Heat Treatment of Steels

Термическая обработка и применение сталей неразрывно связаны: одно является средством, а другое — целью. Если свойства стали нужно сделать в точности подходящими для данного применения, то средством служит термическая обработка. Структура деформированной стали без термообработки не обеспечивает свойств, требуемых для большинства промышленных способов использования и применений; вместо этого структуру необходимо надлежащим образом изменить или создать заново, чтобы удовлетворить требования конечных применений. И в этом отношении термическая обработка является универсальным процессом изменения или воссоздания структуры сталей для получения соответствующих свойств для различных промышленных применений.

Процесс термической обработки должен начинаться с определения свойств, требуемых для данного использования и применения; затем следует определить тип стали, который должен быть использован, и, наконец, метод и средства термической обработки этой стали для получения соответствующей структуры, обеспечивающей требуемые свойства.

С металлургической точки зрения изучение термической обработки требует: (a) знания связи между структурой и свойствами сталей — чтобы определить, какие структурные изменения необходимы для заданного набора свойств, и (b) понимания характера превращений сталей и управления ими для получения соответствующей структуры. Таким образом, связь между структурой и свойствами — уникальная особенность сталей — находится в центре термической обработки сталей. Получение и изменение структуры, соответствующей требуемому набору свойств, является главной задачей процесса термической обработки, и достигается это прежде всего управлением процессом фазового превращения и формирования структуры в сталях при контролируемом нагреве и охлаждении.

С операционной точки зрения термическая обработка представляет собой процесс контролируемого нагрева и охлаждения для осуществления требуемого изменения структуры и свойств сталей — либо путём превращения структуры, либо путём приведения структуры в нужное состояние с помощью тепловой энергии. Когда это необходимо, процесс может также надлежащим образом использовать термохимические или термомеханические средства для изменения стали и её структуры либо содействия требуемым изменениям. Таким образом, область термической обработки очень широка: она открыта для творческого использования и применения принципов физической металлургии стали с целью изменения, модификации или воссоздания соответствующей структуры в сталях для свойств, определяемых конкретным применением.

Содержание книги «Heat Treatment of Steels» разработано исходя из этих положений и изложено целенаправленно, чтобы сформировать цельное знание и понимание термической обработки сталей для выполнения критерия «структура — свойства». Однако термическая обработка — это процесс, в котором критерий «структура — свойства» задаёт цель процесса и его правила, но не исчерпывает весь процесс. Выполнение процесса термической обработки требует осуществления комплекса действий: выбора стали, выбора процесса и оборудования, выбора нагрева и охлаждения и управления ими, управления средой и атмосферой во время термической обработки, а также других технологических этапов, необходимых для получения «стабильных» и «приемлемых» результатов по качеству.

Поэтому книга включает главы о термообрабатываемости сталей, механизмах теплопередачи и печах для термической обработки, технологии и механизмах закалки, а также о нескольких других связанных темах термической обработки — в дополнение к главам, посвящённым «основам термической обработки» и различным процессам термической обработки. Насколько это возможно, различные процессы термической обработки сгруппированы и рассмотрены под общими названиями «термические, термохимические и термомеханические» процессы термической обработки.

Разделённая на 11 глав, книга охватывает основные аспекты процессов и технологии термической обработки в соответствии с изложенным выше подходом. В начале книги приведена её дорожная карта, которая кратко обозначает охват и назначение каждой главы. Цель дорожной карты — дать обзор с высоты птичьего полёта «областей знаний», связанных с процессами и практикой термической обработки сталей.

Особенность книги состоит в том, что в ней с особым вниманием рассмотрены некоторые темы, которые обычно не раскрываются подробно во всех стандартных книгах. Примеры такого охвата: механизмы закалки и характеристики различных закалочных сред, развивающаяся тенденция полимерной закалки, современные методы инженерии поверхности, включая основы «химического и физического осаждения из паровой фазы» (CVD и PVD), а также термическая обработка высоколегированных сталей. Последняя включает все типы нержавеющих, жаростойких, жаропрочных, инструментальных и быстрорежущих сталей.

Заключительная глава (глава 11) обобщает усвоенные положения правил термической обработки и иллюстрирует случаи термической обработки сталей из промышленности. Эта глава сосредоточена на том, чтобы показать, как задачи термической обработки рассматриваются и выполняются в промышленности. В этих примерах подчёркнуты как металлургические, так и размерные вопросы, что даёт всестороннее представление о предмете и его практике.

Однако книга не является ни «справочником», ни «сборником данных»; это учебно-справочная книга для студентов и специалистов, охватывающая основные аспекты термической обработки сталей. Книга построена так, чтобы последовательно и наглядно рассмотреть и проиллюстрировать общий круг вопросов термической обработки сталей и тем самым дать ясную картину «цель — путь — средства» практики термической обработки сталей.

Книга основана на моём промышленном и преподавательском опыте и на моём понимании того, что студентам и молодым специалистам, впервые пришедшим в промышленность, необходимо знать о термической обработке сталей. Благодаря многочисленным примерам из промышленности книга хорошо структурирована и подготовлена для лёгкого чтения и обучения. Надеюсь, что благодаря своему уникальному подходу и сосредоточенности на ключевых областях термической обработки книга выделится среди других и будет отвечать потребностям как студентов инженерных специальностей, так и специалистов сталелитейной и машиностроительной промышленности.

Чтобы повысить качественную ценность книги, в конце добавлены приложения с дополнительными таблицами и диаграммами для сталей и их термической обработки, глоссарий важных терминов и подробный указатель. Ожидается, что эта наглядная книга окажется очень полезной студентам инженерных специальностей и специалистам промышленности для изучения того, «что — почему и — как» в термической обработке сталей.

С. К. Мандал