Способ нагрева металла до заданной температуры.

Способ нагрева металла детали под термообработку влияет на равномерность распределения температуры по объему, однородность состава аустенита, на состояние поверхности (обезуглероживание, окалинообразование), соответственно на степень ее коробления и деформации. При нагреве в соляных ванных, электролитах и ТВЧ отмечается меньший уровень коробления и деформации деталей по сравнению в нагревом в печах с окислительной атмосферой. Известно, что при нагреве металла в области температур упруго-пластической области возникает опасный уровень напряжений, особенно в сталях и сплавах с низкой теплопроводностью, что требует замедленного или ступенчатого нагрева. Считается общепринятым, что для углеродистых сталей замедленный нагрев (или с изотермической выдержкой для прогрева по сечению) целесообразно вести в области температур до ≈400-5000С, для легированных ≈500-6000С. В указанных температурных интервалах прочностные свойства сталей резко снижаются, а в изделии облегчается протекание релаксации возникших напряжений. На практике часто используют ступенчатый нагрев с изотермическими выдержками, достаточными для прогрева металла по сечению и релаксации возникших напряжений. При нагреве под термическую обработку крупногабаритных изделий и деталей из легированных сталей и сплавов это требование является обязательным.

В практике термической обработки достаточно большой объем занимает нагрев металла изделий токами высокой или промышленной частоты (ТВЧ или ТПЧ). При этих способах производится нагрев поверхностных слоев металла деталей на различную глубину. При таком нагреве под закалку распределение остаточных напряжений (наружная поверхность цилиндра) является наиболее неблагоприятным – на поверхности детали (при сравнительно неглубоком прогреве) возникают сжимающие напряжения, а на некотором расстоянии от поверхности возникают значительные по величине тангенциальные и осевые растягивающие напряжения. Радиальные напряжения во всем сечении растягивающие, на поверхности их уровень равен нулю, на границе закаленного слоя они достигают своего максимума, а затем уменьшаются.

Благоприятное распределение остаточных напряжений происходит в металле деталей, подвергаемых комбинированной обработке - химико-термической (ХТО). В деталях, которые подвергаются азотированию (температура обычно ниже критической точки АС1), остаточные напряжения возникают за счет фазовых превращение, происходящих в процессе насыщения металла поверхностного слоя детали азотом. При этом происходит образование фаз со значительно большим удельным объемом по сравнению с подложкой. В результате в поверхностном азотированном слое образуются сжимающие напряжения, а в металле, который находится глубже азотированного слоя, возникают растягивающие напряжения. Наиболее благоприятное распределение остаточных напряжений наблюдается в металле деталей, которые подвергаются цементации с объемной закалкой – высокий уровень сжимающих напряжений в достаточно глубоком поверхностном слое детали и смещение максимума растягивающих напряжений к центру детали.