

Источник

Старение металла

При длительной эксплуатации, в результате воздействия внешних факторов или после определенных сознательных действий человека металл может терять или изменять первоначально заложенные в нем физические и химические свойства. То есть могут изменяться показатели твердости, вязкости, прочности, упругости, пластичности и т.д. Этот процесс называют старением металла. Итак, старение металла – это отклонение свойств материала от нормы, изменение его характеристик.
В естественной среде это достаточно длительный процесс, на который влияют следующие факторы:

• изменение движения атомов под влиянием тепловых характеристик;
• внешние механические воздействия – нагрузки, деформации, сжатие, разрывы и проч.;
• различные виды излучений (в том числе, УФЛ и УКЛ);
• изменение характеристик магнитного поля (намагничивание, размагничивание).

Типы старения металлов

Различают естественное и искусственное старение металлов. Естественное старение происходит постепенно, самопроизвольно, не требуя создания специальных условий. Обычно достаточно выдержать металл длительное время при комнатной температуре. При этом заготовленный прокат или детали хранятся на открытом воздухе. Следствием процесса становится повышение прочности, твердости и текучести материала. Одним из недостатков естественного процесса является то, что к внутренним процессам при этом может добавляться ухудшение поверхностного слоя за счет износа материала, коррозии и проч.
Искусственное старение металла – это производственная операция, проводимая по специальным технологиям, для быстрого придания материалу необходимых свойств.

Старение используется в качестве дополнительной обработки металла, это заключительная процедура для создания отдельных узлов и деталей. После операции показатели твердости и прочности значительно возрастают, мягкость и пластичность снижаются. Важно, что данные характеристики сохраняются на протяжении всего срока службы металла.

Виды искусственного старения

Термическое старение выполняют методом подогрева до определенной температуры, выдержкой и последующим охлаждением. Производится процедура однократно или многократно, в зависимости от вида материала и конечных целей процесса. Для различных марок стали, чугуна, цветных металлов или сплавов разработаны определенные режимы технологических циклов.

Механическое старение (его еще называют деформационным) осуществляется методом пластической деформации. Механическая деформация производится при определенной температуре и приводит к внутренним химическим изменениям. Для обработки легированных сталей совмещают термическое и механическое старение.
Выделяют следующие виды данного процесса:

• полное старение – обычно это двухступенчатый цикл закалки и выдержки, обеспечивает максимальные улучшения характеристик прочности;
• неполное – однофазная закалка и выдержка с естественным охлаждением, благодаря более низким температурам и небольшой продолжительности повышает прочность, сохраняя при этом пластичность материала;
• перестаривание – процесс характеризуется высокими температурами и более длительной выдержкой, в результате чего уровень прочности не достигает высших показателей, зато повышаются антикоррозийные, электропроводные и другие характеристики;
• стабилизирующее – высокая температура и длительная выдержка позволяют сохранить и сбалансировать физические и химические свойства материала.

Особенности процедуры старения различных видов проката

Как уже отмечалось, выбор технологического режима старения зависит от вида и марки металла. Для качественного упрочнения необходимо достигнуть термической точки максимума для данной заготовки. В режимные характеристики, кроме температуры нагрева, входит также время выдержки.

• Легированные стали подвергаются нагреву до 130-150 градусов по Цельсию с длительной выдержкой не менее суток (25-30 ч).
• Алюминий в зависимости от конечной цели нагревают до 100-230 градусов и выдерживают от часа до 17 часов. Технологическая инструкция рекомендует медленный нагрев алюминия и его сплавов. Для иных металлов скорость нагрева не играет особой роли.
• Термическая обработка магния – до 180 градусов, выдержка до 16 часов.
• Амплитуда температуры нагрева меди и медных сплавов колеблется от 160 до 330 градусов, время выдержки – от 2 часов до суток. Все зависит от химического состава материала и от того, какой именно вид старения необходим.
• Титан нагревают до 550 градусов с краткой выдержкой – 1 час.
• Температура нагрева никеля 690-710 градусов, время выдержки – 16 часов.

Объем углерода в металле влияет на форму приобретаемой в процессе старения внутренней структуры. Она может стать кубической, сферической, пластинчатой или игольчатой.
Операция термического старения проводится на специальном оборудовании, так называемых, старящих печах. Они просты в управлении и обслуживании, полностью соответствуют требованиям безопасности и энергосбережения. Печи могут монтироваться отдельно или встраиваться в конвейер, работать на разных температурных режимах. Отличаются печи объемом садки, мощностью, производительностью и наличием дополнительных функций. Производить старение можно без предварительной закалки и после нее, при этом максимальная температура нагрева не должна превышать температуру закалки.
Механическое старение происходит при температуре ниже той, при которой начинается процесс рекристаллизации. Механическое воздействие на металл катализирует движение атомов углерода и азота к дислокациям, их скопление мешает дальнейшему движению дислокаций, что приводит к изменению свойств металла. Добавки азота, никеля и меди значительно ускоряют процесс старения при деформировании, а вот наличие добавок ванадия, титана и ниобия практически исключает возможность механического старения.

1.1. В настоящей Политике конфиденциальности используются следующие термины:
1.1.1. «Администрация сайта» – уполномоченные сотрудники на управления сайтом, действующие от имени ООО «СИЭНСИПАЛС», которые организуют и (или) осуществляет обработку персональных данных, а также определяет цели обработки персональных данных, состав персональных данных, подлежащих обработке, действия (операции), совершаемые с персональными данными.
1.1.2. «Персональные данные» — любая информация, относящаяся прямо или косвенно к определяемому физическому лицу (субъекту персональных данных).
1.1.3. «Обработка персональных данных» — любое действие (операция) или совокупность действий (операций), совершаемых с использованием средств автоматизации или без использования таких средств с персональными данными, включая сбор, запись, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передачу (распространение, предоставление, доступ), обезличивание, блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.
1.1.4. «Конфиденциальность персональных данных» — обязательное для соблюдения Организацией или иным получившим доступ к персональным данным лицом требование не допускать их распространения без согласия субъекта персональных данных или наличия иного законного основания.
1.1.5. «Пользователь сайта (далее Пользователь)» – лицо, имеющее доступ к Сайту, посредством сети Интернет и использующее Сайт Организации.
1.1.6. «IP-адрес» — уникальный сетевой адрес узла в компьютерной сети, построенной по протоколу IP.
1.1.7. «Cookies» — небольшой фрагмент данных, отправленный веб-сервером и хранимый на компьютере пользователя, который веб-клиент или веб-браузер каждый раз пересылает веб-серверу в HTTP-запросе при попытке открыть страницу соответствующего сайта.

2.1. Порядок ввода в действие и изменения Политики конфиденциальности:
2.1.1. Настоящая Политика конфиденциальности (далее – Политика конфиденциальности) вступает в силу с момента его утверждения приказом Руководителей Организации и действует бессрочно, до замены его новой Политикой конфиденциальности .
2.1.2. Изменения в Политику конфиденциальности вносятся на основании Приказов Руководителей Организации.
2.1.3. Политика конфиденциальности персональных данных действует в отношении информации, которую ООО «СИЭНСИПАЛС» (далее – Организация) являясь владельцем сайтов, находящихся по адресу: cncpals.ru, а также его поддоменах (далее – Сайт и/или Сайты), может получить от Пользователя Сайта при заполнении Пользователем любой формы на Сайте Организации. Администрация сайта не контролирует и не несет ответственность за сайты третьих лиц, на которые Пользователь может перейти по ссылкам, доступным на Сайтах.
2.1.4. Администрация сайта не проверяет достоверность персональных данных, предоставляемых Пользователем.
2.2. Порядок получения согласия на обработку персональных данных и их обработки:
2.2.1. Заполнение любой формы Пользователем на Сайте означает дачу Организации согласия на обработку его персональных данных и с настоящей Политикой конфиденциальности и условиями обработки персональных данных Пользователя, так как заполнение формы на Сайте Пользователем означает конклюдентное действие Пользователя, выражающее его волю и согласие на обработку его персональных данных.
2.2.2. В случае несогласия с условиями Политики конфиденциальности и отзывом согласия на обработку персональных данных Пользователь должен направить на адрес эл. почты и/или на почтовый адрес Организации заявление об отзыве согласия на обработку персональных данных.
2.2.3. Согласие Пользователя на использование его персональных данных может храниться в Организации в бумажном и/или электронном виде.
2.2.4. Согласие Пользователя на обработку персональных данных действует в течение 5 лет с даты поступления персональных данных в Организацию. По истечении указанного срока действие согласия считается продленным на каждые следующие пять лет при отсутствии сведений о его отзыве.
2.2.5. Обработка персональных данных Пользователя без их согласия осуществляется в следующих случаях:
Персональные данные являются общедоступными.
По требованию полномочных государственных органов в случаях, предусмотренных федеральным законом.
Обработка персональных данных осуществляется для статистических целей при условии обязательного обезличивания персональных данных.
В иных случаях, предусмотренных законом.
2.2.6. Кроме персональных данных при посещении Сайта собираются данные, не являющиеся персональными, так как их сбор происходит автоматически веб-сервером, на котором расположен сайт, средствами CMS (системы управления сайтом), скриптами сторонних организаций, установленными на сайте. К данным, собираемым автоматически, относятся: IP адрес и страна его регистрации, имя домена, с которого Пользователь осуществил перехода на сайты организации, переходы посетителей с одной страницы сайта на другую, информация, которую браузер Посетителя предоставляет добровольно при посещении сайта, cookies (куки), фиксируются посещения, иные данные, собираемые счетчиками аналитики сторонних организаций, установленными на сайте. Эти данные носят неперсонифицированный характер и направлены на улучшение обслуживания Пользователя, улучшения удобства использования сайта, анализа посещаемости. Эти данные собираются автоматически, отправку этих данных Пользователь может запретить, отключив cookies (куки) в браузере, в котором открывается сайт.
2.2.7. Порядок обработки персональных данных:
К обработке персональных данных Пользователей могут иметь доступ только сотрудники Организации, допущенные к работе с персональными данными Пользователей и подписавшие соглашение о неразглашении персональных данных Пользователей.
Перечень сотрудников Организации, имеющих доступ к персональным данным Пользователей, определяется приказом Руководителей Организации.
Обработка персональных данных Пользователей может осуществляться исключительно в целях установленных настоящей политикой и при условии соблюдения законов и иных нормативных правовых актов Российской Федерации.

3.1. Настоящая Политика конфиденциальности устанавливает обязательства Администрации сайта по неразглашению и обеспечению режима защиты конфиденциальности персональных данных, которые Пользователь предоставляет при заполнении любой формы на Сайте.
3.2. Персональные данные, разрешённые к обработке в рамках настоящей Политики конфиденциальности, предоставляются Пользователем путём заполнения регистрационной формы на Сайте и включают в себя следующую информацию:
3.2.1. фамилию, имя, отчество Пользователя.
3.2.2. контактный телефон Пользователя.
3.2.3. адрес электронной почты (e-mail).
3.3. Любая иная персональная информация неоговоренная выше подлежит надежному хранению и нераспространению, за исключением случаев, предусмотренных п. 2.5. настоящей Политики конфиденциальности.

4.1. Персональные данные Пользователя Администрация сайта может использовать в целях:
4.1.1. Установления с Пользователем обратной связи, включая направление уведомлений, запросов, касающихся использования Сайта, оказания услуг, обработка запросов и заявок от Пользователя.
4.1.2. Осуществления рекламной деятельности с согласия Пользователя.
4.1.3. Регистрации Пользователя на Сайтах Организации для получения индивидуальных сервисов и услуг.
4.1.4. Совершения иных сделок, не запрещенных законодательством, а также комплекс действий с персональными данными, необходимых для исполнения данных сделок.

5.1. Обработка персональных данных Пользователя осуществляется без ограничения срока, любым законным способом, в том числе в информационных системах персональных данных с использованием средств автоматизации или без использования таких средств.
5.2. При утрате или разглашении персональных данных Администрация сайта информирует Пользователя об утрате или разглашении персональных данных.
5.3. Администрация сайта принимает необходимые организационные и технические меры для защиты персональной информации Пользователя от неправомерного или случайного доступа, уничтожения, изменения, блокирования, копирования, распространения, а также от иных неправомерных действий третьих лиц.

6.1. Пользователь обязан:
6.1.1. Предоставить информацию о персональных данных, необходимую для пользования Сайтом.
6.1.2. Обновить, дополнить предоставленную информацию о персональных данных в случае изменения данной информации.
6.2. Администрация сайта обязана:
6.2.1. Использовать полученную информацию исключительно для целей, указанных в п. 4 настоящей Политики конфиденциальности.
6.2.2. Обеспечить хранение конфиденциальной информации в тайне, не разглашать без предварительного письменного разрешения Пользователя, а также не осуществлять продажу, обмен, опубликование, либо разглашение иными возможными способами переданных персональных данных Пользователя, за исключением случаев, указанных в п. 2.5. настоящей Политики Конфиденциальности.
6.2.3. Принимать меры предосторожности для защиты конфиденциальности персональных данных Пользователя согласно порядку, обычно используемого для защиты такого рода информации в существующем деловом обороте.
6.2.4. Осуществить блокирование и/или удаления персональных данных, относящихся к соответствующему Пользователю, с момента обращения или запроса Пользователя или его законного представителя либо уполномоченного органа по защите прав субъектов персональных.

7.1. Администрация сайта, не исполнившая свои обязательства, несёт ответственность в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации, за исключением случаев, предусмотренных п.2.5. и 7.2. настоящей Политики Конфиденциальности.
7.2. В случае утраты или разглашения Конфиденциальной информации Администрация сайта не несёт ответственность, если данная конфиденциальная информация:
7.2.1. Стала публичным достоянием до её утраты или разглашения.
7.2.2. Была получена от третьей стороны до момента её получения Администрацией сайта.
7.2.3. Была разглашена с согласия Пользователя.

8.1. До обращения в суд с иском по спорам, возникающим из отношений между Пользователем сайта и Администрацией сайта, обязательным является предъявление претензии (письменного предложения о добровольном урегулировании спора).
8.2. Получатель претензии в течение 30 календарных дней со дня получения претензии, письменно уведомляет заявителя претензии о результатах рассмотрения претензии.
8.3. При не достижении соглашения спор будет передан на рассмотрение в судебный орган в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации.
8.4. К настоящей Политике конфиденциальности и отношениям между Пользователем и Администрацией сайта применяется действующее законодательство Российской Федерации.

Источник