По сути, материалы, которые нельзя подвергать термической обработке, — это те, чья внутренняя структура не изменяется полезным образом при нагреве и охлаждении. Это относится к материалам со стабильной химической или кристаллической структурой, в которых отсутствуют необходимые легирующие элементы для инициирования фазового превращения. Основными примерами являются чистые металлы, такие как железо или алюминий, некоторые марки нержавеющей стали (аустенитные и ферритные) и термореактивные пластмассы, которые не размягчаются и не упрочняются повторно, а вместо этого разрушаются при высокой температуре.
Способность к термической обработке для упрочнения не является универсальным свойством металлов. Это специфическая характеристика сплавов с составом, который допускает контролируемые изменения в их внутренней кристаллической структуре для достижения желаемых свойств, таких как прочность и износостойкость.
Основной принцип: почему работает термическая обработка
Фазовые превращения: двигатель изменений
Термическая обработка, особенно для упрочнения, основана на явлении, называемом фазовым превращением. Это изменение физического расположения атомов в кристаллической структуре материала при его нагреве до определенной температуры.
Когда материал быстро охлаждают (закаляют), эта новая, высокотемпературная структура «замораживается» на месте. Именно эта измененная структура придает материалу новые свойства, такие как повышенная твердость.
Критическая роль легирующих элементов
Чистый металл, такой как чистое железо, имеет простую, однородную структуру. Хотя нагрев и охлаждение могут снять напряжение или изменить размер зерна (процесс, называемый отжигом), ему не хватает ингредиентов, необходимых для упрочняющего фазового превращения.
Легирующие элементы, такие как углерод в стали или медь в алюминии, являются важнейшими катализаторами. Они растворяются в основном металле при высоких температурах, а затем не дают атомам вернуться в свое первоначальное, более мягкое состояние при быстром охлаждении.
Материалы, не поддающиеся упрочнению
Чистые металлы
Чистые металлы, такие как железо, алюминий, медь и никель, нельзя упрочнить термической обработкой. Без необходимых легирующих элементов нет механизма для фиксации более твердой кристаллической структуры. Их свойства могут быть изменены теплом, но, как правило, только для того, чтобы сделать их мягче (отожженными).
Некоторые марки нержавеющей стали
Это распространенный источник путаницы. Хотя некоторые нержавеющие стали поддаются термической обработке, многие — нет.
- Аустенитные нержавеющие стали (например, 304, 316): Это самые распространенные марки. Их кристаллическая структура стабильна при всех температурах, поэтому их нельзя упрочнить закалкой. Вместо этого их упрочняют холодной деформацией.
- Ферритные нержавеющие стали (например, 430): Как и аустенитные марки, эти стали также имеют стабильную структуру и не могут быть упрочнены термической обработкой.
В отличие от них, мартенситные нержавеющие стали (например, 410, 440C) специально разработаны с достаточным содержанием углерода для упрочнения, как и обычные легированные стали. Упоминание «нержавеющей стали» как поддающейся термической обработке обычно относится к этим конкретным маркам.
Термореактивные пластмассы
Пластмассы делятся на два семейства: термопласты и термореактивные пластмассы.
Термореактивные пластмассы (такие как эпоксидная смола, фенольные смолы или силикон) создаются в результате химической реакции, которая необратимо фиксирует их молекулярные цепи. После отверждения их нельзя переплавить или изменить форму. Применение высокой температуры приведет лишь к их обугливанию и разрушению, а не к упрочнению.
Распространенные ошибки и заблуждения
«Термическая обработка» — это общий термин
Критически важно отличать упрочнение от других форм термической обработки. Хотя такой материал, как чистая медь, нельзя упрочнить, ее можно отожчь (смягчить) теплом, чтобы сделать более пластичной после того, как она была упрочнена деформацией.
Это означает, что, хотя многие материалы не поддаются «термической обработке» в смысле упрочнения, почти на все влияют термические процессы, такие как отжиг или снятие внутренних напряжений.
Альтернатива: упрочнение деформацией
Для материалов, которые нельзя упрочнить теплом, основным методом повышения прочности является упрочнение деформацией (или холодная обработка).
Это включает механическую деформацию материала прокаткой, волочением или изгибом при комнатной температуре. Именно этим процессом аустенитная нержавеющая сталь или чистая медь становятся прочнее, а отжиг — это процесс, используемый для обращения этого эффекта вспять.
Опора на общие названия материалов
Нельзя определить возможность термической обработки по общему названию, такому как «сталь» или «алюминий». Важен конкретный сплав.
Например, сталь 1018 (низкоуглеродистая) имеет очень ограниченную прокаливаемость, в то время как сталь 4140 (с более высоким содержанием углерода и легирующих элементов) предназначена для термической обработки. Аналогично, алюминий 1100 (чистый) нельзя упрочнить, а алюминий 7075 (легированный цинком) можно.
Выбор правильного материала
Понимание этих принципов позволяет выбрать правильный материал для вашей конкретной инженерной цели.
- Если ваша основная цель — достижение максимальной твердости и износостойкости: Вы должны выбрать сплав, поддающийся термической обработке, такой как высокоуглеродистая сталь, инструментальная сталь или мартенситная нержавеющая сталь.
- Если ваша основная цель — коррозионная стойкость и формуемость: Часто лучшим выбором является не упрочняемая аустенитная нержавеющая сталь, такая как 304 или 316, упрочненная холодной деформацией при необходимости.
- Если ваша основная цель — баланс прочности и малого веса: Необходим термообрабатываемый алюминиевый сплав из серий 2xxx, 6xxx или 7xxx, поскольку чистый алюминий таким образом упрочнить нельзя.
Знание состава материала — ключ к прогнозированию его реакции на тепло и выбору правильного решения для вашей задачи.
Сводная таблица:
| Тип материала | Примеры | Почему нельзя упрочнить термической обработкой |
|---|---|---|
| Чистые металлы | Чистое железо, алюминий, медь | Отсутствуют необходимые легирующие элементы для фазового превращения |
| Аустенитная нержавеющая сталь | 304, 316 | Стабильная кристаллическая структура при всех температурах |
| Ферритная нержавеющая сталь | 430 | Стабильная кристаллическая структура, не упрочняется закалкой |
| Термореактивные пластмассы | Эпоксидная смола, фенольные смолы | Необратимо отвержденные молекулярные цепи разрушаются при нагревании |
Нужен правильный материал для вашего конкретного применения? Выбор правильного сплава имеет решающее значение для достижения желаемых свойств, таких как твердость, коррозионная стойкость или прочность. KINTEK специализируется на поставке высококачественного лабораторного оборудования и расходных материалов, включая сплавы, поддающиеся термической обработке, и инструменты для анализа материалов. Наши эксперты помогут вам выбрать идеальный материал для ваших лабораторных нужд. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваш проект и узнать, как KINTEK может поддержать ваши цели в области исследований и разработок!
Связанные товары
- Печь с нижним подъемом
- 1800℃ Муфельная печь
- 1400℃ Муфельная печь
- 1700℃ Муфельная печь
- 1400℃ Трубчатая печь с алюминиевой трубкой
Люди также спрашивают
- Увеличивает ли спекание пористость? Как контролировать пористость для получения более прочных материалов
- Каковы преимущества и ограничения процесса термообработки? Освоение прочности материала и целостности поверхности
- Какие меры предосторожности вы будете принимать при работе с муфельной печью? Обеспечьте безопасную и эффективную работу
- Каково применение печей в лаборатории? Руководство по трансформации и анализу материалов
- Каковы правила безопасности для всех процессов нагрева в лаборатории? Руководство по предотвращению несчастных случаев
