Термическая обработка цветных металлов и сплавов — широки распространенный технологический процесс, обеспечивающий достижение большого разнообразия структур и улучшение физико-механических свойств. Термическая обработка алюминиевых и магниевых сплавов имеет много общего, отличие состоит в основном в режимах нагрева, выдержки и охлаждения. Алюминиевые и магниевые сплавы подвергаются отжигу, закалке и старению.

Отжигом устраняется неравновесное состояние структуры, обуславливающее наличие нежелательных механических свойств. Гомогенизационному (диффузионному) отжигу подвергаются в основном литые слитки и изделия с неоднородной термодинамически неустойчивой структурой. В результате улучшается структура и повышается пластичность, что позволяет интенсифицировать обработку деталей давлением. Гомогенизация обычно является первой термической обработкой после получения заготовки.

Рекристаллизационному отжигу подвергаются изделия после операций холодного или горячего пластического деформирования. В г>г зультате получается мелкозернистая структура, значительно повышается пластичность при снижении твердости и прочности.
Отжиг с целью разупрочнения применяется для снятия упрочнения термически упрочненных закалкой и старением алюминиевых сплавов перед операциями холодного пластического деформирования.

Закалка алюминиевых и магниевых сплавов применяется для повышения прочности и возможности последующего упрочнения старением. В результате закалки в сплаве получается неравновесная структура однородного пересыщенного твердого раствора легирующих элементов в основном металле.

Естественное или искусственное старение закаленных алюминиевых и магниевых сплавов обеспечивает переход неустойчивого состояния к более устойчивому и приводит к определенным изменениям физико-механических свойств, в частности, повышается прочность при снижении пластичности.

Медь и некоторые ее сплавы подвергаются отжигу для снятия наклепа, полученного при пластическом деформировании заготовок. Отжиг применяется перед последующими операциями пластического деформирования для повышения пластичности. Отжиг применяется также для снятия внутренних напряжений в отливках.

Закалка бронзы приводит к некоторому повышению ее пластичности и технологичности. Бронза после закалки обнаруживает небольшую способность к холодной обработке давлением.

Титан и его сплавы подвергаются в основном отжигу, закалке и старению (отпуску). Отжиг применяется для снятая наклепа, полученного при пластическом деформировании, для снятия внутренних напряжений, образующихся при сварке и механической обработке изделий. Для повышения прочности и твердости деталей из титановых сплавов применяют упрочняющую термическую обработку — закалку с последующим старением, при этом пластичность снижается.

Цирконий и его сплавы подвергаются отжигу, закалке, отпуску. Отжиг применяется для снятия наклепа как промежуточная операция перед обработкой давлением и как окончательная операция с целью получения требуемых механических свойств и коррозионной стойкости. Закалка с последующим отпуском значительно увеличивает прочность изделия.

Для бериллия и его сплавов применяют отжиг с целью снятия наклепа после деформации, при этом характеристики прочности и пластичности не изменяются, а снимаются лишь внутренние остаточные напряжения.

Отжиг применяется также для многих тугоплавких металлов, таких как ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден, вольфрам и их сплавов для снятия остаточных напряжений, при этом снижаются прочностные характеристики, но повышается пластичность. Термической обработке, помимо металлов и различных сплавов на металлической основе, подвергаются также различные полимерные материалы.

Термическая обработка является важнейшим процессом при изготовлении изделий из различных полимерных материалов — полиамидов, термопластов (полиэтилена, полипропилена, полистирола, полиформальдегида, поликарбоната и др.), термореактивных материалов (стеклопласта, фенолита, асбопластика, фенолформальдегида и др.).

Различные виды и режимы теплового воздействия обеспечивают требуемые изменения таких физико-механических свойств, как твердость, плотность, износостойкость, прочность, удельная ударная вязкость, водопоглощение и др.; создают определенную внутреннюю структуру полимера; снимают внутренние напряжения; стабилизируют свойства и геометрические размеры в процессе эксплуатации изделий из полимеров; повышают степень полимеризации смол.

Современное развитие машиностроения предъявляет высокие требования к качеству изготовления деталей машин и приборов, к комплексному улучшению физико-механических свойств конструкционных материалов.

Традиционные методы термической обработки не обеспечивают такое комплексное улучшение физико-механических свойств, а лишь качественно перераспределяют их характеристики — улучшают одни за счет ухудшения других. Например, повышение твердости приводит к ухудшению пластических свойств, или наоборот. Значительным недостатком обычных методов термообработки является интенсивно протекающий, особенно при высоких температурах, окислительный процесс.

За последние годы разработаны многие прогрессивные методы теплового воздействия на материалы, позволяющие улучшить качественные характеристики процесса: термическая обработка в контролируемых средах, в кипящем слое, в вакууме, в магнитном поле; термоциклическая обработка, закалка электронным лучом, закалка с ковкого нагрева, закалка с нагревом под слоем жидкости и др.

При термической обработке деталей в контролируемых средах, в вакууме, в кипящем слое обеспечивается так называемая светлая закалка, т. е. предотвращается окисление поверхности обрабатываемых изделий. Термическая обработка деталей в кипящем слое повышает производительность труда. Кипящий слой, в частности, из мелкозернистого огнеупорного материала, продуваемого сжигаемой газо-воздушной смесью, обеспечивает высокую скорость и равномерность нагрева и охлаждения. Термическая обработка деталей в магнитном поле обеспечивает значительное повышение прочности сталей, измельчение структуры, единообразную ориентацию кристаллов мартенсита во всех зернах. Магнитное поле накладывается на процесс в момент закалки, когда происходит аустенитно-мартенситное превращение.

Термоциклическая обработка заключается в неоднократном быстром нагреве и охлаждении изделий без выдержки. Однородность термообрабатываемого материала обеспечивается при традиционных методах выдержкой при высоких температурах, а при термоциклической обработке — многократным нагревом и охлаждением.

Термоциклическая обработка деталей может применяться взамен всех традиционных методов обработки. При этом производительность процесса возрастает, физико-механические свойства металлов и сплавов улучшаются во всем комплексе.

Среди новейших процессов термической обработки особое место занимает закалка сталей электренным лучом. Глубина закаленного слоя достигает 0,2-0,3 мм. Микротвердость на глубине 0,1-0,15 мм у сталей с исходной структурой зернистого тераита составляет 850-900 кг/мм2, а со структурой «отпущенный мартенсит» — 950-980 кг/мм². Структуры, образующиеся при электронном облучении, отличаются от структур обычной закалки меньшей травимостью.

Закалка штамповок из углеродистых и легированных сталей непосредственно после окончания процесса штамповки с использованием остающегося тепла особенно целесообразна для крупных заготовок, улучшает механические свойства стали, исключает образование флокенов, уменьшает воздействие окислительных процессов. Этот метод позволяет создавать комплексный технологический процесс штамповки и термической обработки в одной линии, которая может быть широко механизирована и автоматизирована. Процесс закалки изделий с нагревом токами высокой частоты под слоем жидкости открывает широкие возможности изменения скоростей охлаждения закаливаемой поверхности. Непрерывно-последовательная закалка с нагревом ТВЧ под слоем воды применима для деталей простой конфигурации из углеродистых и легированных сталей, а под слоем масла — для изделий сложной формы. Способ обеспечивает значительное улучшение физико-механических свойств стали, уменьшение коробления изделий при высокой производительности процесса.

Дальнейшее развитие методов термической обработки пойдет по пути комбинированного воздействия на.материал с наложением механического, электрического, магнитного и термоциклического воздействий, которые смогут обеспечить повышение конструктивных физико-механических характеристик во всем комплексе параметров.