Конструктивная анизотропия фасонного проката

Для придания изделиям фасонного проката повышенной прочности, более чем C 390 МПа, нередко применяют метод термического упрочнения по слоям. С научной точки зрения это называется искусственной конструктивной анизотропией, свойство, при котором готовое изделие обладает чрезвычайно разнородной внутренней структурой. В ряде случаев данное свойство является весьма полезным, например, фасонный прокат такого типа отличается повышенными прочностными характеристиками при переменных нагрузках.

Значительная часть фасонного проката при изготовлении проходит стандартную процедуру закалки – одноступенчатую. Готовое, но еще не остывшее изделие после выхода из прокатного стана помещается в емкость с охлаждающей жидкостью, как правило, синтетическим маслом. Там металлоконструкция остается до тех пор, пока не приобретет температуру окружающее среды, при этом стоит обратить внимание на тот факт, что остывание происходи равномерно по всему объему изделия. В результате его структура получается однородной, хотя в ней присутствуют характерные модификации кристаллической решетки.

При термическом упрочнении двухступенчатым методом раскаленную заготовку, обладающую температурой порядка 1000 ºC, с большой скоростью протягивают через специальную камеру. В ней под значительным давлением находится жидкость с высоким коэффициентом теплопроводности, обычно вода. При движении заготовки сквозь нее создаются сложные турбулентные потоки, которые способствуют тому, что металл мгновенно отдает тепло. Однако охлаждению подвергаются лишь поверхностные слои – сердцевина сохраняет жар и остывает уже в обычном холодильнике с маслом. Таким образом, происходит процедура двухступенчатой закалки, из-за которой внутренняя структура детали наделяется существенной анизотропией – проще говоря, каждый слой обладает своими физико-механическими свойствами.

Неоднородность столь велика, что при нагрузках деформация металла происходит совершенно иначе, нежели в случае с равномерно охлажденными аналогами, что и находит свое применение. Верхние слои фасонного проката просто переполнены областями с концентрацией напряжения, из-за чего они с легкостью выдерживают кратковременные нагрузки даже очень большой величины. Кроме того, металл с конструктивной анизотропией малочувствителен к перепадам температур, по крайней мере, в сторону охлаждения. Однако при инструментальной и термической обработке внутренняя неоднородность становится источником проблем, поэтому данное свойство нельзя однозначно отнести к положительным.