термическая обработка металлов

терми́ческая обрабо́тка мета́ллов

процесс обработки изделий из металлов и сплавов путём теплового воздействия для целенаправленного изменения их структуры и свойств. Термическая обработка металлов подразделяется на собственно термическую, заключающуюся только в тепловом воздействии на металл, химико-термическую, сочетающую тепловое и химическое воздействие, и термомеханическую, сочетающую тепловое воздействие и пластическую деформацию. Собственно термическая обработка включает отжиг, закалку, старение металлов и отпуск металлов.

В эпоху неолита при применении холодной ковки самородной меди первобытный человек столкнулся с явлением наклёпа, затрудняющим изготовление изделий с тонкими лезвиями и острыми наконечниками. Для восстановления пластичности необходимо было нагревать холоднокованую медь в очаге. Наиболее ранние свидетельства о применении смягчающего отжига наклёпанного металла относятся к 6-му тыс. до н. э. Отжиг стал первой операцией термической обработки металлов. Для горячей ковки изделий из железа, полученного с использованием сыродутного процесса, кузнец нагревал заготовку в горне, в пламени древесного угля. При этом железо науглероживалось, т. е. происходила цементация – одна из разновидностей химико-термической обработки. При охлаждении кованого изделия из науглероженного железа в воде резко повышалась его твёрдость и улучшались эксплуатационные характеристики. Закалка в воде высокооловянной, свинцовой бронзы и науглероженного железа широко применялась уже во 2-м тыс. до н. э. Цементацию железа в древесном угле или органическом веществе, закалку и отпуск стали повсеместно применяли в эпоху Древнего мира и в Средневековье. До сер. 19 в. знания человека о термической обработке металлов представляли собой совокупность рецептов, выработанных на основе многовекового опыта. Потребности развития техники, и в первую очередь производства пушек, обусловили превращение термической обработки металлов из искусства в науку.

В 1860-х гг. российский учёный Д. К. Чернов, изучая под микроскопом протравленные шлифы из орудийных стволов и наблюдая строение изломов в месте разрыва, сделал вывод, что сталь тем прочнее, чем мельче её структура. В 1868 г. Чернов открыл внутренние структурные превращения в охлаждающейся стали, происходящие при определённых температурах, которые он назвал критическими точками а и b. Если сталь нагревать до температуры ниже точки а, то её невозможно закалить, а для получения мелкозернистой структуры сталь следует нагревать до температуры выше точки b. Открытие Чернова позволило научно обоснованно выбирать режим термической обработки стали для получения необходимых свойств стальных изделий. В 1906 г. немецкий инженер А. Вильм на изобретённом им дуралюмине открыл эффект искусственного старения металлов после закалки – важнейший способ упрочения сплавов (алюминиевых, медных, никелевых, железных и др.). В 1930-е гг. была разработана технология термомеханической обработки стареющих медных сплавов, а в 1950-е гг. – термомеханической обработки сталей, позволившая значительно повысить прочность изделий.

Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.