После нагрева до температуры закалки деталь быстро перемещают в специальное закалочное масло.

Масло интенсивно отводит тепло от поверхности детали, благодаря чему в стали формируется твёрдая закалённая структура.

По сравнению с водой масло охлаждает мягче, поэтому уменьшается риск образования трещин и сильных деформаций.

При этом после обработки на поверхности детали остаётся масло, которое необходимо удалить.

Главное отличие: деталь охлаждается погружением в жидкую масляную среду.

При газовой закалке нагретая деталь охлаждается интенсивным потоком газа внутри герметичной камеры.

Чаще всего используются азот, аргон или другие технологические газы. Для увеличения скорости охлаждения газ может подаваться под высоким давлением и циркулировать через теплообменник.

Газовое охлаждение позволяет сохранить поверхность детали чистой и хорошо контролировать интенсивность охлаждения.

Особенно часто такая технология применяется после нагрева в вакуумной печи.

Главное отличие: вместо погружения детали в жидкость тепло отводится циркулирующим потоком газа.

Отпуск выполняют после закалки. Закалённую деталь снова нагревают, но уже до более низкой температуры, выдерживают и охлаждают.

Цель отпуска — уменьшить хрупкость и внутренние напряжения, сохранив необходимую твёрдость и прочность.

Чем выше температура отпуска, тем обычно ниже твёрдость, но выше пластичность и ударная вязкость.

Главное отличие: это повторный, менее сильный нагрев уже закалённой детали.

Так называемое улучшение стали состоит из двух последовательных операций:

закалка → высокий отпуск.

После такой обработки получают хорошее сочетание прочности и вязкости. Деталь остаётся прочной, но становится значительно менее хрупкой, чем непосредственно после закалки.

Так обрабатывают, например, валы, оси, шестерни и другие нагруженные детали машин.

Высокий отпуск — нагрев закалённой детали примерно до 500–680 °C.

Главное отличие: это не одна операция, а связка из закалки и высокого отпуска.

Некоторые сплавы нагревают так, чтобы отдельные составляющие материала растворились в основной структуре. Затем деталь быстро охлаждают и как бы «фиксируют» полученное состояние.

Такую обработку применяют, например, для алюминиевых, никелевых и некоторых нержавеющих сплавов.

После неё часто выполняется старение.

Главное отличие от обычной закалки стали: задача заключается не в получении закалочной структуры типа мартенсита, а в создании пересыщенного твёрдого раствора.

Старение применяют для сплавов, которые могут упрочняться за счёт выделения внутри металла очень мелких частиц.

После предварительной термообработки материал выдерживают при комнатной или повышенной температуре. Со временем внутри него формируется структура, увеличивающая прочность и твёрдость.

Старение бывает естественным и искусственным.

Главное отличие: свойства изменяются в основном во время выдержки, а не благодаря резкому охлаждению.

Вакуумная термообработка — это не отдельный вид изменения структуры металла вроде закалки или отжига. Это условия, в которых проводится термообработка.

В вакууме можно выполнять отжиг, закалку, отпуск, высокотемпературную пайку и другие процессы.

Поскольку вокруг детали практически отсутствует воздух, поверхность значительно меньше окисляется и не покрывается обычной окалиной. Это особенно важно для чистых, точных и ответственных изделий.

Охлаждение после вакуумного нагрева может выполняться, например, потоком инертного газа под давлением.

Главное отличие: изменяется не сама физическая сущность отжига или закалки, а среда, в которой проходит процесс.

При индукционном нагреве металлическую деталь помещают в электромагнитное поле, создаваемое индуктором.

В самом металле возникают электрические токи, которые и нагревают деталь. Поэтому тепло образуется не в нагревателе и затем передаётся детали, а непосредственно внутри самой детали.

Нагрев может занимать от нескольких секунд до минут и позволяет очень точно нагревать выбранный участок изделия.

Индукционный нагрев применяют для закалки, пайки, ковки, плавки, предварительного нагрева и других технологических операций.

Главное отличие от печного нагрева: деталь нагревается непосредственно электромагнитным полем, поэтому процесс значительно быстрее и может быть локальным.

При индукционной закалке быстро нагревается не вся деталь, а только нужная зона её поверхности.

Нагрев происходит за счёт электромагнитного поля индуктора. Сразу после нагрева участок быстро охлаждают.

В результате поверхность получается твёрдой и износостойкой, а сердцевина сохраняет исходные свойства.

Так можно упрочнять шейки валов, зубья шестерён, направляющие, ролики и другие рабочие поверхности.

Главное отличие от обычной объёмной закалки: нагревается только выбранный поверхностный слой.

При закалке в масле горячая деталь погружается непосредственно в жидкость. Масло обеспечивает достаточно интенсивное охлаждение и поэтому подходит для большого числа марок сталей.

При закалке в газе деталь остаётся внутри камеры и охлаждается циркулирующим газом. Такое охлаждение обычно более управляемое и чистое, но его интенсивность ниже и сильно зависит от давления, вида газа, размеров детали и конструкции печи.

Масло: более интенсивное охлаждение, подходит для многих сталей, но загрязняет поверхность и может вызывать большие температурные перепады.

Газ: чистая поверхность, удобное управление процессом и обычно меньший риск деформаций, но подходит не для каждой марки стали и не для каждой толщины детали.

Деталь нагревают до заданной температуры, выдерживают, а затем медленно охлаждают, часто вместе с печью.

После отжига металл обычно становится мягче, пластичнее, легче обрабатывается резанием. Также уменьшаются внутренние напряжения, которые могли появиться после сварки, литья, ковки или механической обработки.

Главное отличие: очень медленное контролируемое охлаждение.

Простой пример: если после изготовления стальная заготовка слишком твёрдая для дальнейшей обработки, её можно предварительно отжечь.

Деталь нагревают, выдерживают, после чего извлекают из печи и охлаждают на спокойном воздухе.

Нормализация позволяет получить более однородную и мелкую структуру стали. После неё сталь обычно получается несколько твёрже и прочнее, чем после полного отжига.

Главное отличие от отжига: охлаждение идёт быстрее — не вместе с печью, а на воздухе.

Деталь нагревают до температуры, при которой структура стали перестраивается, выдерживают и затем быстро охлаждают.

Для охлаждения могут использоваться масло, вода, специальные растворы или газ.

После закалки сталь становится значительно твёрже и прочнее, но одновременно может стать более хрупкой. Поэтому после закалки обычно выполняют отпуск.

Главное отличие: очень быстрое охлаждение.

При CVD в нагретую рабочую камеру подаются специальные газы — прекурсоры.

Под действием температуры они вступают в химические реакции возле поверхности детали. В результате на поверхности постепенно образуется тонкий слой нового материала.

Так можно наносить покрытия из карбида кремния, карбида тантала, углерода и других материалов.

CVD применяется для получения жаростойких, износостойких, защитных и функциональных покрытий.

Главное отличие: новый материал формируется непосредственно на поверхности изделия в результате химической реакции газов.

CVI по принципу похож на CVD, но используется прежде всего для пористых материалов и композитов.

Газ проникает внутрь пор заготовки и разлагается под действием высокой температуры. Образующийся твёрдый материал постепенно осаждается не только снаружи, но и внутри пор.

Так можно уплотнять углеродные и керамические композиты и создавать сложные композиционные материалы.

Главное отличие от CVD: CVD в основном создаёт покрытие на поверхности, а CVI позволяет осаждать материал внутри пористой структуры.

Поверхность стальной детали при высокой температуре насыщают углеродом.

После последующей закалки поверхность становится очень твёрдой и износостойкой, а сердцевина детали может оставаться более вязкой.

Это особенно полезно для деталей, у которых поверхность испытывает сильное трение или контактные нагрузки.

Главное отличие: углерод добавляется именно в поверхностный слой детали.

Поверхность стали одновременно насыщают углеродом и азотом.

Таким способом можно получить твёрдый и износостойкий поверхностный слой. После насыщения обычно выполняется закалка.

По смыслу технология занимает промежуточное положение между цементацией и азотированием.

Главное отличие: в поверхность одновременно вводятся два элемента — углерод и азот.

Формируется очень твёрдый износостойкий поверхностный слой. Одно из преимуществ азотирования — возможность получить высокую поверхностную твёрдость при сравнительно небольших деформациях детали.

В отличие от цементации, после азотирования обычно не требуется классическая закалка поверхности.

Главное отличие от цементации: используется азот, а сам процесс и свойства слоя другие.

Карбонизация — это нагрев органического или углеродсодержащего материала при высокой температуре без доступа воздуха или при очень малом содержании кислорода.

При нагреве из материала удаляются вода, летучие вещества и другие компоненты. В результате содержание углерода увеличивается и формируется углеродный материал.

Процесс используется при производстве углеродных материалов, углерод-углеродных композитов и других изделий.

Главное отличие: исходный материал превращается в углеродсодержащий материал за счёт удаления летучих компонентов.

Графитизация — это дальнейшая высокотемпературная обработка углеродного материала.

При очень высокой температуре расположение атомов углерода постепенно становится более упорядоченным и приближается к структуре графита.

В результате могут изменяться электропроводность, теплопроводность, плотность и другие свойства материала.

Графитизацию применяют при изготовлении графитовых изделий, электродов и углеродных композиционных материалов.

Главное отличие от карбонизации: при карбонизации получают углеродный материал, а при графитизации уже существующая углеродная структура перестраивается в более упорядоченную графитовую.

Пиролиз — это термическое разложение органических или углеродсодержащих материалов при высокой температуре без доступа кислорода или при его минимальном количестве. В процессе из материала удаляются летучие вещества и газы, а на выходе образуется твёрдый углеродный остаток, а также газообразные и жидкие продукты. Пиролиз применяют для получения углеродных материалов, переработки сырья и подготовки заготовок для последующих высокотемпературных процессов.

Главное отличие: материал разлагается при нагреве без кислорода с образованием углеродного остатка и летучих продуктов.

Пиролиз — более широкое понятие. Это термическое разложение материала без кислорода, при котором образуются твёрдый остаток, газы и иногда жидкие продукты.

Карбонизация — это, по сути, частный случай пиролиза, где главная цель — получить углеродный материал и повысить содержание углерода в заготовке.

Главное отличие: при пиролизе главное — термическое разложение исходного материала, а при карбонизации — получение углеродного остатка с высоким содержанием углерода.

Исходный органический материал → пиролиз → углеродный материал → карбонизация/углубление карбонизации → графитизация

Пайка — это соединение двух или нескольких деталей с помощью припоя. При нагреве припой расплавляется, заполняет зазор между деталями и после охлаждения образует прочное соединение. Сами детали при этом обычно не расплавляются. Пайку применяют для получения аккуратных и точных соединений, в том числе в вакууме и защитной атмосфере.

Главное отличие: плавится припой, а не основная деталь.

Спекание применяют для получения изделий из металлических, керамических и других порошков.

Сначала порошок прессуют или формуют в заготовку, а затем нагревают до высокой температуры, обычно не доводя весь материал до полного расплавления.

При нагреве частицы начинают соединяться друг с другом, пористость уменьшается, а заготовка приобретает необходимую прочность.

Спекание широко применяется в порошковой металлургии, производстве твёрдых сплавов и технической керамики.

Главное отличие от обычного литья: изделие формируется из порошка без полного расплавления всего материала.