Инструкция по термообработке металлов

Обновлено: 08.01.2025

1.1. Послесварочная термическая обработка узлов, аппаратов и трубопроводов должна производиться по технологическим процессам или производственным инструкциям, разработанным предприятием-изготовителем или монтажной организацией в соответствии с требованиями настоящей технологической инструкции.

1.2. Сварные соединения деталей, узлов и аппаратов из сталей перлитного класса и двухслойных сталей на их основе, выполненные дуговой и электрошлаковой сваркой, подвергают высоким отпускам, которые в зависимости от этапа проведения, а также температуры и продолжительности выдержки подразделяются на промежуточные и окончательные.

1.3. Для сварных соединений, подлежащим высоким отпускам, обязательным является проведение окончательного отпуска (одного или нескольких) вне зависимости от проведения промежуточных отпусков.

1.4. Промежуточные отпуска проводят в случаях, предусмотренных ПТД, после выполнения сварных соединений, которые в процессе дальнейшего изготовления аппаратов подлежат окончательному отпуску.

1.5. Рекомендуемые в настоящей технологической инструкции оптимальные режимы высокого отпуска - температура и продолжительность выдержки, установлены на основе экспериментальных исследований, выполненных в ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры», по релаксации остаточных напряжений при нагреве в широком диапазоне температур углеродистых и низколегированных сталей и их сварных соединений, а также анализа опыта применения нормативных требований Правил ASME на послесварочную термообработку сварных сосудов и аппаратов, РД котлостроения и атомного машиностроения, материалов Международного Института Сварки.

Другие режимы высокого отпуска (температура печи при посадке в нее сварных узлов и аппаратов, скорость нагрева, условия охлаждения и др.) устанавливаются, как правило, технологическими производственными процессами, составленными с учетом требований настоящей технологической инструкции и РТМ 26-44-82.

1.6. Послесварочная термообработка аппаратов из двухслойных сталей производится по режимам отпусков, рекомендуемых в настоящей технологической инструкции для марки стали основного слоя, если нет специальных требований в рабочем проекте на аппарат. За толщину сваренных деталей и узлов принимается номинальная толщина двухслойной стали. При этом следует, по возможности, избегать многократного нагрева.

1.7. При высоком отпуске сварных соединений деталей и узлов из теплоустойчивых хромомолибденовых сталей типа 12ХМ скорость нагрева в температурном интервале от 550 до 700 °C должна быть не менее 60 °C/ч.

1.8. Сварные соединения из разнородных сталей в сочетании между собой, углеродистые, кремнемарганцовистые, хромомолибденовые подлежат отпуску, если, согласно табл. 2.1 марка стали и толщина хотя бы одной детали входящей в сварное соединение определяет необходимость его проведения. Режим отпуска устанавливается по более легированной марке стали.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЪЕМНОМУ ОТПУСКУ СВАРНЫХ УЗЛОВ И АППАРАТОВ

2.1. Объемный высокий отпуск сварных деталей, узлов и аппаратов производится в камерных и шахтных печах. В отдельных случаях, например, отпуск негабаритных аппаратов, производится посредством нагрева изнутри теплоносителем по режиму высокого отпуска.

2.2. Печные агрегаты, в которых аппараты проходят послесварочную термообработку, должны обеспечивать распределение температуры по рабочей части печи в пределах допуска на нее, указанного в режиме высокого отпуска.

При нагреве аппарата в пламенных печах недопустимо прямое попадание пламени на изделие. Температура в печи во время загрузки в нее узлов и аппаратов не должна превышать 350 °C.

2.3. При объемной термообработке - отпуске скорость нагрева узла, аппарата до 350 °C не регламентируется. Выше 350 °C любая скорость нагрева при толщине стенки до 30 мм, но не более 200 °C/ч. При большей толщине - скорость нагрева не более 150 °C/ч. Скорость охлаждения - до 300 °C с печью, затем на воздухе. При температуре окружающего воздуха выше 18 °C допускается охлаждение с температуры отпуска производить на воздухе.

2.4. Все печные агрегаты, в которых аппараты проходят послесварочную термообработку, должны обеспечивать необходимое распределение температуры по поду и высоте печи.

2.5. После ремонта печи, а также при замене нагревателей, производят регулировку ее с контрольной проверкой распределения температуры в нагревательной камере. На основании проверки устанавливается рабочая зона, в пределах которой нужно располагать узлы и аппараты при проведении высокого отпуска.

2.6. Объем контроля качества деталей, узлов и аппаратов, прошедших послесварочную термообработку, устанавливается ТУ на изделие.

2.8 Минимальная продолжительность выдержки, при проведении объемного высокого отпуска аппарата, устанавливается по сварным соединениям деталей, узлов наибольшей номинальной толщины (независимо от номинальной толщины деталей других сварных соединений).

2.9 Минимальную продолжительность выдержки при проведении высокого отпуска угловых, тавровьтх и нахлесточньих сварных соединений допускается устанавливать по расчетной высоте углового шва (по суммарной расчетной высоте двухстороннего углового шва), принимая указанную высоту за номинальную толщину сваренных деталей.

2.10. Максимальная продолжительность выдержки при проведении высокого отпуска сварных узлов, аппаратов и трубопроводов из углеродистых и низколегированных сталей не должна превышать рекомендуемую продолжительность выдержки более чем на один час.

Таблица 2.1 - Рекомендуемые режимы высокого отпуска при объемной и местной термообработке сварных деталей, узлов и аппаратов.

ГОСТ 12.3.004-75 ССБТ. Термическая обработка металлов. Общие требования безопасности

Настоящий стандарт распространяется на все процессы термической и химико-термической обработки металлов и устанавливает общие требования безопасности при их осуществлении.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 . При проведении процессов термической и химико-термической обработки должны быть предусмотрены меры защиты работающих от возможного действия опасных и вредных производственных факторов по ГОСТ 12.0.003-74 , указанных в приложении. Концентрации веществ, обладающих вредными свойствами, и уровни физических опасных и вредных производственных факторов не должны превышать значений, установленных санитарными нормами.

1.2 . Производственное оборудование термических цехов и участков должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.003-74 и настоящего стандарта.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССАМ

2.1 . При разработке технологических процессов термической обработки металлов необходимо учитывать требования ГОСТ 12.3.002-75 и настоящего стандарта.

2.2 . В целях контроля процессов подготовки изделий к термической обработке, контроля и регулирования параметров термической обработки металлов (температуры, давления в рабочем пространстве печи, содержания компонентов в газовой среде и т.д.) необходимо применять блокировку, а также средства световой и звуковой сигнализации о нарушениях технологического процесса, могущих привести к возникновению аварийной ситуации.

2.3 . При подготовке изделий и деталей к термической обработке (нанесение защитных паст, травление, обезжиривание и др.) и при проведении термической обработки с применением веществ, обладающих токсичными, пожаро- и взрывоопасными свойствами (керосина, масел, расплавов солей и металлов, жидких сред), применяемых при закалке и отпуске, должна быть исключена возможность воздействия этих веществ на работающих.

При работе с пожароопасными жидкими средами, применяемыми при закалке и отпуске, должны соблюдаться требования пожарной безопасности.

2.4 . Нагретые в процессе термической обработки изделия и детали необходимо размещать в местах, оборудованных эффективной вытяжной вентиляцией или в специально оборудованных охладительных помещениях или устройствах.

2.5 . Места возможного выделения в воздушную среду производственных помещений веществ, обладающих токсичными пожаро- и взрывоопасными свойствами, и пылей должны быть снабжены вытяжной механической вентиляцией во взрывозащищенном исполнении.

2.6 . При разработке технологических процессов термической и химико-термической обработки металлов должны предусматриваться оптимальные режимы работы оборудования, обеспечивающие:

непрерывность технологического процесса;

рациональный ритм работы людей, выполняющих отдельные технологические операции;

исключение возможности создания аварийной обстановки.

При применении горючих атмосфер во всем температурном диапазоне процессов термической и химико-термической обработки конструкция оборудования и порядок работы на нем (герметизация рабочего пространства, продувка нейтральным газом тамбуров проходных агрегатов и контейнеров шахтных печей перед открыванием крышек при рабочей температуре, наличие запальников у наружных дверец проходных агрегатов и др.) должны обеспечивать безопасные условия труда.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.7 . Система газопроводов в термических цехах должна быть выполнена в соответствии с требованиями действующих строительных норм и правил, утвержденных в установленном порядке.

2.8 . Система газопроводов перед заполнением их горючими газами и смесями должна быть продута негорючими или инертными газами при повышенном давлении.

2.9 . Газопроводы должны быть окрашены по ГОСТ 14202-69 .

2.10 . Во всех случаях возникновения аварийных ситуаций при ведении технологического процесса (перегрев закалочной среды, обнаружение в воздухе цианистого водорода и других вредных веществ выше предельно допустимых концентраций, прекращение подачи воздуха к форсунке газовой горелки термической печи и т.п.) работу следует немедленно прекратить и принять меры к устранению аварийной ситуации. Ведение технологического процесса следует продолжать только после того, как будет выяснена причина, создавшая аварийную обстановку и будут приняты меры по ее устранению.

2.11 . Не допускается соединение в одну систему воздуховодов местных отсосов от цианистых и кислых ванн.

3. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ ПОМЕЩЕНИЯМ

3.1 . Участок травления металлов, участок цианирования, жидкостного азотирования и свинцовых печей-ванн, а также участки подготовки твердого карбюризатора, диффузионной металлизации и борирования, если они расположены вне потока, должны быть отделены от других участков отделения (цехов) производства термической обработки металлов.

3.2 . Отделка потолков и стен помещения участков травления, цианирования, жидкостного азотирования и свинцовых печей-ванн должна допускать систематическую мокрую уборку.

3.3 . Помещения и воздуховоды от местных отсосов должны очищаться от пыли, чтобы количество взвешенной в воздухе и осевшей пыли не могло образовать взрывоопасную пылевоздушную смесь в объеме более 1% объема помещений.

4. ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛАМ

4.1 . Для нагревательных устройств должны применяться газообразное топливо и электрическая энергия. Применение твердого и жидкого топлива допускается в технически обоснованных случаях.

4.2 . При термической и химико-термической обработке должны применяться масла, кислоты, соли, щелочи и другие химические вещества, на которые утверждена нормативно-техническая документация.

4.3 . При термической обработке металлов необходимо применять пожаробезопасные жидкости и материалы. В отдельных случаях по согласованию с органами пожарного надзора могут применяться горючие жидкости.

4.4 . Применение ядовитых солей возможно только в технически обоснованных случаях и по согласованию с органами Государственного санитарного надзора.

4.5 . Ядовитые соли для термической обработки должны использоваться в гранулированном виде. Использование ядовитых солей в порошках допускается с разрешения органов Государственного санитарного надзора.

4.6 . Применение расплавов калийной и натриевой селитры в качестве нагревательных сред при закалке легких сплавов допускается в исключительных, технически обоснованных случаях по согласованию с органами пожарного надзора.

4.7 . Применение новых видов топлива, нагревательных и охладительных сред, защитных сред, новых карбюризаторов и других химических веществ допускается только после согласования с органами Государственного санитарного надзора.

5. ТРЕБОВАНИЯ К РАЗМЕЩЕНИЮ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

5.1 . Закалочные масляные ванны должны иметь сборные емкости для 100% слива масла. Соединительные маслопроводы должны быть рассчитаны из условия возможности слива масла из бака в случае аварии не более чем за 10 мин. Закалочные масляные ванны должны быть оборудованы установками пожаротушения.

5.2 . Газоприготовительные установки следует размещать в одном помещении с печами, потребляющими газовые атмосферы, или в отдельном помещении.

5.3 . Закалочные баки, соляные и травильные ванны, шахтные печи, установленные в приямках, должны выступать над уровнем пола на высоту 1,0 м. В случае меньшей высоты такое оборудование должно быть ограждено барьером.

5.4 . Рабочие проемы нагревательных печей, печей-ванн и других термических агрегатов, а также оборудование для их обслуживания (манипуляторы, кантователи и т.п.) должны быть обеспечены устройствами и приспособлениями для защиты работающих от теплового облучения. Температура нагретых поверхностей оборудования и ограждений не должно превышать значений, установленных действующими санитарными нормами.

Интенсивность теплового облучения на рабочих местах не должна превышать 300 ккал/м 2 ·ч.

6. ТРЕБОВАНИЯ К ХРАНЕНИЮ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЮ ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ИЗДЕЛИЙ И ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

6.1 . Доставка в цех изделий термической обработки, а также масел, кислот, щелочей и других химических материалов, применяемых при подготовке изделий к термической обработке и в процессах термической обработки, должна осуществляться способами, исключающими опасность травматизма, физического перенапряжения, возможности интоксикации, загрязнения тела и одежды работающих, а также загрязнения помещения и воздуха в них.

Тара, используемая для транспортирования сильнодействующих ядовитых веществ, после опорожнения должна храниться в специально отведенных местах.

6.2 . Погрузка изделий и деталей массой более 20 кг на транспортные средства и загрузка их должна осуществляться погрузочно-разгрузочными устройствами.

Для транспортирования этих изделий и деталей в цехах следует применять электрокары, подвесные и толкательные конвейеры и другие виды транспорта.

6.3 . Сбор, сортировка и кратковременное хранение отходов, образовавшихся при термической и химико-термической обработке металлов, должны производиться в термических цехах и участках в специально отведенных для этого местах.

Отходы, содержащие сильнодействующие ядовитые вещества, следует хранить в специальных изолированных помещениях, в емкостях (бункерах, закромах, чанах и т.п.), снабженных специальными устройствами, исключающими загрязнение почвы, подземных вод, атмосферного воздуха.

6.4 . Удаление твердых отходов, слив отработанных кислотных, щелочных, цианистых и других растворов, обладающих токсичными свойствами, следует производить после их нейтрализации в соответствии с нормами и правилами, утвержденными Министерством здравоохранения СССР.

6.5 . Изделия, подлежащие термической обработке и обработанные изделия, химические и другие материалы, применяемые как в процессе термической обработки металлов, так и в процессе подготовки их к термической обработке, должны храниться в специально отведенных для них помещениях или площадках.

6.6 . Кислоты, щелочи, легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, используемые в количестве более 400 кг в рабочую смену, должны подаваться к рабочим местам по трубопроводам, выполненным из материалов, стойких к действию транспортируемых веществ. При сменной потребности в этих материалах до 400 кг допускается их подача к рабочему месту в плотно закрытой небьющейся таре.

7. ТРЕБОВАНИЯ К ПЕРСОНАЛУ

7.1 . Рабочие и инженерно-технический персонал должны проходить медицинский осмотр при поступлении на работу и периодически в соответствии с порядком, установленным Министерством здравоохранения СССР.

7.2 . Программа для обучения рабочих термических цехов должны составляться на основе типовых программ, утверждаемых соответствующими министерствами.

7.3 . Все рабочие, служащие и инженерно-технические работники термических цехов и участков проводят инструктаж по безопасности труда и пожарной безопасности; вводный - при поступлении на работу; первичный - на рабочем месте; повторный - не реже одного раза в три месяца; внеплановый - при нарушении требований безопасности труда; несчастном случае и др.

7.4 . К эксплуатации оборудования, работающего с газовыми атмосферами и горючими газами, а также оборудования, потребляющего токи высокой частоты (ТВЧ), допускаются лица, прошедшие специальное обучение и проверку знаний, с выдачей им соответствующих удостоверений.

7.5 . Для лиц, работающих в отделениях жидкостного планирования и азотирования металлов, обслуживающих печи с газовой атмосферой и газоприготовительные установки, электрические печи и установки ТВЧ, а также выполняющие различные другие работы повышенной опасности, устанавливается периодическая, не реже одного раза в год проверка знаний безопасного выполнения работы, проводимая комиссией, утверждаемой руководителем предприятия.

8. ТРЕБОВАНИЯ К ПРИМЕНЕНИЮ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ РАБОТАЮЩИХ

8.1 . Работающие в термических цехах должны использовать средства индивидуальной защиты, соответствующие требованиям ГОСТ 12.4.011-75.

8.2 . Спецодежда работающих в отделениях цианирования, жидкостного азотирования во избежание отравления работающих на других участках термических цехов должна сдаваться в стирку обезвреженной и храниться отдельно от спецодежды работающих других участков термических цехов.

8.3 . Для работающих в отделениях цианирования и жидкостного азотирования администрация должна организовать замену спецодежды на чистую, сохранившую свои защитные свойства, не реже одного раза в 10 дней.

8.4 . Должны быть предусмотрены меры, исключающие возможность выноса спецодежды рабочими участков цианирования, свинцовых ванн и жидкостного азотирования за пределы цеха и выхода рабочих этих участков в спецодежде.

9. КОНТРОЛЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ТРЕБОВАНИЙ БЕЗОПАСНОСТИ

9.1 . Помещения термических цехов, термическое оборудование и коммуникации должны быть оснащены контрольно-измерительными приборами для контроля уровней опасных и вредных производственных факторов, возникающих при данном процессе.

9.2 . Системы управления и контроля процессами термической и химико-термической обработки должны иметь свободный и безопасный доступ к их элементам для обслуживания и ремонта.

9.3 . Защитно-предохранительная, регулирующая и запорная арматура, а также системы автоматики термического оборудования и коммуникации должны проверяться с целью определения исправности и в сроки, установленные нормативно-технической документацией на соответствующие механизмы и приборы.

9.4 . В термических цехах, отделениях и участках на газопроводах на линиях сжатого воздуха в легкодоступных местах для возможности локализации действия опасных и вредных производственных факторов должны быть установлены быстродействующие отсекающие устройства.

9.5 . При использовании газов, обладающих опасными и вредными свойствами, следует осуществлять контроль работы вытяжных вентиляционных устройств и систем сигнализации в установленном порядке.

9.6 . Во избежание выплесков и загорания при эксплуатации закалочных баков необходимо контролировать уровень масла в них, а также исправность устройств для аварийного слива масла и сигнализаторов перегрева его.

9.7 . Закалочные масла должны еженедельно подвергаться контролю на содержание в них воды. Обнаруженная вода должна быть удалена.

9.8 . При использовании нагревательных ванн, содержащих расплавы калийной и натровой селитры, а также охладительных ванн из расплавленных смесей азотнокислых и азотистокислых солей калия и натрия, должны быть предусмотрены устройства, предупреждающие возможность местных перегревов расплава.

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПРОЦЕССОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

При проведении процессов термической обработки металлов работающие могут подвергаться воздействию опасных и вредных производственных факторов следующих трех групп:

Группа физических факторов:

движущиеся машины и механизмы;

незащищенные подвижные элементы производственного оборудования, передвигающиеся изделия, заготовки, материалы;

повышенная запыленность воздуха рабочей зоны;

повышенная температура поверхностей оборудования и материалов;

повышенная температура воздуха рабочей зоны;

повышенный уровень шума на рабочем месте;

повышенный уровень инфразвуковых колебаний;

повышенная или пониженная влажность;

повышенная или пониженная подвижность воздуха;

Опасный уровень напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека;

повышенный уровень электромагнитных излучений;

повышенная яркость света.

Группа химических факторов:

Группа психофизиологических факторов:

1. Общие положения . 1

2. Требования к технологическим процессам .. 1

3. Требования к производственным помещениям .. 2

4. Требования к технологическим материалам .. 2

5. Требования к размещению производственного оборудования . 3

6. Требования к хранению и транспортированию исходных материалов, обрабатываемых изделий и отходов производства . 3

7. Требования к персоналу . 4

8. Требования к применению средств защиты работающих . 4

9. Контроль выполнения требований безопасности . 4

Приложение Перечень опасных и вредных производственных факторов, возникающих при проведении процессов термической обработки . 5

Термическая обработка стали

Термическая обработка стали позволяет придать изделиям, деталям и заготовкам требуемые качества и характеристики. В зависимости от того, на каком этапе в технологическом процессе изготовления проводилась термическая обработка, у заготовок повышается обрабатываемость, с деталей снимаются остаточные напряжения, а у деталей повышаются эксплуатационные качества.

Технология термической обработки стали – это совокупность процессов: нагревания, выдерживания и охлаждения с целью изменения внутренней структуры металла или сплава. При этом химический состав не изменяется.

Так, молекулярная решетка углеродистой стали при температуре не более 910°С представляет из себя куб объемно-центрированный. При нагревании свыше 910°С до 1400°С решетка принимает форму гране-центрированного куба. Дальнейший нагрев превращает куб в объемно-центрированный.

Термическая обработка стали

Сущность термической обработки сталей – это изменение размера зерна внутренней структуры стали. Строгое соблюдение температурного режима, времени и скорости на всех этапах, которые напрямую зависят от количества углерода, легирующих элементов и примесей, снижающих качество материала. Во время нагрева происходят структурные изменения, которые при охлаждении протекают в обратной последовательности. На рисунке видно, какие превращения происходят во время термической обработки.

Изменение структуры металла при термообработке

Назначение термической обработки

Термическая обработка стали проводится при температурах, приближенных к критическим точкам . Здесь происходит:

• вторичная кристаллизация сплава;
• переход гамма железа в состояние альфа железа;
• переход крупных частиц в пластинки.

Внутренняя структура двухфазной смеси напрямую влияет на эксплуатационные качества и легкость обработки.

Образование структур в зависимости от интенсивности охлаждения

Основное назначение термической обработки — это придание сталям:

• В готовых изделиях:
  1. прочности;
  2. износостойкости;
  3. коррозионностойкость;
  4. термостойкости.

• В заготовках:
  1. снятие внутренних напряжений после
     • литья;
     • штамповки (горячей, холодной);
     • глубокой вытяжки;

     Термическая обработка применяется к следующим типам сталей:

     1. Углеродистым и легированным.
     2. С различным содержанием углерода, от низкоуглеродистых 0,25% до высокоуглеродистых 0,7%.
     3. Конструкционным, специальным, инструментальным.
     4. Любого качества.

     Классификация и виды термообработки

     Основополагающими параметрами, влияющими на качество термообработки являются:

     • время нагревания (скорость);
     • температура нагревания;
     • длительность выдерживания при заданной температуре;
     • время охлаждения (интенсивность).

     Изменяя данные режимы можно получить несколько видов термообработки.

     Виды термической обработки стали:

     • Отжиг
       1. I – рода:
          • гомогенизация;
          • рекристаллизация;
          • изотермический;
          • снятие внутренних и остаточных напряжений;
          • полный;
          • неполный;
          • Закалка;
          • Отпуск:
            1. низкий;
            2. средний;
            3. высокий.
          • Нормализация.

          
          

          Температура нагрева стали при термообработке

          Отпуск

          Отпуск в машиностроении используется для уменьшения силы внутренних напряжений, которые появляются во время закалки. Высокая твердость делает изделия хрупкими, поэтому отпуском добиваются увеличения ударной вязкости и снижения жесткости и хрупкости стали.

          1. Отпуск низкий

          Для низкого отпуска характерна внутренняя структура мартенсита, которая, не снижая твердости повышает вязкость. Данной термообработке подвергаются измерительный и режущий инструмент. Режимы обработки:

          • Нагревание до температуры – от 150°С, но не выше 250°С;
          • выдерживание — полтора часа;
          • остывание – воздух, масло.

          2. Средний отпуск

          Для среднего отпуска преобразование мартенсита в тростит. Твердость снижается до 400 НВ. Вязкость возрастает. Данному отпуску подвергаются детали, работающие со значительными упругими нагрузками. Режимы обработки:

          • нагревание до температуры – от 340°С, но не выше 500°С;
          • охлаждение – воздух.

          3. Высокий отпуск

          При высоком отпуске кристаллизуется сорбит, который ликвидирует напряжения в кристаллической решетке. Изготавливаются ответственные детали, обладающие прочностью, пластичностью, вязкостью.

          
          

          Нагревание до температуры – от 450°С, но не выше 650°С.

          Отжиг

          Применение отжига позволяет получить однородную внутреннюю структуру без напряжений кристаллической решетки. Процесс проводят в следующей последовательности:

          • нагревание до температуры чуть выше критической точки в зависимости от марки стали;
          • выдержка с постоянным поддержанием температуры;
          • медленное охлаждение (обычно остывание происходит совместно с печью).

          1. Гомогенизация

          Гомогенизация, по-иному отжиг диффузионный, восстанавливает неоднородную ликвацию отливок. Режимы обработки:

          2. Рекристаллизация

          Рекристаллизация, по-иному низкий отжиг, используется после обработки пластическим деформированием, которое вызывает упрочнение за счет изменения формы зерна (наклеп). Режимы обработки:

          • нагревание до температуры – выше точки кристаллизации на 100°С-200°С;
          • выдерживание — ½ — 2 часа;
          • остывание – медленное.

          3. Изотермический отжиг

          Изотермическому отжигу подвергаются легированные стали, для того чтобы произошел распад аустенита. Режимы термообработки:

          • нагревание до температуры – на 20°С — 30°С выше точки ;
          • выдерживание;
          • остывание:
            • быстрое – не ниже 630°С;
            • медленное – при положительных температурах.

            4. Отжиг для устранения напряжений

            Снятие внутренних и остаточных напряжений отжигом используется после сварочных работ, литья, механической обработки. С наложением рабочих нагрузок детали подвергаются разрушению. Режимы обработки:

            • нагревание до температуры – 727°С;
            • выдерживание – до 20 часов при температуре 600°С — 700°С;
            • остывание — медленное.

            5. Отжиг полный

            Отжиг полный позволяет получить внутреннюю структуру с мелким зерном, в составе которой феррит с перлитом. Полный отжиг используют для литых, кованных и штампованных заготовок, которые будут в дальнейшем обрабатываться резанием и подвергаться закалке.

            
            

            Полный отжиг стали

            • температура нагрева – на 30°С-50°С выше точки ;
            • выдержка;
            • охлаждение до 500°С:
              • сталь углеродистая – снижение температуры за час не более 150°С;
              • сталь легированная – снижение температуры за час не более 50°С.

              6. Неполный отжиг

              При неполном отжиге пластинчатый или грубый перлит преобразуется в ферритно-цементитную зернистую структуру, что необходимо для швов, полученных электродуговой сваркой, а также инструментальные стали и стальные детали, подвергшиеся таким методам обработки, температура которых не провоцирует рост зерна внутренней структуры.

              • нагревание до температуры – выше точки или , выше 700°С на 40°С — 50°С;
              • выдерживание – порядка 20 часов;
              • охлаждение — медленное.

              Закалка

              Закалку сталей применяют для:

              • Повышения:
                1. твердости;
                2. прочности;
                3. износоустойчивости;
                4. предела упругости;
              • Снижения:
                1. пластичности;
                2. модуля сдвига;
                3. предела на сжатие.

              Суть закалки – это максимально быстрое охлаждение прогретой насквозь детали в различных средах. Каление производится с полиморфными изменениями и без них. Полиморфные изменения возможны только в тех сталях, в которых присутствуют элементы способные к преобразованию.

              
              

              Такой сплав подвергается нагреву до той температуры, при которой кристаллическая решетка полиморфного элемента терпит изменения, за счет чего увеличивается растворяемость легирующих материалов. При снижении температуры решетка изменяет структуру из-за избытка легирующего элемента и принимает игольчатую структуру.

              Невозможность полиморфных изменений при калении обусловлено ограниченной растворимостью одного компонента в другом при быстрой скорости охлаждения. Для диффузии мало времени. В итоге получается раствор с избытком нерастворенного компонента (метастабильтный).

              Для увеличения скорости охлаждения стали используются такие среды как:

              • вода;
              • соляные растворы на основе воды;
              • техническое масло;
              • инертные газы.

              Сравнивая скоростной режим охлаждения стальных изделий на воздухе, то охлаждение в воде с 600°С происходит в шесть раз быстрее, а с 200°С в масле в 28 раз. Растворенные соли повышают закаливающую способность. Недостатком использования воды считается появление трещин в местах образования мартенсита. Техническое масло используется для закалки легирующих сплавов, но оно пригорает к поверхности.

              Металлы, использующиеся при изготовлении изделий медицинской направленности не должны иметь пленки из оксидов, поэтому охлаждение происходит в среде разряженного воздуха.

              Чтобы полностью избавиться от аустенита, из-за которого у стали наблюдается высокая хрупкость, изделия подвергаются дополнительному охлаждению при температурах от — 40°С и до -100°С в специальной камере. Также можно использовать углекислую кислоту в смеси с ацетоном. Такая обработка повышает точность деталей, их твердость, магнитные свойства.

              Если деталям не требуется объемная термообработка, проводится каление только поверхностного слоя на установках ТВЧ (токами высокой частоты). При этом глубина термообработки составляет от 1 мм до 10 мм, а охлаждение происходит на воздухе. В итоге поверхностный слой становится износоустойчивым, а середина вязкая.

              Процесс закалки предполагает прогревание и выдержку стальных изделий при температуре, достигающей порядка 900°С. При такой температуре стали с содержанием углерода до 0,7% имеют структуру мартенсита, который при последующей термообработке перейдет в требуемую структуру с появлением нужных качеств.

              Нормализация

              Нормализация формирует структуру с мелким зерном. Для низкоуглеродистых сталей — это структура феррит-перлит, для легированных – сорбитоподобная. Получаемая твердость не превышает 300 НВ. Нормализации подвергаются горячекатаные стали. При этом у них увеличивается:

              • сопротивление излому;
              • производительность обработки;
              • прочность;
              • вязкость.

              
              

              Процесс нормализации стали

              • происходит нагрев до температуры – на 30°С-50°С выше точки ;
              • выдерживание в данном температурном коридоре;
              • охлаждение – на открытом воздухе.

              Преимущества термообработки

              Термообработка стали – это технологический процесс, который стал обязательным этапом получения комплектов деталей из стали и сплавов с заданными качествами. Этого позволяет добиться большое разнообразие режимов и способов термического воздействия. Термообработку используют не только применительно к сталям, но и к цветным металлам и сплавам на их основе.

              Стали без термообработки используются лишь для возведения металлоконструкций и изготовления неответственных деталей, срок службы которых невелик. К ним не предъявляются дополнительные требования. Повседневная же эксплуатация наоборот диктует ужесточение требований, именно поэтому применение термообработки предпочтительно.

              В термически необработанных сталях абразивный износ высок и пропорционален собственной твердости, которая зависит от состава химических элементов. Так, незакаленные матрицы штампов хорошо сочетаются при работе с калеными пуансонами.

              Технологическая инструкция на послесварочную термообработку - промежуточный и высокий отпуск аппаратов из углеродистых, низколегированных, теплоустойчивых и двухслойных сталей на их основе

              Технологическая инструкция содержит основные требования и технологические рекомендации на послесварочную термообработку в части применения новых оптимальных, технически обоснованных режимов высокого отпуска сварных деталей, узлов, аппаратов и трубопроводов, работающих под давлением, из углеродистых, низколегированных и двухслойных сталей на их основе

              929.25090.00323

              Открытое акционерное общество
              «ВОЛГОГРАДСКИЙ
              НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ
              ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЧЕСКОГО И НЕФТЯНОГО АППАРАТОСТРОЕНИЯ»
              (ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры»)

              СОГЛАСОВАНО

              Зам. генерального директора
              ОАО «ВНИИнефтемаш»
              канд. техн. наук
              ___________ В.П. Ермолаев
              «25» ___03________ 2003 г.

              Зам. генерального директора
              ОАО «ВНИИПТхимнефтеаппаратуры»
              канд. техн. наук
              ______________ В.Л. Мирочник
              «19» ___03____________ 2003 г.

              ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ
              на послесварочную термообработку - промежуточный и высокий
              отпуск аппаратов из углеродистых, низколегированных,
              теплоустойчивых и двухслойных сталей
              на их основе

              Зав. отделом № 30
              канд. техн. наук
              ________ А.Н. Бочаров

              Зав. лабораторией № 30л
              канд. техн. наук
              ________ Н.М. Королев

              Зав. отделом № 23
              В.А. Бабкин

              Зав. лабораторией № 55
              ВИ. Курило

              Руководитель разработки,
              ведущий научный сотрудник
              канд. техн. наук
              В.А. Крошкин

              Научный сотрудник
              А.А. Павлов

              Настоящая технологическая инструкция содержит основные требования и технологические рекомендации на послесварочную термообработку в части применения новых оптимальных, технически обоснованных режимов высокого отпуска сварных деталей, узлов, аппаратов и трубопроводов, работающих под давлением, из углеродистых, низколегированных и двухслойных сталей на их основе.

              Технологическая инструкция не содержит рекомендаций, нарушающих требования Правил Госгортехнадзора РФ ПБ 03-384-00 , ОСТ 26-291-94 и РТМ 26-44-82 «Термическая обработка нефтехимической аппаратуры и ее элементов» с Изменением № 1.

              Технологические рекомендации распространяются на проведение послесварочной объемной термообработки в газовых и электропечах, местной термообработки, термообработки при внепечном объемном нагреве негабаритных аппаратов, а также на термообработку при температуре отпуска ниже минимально установленной в настоящей технологической инструкции.

              Ремонт аппаратов, находящихся в эксплуатации и выполняемый с применением сварки, может проводиться по технологическому процессу на послесварочную термообработку, разработанному в соответствии с рекомендациями настоящей технологической инструкции с учетом требований ОСТ 26-291-94 .

              Применение в технологической инструкции новых технически обоснованных рекомендаций позволило оптимизировать режимы послесварочной термообработки вида промежуточного и высокого отпуска деталей, аппаратов и, за счет этого, снизить время, расход газа, электроэнергии на 25 - 30 %, уменьшить износ печи и затраты на ее ремонт.

              1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

              Другие режимы высокого отпуска (температура печи при посадке в нее сварных узлов и аппаратов, скорость нагрева, условия охлаждения и др.) устанавливаются, как правило, технологическими производственными процессами, составленными с учетом требований настоящей технологической инструкции и РТМ 26-44-82 .

              2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЪЕМНОМУ ОТПУСКУ СВАРНЫХ УЗЛОВ И АППАРАТОВ

              2.11. При проведении высокого отпуска сварных деталей, узлов, аппаратов из теплоустойчивых хромомолибденовых сталей, максимальная продолжительность выдержки может превышать рекомендованную в таблице 2.1 более чем на один час, если это необходимо для обеспечения установленной твердости металла шва, в случае применения хромомолибденованадиевых сварочных материалов, согласно ОСТ 26-291-94 .

              Что такое термическая обработка металлов? Методы и преимущества

              
              

              Термическая обработка - это процесс нагрева и охлаждения металлов с использованием определенных заранее выбранных методов для получения желаемых свойств. Как черные, так и цветные металлы проходят термическую обработку перед их применением.

              Со временем было разработано множество различных методов. Даже сегодня металлурги постоянно работают над улучшением результатов и рентабельности этих процессов.

              Для этого они разрабатывают новые графики или циклы для производства различных сортов. Каждый график относится к разной скорости нагрева, выдержки и охлаждения металла.

              При тщательном соблюдении этих методов можно производить металлы различных стандартов с удивительно конкретными физическими и химическими свойствами.
              

              Польза

              Причины проведения термообработки могут быть разными. Некоторые процедуры делают металл мягким, а другие повышают твердость . Они также могут влиять на электрическую и теплопроводность этих материалов.

              Некоторые методы термообработки снимают напряжения, возникшие в более ранних процессах холодной обработки. Другие придают металлам желаемые химические свойства. Выбор идеального метода зависит от типа металла и требуемых свойств.

              В некоторых случаях металлическая деталь может пройти несколько процедур термической обработки. Например, некоторые суперсплавы, используемые в авиастроении, могут пройти до шести различных этапов термообработки, чтобы оптимизировать их для применения.
              

              Этапы процесса термообработки

              Проще говоря, термическая обработка - это процесс нагрева металла, выдержки его при этой температуре и последующего охлаждения. В процессе обработки металлическая деталь претерпевает изменения своих механических свойств. Это связано с тем, что высокая температура изменяет микроструктуру металла, которая играет важную роль в механических свойствах материала.

              Конечный результат зависит от множества различных факторов. К ним относятся время нагрева, время выдержки металлической детали при определенной температуре, скорость охлаждения, окружающие условия и т. д. Параметры зависят от метода термообработки, типа металла и размера детали.

              В ходе этих процессов свойства металла изменятся. Среди этих свойств - электрическое сопротивление, магнетизм, твердость, вязкость, пластичность, хрупкость и коррозионная стойкость.
              

              Нагрев

              
              

              Детали реактивного двигателя, направляемые в печь

              Как мы уже обсуждали, микроструктура сплавов будет изменяться в процессе термообработки. Нагрев осуществляется в соответствии с заданным термическим профилем.

              При нагревании сплав может находиться в одном из трех различных состояний. Это может быть механическая смесь, твердый раствор или их комбинация.

              Механическая смесь аналогична бетонной смеси, в которой цемент связывает песок и гравий. Песок и гравий все еще видны как отдельные частицы. В случае металлических сплавов механическая смесь удерживается основным металлом.

              С другой стороны, в твердом растворе все компоненты смешиваются гомогенно. Это означает, что их невозможно идентифицировать индивидуально даже под микроскопом.

              Каждое состояние приносит с собой разные качества. По фазовой диаграмме возможно изменение состояния путем нагрева. Однако охлаждение определяет конечный результат. Сплав может оказаться в одном из трех состояний, в зависимости только от метода.
              

              Выдержка

              Во время выдержки металл выдерживается при достигнутой температуре. Продолжительность зависит от требований.

              Например, поверхностное упрочнение требует только структурных изменений поверхности металла, чтобы повысить твердость поверхности. В то же время для других методов требуются единые свойства. В этом случае период выдержки больше.

              Время выдержки также зависит от типа материала и размера детали. Более крупным деталям требуется больше времени, когда целью являются однородные свойства. Это происходит из-за того, что сердцевине большой части требуется больше времени, чтобы достичь необходимой температуры.
              

              Охлаждение

              После завершения этапа выдержки металл необходимо охладить в установленном порядке. На этом этапе тоже происходят структурные изменения. Твердый раствор при охлаждении может оставаться неизменным, полностью или частично превращаться в механическую смесь, в зависимости от различных факторов.

              Скорость охлаждения регулируется различными средами, такими как солевой раствор, вода, масло или воздух. Вышеупомянутая последовательность охлаждающих сред находится в порядке убывания эффективной скорости охлаждения. Солевой раствор быстрее всего поглощает тепло, а воздух - медленнее всего.

              Также возможно использование печи в процессе охлаждения. Контролируемая среда обеспечивает высокую точность, когда необходимо медленное охлаждение.
              

              Фазовые диаграммы

              У каждого металлического сплава своя фазовая диаграмма. Как уже было сказано ранее, термическая обработка проводится по этим схемам. Они показывают структурные изменения, происходящие при разных температурах и различном химическом составе.

              Давайте возьмем фазовую диаграмму железо-углерод в качестве примера, так как она наиболее известна и широко преподается в университетах.
              

              
              

              Фазовая диаграмма железо-углерод является важным инструментом при изучении поведения различных углеродистых сталей при термообработке. Ось x показывает содержание углерода в сплаве, а ось y - температуру.

              Обратите внимание, что 2,14% углерода - это предел, при котором сталь становится чугуном.

              На диаграмме показаны различные области, где металл существует в различных микросостояниях, таких как аустенит, цементит, перлит. Эти области обозначены границами A1, A2, A3 и Acm. На этих границах происходят фазовые изменения, когда через них проходит температура или значение содержания углерода.

              A1: Верхняя граница фазы цементит/феррит.

              A2: предел, при котором железо теряет свой магнетизм. Температура, при которой металл теряет свой магнетизм, также называется температурой Кюри.

              A3: Граница раздела, отделяющая фазу аустенит + феррит от фазы γ (гамма) аустенита.

              Acm: Граница раздела, отделяющая аустенит γ от аустенита + цементита.

              Фазовая диаграмма является важным инструментом, позволяющим определить, будет ли термообработка полезной или нет. Каждая структура привносит определенные качества в конечный продукт, и выбор термообработки делается на основе этого.
              

              Распространенные методы термической обработки

              Существует довольно много методов термической обработки. Каждый из них обладает определенными качествами.

              К наиболее распространенным методам термообработки относятся:

              • Отжиг;
              • Нормализация;
              • Закаливание;
              • Старение;
              • Снятие напряжения;
              • Темперирование;
              • Цементация.

              Отжиг

              При отжиге металл нагревается выше верхней критической температуры, а затем охлаждается с медленной скоростью.

              Отжиг проводится для размягчения металла. Это делает металл более пригодным для холодной обработки и формовки. Он также повышает обрабатываемость, пластичность и вязкость металла.

              Отжиг также полезен для снятия напряжений в детали, вызванных предшествующими процессами холодной обработки. Присутствующие пластические деформации устраняются во время рекристаллизации, когда температура металла пересекает верхнюю критическую температуру.

              Металлы могут подвергаться множеству методов отжига, таких как рекристаллизационный отжиг, полный отжиг, частичный отжиг и окончательный отжиг.
              

              Нормализация

              Нормализация - это процесс термообработки, используемый для снятия внутренних напряжений, вызванных такими процессами, как сварка, литье или закалка.

              В этом процессе металл нагревается до температуры, которая на 40° C выше его верхней критической температуры.

              Эта температура выше, чем при закалке или отжиге. После выдержки при этой температуре в течение определенного периода времени его охлаждают на воздухе. Нормализация создает однородный размер зерна и состав по всей детали.

              Нормализованная сталь тверже и прочнее отожженной стали. Фактически, в нормализованном виде сталь прочнее, чем в любом другом состоянии. Вот почему детали, которые требуют ударной вязкости или должны выдерживать большие внешние нагрузки, почти всегда будут нормализованы.
              

              Закалка

              Самый распространенный процесс термообработки - закалка - используется для увеличения твердости металла. В некоторых случаях затвердеть может только поверхность.

              Заготовку закаляют, нагревая ее до заданной температуры, а затем быстро охлаждают, погружая в охлаждающую среду. Можно использовать масло, солевой раствор или воду. Полученная деталь будет иметь повышенную твердость и прочность, но одновременно возрастет и хрупкость.

              Цементное упрочнение - это тип процесса упрочнения, при котором упрочняется только внешний слой заготовки. Используемый процесс такой же, но поскольку тонкий внешний слой подвергается процессу, полученная в результате заготовка имеет твердый внешний слой, но более мягкую сердцевину.

              Это обычное дело для валов. Твердый внешний слой защищает его от износа материала . В противном случае при установке подшипника на вал он может повредить поверхность и сместить некоторые частицы, которые ускорят процесс износа. Закаленная поверхность обеспечивает защиту от этого, а сердечник по-прежнему обладает необходимыми свойствами, чтобы выдерживать усталостные напряжения.
              

              Другие типы процессов закалки включают индукционную закалку, дифференциальную закалку и закалку пламенем. Однако закалка пламенем может привести к образованию зоны термического влияния, которая возникает после охлаждения детали.
              

              Старение

              
              

              График старения алюминия 6061

              Старение или дисперсионное твердение - это метод термообработки, который в основном используется для повышения предела текучести ковких металлов. В ходе процесса образуются равномерно диспергированные частицы в структуре зерна металла, которые вызывают изменения в свойствах.

              Осадочное твердение обычно происходит после еще одного процесса термообработки, при котором достигается более высокая температура. Однако старение только повышает температуру до среднего уровня и снова быстро снижает ее.

              Некоторые материалы могут стареть естественным образом (при комнатной температуре), в то время как другие стареют только искусственно, то есть при повышенных температурах. Для естественно стареющих материалов может быть удобно хранить их при более низких температурах.
              

              Снятие напряжения

              Снятие напряжения особенно часто используется для деталей котлов, баллонов с воздухом, аккумуляторов и т. д. При этом методе нагревают металл до температуры чуть ниже его нижней критической границы. Процесс охлаждения медленный и, следовательно, равномерный.

              Это делается для снятия напряжений, которые возникли в деталях из-за более ранних процессов, таких как формовка, механическая обработка, прокатка или правка.
              

              Отпуск

              Отпуск - это процесс уменьшения избыточной твердости и, следовательно, хрупкости, возникающей в процессе закалки. Также снимаются внутренние напряжения. Прохождение этого процесса может сделать металл пригодным для многих применений, в которых требуются такие свойства.

              Температура обычно намного ниже температуры затвердевания. Чем выше используемая температура, тем мягче становится конечная заготовка. Скорость охлаждения не влияет на структуру металла во время отпуска, и обычно металл охлаждается на неподвижном воздухе.
              

              Цементация стали

              В этом процессе термообработки металл нагревается в присутствии другого материала, который выделяет углерод при разложении.

              Освободившийся углерод поглощается поверхностью металла. Содержание углерода на поверхности увеличивается, что делает ее более твердой, чем внутреннее ядро.
              

              Какие металлы подходят для термической обработки?

              Хотя черные металлы составляют большинство термообработанных материалов, сплавы меди, магния, алюминия, никеля, латуни и титана также могут подвергаться термообработке.

              Около 80% термически обрабатываемых металлов - это разные марки стали. Черные металлы, которые можно подвергать термической обработке, включают чугун, нержавеющую сталь и различные марки инструментальной стали.

              Такие процессы, как закалка, отжиг, нормализация, снятие напряжений, цементирование, азотирование и отпуск, обычно выполняются на черных металлах.

              Медь и медные сплавы подвергаются таким методам термической обработки, как отжиг, старение и закалка.

              Алюминий подходит для таких методов термообработки, как отжиг, термообработка на твердый раствор, естественное и искусственное старение. Термическая обработка алюминия - это точный процесс. Объем процесса должен быть установлен, и его следует тщательно контролировать на каждом этапе для достижения желаемых характеристик.

              Очевидно, не все материалы подходят для термической обработки. Точно так же не обязательно использовать каждый метод для отдельного материала. Поэтому каждый материал нужно изучать отдельно, чтобы добиться желаемого результата. Использование фазовых диаграмм и доступной информации о влиянии вышеупомянутых методов является отправной точкой.
              

              Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

              Читайте также:

                
              • Среди указанных ниже найдите типичные металлические элементы
                
              • Что такое узк металла
                
              • Завод металлических конструкций вакансии
                
              • Словосочетание со словом металл
                
              • Шкафы монтажные металлические уличные