Для придания стали определенных эксплуатационных качеств на протяжении многих десятилетий проводится термообработка. Сегодня, как и несколько столетий назад, закалка стали предусматривает нагрев металла и его последующее охлаждение в определенной среде. Температура нагрева стали под закалку должна быть выбрана в соответствии с составом металла и механическими свойствами, которые нужно получить. Допущенные ошибки при выборе режимов закалки приведут к повышению хрупкости структуры или мягкости поверхностного слоя. Именно поэтому рассмотрим способы закалки стали, особенности применяемых технологий, а также многие другие моменты.
Закалка сталиКакой бывает закалка метала?
Для чего нужна закалка стали знали еще древние кузнецы. Правильно выбранная температура закалки стали позволяет изменять основные эксплуатационные характеристики материала, так как происходит преобразование структуры.
Закалка – термообработка стали, которая сегодня проводится для улучшения механических качеств металла. Процесс основан на перестроении атомной решетки за счет воздействия высокой температуры с последующим охлаждением.
Технология закалки стали позволяет придать недорогим сортам металла более высокие эксплуатационные качества. За счет этого снижается стоимость изготавливаемых изделий, повышается прибыльность налаженного производства.
Основные цели, которые преследуются при проведении закалки:
- Повышение твердости поверхностного слоя.
- Увеличение показателя прочности.
- Уменьшение пластичности до требуемого значения, что существенно повышает сопротивление на изгиб.
- Уменьшение веса изделий при сохранении прочности и твердости
Существуют самые различные методы закалки стали с последующим отпуском, которые существенно отличаются друг от друга. Наиболее важными режимами нагрева можно назвать:
- Температуру нагрева.
- Время, требующееся для нагрева.
- Время выдержки металла при заданной температуре.
- Скорость охлаждения.
Изменение свойств стали при закалке может проходить в зависимости от всех вышеприведенных показателей, но наиболее значимым называют температуру нагрева. От нее зависит то, как будет происходить перестроение атомной решетки. К примеру, время выдержки при закалке стали выбирается в соответствии с тем, какой прочностью и твердостью должно обладать зубчатое колесо для обеспечения длительной эксплуатации в условиях повышенного износа.
Цвета закалки стали
При рассмотрении того, какие стали подвергаются закалке стоит учитывать, что температура нагрева зависит от уровня содержания углерода и различных примесей. Единицы закалки стали представлены максимальной температурой, а также временем выдержки.
При рассмотрении данного процесса изменения основных эксплуатационных свойств следует учитывать нижеприведенные моменты:
- Закалка направлена на повышение твердости. Однако с увеличением твердости металл становится и более хрупким.
- На поверхности может образовываться слой окалины, так как потеря углерода и других примесей у поверхностных слоев больше, чем в середине. Толщина данного слоя учитывается при расчета припуска, максимальных размеров будущих деталей.
Выполняется закалка углеродистой стали с учетом того, с какой скоростью будет проходить охлаждение. При несоблюдении разработанных технологий может возникнуть ситуация, когда перестроенная атомная решетка перейдет в промежуточное состояние. Это существенно ухудшит основные качества материала. К примеру, охлаждение со слишком большой скоростью становится причиной образования трещин и различных дефектов, которые не позволяют использовать заготовку в дальнейшем.
Процесс закалки сталей предусматривает применение камерных печей, которые могут нагревать среду до температуры 800 градусов Цельсия и поддерживать ее на протяжении длительного периода. Это позволяет продлить время закалки стали и повысить качество получаемых заготовок. Некоторые стали под закалку пригодны только при условии нагрева среды до температуры 1300 градусов Цельсия, для чего проводится установка иных печей.
Отдельная технология разрабатывается для случая, когда заготовка имеет тонкие стены и грани. Представлена она поэтапным нагревом.
Полную закалку используют обычно для сталей и деталей, которые не подвержены растрескиванию или короблению.
Зачастую технология поэтапного нагрева предусматривает достижение температуры 500 градусов Цельсия на первом этапе, после чего выдерживается определенный промежуток времени для обеспечения равномерности нагрева и проводится повышение температуры до критического значения. Холодная закалка стали не приводит к перестроению всей атомной сетки, что определяет только несущественное увеличение эксплуатационных характеристик.
Как ранее было отмечено, есть различные виды закалки стали, но всегда нужно обеспечить равномерность нагрева. В ином случае перестроение атомной решетки будет проходить так, что могут появиться серьезные дефекты.
Методы предотвращения образования окалины и критического снижения концентрации углерода
Назначение закалки стали проводится с учетом того, какими качествами должна обладать деталь. Процесс перестроения атомной сетки связан с большими рисками появления различных дефектов, что учитывается на этапе разработки технологического процесса.
Даже наиболее распространенные методы, к примеру, закалка стали в воде, характерно появления окалины или существенного повышения хрупкости структуры при снижении концентрации углерода. В некоторых случаях закалка стали проводится уже после финишной обработки, что не позволяет устранить даже мелкие дефекты. Именно поэтому были разработаны технологии, которые снижают вероятность появления окалины или трещин. Примером можно назвать технологию, когда закалка стали проходит в среде защитного газа. Однако сложные способы закалки стали существенно повышают стоимость проведения процедуры, так как газовая среда достигается при установке печей с высокой степенью герметичности.
Более простая технология, при которой проводится закалка углеродистой стали, предусматривает применение чугунной стружки или отработанного карбюризатора. В данном случае сталь под закалку помещают в емкость, заполненную рассматриваемыми материалами, после чего только проводится нагрев. Температура закалки несущественно корректируется с учетом созданной оболочки из стружки. Технология предусматривает обмазывание емкости снаружи глиной для того, чтобы избежать попадание кислорода, из-за чего начинается процесс окислений.
Температура нагрева стали при термообработке
Как ранее было отмечено, термообработка предусматривает и охлаждение сталей, для чего может использоваться не только водяная, но, к примеру, и соляная ванная. При использовании кислот в качестве охлаждающей жидкости одним из требований является периодическое раскисление сталей. Данный процесс позволяет исключить вероятность снижения показателя концентрации углерода в поверхностном слое. Чтобы провести процесс раскисления используется борная кислота или древесный уголь. Также не стоит забывать о том, что процесс раскисления сталей приводит к появлению пламя на заготовки во время ее опускания в ванную. Поэтому при закалке, закалкой сталей с применением соляных ванн следует соблюдать разработанную технику безопасности.
Рассматривая данные методы термической обработки с последующим охлаждением следует отметить, что они существенно повышают себестоимость заготовки. Однако сегодня охлаждение в воде или закалка при заполнении камеры кислородом не позволяют повысить показатели свойств стали без появления дефектов.
Закалка стали — технологический процесс
Процедура охлаждения
Рассматривая все виды закалки стали стоит учитывать, что не только температура нагрева оказывает сильное воздействие на структуру, но и время выдержки, а также процедура охлаждения. На протяжении многих лет для охлаждения сталей использовали обычную воду, в составе которой нет большого количества примесей. Стоит учитывать, что примеси в воде не позволяют провести полную закалку с соблюдением скорости охлаждения. Оптимальной температурой воды, используемой для охлаждения закалённой детали, считают показатель 30 градусов Цельсия. Однако стоит учитывать, что жидкость подвергается нагреву при опускании раскаленных заготовок. Холодная проточная вода не может использоваться при охлаждении.
Обычно используют воду при охлаждении для получения не ответственных деталей. Это связано с тем, что изменение атомной сетки в данном случае обычно приводят к короблению и появлению трещин. Закаливание с последующим охлаждением в воде проводят в нижеприведенных случаях:
- При цементировании металла.
- При поверхностной закалке.
- При простой форме заготовки.
Детали после финишной обработки подобным образом не охлаждаются.
Для придания нужной твердости заготовкам сложной формы используют охлаждающую жидкость, состоящую из каустической соды, нагреваемой до температуры 60 градусов Цельсия. Стоит учитывать, что закаленное железо при использовании данной охлаждающей жидкости приобретает более светлый оттенок. Специалисты уделяют внимание важности соблюдения техники безопасности, так как могут выделяться токсичные вещества при нагреве рассматриваемых веществ.
Процесс закалки стали
Тонкостенные детали также подвергаются термической обработке. Закалочное воздействие с последующим неправильным охлаждением приведет к тому, что концентрация углерода снизиться до критических значений. Выходом из сложившейся ситуации становится использование минеральных масел в качестве охлаждающей среды. Используют их по причине того, что масло способствует равномерному охлаждению. Однако попадание воды в состав масла становится причиной появления трещин. Поэтому заготовки должны подвергаться охлаждению при использовании масла с соблюдением мер безопасности.
Рассматривая назначение минеральных масел в качестве охлаждающей жидкости следует учитывать и некоторые недостатки этого метода:
- Соблюдая режимы нагрева можно создать ситуацию, когда раскаленная заготовка контактирует с маслом, что приводит к выделению вредных веществ.
- В определенном интервале воздействия высокой температуры масло может загореться.
- Подобный метод охлаждения позволяет выдержать требуемую твердость, измеряемую в определенных единицах, а также избежать появления трещин в структуре, но на поверхности остается налет, удаление которого также создает весьма большое количество проблем.
- Само масло со временем теряет свои свойства, а его стоимость довольно велика.
Какие именно жидкости используют для охлаждения стали?
Вышеприведенная информация определяет то, что жидкость и режим охлаждения выбираются в зависимости от формы, размеров заготовки, а также того, насколько качественной должна быть поверхность после закалки. Комбинированным методом охлаждения называется процесс применения нескольких охлаждающих жидкостей. Примером можно назвать закалку детали сложной формы, когда сначала охлаждение проходит в воде, а потом масляной ванне. В этом случае учитывается то, до какой температуры на каком этапе охлаждается металл.
Все о технологии закалки стали: что это такое, для чего нужно, какие способы существуют. Температуры, которым подвергается металл. Как изменяются свойства стали. Методы нагрева и среды охлаждения. Оборудование для термообработки. Дефекты при закалке.
Закалка стали проводится для повышения ее твердости, прочности и износостойкости. Это один из видов термической обработки, при котором металл сначала нагревается до температур, изменяющих его структурное состояние, а затем охлаждается таким образом, чтобы он приобрел требуемый физико-химический состав и необходимую кристаллическую структуру. Существует множество способов закалки стали, приводящих к различным результатам, но все они состоят из двух основных циклов: нагрева до критической точки и охлаждения с определенной скоростью до заданной температуры. Еще одна технологическая операция, используемая в процессе закалки металлов, — это отпуск, при котором структурные изменения происходят после нагрева до невысокой температуры с медленным охлаждением. Возможность изменения характеристик стали посредством закаливания во многом связана с ее изначальной кристаллической структурой и химическим составом, в котором самыми важными компонентами являются углерод и легирующие добавки. Именно они определяют, какой будет форма, размер и конфигурация элементов структуры стали после ее термической обработки.
Какие металлы подлежат калению
Закалка металла — это термическая обработка, которой чаще всего подвергаются углеродистые и легированные стали с целью повышения их твердости и улучшения прочностных характеристик. Несколько реже встречается термообработка цветных металлов, в частности отпуск, отжиг и закалка меди, латуни и бронзы, а также сплавов алюминия и титана. Необходимо отметить, что закаливание этих соединений в отличие от углеродистых сталей не всегда приводит к их упрочнению, некоторые сплавы меди после этого, наоборот, становятся более пластичными и мягкими. Гораздо чаще изделия из цветных металлов подвергаются отпуску для снятия напряжения после отливки, штамповки, прокатки или волочения.
Свойства стали после закалки
Углеродистая сталь в процессе нагрева проходит через ряд фазовых изменений своей структуры, при которых меняется ее состав, а также форма и элементов кристаллической решетки. При критической температуре 723 °C в еще твердом металле начинается распад цементита (карбида железа) и формирование равномерного раствора углерода в железе, который называется аустенит. Это состояние углеродистой стали является исходным для закалки.
При медленном охлаждении аустенит распадается, и металл возвращается в исходное состояние. Если же сталь охлаждать быстро, то аустенит не успевает изменяться, и при определенной скорости охлаждения и пороговых температурах формируются кристаллические решетки и химические составы, придающие ей различные эксплуатационные свойства. Этот процесс называется закалкой, и каждому его виду соответствует определенная структура уже закаленной стали, обладающей определенными техническими характеристиками. Основные фазовые состояния, имеющие значения при закалке, — это перлит, сорбит, троостит и мартенсит (см. рис. ниже).
Самая высокая твердость у стали, закаленной до состояния мартенсита. Таким способом производят закаливание режущего инструмента, а также осуществляют упрочнение поверхностей деталей, подвергающихся в процессе работы трению (втулки, обоймы, валы, шестерни и пр.). После выполнения закалки на троостит сталь становится одновременно твердой и упругой. Этой вид термообработки применяют к ударному инструменту, а также рессорам и пружинным амортизаторам. Для получения таких свойств стали, как стойкость к износу, упругость и вязкость, используют закалку до состояния сорбита. Такая термообработка используется для рельсов и других конструктивных элементов, работающих под постоянной динамической нагрузкой. Перечисленные фазовые состояния свойственны всем углеродистым сталям, но каждая их марка характеризуется своими температурными диапазонами и скоростями охлаждения.
Классификация каления стали
Виды закалки сталей классифицируют по типу источника нагрева и способу охлаждения металла. Основным оборудованием для нагрева деталей перед закаливанием по-прежнему являются муфельные печи, в которых можно равномерно разогревать металлические изделия любых размеров. Высокую скорость нагрева при поточной обработке изделий обеспечивает закалка с применением токов высокой частоты (индукционная закалка сталей) (см. фото ниже). Для закаливания верхних слоев стальных изделий применяют довольно недорогую и эффективную газопламенную закалку, главный недостаток которой — невозможность точно задать глубину прогрева. Этих недостатков лишена лазерная закалка, но ее возможности ограничены небольшой мощностью источника излучения. Способы охлаждения закаливаемой детали обычно классифицируют по виду охлаждающей среды, а также совокупностям и циклам рабочих операций. Некоторые из них включают процедуры отпуска, а для других, таких как разные виды изотермической закалки, он не нужен.
Закаливание в одной среде
При таком способе закалки нагретое до заданной температуры изделие из стали помещают в жидкость, где она остается до полного остывания. В качестве закалочной среды для углеродистых сталей используют воду, а для легированных — минеральное масло. Недостаток этого метода заключается в том, что после такого закаливания в металле сохраняются значительные напряжения, поэтому в ряде случаев может потребоваться дополнительная термообработка (отпуск).
Ступенчатая закалка
Изотермическая закалка
При изотермическом закаливании изделие также выдерживается в закалочной ванне при температуре, превышающей точку мартенсита, но несколько дольше. В результате этого аустенит трансформируется в бейнит — одну из разновидностей троостита. Такая сталь сочетает в себе повышенную прочность с пластичностью и вязкостью. Кроме того, после изотермической закалки в изделии снижаются остаточные напряжения.
Закалка с самоотпуском
Этот вид термообработки используется для закаливания ударного инструмента, который должен обладать твердым поверхностным слоем и вязкой серединой. Его особенность заключается в том, что изделие извлекается из закалочной емкости при неполном охлаждении. В этом случае его внутренняя часть еще содержит достаточное количество тепла, чтобы прогреть весь объем металла до температуры отпуска. Так как повторный нагрев изделия осуществляется без внешнего воздействия за счет внутренней тепловой энергии, такой вид термической обработки называют закалкой с самоотпуском.
Светлая закалка
Светлая закалка применяется для стальных изделий, поверхности которых при термообработке не должны подвергаться окислению. При такой термообработке сталь нагревается в вакуумных печах (см. фото ниже) или в инертных газовых средах (азот, аргон и пр.), а охлаждается в неокисляющих жидкостях или расплавах. Этим способом закаливают изделия, которые не должны подвергаться дальнейшей шлифовке, а также детали, критичные к содержанию углерода в поверхностном слое.
Оборудование для термообработки сталей
Основное оборудование, на котором проводится термическая обработка изделий из сталей и цветных металлов, состоит из двух основных групп: установок для нагрева заготовок и закалочных ванн. Нагревательные устройства включают в себя следующие виды оборудования:
- муфельные термопечи;
- устройства индукционного нагрева;
- установки для нагрева в расплавах;
- газоплазменные установки;
- аппараты лазерной закалки.
Первые три вида могут выполнять прогрев всего объема изделия до требуемой температуры, а последние — только поверхностного слоя металла. Кроме того, выпускаются и широко используются печи для закалки металлов, в которых нагрев осуществляется в вакууме или в среде инертного газа.
Закалочные ванны представлены стальными емкостями-охладителями для различных жидкостей, а также специальными тиглями из графита и печами для расплавов солей или металлов. В качестве закалочных жидкостей чаще всего используют минеральное масло, воду и водополимерные смеси. Для расплавов металлов обычно применяют свинец или олово, а для расплавов солей — соединения натрия, калия и бария. Закалочные ванны для жидких сред имеют системы нагрева и охлаждения рабочей жидкости до требуемой температуры, а также мешалки для равномерного распределения жидкости и разрушения паровой рубашки.
Температура для закалки
Нормативная температура нагрева стали при ее закалке напрямую зависит от массовой доли углерода и легирующих добавок. В целом наблюдается следующая зависимость: чем меньше содержание углерода, тем выше температура закалки. При недогреве изделия не успевает сформироваться требуемая структура, а при значительном перегреве происходит обезуглероживание, окисление поверхностного слоя, изменение формы и размера структурных элементов, а также рост внутреннего напряжения. В таблице ниже приведены температуры закалки, отжига и отпуска некоторых марок углеродистых и легированных сталей.
| Марка стали | Температура, С | ||
|---|---|---|---|
| закалки | отжига | отпуска | |
| 15Г | 800 | 780 | 200 |
| 65Г | 815 | 790 | 400 |
| 15Х, 20Х | 800 | 870 | 400 |
| 30Х, 35Х | 850 | 880 | 450 |
| 40Х, 45Х | 840 | 860 | 400 |
| 50Х | 830 | 830 | 400 |
| 50Г2 | 805 | 830 | 200 |
| 40ХГ | 870 | 880 | 550 |
| ОХ13 | 1050 | 860 | 750 |
| 3Х13 | 1050 | 880 | 450 |
| 35ХГС | 870 | 860 | 500 |
| 30ХГСА | 900 | 860 | 210 |
| У7, У7А | 800 | 780 | 170 |
| Р9, Р12 | 1250 | 860 | 580 |
| Р9Ф5, Р9К5 | 1250 | 860 | 590 |
| Р18Ф2 | 1300 | 900 | 590 |
| ШХ15 | 845 | 780 | 400 |
| 9ХС | 860 | 730 | 170 |
| Р18К5Ф2 | 1280 | 860 | 580 |
| 1Х14Н18Б2БРГ | 1150 | 860 | 750 |
| 4Х14Н1482М | 1200 | 860 | 750 |
Определение температуры нагрева в промышленном производстве осуществляется посредством контактных и бесконтактных пирометров. В последние десятилетия широкое распространение получили инфракрасные приборы, позволяющие дистанционно замерять температуру в любой точки поверхности нагретой детали. Кроме того, приблизительную температуру разогрева стали можно определить по цветовым таблицам.
Технология каления металла
Технология закалки сталей требует соблюдения ряда требований к процессам нагрева и охлаждения закаливаемых деталей. В первую очередь это относится к скорости разогрева и охлаждения металла. Экономические показатели термического процесса требуют максимально быстрого повышения температуры до номинальной, т. к. при этом расходуется меньше энергии. Однако скоростной нагрев приводит к большому перепаду температур между поверхностным слоем и сердцевиной изделия, что может привести к его деформации и возникновению трещин. Поэтому прогрев на всю глубину детали до полного ее разогрева должен проходить плавно, а его время определяется технологом-термистом с помощью эмпирических формул и табличных значений.
От скорости и температурных параметров охлаждения стали, разогретой выше критической точки, напрямую зависит процесс формирования структуры и состава закаленного металла. К примеру, при быстром охлаждении в воде с комнатной температурой можно получить углеродистую сталь с мартенситной структурой, а при охлаждении в масле или горячей воде получается троостит. Каждой марке стали соответствуют свои характеристики и температурные режимы закалки, которые, помимо прочего, зависят от размера и формы детали. Поэтому на производстве термическая обработка деталей проводится в соответствии с маршрутной технологией и операционными картами, разрабатываемыми для каждого изделия.
Способы охлаждения
Охлаждая сталь до разных температур и с разными скоростями, можно получить различные структуры ее кристаллической решетки с элементами разного размера и формы. Совокупность этих характеристик с химическим составом определяет такие ее эксплуатационные качества, как твердость, хрупкость, вязкость, прочность, упругость и пр. Поэтому существует множество технологий охлаждения и их разновидностей, среди которых можно выделить следующие технологические группы:
- Охлаждение в одном компоненте. Изделие погружается в жидкость и остается в ней до полного остывания.
- Прерывистая закалка в двух охладителях. Изделие сначала помещают в быстроохлаждающую жидкость, а после достижения заданной температуры переносят в среду с медленным охлаждением.
- Струйное охлаждение. Разогретая деталь интенсивно орошается потоком охладителя (см. фото ниже).
- Обдув. Поверхность изделия обдувается потоком воздуха или инертного газа.
При практическом применении закалки все эти виды охлаждений могут иметь различные вариации или комбинироваться друг с другом.
Среды охлаждения
В качестве охлаждающих жидкостей при закалке углеродистых сталей обычно используют воду: как чистую, так и в виде водных растворов (солевых и щелочных). Легированные стали требуют меньшей скорости охлаждения, поэтому для них применяют минеральные масла и воздух. При ступенчатой и изотермической закалке охлаждающей средой служат расплавы солей, щелочей и металлов. При некоторых видах закалки для получения требуемой структуры стали среды охлаждения чередуются.
| № | Структура | Среда охлаждения | Твердость (HBW) |
|---|---|---|---|
| 1 | Мартенсит | Холодная вода | 500÷750 |
| 2 | Троостит | Масло | 350÷500 |
| 3 | Сорбит | Воздух | 250÷350 |
| 4 | Перлит | С остыванием печи | 150÷250 |
Влияние скорости охлаждения на конечный результат
При закалке стали охлаждение должно идти со скоростью, предотвращающей распад аустенита на феррит и карбид железа, которое начинает происходить при температуре ниже 650 °C. Дальнейшее снижение температуры следует проводить медленнее, т. к. такая скорость обеспечивает уменьшение внутренних напряжений стали. Быстрое и полное охлаждение в холодной воде позволяет получить мартенсит, который обладает максимальной твердостью, но довольно хрупок. При быстром понижении температуры на 200÷300 °C распад аустенита прекращается, а дальнейшее более медленное охлаждение формирует в стали фазовые состояния с меньшей твердостью, но обладающие повышенной прочностью и износостойкостью. Скорость охлаждения регулируется видом используемой закалочной среды и ее температурой (см. таблицу ниже).
| № | Среда охлаждения | Скорость охлаждения (град/сек) |
|---|---|---|
| 1 | Воздух | 5 |
| 2 | Минеральное масло | 150 |
| 3 | Вода при комн. t° | 700 |
| 4 | Вода при 80 °C | 1400 |
| 5 | 10%-й р-р хлористого натрия | 2100 |
| 6 | 10%-й р-р едкого натра | 1600 |
Отличия закаливаемости от прокаливаемости
Каждая марка стали обладает определенной закаливаемостью, которая характеризуется ее способностью приобретать при закалке требуемую твердость. Основные факторы, влияющие на закаливаемость стали, — это процентные доли углерода и легирующих добавок. Нижний предел содержания углерода, после которого сталь не воспринимает закалку, равен 0.2 %. Прокаливаемость характеризуется глубиной проникновения в объем металла закаленной структуры (полностью мартенситной или состоящей из троостита и мартенсита). Легирующие добавки в виде молибдена, хрома, никеля и пр. увеличивают как закаливаемость, так и прокаливаемость, а добавление кобальта их понижает.
Дефекты при закаливании стали
Причиной возникновения дефектов при закалке стали является ряд физических и химических факторов, возникающих при отклонении от заданных параметров термического процесса или из-за неоднородности закаливаемой заготовки. Неравномерный нагрев или охлаждение изделия может привести к его деформации и возникновению внутренних трещин. Эта же причина может вызвать неодинаковость фазовых превращений в различных частях изделия, в результате чего металл будет иметь неоднородную по составу и твердости структуру. Пережог стали происходит вследствие проникновения кислорода в поверхностный слой металла, что приводит к возникновению окислов, разъединяющих его структурные элементы и изменяющих физические свойства поверхностного слоя. Причиной обезуглероживания при закалке стали является выгорание углерода при попадании в печь избыточного количества кислорода. Эти виды дефектов неисправимы, а единственный способ борьбы с ними — это проверка герметичности печи или закалка в вакууме и инертных газах.
Окалины и критическое снижение концентрации углерода при калении
Даже небольшая концентрация кислорода в закалочной печи приводит к появлению поверхностной окалины, которая является следствием окисления металла при его термообработке. Эта же причина может вызвать уменьшение количества углерода в поверхностном слое заготовки. Полностью избавиться от таких явлений можно только путем применения вакуумных печей, обеспечивающих так называемую светлую закалку, а также при нагреве изделия в среде азота или аргона. Для минимизации окисления и обезуглероживания закалочная печь должна быть максимально герметичной, что в какой-то мере ограничивает приток кислорода в ее рабочее пространство.
Для закалки металлов рекомендуют использовать трансформаторное или индустриальное масло И-20. Частнику достать его непросто, поэтому хотелось бы услышать в комментариях к этой статье ваше мнение о возможности использования для закаливания стали отработанного автола или другого автомобильного масла.
виды, способы охлаждения, оборудование, дефекты
Термообработка металла изменяет его характеристики. Закалка стали делает ее тверже, прочнее. В отдельных случаях термообработку проводят для измельчения зерна, выравнивания структуры. Простую технологию нагрева и быстрого охлаждения для мелких деталей можно осуществить в домашних условиях. Необходимо знать марку стали и ее температуру нагрева для закалки.
Закалка сталиОдин из видов термообработки — закалка металла. Она состоит из нескольких этапов, выполняемых в определенной последовательности:
- Нагрев металла до определенной температуры. Выдержка для выравнивания по всей глубине детали.
- Быстрое охлаждение.
- Отпуск для снятия напряжений и коррекции твердости до заданного значения.
В процессе изготовления сложные детали могут проходить несколько закалок разного вида.
По глубине обработки закалка делится на два вида:
- объемная;
- поверхностная.
В основном в машиностроении применяется объемная термообработка, когда деталь прогревается на всю глубину. В результате резкого охлаждения, после завершения термообработки твердость внутри и снаружи отличается всего на несколько единиц.
Поверхностная закалка применяется для деталей, которые должны быть твердые сверху и пластичные внутри. Индуктор прогревает сталь на глубину 3–20 мм и сразу за ним расположен спрейер, поливающий горячий металл водой.
Сталь нагревается до состояния аустенита. Для каждой марки своя температура, определяемая по таблице состояния сплавов железо-углерод. При резком охлаждении углерод остается внутри зерна, не выходит в межкристаллическое пространство. Превращение структуры не успевает происходить, и внутреннее строение содержит перлит и феррит. Зерно становится мельче, сам металл тверже.
Какие стали можно закаливать?
При нагреве и быстром охлаждении внутренние изменения структуры происходят во всех сталях. Твердость повышается только при содержании углерода более 0,4%. Ст 35 по ГОСТ имеет его 0,32 – 0,4%, значит может «подкалиться» — незначительно изменить твердость, если углерод расположен по верхнему пределу.
Закаливаемыми считаются стали, начиная от СТ45 и выше по содержанию углерода. В то же время закалка нержавеющей стали с низким содержанием углерода типа 3Х13 возможна. Хром и некоторые другие легирующие элементы заменяют его в кристаллической решетке и повышают прокаливаемость металла.
Высоколегированные углеродистые стали содержат вещества, ускоряющие процесс охлаждения и повышающие способность стали к закалке. Для них требуется сложная ступенчатая система охлаждения и высокотемпературный отпуск.
Температура и скорость нагрева
Температура нагрева под закалку повышается с содержанием в стали углерода и легирующих веществ. Для Ст45 она, например, 630–650⁰, Ст 90ХФ — более 800⁰.
Высокоуглеродистые и высоколегированные стали при быстром нагреве могут «потрещать» — образовать на поверхности и внутри мелкие трещины. Их нагревают в несколько этапов. При температурах 300⁰ и 600⁰ делают выдержку. Кроме выравнивания температуры по всей глубине, происходит структурное изменение кристаллической решетки и переход к другим видам внутреннего строения.
Свойства стали после закалки
После закалки деталей происходят структурные изменения, влияющие на технические характеристики металла:
- увеличивается твердость и прочность;
- уменьшается зерно;
- снижается гибкость и пластичность;
- повышается хрупкость;
- увеличивается устойчивость к стиранию;
- уменьшается сопротивление на излом.
На поверхности каленой детали легко получить высокий класс чистоты. Сырая сталь не шлифуется, тянется за кругом.
Виды закалки стали
Основные параметры для закалки стали: температура нагрева и скорость охлаждения. Они полностью зависят от марки стали — содержания углерода и легирующих веществ.
Закаливание в одной среде
При закаливании стали среда определяет скорость охлаждения. Наибольшая твердость получается при окунании детали в воду. Так можно калить среднеуглеродистые низколегированные стали и некоторые нержавейки.
Если металл содержит более 0,5% углерода и легирующие элементы, то при охлаждении в воде деталь потрещит — покроется трещинами или полностью разрушится.
Высоколегированные стали повышают свою твердость даже при охлаждении на воздухе.
При закалке на воде легированная сталь подогревается до 40–60⁰. Холодная жидкость будет отскакивать от горячей поверхности, образуя паровую рубашку. Скорость охлаждения значительно снизится.
Ступенчатая закалка
Закалка сложных по составу сталей может производиться в несколько этапов. Для ускорения охлаждения крупных деталей из высоколегированных сталей, их сначала окунают в воду. Время пребывания детали определяется несколькими минутами. После этого закалка продолжается в масле.
Вода быстро охлаждает металл на поверхности. После этого деталь окунается в масло и остывает до критической температуры структурных преобразований 300–320⁰. Дальнейшее охлаждение проводится на воздухе.
Если калить массивные детали только в масле, температура изнутри затормозит остывание и значительно снизит твердость.
Изотермическая закалка
Закалить металл с высоким содержанием углерода сложно, особенно изделия из инструментальной стали — топоры, пружины, зубила. При быстром охлаждении в нем образуются сильные напряжения. Высокотемпературный отпуск снимает часть твердости. Закалка производится поэтапно:
- Нормализация для улучшения структуры.
- Нагрев до температуры закалки.
- Опускание в ванну с селитрой, прогретой до 300–350⁰, и выдержка в ней.
После закалки в селитровой ванне отпуск не нужен. Напряжения снимаются во время медленного остывания.
Изотермическая закалкаСветлая закалка
Технического термина «светлая закалка» не существует. Когда производится закалка легированных сталей, включая нагрев, в вакууме или инертных газах, металл не темнеет. Закалка в среде защитных газов дорогостоящая и требует специального оборудования отдельно на каждый тип деталей. Она применяется только при массовом изготовлении однотипной продукции.
В вертикальной печи деталь нагревается, проходя через индуктор, и сразу же опускается ниже — в соляную или селитровую ванну. Оборудование должно быть герметично. После каждого цикла с него откачивается воздух.
Закалка с самоотпуском
При быстром охлаждении в процессе закалки стали внутри детали остается тепло, которое постепенно выходит и отпускает материал — снимает напряжения. Делать самоотпуск могут только специалисты, которые знают, насколько можно сократить время пребывания детали в охлаждающей жидкости.
Самоотпуск можно производить дома, если нужно незначительно увеличить твердость крепежа или мелких деталей. Необходимо уложить их на теплоизолирующий материал и сверху накрыть асбестом.
Способы охлаждения при закаливании
Широко используемые в промышленности способы охлаждения металла при закалке на воду и в масле. Самый древний состав для закалки мечей и других тонкостенных предметов — соляной раствор. Закалку производили кузнецы, используя нагрев под ковку и тепло, выделяемое деформацией.
Красные сабли, мечи, ножи опускали в мочу рыжих парней. В Европе их просто вонзали в тела живых рабов. Коллоидный состав, содержащий соли и кислоты, позволял с оптимальной скоростью охладить сталь и не создавать лишних напряжений и поводки.
В настоящее время используют различные солевые натриевые растворы, селитру и даже пластиковую стружку.
Как закалить сталь в домашних условиях
Решение о том, как калить металл, принимается исходя из нескольких параметров:
- марки стали;
- требуемой твердости;
- режима работы детали;
- габаритов.
Не все способы термообработки доступны любителям. Следует выбирать наиболее простые. Чаще всего в домашних условиях приходится закаливать нержавейку при изготовлении ножей и другого домашнего режущего инструмента.
Температура закалки хромсодержащих сталей 900–1100⁰C. Проверять нагрев следует визуально. Металл должен иметь светло оранжевый – темно желтый цвет, равномерный по всей поверхности.
Окунать тонкую нержавейку можно в горячую воду, поднимая на воздух и вновь опуская. Чем выше содержание углерода, тем больше времени сталь проводит на воздухе. Один цикл длится примерно 5 секунд.
Простые свариваемые стали греют до вишневого цвета и охлаждают в воде. Среднелегированные материалы должны перед окунанием в воду иметь красный цвет. После 10–30 секунд перекладываются в масло, затем укладываются в печь.
При закалке получают максимальную твердость, которую дает сталь при данной технологии. Затем высокотемпературным отпуском понижают ее до требуемой.
Закалка в домашних условияхОборудование
Нагрев металла производится различными способами. Нужно только помнить, что температура горения дерева не может обеспечить нагрев металла.
Если требуется улучшить качество 1 детали, достаточно развести костер. Его надо по периметру обложить кирпичами и после укладки заготовки частично закрыть сверху, оставив щели для доступа воздуха. Лучше жечь уголь.
Отдельный участок и небольшую по размерам деталь греют газовой и керосиновой горелкой, постоянно водя пламенем и прогревая со всех сторон.
Изготовление муфельной печи требует много времени и ресурсов. Ее целесообразно строить при постоянном использовании.
Охлаждающая жидкость может находиться в ведре и любой другой емкости, которая обеспечит полное погружение детали с толщиной масла в 5 наибольших сечений детали:
- одна часть под закаливаемым изделием;
- две сверху.
Деталь необходимо медленно двигать в охлаждающей жидкости. В противном случае образуется паровая рубашка.
Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла
Наипростейшее подобие муфельной печи делается из огнеупорного кирпича, шамотной глины и асбеста:
- На оправку навить медную проволоку. Для домашнего напряжения подойдет сечение 0,8 мм. Оставить длинные концы.
- Расположить спираль внутри кирпичей и зафиксировать глиной, обмазав всю внутреннюю поверхность.
- Внутри сделать поддон — площадку для расположения заготовок. Для этого нужно смешать глину с асбестом.
- Теплоизолирующий материал можно расположить и снаружи, уменьшая теплоотдачу стенок.
- Подключить концы проволоки к проводам с вилкой.
- Сзади герметично заделать отверстие между кирпичами.
- Впереди соорудить крышку, которая будет открываться.
Высыхать все материалы должны при комнатной температуре. На это уйдет несколько дней. Затем можно укладывать деталь на изоляционный материал и греть.
Дефекты при закаливании стали
При закаливании стали возникают 2 группы дефектов:
- исправимые;
- неисправимые.
Первые связаны с неравномерной, пятнистой закалкой и несоответствием полученной твердости требованиям в чертеже. Вызваны такие дефекты в основном неправильным охлаждением или некачественно проведенной термообработкой.
К неисправимым относятся сколы, трещины, полное разрушение деталей. Причина чаще всего заключается в некачественном металле.
Закалка значительно изменяет структуру и эксплуатационные качества металла. Делать ее самостоятельно можно на простых деталях. Необходимо точно знать марку стали, температуру ее закалки и охлаждающую среду.
Закалка сталей
Закалка — это процесс термической обработки, заключающийся в нагреве стали до температуры выше критической и последующем быстром охлаждении, со скоростью подавляющей распад аустенита на феррито-цементитную смесь и обеспечивающей структуру мартенсита.
Содержание
Мартенсит и мартенситное превращение в сталях
Мартенсит — это пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе (α-Fe). Что такое аустенит, цементит, феррит и перлит читаем здесь. При нагреве эвтектоидной стали (0,8 % углерода) выше точки А1, исходная структура перлит превратится в аустенит. При этом в аустените растворится весь углерод, который имеется в стали, т. е. 0,8 %. Быстрое охлаждение со сверхкритической скоростью (см. рисунок ниже), например в воде (600 °С/сек), препятствует диффузии углерода из аустенита, но кристаллическая ГЦК решетка аустенита перестроится в тетрагональную решетку мартенсита. Данный процесс называется мартенситным превращением. Он характеризуется сдвиговым характером перестройки кристаллической решетки при такой скорости охлаждения, при которой диффузионные процессы становятся невозможны. Продуктом мартенситного превращения является мартенсит с искаженной тетрагональной решеткой. Степень тетрагональности зависит от содержания углерода в стали: чем его больше, тем больше степень тетрагональности. Мартенсит — это твердая и хрупкая структура стали. Находится в виде пластин, под микроскопом выглядит, как иглы.
Температура закалки для большинства сталей определяется положением критических точек А1 и А3. На практике температуру закалки сталей определяют при помощи марочников сталей. Как выбрать температуру закалки стали с учетом точек Ас1 и Ас3 читаем по ссылке.
Микроструктура стали после закалки
Для большинства сталей после закалки характерна структура мартенсита и остаточного аустенита, причем количество последнего зависит от содержания углерода и качественного и количественного содержания легирующих элементов. Для конструкционных сталей среднего легирования количество остаточного аустенита может быть в пределах 3-5%. В инструментальных сталях это количество может достигать 20-30%.
Вообще, структура стали после закалки определяется конечными требованиями к механическим свойствам изделия. Наряду с мартенситом, после закалки в структуре может присутствовать феррит или цементит (в случае неполной закалки). При изотермической закалке стали ее структура может состоять из бейнита. Структура, конечные свойства и способы закалки стали рассмотрены ниже.
Частичная закалка стали
Частичной называется закалка, при которой скорости охлаждения не хватает для образования мартенсита и она оказывается ниже критической. Такая скорость охлаждения обозначена синей линией на рисунке. При частичной закалке как-бы происходит задевание «носа» С-кривой стали. При этом в структуре стали наряду с мартенситом будет присутствовать троостит в виде черных островковых включений.
Микроструктура стали с частичной закалкой выглядит примерно следующим образом
Частичная закалка является браком, который устраняется полной перекристаллизацией стали, например при нормализации или при повторном нагреве под закалку.
Неполная закалка сталей
Закалка от температур, лежащих в пределах между А1 и А3 (неполная закалка), сохраняет в структуре доэвтектоидных сталей наряду с мартенситом часть феррита, который снижает твердость в закаленном состоянии и ухудшает механические свойства после отпуска. Это понятно, так как твердость феррита составляет 80НВ, а твердость мартенсита зависит от содержания углерода и может составлять более 60HRC. Поэтому данные стали обычно нагревают до температур на 30–50 °С выше А3 (полная закалка). В теории, неполная закалка сталей не допустима и является браком. На практике, в ряде случаев для избежания закалочных трещин, неполная закалка может использоваться. Очень часто это касается закалки токами высокой частоты. При такой закалке необходимо учитывать ее целесообразность: тип производства, годовую программу, тип ответственности изделия, экономическое обоснование. Для заэвтектоидных сталей закалка от температур выше А1, но ниже Асm дает в структуре избыточный цементит, что повышает твердость и износоустойчивость стали. Нагрев выше температуры Аcm ведет к снижению твердости из-за растворения избыточного цементита и увеличения остаточного аустенита. При этом происходит рост зерна аустенита, что также негативно сказывается на механических характеристиках стали.
Таким образом, оптимальной закалкой для доэвтектоидных сталей является закалка от температуры на 30–50 °С выше А3, а для заэвтектоидных – на 30–50 °С выше А1.
Скорость охлаждения также влияет на результат закалки. Оптимальной охлаждающей является среда, которая быстро охлаждает деталь в интервале температур минимальной устойчивости переохлажденного аустенита (в интервале носа с-кривой) и замедленно в интервале температур мартенситного превращения.
Стадии охлаждения при закалке
Наиболее распространенными закалочными средами являются вода различной температуры, полимерные растворы, растворы спиртов, масло, расплавленные соли. При закалке в этих средах различают несколько стадий охлаждения:
— пленочное охлаждение, когда на поверхности стали образуется «паровая рубашка»;
— пузырьковое кипение, наступающее при полном разрушении этой паровой рубашки;
— конвективный теплообмен.
Более подробно про стадии охлаждения при закалке можно прочитать в статье «Характеристики закалочных масел»
Кроме жидких закалочных сред используется охлаждение в потоке газа разного давления. Это может быть азот (N2), гелий (Не) и даже воздух. Такие закалочные среды часто используются при вакуумной термообработке. Здесь нужно учитывать факт возможности получения мартенситной структуры — закаливаемость стали в определенной среде, т. е. химический состав стали от которого зависит положение с-кривой.
Факторы, влияющие на положение с-кривых:
— Углерод. Увеличение содержания углерода до 0,8% увеличивает устойчивость переохлажденного аустенита, соответственно с-кривая сдвигается вправо. При увеличении содержания углерода более 0,8%, с-кривая сдвигается влево;
— Легирующие элементы. Все легирующие элементы в разной степени увеличивают устойчивость аустенита. Это не касается кобальта, он уменьшает устойчивость переохлажденного аустенита;
— Размер зерна и его гомогенность. Чем больше зерно и чем оно однороднее структура, тем выше устойчивость аустенита;
— Увеличение степени искажения кристаллической решетки снижает устойчивость переохлажденного аустенита.
Температура влияет на положение с-кривых через все указанные факторы.
Способы закалки сталей
На практике применяются различные способы охлаждения в зависимости от размеров деталей, их химического состава и требуемой структуры (схема ниже).
Схема: Скорости охлаждения при разных способах закалки сталей
Непрерывная закалка стали
Непрерывная закалка (1) – способ охлаждения деталей в одной среде. Деталь после нагрева помещают в закалочную среду и оставляют в ней до полного охлаждения. Данная технология самая распространенная, широко применяется в условиях массового производства. Подходит практически для всех типов конструкционных сталей.
Закалка в двух средах
Закалка в двух средах (скорость 2 на рисунке) осуществляется в разных закалочных средах, с разными температурами . Сначала деталь охлаждают в интервале температур например 890–400 °С например в воде, а потом переносят в другую охлаждающую среду – масло. При этом мартенситное превращение будет происходить уже в масляной среде, что приведет к уменьшению поводок и короблений стали. Такой способ закалки используют при термообработке штампового инструмента. На практике часто используют противоположный технологический прием — сначала детали охлаждают в масле, а затем в воде. При этом мартенситное превращение происходит в масле, а в воду детали перемещают для более быстрого остывания. Таким образом экономится время на осуществление технологии закалки.
Ступенчатая закалка
При ступенчатой закалке (скорость 3) изделие охлаждают в закалочной среде, имеющей температуру более высокую, чем температура мартенситного превращения. Таким образом получается некая изотермическая выдержка перед началом превращения аустенита в мартенсит. Это обеспечивает равномерное распределение температуры по всему сечению детали. Затем следует окончательное охлаждение, во время которого и происходит превращение мартенситное превращение. Этот способ дает закалку с минимальными внутренними напряжениями. Изотермическую выдержку можно сделать чуть ниже температуры Мн, уже после начала мартенситного превращения (скорость 6). Такой способ более затруднителен с технологической точки зрения.
Изотермическая закалка сталей
Изотермическая закалка (скорость 4) делается для получения бейнитной структуры стали. Данная структура характеризуется отличным сочетание прочностных и пластических свойств. При изотермической закалке детали охлаждают в ванне с расплавами солей, которые имеют температуру на 50–150 °С выше мартенситной точки Мн, выдерживают при этой температуре до конца превращения аустенита в бейнит, а затем охлаждают на воздухе.
При закалке на бейнит возможно получение двух разных структур: верхнего и нижнего бейнита. Верхний бейнит имеет перистое строение. Он образуется в интервале 500-350°С и состоит из частиц феррита в форме реек толщиной <1 мкм и шириной 5-10 мкм, а также из тонких частиц цементита. Структура верхнего бейнита отличается более высокой твердостью и прочностью, но пониженной пластичностью. Нижний бейнит имеет игольчатое мартенситоподобное строение, образуется в интервале 350-200 °С. Нижний бейнит состоит из тонких частиц ε-карбидов, расположенных в пластинках феррита. Бейнитное превращение никогда не идет до конца. В структуре всегда есть мартенсит и остаточный аустенит. Более предпочтительной, в плане эксплуатационных характеристик, является структура нижнего бейнита. Изделия с такой структурой используются в вагоностроении, в деталях испытывающих ударно-растягивающие напряжения. Технология закалки на бейнит требует специального закалочного оборудования. Дополнительные материалы по этой технологии можете найти в статье «Технология закалки на бейнит».
Обработка холодом (5) применяется для сталей, у которых температура конца мартенситного превращения Мк находится ниже комнатной температуры.
Обработке холодом подвергают быстрорежущие стали, цементованные детали, мерительные инструменты, и другие особо точные изделия. Подробнее про этот нестандартный способ термообработки можете прочитать в статье «Обработка холодом стальных деталей»
Зависимость твердости мартенсита от содержания углерода
Твердость стали после закалки зависит от твердости мартенсита, которая в свою очередь зависит от содержания углерода. С увеличением содержания углерода увеличивается и твердость после закалки стали. Графическая зависимость приведена на рисунке.
График зависимости твердости мартенсита от содержания углерода
Без термообработки в работе с металлами не обойтись. Оттого насколько правильно была проведена термическая обработка зависят качественные характеристики металлического изделия. Его прочность и долговечность в службе. В этой статье вы сможете узнать как правильно проводить термообработку (закалку) стальных изделий
Закалка стали
Закаливание является операцией по термической обработке металла. Она состоит из нагревания металла до критической температуры, при которой изменяется кристаллическая решетка материала, либо до температуры, при которой происходит растворение фазы в матрице, существующей при низкой температуре.
Важно понимать:
- После достижения критической температуры металл подвергается резкому охлаждению.
- После закаливания сталь приобретает структуру мартенсита (по имени Адольфа Мартенса) и поэтому обретает твердость.
- Благодаря закаливанию прочность стали повышается. Металл становится еще тверже и более износостойким.
- Следует различать обычную закалку материала и закалку для получения избытка вакансий.
Режимы закалки различаются по скорости протекания процесса и температуре нагревания. А также имеются различия по длительности выдержки при данном температурном режиме и скорости охлаждения.
Выбор температуры для закалки
Решение, при какой температуре производить закалку металла обусловлено химическим составом стали.
Закалка бывает двух видов:
- полная;
- неполная.
Руководствуясь диаграммой критических точек можно видеть, что доэвтектоидную сталь при процессе полного закаливания следует нагревать выше точки Ас3 на 30–50 градусов. В результате у стали будет структура однородного аустенита. Впоследствии под действием процесса охлаждения он превратится мартенсит.
Рисунок №1. Критические точки.
Неполное закаливание чаще применяется для инструментальной стали. Цель неполного закаливания — достигнуть температуры, при которой проходит процесс образования избыточных фаз. Нагревание стали происходит в температурном промежутке от Ас1 — Ас2. При этом в структуре мартенсита сохранится какое-то количество феррита, оставшегося после закаливания стали.
Для закаливания заэвтектоидной стали лучше придерживаться температуры на 20–30 градусов больше Ас1 — неполная закалка. Из-за этого при нагревании и охлаждении будет сохраняться цементит, что повышает твердость мартенсита. При закалке не следует нагревать заэвтектоидную сталь свыше положенной температуры. Это может сказаться на твердости.
Скорость охлаждения
Структура мартенсита получается при быстром охлаждении аустенита в тот момент, когда температура стали способствует наименьшей устойчивости аустенита (около 650-550 градусов).
При переходе в зону температур, в которой происходит мартенситное превращение (ниже 240 градусов) применяется замедленное охлаждение. В результате успевают выравнится образующиеся структурные напряжения в то время, как твердость образовавшегося мартенсита не снижается.
Для проведения успешной термической обработки очень важно правильно выбрать среду закаливания. Часто в качестве закалочной среды могут применяться:
- вода;
- раствор едкого натрия (5–10 %) или поваренной соли;
- минеральное масло.
Для закаливания углеродистой стали лучше использовать воду, температура которой 18 градусов. Для закалки легированной стали подойдет масло.
Характеристики стали: закаливаемость и прокаливаемость
Не следует смешивать важные характеристики стали — закаливаемость и прокаливавемость.
Закаливаемость
Эта характеристика говорит о способности стали к обретению твердости после закаливания. Существуют виды стали, которые плохо поддаются закалке и после процесса термообработки сталь становится недостаточно твердой. Про такой материал говорят — «не принял закалку».
Способность к твердости у мартенсита связана со степенью искаженности его кристаллической решетки. Меньшее содержание углерода в мартенсите способствует меньшим искажениям в кристаллической решетки, а, значит, твердость стали будет ниже. Если в стали содержится углерода менее 0.3%, то у такого сплава закаливаемость низкая, и обычно такие сплавы не подвергаются закалке.
Прокаливаемость
Эта характеристика может сказать о том, насколько глубоко сталь закалилась. При закаливании поверхность стальной детали остывает быстрее нежели сердцевина. Это происходит потому что поверхность находится в непосредственном контакте с жидкостью для охлаждения, которая отнимает тепло. А центральная часть стальной детали отдает свое тепло через толщу металла и поверхность, где ее и поглощает охлаждающая жидкость.
На прокаливаемость влияет критическая скорость закаливания — чем она (скорость) ниже, тем глубже прокаливается сталь. К примеру, крупнозернистая сталь, у которой небольшая критическая скорость закалки, прокаливается глубже, чем мелкозернистая сталь, у которой высокая критическая скорость закалки.
Глубина прокаливаемости зависит от исходной структуры закаливаемого сплава, температуры нагрева и закалочной среды. Прокаливаемость стали определяется по излому, микроструктуре и твердости.
Виды закалки стали
Способов закаливания металла существует множество. Их выбор обусловлен составом стали, характером изделия, необходимой твердостью и условиями охлаждения. Часто используется ступенчатая, изотермическая и светлая закалка.
Закаливание в одной среде
Обратившись к графику кривых охлаждения для различных способов закалки, можно видеть, что закалке в одной среде соответствует кривая 1. Выполнять такое закаливание просто. Однако, подойдет она не для каждой стальной детали. Из-за быстрого понижения температуры у стали переменного сечения в температурном интервале возникает температурная неравномерность и большое внутреннее напряжение. От этого стальная деталь может покоробиться и растрескаться.
Рисунок №2. Кривые охлаждения.
Большое содержание углерода в стальных деталях может вызвать объемные изменения структурных напряжений, а это, в свою очередь, грозит появлением трещин.
Заэвтектоидные стали, имеющие простую форму, лучше закаливать в одной среде. Для закалки более сложных форм применяется закалка в двух средах или ступенчатая закалка.
Закаливание в двух средах (на рисунке №2 это кривая 2) применяется для инструментов, изготовленных из высокоуглеродистой стали. Сам метод состоит в том, что сталь вначале охлаждается в воде до 300-400 градусов, после чего ее переносят в масляную среду, где она прибывает пока полностью не охладится.
Ступенчатая закалка
При ступенчатом закаливании (кривая 3) стальная деталь помещается вначале в соляную ванну. Температура самой ванны должна быть выше температуры, при которой происходит мартенситное превращение (240–250 градусов). После соляной ванны сталь перемешают в масло, либо на воздух. Используя ступенчатою закалку можно не бояться, что деталь покоробится или в ней образуются трещины.
Недостаток такой закалки заключает в том, что ее можно применять лишь для заготовок из углеродистой стали с небольшим сечением (8–10 мм). Ступенчатая закалка может применяться для деталей из легированной стали с большим сечением (до 30 мм).
Изотермическая закалка
Изотермическому закаливанию на графике соответствует кривая 4. Закаливание проводится аналогично ступенчатой закалке. Однако, в горячей ванне сталь выдерживается дольше. Это делается так, чтобы вызвать полный распад аустенита. На схеме выдержка показывается на S-образной линии точками a и b. Сталь, прошедшая изотермическую закалку, может охлаждаться с любой скоростью. Средой охлаждения могут служить расплавленные соли.
Преимущества изотермического закаливания:
- сталь почти не поддается короблению;
- не появляются трещины;
- вязкость.
Светлая закалка
Для проведения такого закаливания требуется специально оборудованная печь, снабженная защитной средой. На производстве, чтобы получить чистую и светлую поверхность у закаленной стали следует использовать ступенчатую закалку. После нее сплав охлаждается в расплавленной едкой щелочи. Перед процессом закалки стальная деталь нагревается в соляной ванне из хлористого натрия с температурой на 30–50 градусов выше точки Ас1 (см «Схему критических точек»). Охлаждение детали проходит в ванне при 180–200 градусов. Охлаждающей средой служит смесь состоящая из 75% смесь едкого калия, 25% едкого натрия, в которую добавляется 6–8% воды (от веса соли).
Закалка с самоотпуском
Применяется при производстве инструментальной стали. Основная идея закалки заключается в изъятии стальной детали из охлаждающей среды до момента ее полного охлаждения. Изъятие происходит в определенный момент. В сердцевине стальной детали сохраняется определенное количество тепла. За его счет и производится последующий отпуск. После того как за счет внутреннего тепла стальное изделие достигнет нужной температуры для отпуска, сталь помещают в закалочную жидкость, для окончательного охлаждения.
Р исунок №3 — Т аблица побежалости.
Отпуск контролируется по цветам побежалости (см рисунок №3), которая формируется на гладкой поверхности металла при 220–330 градусах.
При помощи закалки самоотпуском изготавливаются кувалды, зубила, слесарные молотки и другие инструменты, от которых требуется высокая твердость на поверхности с сохранением внутренней вязкости.
Способы охлаждения при закаливании
При быстром охлаждении стальных изделий при закалке существует угроза возникновений больших внутренних напряжений, что приводит к короблению материала, а иногда и трещинам. Для того чтобы этого избежать там, где возможно, стальные детали лучше охлаждать в масле. Углеродистую сталь, для которой такое охлаждение невозможно, лучше охлаждать в воде.
Кроме среды охлаждения на внутренне напряжение изделий из стали влияет, каким образом они погружаются в охлаждающую среду. А именно:
изделия, имеющие толстую и тонкую часть, лучше погружать в закалочную жидкость сначала объемистой частью;- если изделие имеет вытянутую форму (сверла, метчики), нужно погружать строго вертикально, в противном случае они могут покоробиться.
Иногда требуется закалить не всю деталь, а только ее часть. Тогда применяется местная закалка. Изделие нагревается не полностью, зато в закалочную жидкость погружают всю деталь.
Дефекты при закаливании стали
- Недостаточная твердость. Возникает если была низкая температура нагрева, малая выдержка при рабочей температуре или имело место недостаточная скорость охлаждения. Можно исправить: применить более энергичную среду; сделать отжиг, а затем закалить.
- Перегрев. Происходит если стальная деталь нагревается до температуры, превышающей допустимую. При перегреве образуется крупнозернистая структура, что приводит к хрупкости детали. Можно исправить: с помощью отжига и закалки при нужной температуре.
- Пережог. При нагреве стальной детали до высокой температуры, близкой к температуре плавления (1200–1300 градусов) в окислительной атмосфере. Внутрь стальных изделий проникает кислород, по границам зерен формируются окислы. Такая сталь не исправляется.
- Окисление и обезуглероживание. В этом случае на поверхности стальных деталей образуются окалины (окислы), а в поверхностных слоях стали выгорает углерод. Этот брак исправить невозможно. Для предупреждения брака следует пользоваться печами с защитной атмосферой.
- Коробление и трещины. Возникают из-за внутренних напряжений. Трещины — это неисправимый брак. Коробление можно удалить при помощи рихтовки или правки.
Заключение
Самое важно при закалке металла это четкое соблюдение технологии. Любой отклонение в сторону приводит к нежелательным последствиям. Если делать все правильно, то даже в домашних условиях можно провести процесс закаливания стали.
Оцените статью: Поделитесь с друзьями!температурный режим и выбор охлаждающей среды
Закалка металла — нагревание до температуры каления, при которой структура его видоизменяется, и остывание в какой-либо жидкости (масле, воде) или на открытом воздухе. Делают такую обработку для того, чтобы повысить твёрдость материала. На производстве температура закалки определяется по диаграмме «железо-углерод».
Отпуск и старение металла
Часто путём закалки повышается не только твёрдость металла, но и его хрупкость, поэтому необходимо выполнять ещё один этап — отпуск, при котором прочность и твёрдость несколько снижаются, но материал становится более пластичным. Делают отпуск при температуре, ниже, чем в предыдущем процессе, и охлаждают металл постепенно.
Можно проводить закалку без изменения структуры металла (полиморфного превращения). В этом случае не возникнет проблем с хрупкостью, но необходимая твёрдость не будет достигнута. А повысить её удастся путём ещё одного процесса термообработки, называемого старением. При старении происходит распад пересыщенного твёрдого раствора, в результате которого увеличивается прочность и твёрдость материала.
Отпуск стали — это разновидность термообработки, используемая для деталей, закалённых до критической точки, при которой происходит полиморфное изменение кристаллической решётки. Он заключается в выдерживании металла определённый промежуток времени в нагретом состоянии и медленном охлаждении на открытом воздухе. Делают отпуск, чтобы снизить внутреннее напряжение, а также исключить хрупкость металла и увеличить его пластичность.
При помощи старения достигается необходимая твёрдость закалённой стали. Старение может быть:
- естественным, при котором самопроизвольно повышается прочность закалённого металла и снижается его пластичность. Происходит данный процесс при выдержке в естественной среде;
- термическим. Такое старение — это процесс повышения твёрдости металла посредством выдержки при высоких температурах. По сравнению с первым видом, в данном случае может произойти перестаривание — это когда твёрдость, пределы прочности и текучести, достигая максимальной величины, начинают снижаться;
- деформационным. Такое старение достигается при помощи пластической деформации закалённого сплава, имеющего структуру пересыщенного твёрдого раствора.
Способы закалки
Суть любой закалки — превращение аустенита в мартенсит (диаграмма «железо-углерод»). В зависимости от температурного режима, закалка может быть полной или неполной. Первым способом закаливают инструментальную сталь, а вторым — цветную.
При закалке могут использоваться один или несколько охладителей. От этого также зависит способ термообработки. В зависимости от охлаждающей среды, термическая обработка металла может быть:
- с использованием одного охладителя;
- с подстуживанием;
- прерывистой;
- ступенчатой;
- изотермической.
Закалка в одном охладителе
Данный метод применяется для термообработки простых деталей, изготовленных из легированной и углеродистой стали. Деталь нагревается до необходимой температуры, а затем охлаждается в жидкости. Углеродистую сталь диаметром от 2 до 5 мм охлаждают в воде, детали меньшего диаметра и всю легированную сталь — в масле.
Закалка с подстуживанием
При термообработке с одним охладителем часто возникают состояния термического и структурного внутреннего напряжения. Развиваются они в том случае, когда разность температур достигает минимума. На поверхности металла образуется напряжение растяжения, в центре — напряжение сжатия. Чтобы данные напряжения уменьшить, перед тем, как опустить нагретую деталь в жидкость, её недолго держат на открытом воздухе. Температура детали в данном случае не должна быть ниже линии 0,8К по диаграмме «железо-углерод».
Прерывистая
Эту закалку проводят в двух средах — воде и масле или воде и воздухе. Нагретую до критической точки деталь сначала быстро охлаждают в воде, а потом медленно в масле или на открытом воздухе. Такой способ термообработки применяют для высокоуглеродистой стали. Этот метод — сложный, так как время охлаждения в первой среде очень мало и определить его сможет лишь специалист высокой квалификации.
Ступенчатая
При прерывистой термообработке деталь охлаждается неравномерно — более тонкие поверхности быстрее, чем все остальные. К тому же очень трудно отрегулировать время нахождения детали в первой среде (воде). Поэтому лучше использовать ступенчатую закалку. Данный метод позволяет охлаждать деталь в среде при температуре, превышающей мартенситную точку. Первая ступень — охлаждение и выдержка детали в данной среде до того момента, когда все сечения детали достигнут одной и той же температуры. Вторая ступень — окончательное медленное охлаждение (преобразование аустенита в мартенсит).
Изотермическая
При изотермической термообработке деталь нагревают до критической точки, а затем опускают в масляную или соляную ванну температурой 250 градусов. Выдерживают полчаса, а далее остужают на открытом воздухе. Такая закалка обеспечивает высокую конструкционную прочность и применяется для легированных и конструкционных сталей, у которых распад аустенита в промежуточной области не происходит до конца. В дальнейшем он превращается не в мартенсит, а в бейнит + 20% остаточный аустенит, обогащённый углеродом. Такой закалкой можно достичь высокой прочности при хорошей вязкости.
Температурный режим
Закалка — это превращение аустенита в мартенсит. На производстве при выборе температур термообработки пользуются диаграммой «железо-углерод». Температуру закалки углеродистых сталей определить очень легко. Нагрев конструкционной стали с содержанием углерода менее 0,8% доводят до температур, расположенных над линией GS и выше точки Ас3 на 30-50 градусов. Нагрев сталей, содержащих более 0,8% углерода, проводят при температурах на 30-50 градусов выше тех, которые расположены выше линии PSK. Температуру закалки легированной стали также выбирают, исходя из критических точек, но данный процесс много сложнее, так как помимо углерода такие стали содержат и другие компоненты.
Выбор охлаждающей среды
От выбора зависит качество детали:
- для охлаждения простых деталей и изделий, изготовленных из углеродистых сталей применяют чистую воду;
- для изделий сложных форм в качестве охладителя используют каустическую соду, смешанную с водой в соотношении 1:1. Приготовленный раствор нагревают до 50-60 градусов;
- закалка металла в масле применима к тонкостенным деталям из легированных или углеродистых сталей.
Углеродистую сталь, имеющую сложный состав, остужают в двух охладителях — сначала быстро в чистой воде, а затем медленно в ванне, наполненной маслом. Перемещать детали из воды в масло нужно очень быстро.
Какую сталь подвергают закалке
Термически обрабатывают только такой металл, в котором содержится не менее 0,45% углерода, а также инструментальную и легированную стали, твёрдость которых после закалки становится в несколько раз выше. Тот металл, в котором содержание углерода не превышает 0,45%, не обрабатывается термически. Ниже приведена таблица режимов термообработки для некоторых видов сталей.
| Тип | Инструмент | Температура закалки | Температура отпуска | Чем охлаждают после закалки | Чем охлаждают после отпуска |
| У7, У7А | Инструмент плотника, отвёртки, топоры, зубила и др. | 800 | 170 | водой | водой маслом |
| У8, У8А | Слесарный инструмент, пилы, ножовки, стамески и др. | 800 | 170 | водой | водой маслом |
| У10, У10А | Ручные метчики, надфили, рашпили, пилы по дереву, инструмент без нагрева режущей кромки | 790 | 180 | водой | водой маслом |
| У11, У11А | Деревообрабатывающий инструмент, ручные метчики, надфили и др. | 780 | 180 | водой | водой маслом |
| У12, У12А | Слесарный инструмент | 780 | 180 | водой | водой маслом |
| У13, У13А | Режущий и измерительный инструмент, детали машин | 780 | 180 | водой | вода масло |
| У9ГА | Режущий инструмент — метчики, свёрла, фрезы | 800 | 180 | вода | водой маслом |
| Р9 | Режущий инструмент — метчики, свёрла, зенкера, фрезы, протяжки и др. | 1250 | 580 | маслом | воздухом печи |
| Р18 | Режущий инструмент для обработки металлов различной твёрдости | 1300 | 580 | маслом | воздухом печи |
| ШХ6 | Шарики и ролики для подшипников | 810 | 200 | маслом | воздухом |
| ШХ9 | Шарики и ролики для подшипников | 830 | 280 | маслом | воздухом |
| ШХ15 | Шарики и ролики для подшипников | 845 | 400 | маслом | воздухом |
| 9ХС | Свёрла, фрезы, развёртки, метчики, гребёнки и др. | 860 | 170 | маслом | воздухом |
| 9Х5ВФ | Ножи для фрезерования древесины | 950 | 270 | маслом | воздухом |
| 50ХГСА | Пружины, рессоры | 840 | 315 | водой | воздухом |
| 60С2 | Торсионные валы, высоконагружаемые пружины | 870 | 325 | водой | воздухом |
| 60С2ХА | Высоконагружаемые пружины и рессоры | 870 | 315 | водой | воздухом |
| 60С2ВА | Пружины и рессоры | 850 | 330 | водой | воздухом |
| 85ХВ | Пружины, фрикционные диски | 830 | 250 | водой | воздухом |
Какие бывают дефекты при закалке металла
При несоблюдении режимов закалки могут появляться следующие дефекты:
- трещины или коробление. Причина — внутреннее напряжение. Если коробление поддаётся рихтовке и выпрямлению, то трещины исправить никак нельзя. Это — окончательный брак;
- пережог, который представляет из себя окислы по границам зёрен, возникающие из-за проникновения внутрь металлических изделий кислорода. Пережог возможен при нагреве металла до температуры, близкой к температуре плавления. Такой металл не подлежит исправлению;
- перегрев. При нагреве металла свыше температуры каления происходит его перегрев, в результате которого образуется крупная структура. Такой металл обладает повышенной хрупкостью. Исправляется при помощи отжига и новой закалки;
- низкая твёрдость. Недостаточная твёрдость получается при низкой температуре нагревания, недостаточной выдержке при необходимой температуре и маленькой скорости охлаждения. Данный дефект легко исправить при помощи отжига и ещё одной закалки;
- окисление и обезуглероживание, которое происходит при воздействии металла с воздухом и печными газами. Окисленный слой, окалина, наносит непоправимый вред производству, ибо такой дефект исправить нельзя. Чтобы избежать проблемы, необходимо использовать печи с защитной атмосферой.
Закалка стали в условиях дома или дачи
Иногда случается такое, что необходима термообработка металла дома или на даче. Это происходит, если купленный инструмент оказался недокаленным или вообще незакалённым. Часто возникает необходимость закалить ножик, топор или сверло. Конечно, хорошую закалку можно провести только в условиях производства, но мужчины-умельцы отлично умеют это делать и на обыкновенном костре. Последовательность домашней закалки:
- готовим две ёмкости. В одну наливаем минеральное масло, в другую — воду;
- также нужно подготовить инструмент, при помощи которого будем класть закаливаемый металл в костёр и вынимать из него. Для этой процедуры подойдут клещи;
- далее разводим костёр и ждём когда образуются угли. На них и кладём металлический предмет, который нужно закалить;
- следим за цветом углей и окраской пламени. Раскалённые угли имеют белый цвет. А пламя не должно быть белым. Малиновый цвет пламени — оптимальный для процесса закалки в домашних условиях. Белое пламя говорит о слишком высокой температуре внутри костра, и деталь наша может просто сгореть;
- также необходимо следить, чтобы на металлическом изделии не появлялись чёрные или синие пятна, которые говорят о деформации металла в результате чрезмерного размягчения. А если металл стал белым, то такую деталь можно смело выкидывать.
- как только металлический предмет нагреется до нужной нам температуры, вытаскиваем его и опускаем сначала в масло. Делаем это трижды, первый раз на три секунды. Каждый раз время увеличиваем на столько же. Опускаем и вынимаем резко;
- далее опускаем металлический инструмент в ёмкость с водой и оставляем там до тех пор, пока он полностью не остынет.
Детали или предметы, имеющие вытянутую форму в воду помещаем вертикально. Для оценки температуры закалки в костре используем таблицу цветов. Вместо костра можно использовать любую печку.
Отпуск металла в духовке
При необходимости закалённый предмет можно подвергнуть отпуску. Для этого его нужно поместить в нагретую до 300-320 градусов духовку и продержать там в течение часа. Затем вынуть и дать остыть на открытом воздухе.
Проверка металла на наличие термообработки
Перед тем, как начать каление, нам необходимо убедиться, что материал приобретённого нами инструмента не термообработан. Делаем проверку с помощью обыкновенного паяльника. Нагреваем инструмент и проводим им по интересующей нас металлической поверхности. Если паяльник прилипает к металлу, то значит ни о какой его термообработке не может быть и речи. Плавное прохождение паяльника по поверхности стали или отскакивание от неё говорят о том, что проверяемый нами предмет либо хорошо термообработан либо обработан слишком сильно. При отсутствии термообработки делаем её самостоятельно.
Закалка ножа графитом
Термическая обработка металла графитом хороша тогда, когда нужно закалить не весь предмет, а только его часть. У ножа — это кромка. Последовательность процесса термообработки ножа в домашних условиях:
- острие ножа проверяем на твёрдость при помощи надфиля. Если металл легко стачивается, а надфиль издаёт глухой звук, значит нож не термообработан;
- для данного процесса понадобится графит, который можно добыть из круглых батареек, взять стержни простого карандаша или воспользоваться графитовыми щётками генератора;
- добытый графит превращаем в порошок;
- в качестве источника питания используем сварочный аппарат постоянного тока. Выставляем на минимум;
- делаем подложку из оцинкованного листа. На неё насыпаем графитовый порошок;
- к подложке подсоединяем «плюс» сварочного прибора, а ручке ножа — «минус»;
- далее лезвием ножа аккуратно водим по графиту так, чтобы оно не касалось подложки. А ещё следим, чтобы графит не воспламенился, иначе ножик наш будет испорчен;
- при движении лезвия по графиту последний будет выдавать искры. Как только увидим, что остриё ножика нагрелось, процесс прекращаем. Приблизительное время закалки — не более 5 минут;
- даём ножу остыть естественным путём, затем берём надфиль и проверяем твёрдость. Если звук, издаваемый надфилем при контакте с ножом звонкий, а остриё не поддаётся затачиванию, значит твёрдость лезвия высокая.
Процесс закалки на производстве провести намного легче, чем дома. При необходимости можно попробовать закалить нужный предмет или инструмент «топорными» способами с применением подручных средств.
Используемая литература и источники:
- Поверхностные явления в металлах и сплавах / В.К. Семенченко. — М.: Гостехиздат
- Сверхбыстрая закалка жидких сплавов. — Москва: Машиностроение
- Статья на Википедии
Способы и режимы закалки и отпуска стали
Термическая обработка сталей – одна из самых важных операций в машиностроении, от правильного проведения которой зависит качество выпускаемой продукции. Закалка и отпуск сталей являются одними из разнообразных видов термообработки металлов.
Тепловое воздействие на металл меняет его свойства и структуру. Это позволяет повысить механические свойства материала, долговечность и надежность изделий, а также уменьшить размеры и массу механизмов и машин. Кроме того, благодаря термообработке, для изготовления различных деталей можно применять более дешевые сплавы.
Также вам не помешает знать, как правильно варить полуавтоматом.
Как закалялась стальТермообработка стали заключается в тепловом воздействии на металл по определенным режимам ля изменения его структуры и свойств.
К операциям термообработки относятся:
- отжиг;
- нормализация;
- старение;
- закалка стали и отпуск стали (и пр.).
Термообработка стали: закалка отпуск – зависит от следующих факторов:
- температуры нагрева;
- времени (скорости) нагрева;
- продолжительности выдержки при заданной температуре;
- скорости охлаждения.
Закалка
Закалка стали – это процесс термообработки, суть которого заключается в нагреве стали до температуры выше критической с последующим быстрым охлаждением. В результате этой операции повышаются твердость и прочность стали, а пластичность снижается.
При нагреве и охлаждении сталей происходит перестройка атомной решетки. Критические значения температур у разных марок сталей неодинаковы: они зависят от содержания углерода и легирующих примесей, а также от скорости нагрева и охлаждения.
После закалки сталь становится хрупкой и твердой. Поверхностный слой изделий при нагреве в термических печах покрывается окалиной и обезуглероживается тем более, чем выше температура нагрева и время выдержки в печи. Если детали имеют малый припуск для дальнейшей обработки, то брак этот является неисправимым. Режимы закалки закалки стали зависят от ее состава и технических требований к изделию.
Охлаждать детали при закалке следует быстро, чтобы аустенит не успел превратиться в структуры промежуточные (сорбит или троостит). Необходимая скорость охлаждения обеспечивается посредством выбора охлаждающей среды. При этом чрезмерно быстрое охлаждение приводит к появлению трещин или короблению изделия. Чтобы этого избежать, в интервале температур от 300 до 200 градусов скорость охлаждения надо замедлять, применяя для этого комбинированные методы закалки. Большое значение для уменьшения коробления изделия имеет способ погружения детали в охлаждающую среду.
Нагрев металла
Все способы закалки стали состоят из:
- нагрева стали;
- последующей выдержки для достижения сквозного прогрева изделия и завершения структурных превращений;
- охлаждения с определенной скоростью.
Изделия из углеродистой стали нагревают в камерных печах. Предварительный подогрев в этом случае не требуется, так как эти марки сталей не подвергаются растрескиванию или короблению.
Сложные изделия (например, инструмент, имеющий выступающие тонкие грани или резкие переходы) предварительно подогревают:
- в соляных ваннах путем двух-или трехкратного погружения на 2 – 4 секунды;
- в отдельных печах до температуры 400 – 500 градусов по Цельсию.
Нагрев всех частей изделия должен протекать равномерно. Если это невозможно обеспечить за один прием (крупные поковки), то делаются две выдержки для сквозного прогрева.
Если в печь помещается только одна деталь, то время нагрева сокращается. Так, например, одна дисковая фреза толщиной 24 мм нагревается в течение 13 минут, а десять таких изделий – в течение 18 минут.
Защита изделия от окалины и обезуглероживания
Для изделий, поверхности которых после термообработки не шлифуются, выгорание углерода и образование окалины недопустимо. Защищают поверхности от подобного брака применением защитных газов, подаваемых в полость электропечи. Разумеется, такой прием возможен только в специальных герметизированных печах. Источником подаваемого в зону нагрева газа служат генераторы защитного газа. Они могут работать на метане, аммиаке и других углеводородных газах.
Если защитная атмосфера отсутствует, то изделия перед нагревом упаковывают в тару и засыпают отработанным карбюризатором, чугунной стружкой (термисту следует знать, что древесный уголь не защищает инструментальные стали от обезуглероживания). Чтобы в тару не попадал воздух, ее обмазывают глиной.
Соляные ванны при нагреве не дают металлу окисляться, но от обезуглероживания не защищают. Поэтому на производстве их раскисляют не менее двух раз в смену бурой, кровяной солью или борной кислотой. Соляные ванны, работающие на температурах 760 – 1000 градусов Цельсия, весьма эффективно раскисляются древесным углем. Для этого стакан, имеющий множество отверстий по всей поверхности, наполняют просушенным углем древесным, закрывают крышкой (чтобы уголь не всплыл) и после подогрева опускают на дно соляной ванны. Сначала появляется значительное количество языков пламени, затем оно уменьшается. Если в течение смены таким способом трижды раскислять ванну, то нагреваемые изделия будут полностью защищены от обезуглероживания.
Степень раскисления соляных ванн проверяется очень просто: обычное лезвие, нагретое в ванне в течение 5 – 7 минут в качественно раскисленной ванне и закаленное в воде, будет ломаться, а не гнуться.
Охлаждающие жидкости
Основной охлаждающей жидкостью для стали является вода. Если в воду добавить небольшое количество солей или мыла, то скорость охлаждения изменится. Поэтому ни в коем случае нельзя использовать закалочный бак для посторонних целей (например, для мытья рук). Для достижения одинаковой твердости на закаленной поверхности необходимо поддерживать температуру охлаждающей жидкости 20 – 30 градусов. Не следует часто менять воду в баке. Совершенно недопустимо охлаждать изделие в проточной воде.
Недостатком водяной закалки является образование трещин и коробления. Поэтому таким методом закаливают изделия только несложной формы или цементированные.
- При закалке изделий сложной конфигурации из конструкционной стали применяется пятидесятипроцентный раствор соды каустической (холодный или подогретый до 50 – 60 градусов). Детали, нагретые в соляной ванне и закаленные в этом растворе, получаются светлыми. Нельзя допускать, чтобы температура раствора превышала 60 градусов.
РежимыПары, образующиеся при закалке в растворе каустика, вредны для человека, поэтому закалочную ванну обязательно оборудуют вытяжной вентиляцией.
- Закалку легированной стали производят в минеральных маслах. Кстати, тонкие изделия из углеродистой стали также проводят в масле. Главное преимущество масляных ванн заключается в том, что скорость охлаждения не зависит от температуры масла: при температуре 20 градусов и 150 градусов изделие будет охлаждаться с одинаковой скоростью.
Следует остерегаться попадания воды в масляную ванну, так как это может привести к растрескиванию изделия. Что интересно: в масле, разогретом до температуры выше 100 градусов, попадание воды не приводит к появлению трещин в металле.
Недостатком масляной ванны является:
- выделение вредных газов при закалке;
- образование налета на изделии;
- склонность масла к воспламеняемости;
- постепенное ухудшение закаливающей способности.
- Стали с устойчивым аустенитом (например, Х12М) можно охлаждать воздухом, который подают компрессором или вентилятором. При этом важно не допускать попадания в воздухопровод воды: это может привести к образованию трещин на изделии.
- Ступенчатая закалка выполняется в горячем масле, расплавленных щелочах, солях легкоплавких.
- Прерывистая закалка сталей в двух охлаждающих средах применяется для обработки сложных деталей, изготовленных из углеродистых сталей. Сначала их охлаждают в воде до температуры 250 – 200 градусов, а затем в масле. Изделие выдерживается в воде не более 1 – 2 секунд на каждые 5 – 6 мм толщины. Если время выдержки в воде увеличить, то на изделии неизбежно появятся трещины. Перенос детали из воды в масло следует выполнять очень быстро.
Процесс отпуска
Отпуску подвергаются все закаленные детали. Это делается для снятия внутренних напряжений. В результате отпуска несколько снижается твердость и повышается пластичность стали.
В зависимости от требуемой температуры отпуск производится :
- в масляных ваннах;
- в селитровых ваннах;
- в печах с принудительной воздушной циркуляцией;
- в ваннах с расплавленной щелочью.
Температура отпуска зависит от марки стали и требуемой твердости изделия, например, инструмент, для которого необходима твердость HRC 59 – 60, следует отпускать при температуре 150 – 200 градусов. В этом случае внутренние напряжения уменьшаются, а твердость снижается незначительно.
Быстрорежущая сталь отпускается при температуре 540 – 580 градусов. Такой отпуск называют вторичным отвердением, так как в результате твердость изделия повышается.
Изделия можно отпускать на цвет побежалости, нагревая их на электроплитах, в печах, даже в горячем песке. Окисная пленка, которая появляется в результате нагрева, приобретает различные цвета побежалости, зависящие от температуры. Прежде чем приступать к отпуску на один из цветов побежалости, надо очистить поверхность изделия от окалины, нагара масла и т. д.
Обычно после отпуска металл охлаждают на воздухе. Но хромоникелевые стали следует охлаждать в воде или масле, так как медленное охлаждение этих марок приводит к отпускной хрупкости.
Закалка и отпуск
Как узнать, сложен ли металл? Можете ли вы поцарапать его карбидом? Можете ли вы ударить по нему молотком или другим металлом, который, как вы знаете, сложный?Это зависит от типа металла. «Твердый» алюминий примерно такой же твердый, как мягкая сталь. Есть многочисленные тесты. Скретч-тесты, как вы упомянули, не очень специфичны, однако вы можете приобрести наборы градуированных файлов различной степени сложности.Они хороши для испытаний обычных инструментальных сталей, но не тугоплавких металлов, таких как карбид или более мягкие цветные металлы.
Большинство твердомеров либо делают вмятину в образце, затем измеряют размер вмятины ИЛИ отскакивают от объекта и измеряют отскок. Есть другие тесты на прочность, которые часто являются более важными.
Может ли он поцарапать другие материалы, такие как стекло, нержавеющая сталь, карбид?
Да, но опять же, это не очень конкретные тесты.Стекло на самом деле является мягким хрупким материалом по сравнению с большинством закаленных сталей. Карбид уступает только алмазу по твердости. Наиболее распространенные пятна, кроме тех, которые используются для изготовления ножей, — это мягкий клейкий материал.
Что делает этот металл тяжелым? железо, сталь, углерод, тепло, отпуск?
То, что делает материалы трудными, является сложным предметом, который имеет отношение к внутренним кристаллическим структурам. Это, в свою очередь, осуществляется путем термообработки или механической обработки.Большинство цветных металлов может быть закалено только путем «закалки», ковки, прокатки, гибки. Но они могут быть смягчены «отжигом», который нагревается до красного тепла и затем быстро охлаждается (в противоположность стали, см. Ниже).
Твердость стали определяется содержанием углерода. Нет углерода, и его нельзя закалить, кроме как закалкой. Увеличение содержания углерода от 0,01% до 0,10% повышает прокаливаемость и прочность. Затем это модифицируется добавлением легирующих металлов, а также сплавов металлов, имеющих свои собственные свойства.
Для закалки большей части стали ее нагревают до средней красной или немного выше точки, где она становится немагнитной. Затем его гасят водой, маслом или воздухом в зависимости от типа стали. Сталь сейчас на максимальной твердости, но очень хрупкая. Чтобы уменьшить хрупкость, металл закаляют, нагревая его до температуры от 350 ° F до 1350 ° F. Это немного уменьшило твердость и хрупкость. Большинство сталей необходимо закалить при температуре около 450 ° F для максимальной используемой твердости, но каждая сталь немного отличается.
Чтобы смягчить сталь, чтобы она могла быть подвергнута холодной обработке и механической обработке, это называется отжигом. Для отжига сталь нагревают до температуры чуть выше температуры упрочнения, а затем охлаждают как можно медленнее. Охлаждение осуществляется в изолирующей среде, такой как сухая порошкообразная известь или вермикулит. Высокоуглеродистые и многие легированные стали можно охлаждать достаточно медленно только в печи с контролируемой температурой, поскольку скорость охлаждения должна составлять всего 20 градусов F в час в течение нескольких часов.
Совокупность процессов, отжига, отверждения и отпуска, все вместе известны как «термообработка».Подробности смотрите ниже.
Мне нужно сделать инструментальный штамп для моего Молота. Вы бы предложили 4140 для этого? Тогда, если это возможно, не могли бы вы объяснить разницу между закалкой и термообработкой, и какие из них будут использоваться для штампов с силовым молотом?
Hammer Dies: Несколько производителей используют SAE 4140. Промышленные парни используют различные стали, включая SAE 4150, Bull Hammers использует h23, Big BLU использует S7.Обычные углеродистые стали, такие как SAE 1075 или SAE 1095, также использовались, но требуют более тщательного отпуска. Часто рекомендуются современные стали серии H, O1, A2 и D2.
термообработка: Закалка — это одна из стадий термообработки. Последовательность для большинства сталей:
- Нормализация (или отжиг в зависимости от стали)
- Закалка (нагрев до точки A3 и охлаждение)
- Характер (нагрев, чтобы снизить хрупкость и уменьшить стресс)
Затвердеть 4140 при 1550-1600 ° F масло закалки
Затвердеть 4150 при 1500-1600 ° F масло закалки
Затвердеть 4340 при 1475-1525 ° F Масло закалка
Характер до 440 до 480 Bhn, 45-50 Rc. Для вышеуказанных сталей требуется 500-600 ° F,
Характер до 341 до 375 Bhn, 37-40 Rc.Для вышеуказанных сталей требуется 800-900 ° F
См. Раздел «Термообработка 4140 штампов для молотка».
Отжиг — размягчение металла путем термической обработки.
Черные металлы отжигаются при нагревании чуть выше точки A3 (точка выше немагнитной, которая изменяется в зависимости от содержания углерода), а затем медленно остывает. Для обычных углеродистых сталей охлаждение может быть выполнено в виде сухого пепла, известкового порошка или вермикулита.Для высокоуглеродистых и легированных сталей отжиг требует охлаждения в печи, которая имеет регуляторы температуры, так что скорость охлаждения составляет не более ~ 20 ° F / час.
Цветные металлы, такие как алюминий, латунь, медь и серебро, отжигаются путем нагревания до слабого красного и закалки в воде (противоположной стали).
— гуру — четверг, 08.02.01 19:55:04 GMT
Отжиг на воздухе Закалка стали: Скорость охлаждения очень важна.Книга говорит 40 ° F / ч от 1600-1650. Это 20-24 часа с постоянной скоростью до 200 ° F. Немагнитная точка 1425 ° F кажется слишком низкой отжигать. , ,
Поскольку критическое время — первые 8-10 часов, его, вероятно, необходимо сбить в печи или соляном горшке.
Скажем так: если плевок не шипит через полтора дня, он, вероятно, слишком быстро остыл. Мне повезло больше с быстрой известью, но никогда не пытался отжечь воздушную закалку.
У дедушки может быть какой-то трюк для этого.
— гуру — четверг, 28.09.00, 03:35:12 по Гринвичу
Гуру говорит правду. Чтобы смягчить D2, сначала выдержите при критической температуре не менее 30 минут, затем очень медленно охладить до 1300 ° F. Понижение температуры от критического до 1300 ° F Требуется 10 часов, чтобы преобразовать весь аустенит в перлит.
дедушка (Дэрил Мейер) — четверг, 28.09.00 04:47:51 GMT
Отжиг 0-1: Для отжига до 1400-1450 ° F (760-790 ° C) охладите не быстрее, чем 40 ° F (22 ° C) в час.Эту норму необходимо поддерживать в течение 4-5 часов. Температура меняется, но охлаждение Скорость одинакова для легированных инструментальных сталей. На небольшой части легко потерять тепло со слишком высокой скоростью и в конечном итоге тяжелая часть без закалки. Тонкий участок водостойкой стали будет отвердевать на воздухе, если вы не будете осторожны.
Чтобы проверить вышеуказанную скорость охлаждения, нагрейте свою деталь до вышеуказанного немагнитного и поместите в среду отжига (известь или вермикулит). Вернитесь через четыре часа и снимите деталь и наблюдайте за ней при слабом освещении.Часть все еще должна быть низкий красный, но более горячий, чем фиолетовый / красный. Если он охладился до пурпурного / красного или черного тепла, значит он остыл слишком быстро.
Для отжига небольшого куска инструментальной стали вам, возможно, потребуется похоронить его с большим куском стали, нагретым намного горячее ( оранжевый). Хороните две части рядом друг с другом, но не совсем трогательно. Проверьте, как указано выше. Помните, что 40 ° F (22 ° C) в час — это максимальная скорость, чем медленнее отжиг, тем мягче сталь (до точки).
— гуру — суббота, 28.10.00 01:22:40 GMT
Отжиг цветных материалов: Почти все цветные металлы отжигаются при нагревании до где-то просто ниже точки плавления, а затем охлаждают на воздухе или гасят водой. Гашение в воде — это удобство.
Альфа-латуни (64-99% меди) отжигаются при нагревании до 700–1400 ° F (чем горячее, тем мягче), а затем быть подавленным.
Альфа-бета латуни (от 55 до 64% меди) отжигаются при той же температуре и могут слегка затвердеть гашение от температуры отжига.
Ключевое слово выше немного. Холодная обработка дает гораздо большую степень твердости. Количество закаливание настолько низкое, что в моей книге по медным сплавам нет конкретных данных. Если гасить от нижнего конца температура отжига не будет заметной разницы.
Обычный припой является:
Cu 56 — 60%
Sn 0,8 — 1,0
Fe .25 — 1,20
Al, Si, Mg, Pb след (не более 0,1% каждый)
Zn остаток
Это делает его альфа-бета сплавом. — гуру — понедельник, 12/11/00 15:12:49 GMT
Закалка: Способность к закалке зависит от содержания углерода и сплавов в стали.Чем выше содержание углерода, тем тяжелее может стать сталь. Низкоуглеродистая сталь имеет очень низкую прокаливаемость, а кованое железо, не содержащее углерода, не поддается упрочнению.
Чтобы закалить сталь, ее нагревают выше «точки превращения», низкой красной или чуть выше, где сталь становится немагнитной. Затем его гасят рассолом, водой, маслом или даже воздухом. После этого он нагревается путем разогрева. Это значительно снижает хрупкость стали, а твердость — немного.Температуры отпуска варьируются от 350 ° F до 1400 ° F в зависимости от стали.
Квантор зависит от типа стали. Как правило, гашение в более сильном, чем необходимо, может привести к трещины в стали. Перегрев перед охлаждением может сделать то же самое.
В целом твердые части всегда более хрупкие, чем мягкие. Использование слишком жестких деталей может быть опасным. На машинах это может означать части, которые могут взорваться или разбиться.
Я оставил открытую кучу переменных. Это характер игры. Отправная точка должна знать, какую сталь вы работаем с. Затем перейдите к справочнику, как РУКОВОДСТВО ДЛЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ, и найдите правильную термообработку. параметры. Если вы не знаете, какую сталь вы используете, то вы должны стать собственным металлургом и делать какая-то детективная работа. Это требует много проб и ошибок и внимания к деталям, а также много знаний.
Нет простой формулы или волшебной пули. Начните с такой книги, как «НОВЫЙ край наковальни » Джека Эндрю и экземпляром РУКОВОДСТВА ДЛЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ. Если вы начнете работать с различными сталями, вам также понадобится Справочник по металлу ASM , поскольку в нем более полные списки многочисленных сплавов.
— гуру — пятница, 16.06.00 20:21:32 GMT
Закалка / отжиг серебра
Я не знаю много о стерлинговом серебре, но я посмотрел его в ASM Metals Handbook vol 1 8th редакторСтерлинговое серебро стареет, но температура раствора (1300-1350 ° F) близка к ликвидусу Температура (° F тысяча четыреста тридцать пять). Осаждение фазы, обогащенной медью, происходит путем старения при 535 ° F в течение 2 часов или 575 ° F в течение 1 часа. Обычный отжиг, сделанный ювелирами — нагревание до очень тусклого красного (около 1200 ° F) в затемненной области, затем погасить в растворе для рассола.
дедушка (Дэрил Мейер) — среда, 10/25/00 04:12:46 GMT
Работая с серебром, я подношу кусок к матовому оранжевому (1100 ° F) и гаслю в воде, делая серебро податлив до тех пор, пока моя работа не затвердеет.Вы можете услышать разницу в звуке как деталь становится закаленной и требует повторного нагрева. Чтобы укрепить предмет после выполнения всех работ, я помещаю Разрежьте в печи и доведите до температуры около 650 ° F, оставьте на 6-7 часов и остудите. Теперь предмет закален и должен быть возвращен до температуры 1100 ° F и быстро охлажден для дальнейшей работы.
Серебристый субботник, 28.10.00 00:11:51 GMT
Гаситель может быть рассолом, водой, маслом или воздухом в зависимости от типа стали.Низкоуглеродистая сталь будет слегка затвердевать, но не до степени пружин или инструментальных сталей. Параметры последовательности термообработки определяются типом стали. После закалки деталь должна быть отпущена. Закалка — это повторный нагрев детали до температуры значительно ниже температуры закалки для снижения твердости и повышения ударной вязкости. Это может варьироваться от 350 ° F до 1350 ° F в зависимости от стали и желаемой твердости. На очень жестких критических деталях рекомендуется двойное отпускание (более одного раза).Закалка помогает снизить стресс закалки, а двойное закаливание — дешевая страховка.
Масло для тушения: Минеральное масло является наименее токсичным. Для чего-то размером с умирающий силовой молот вам понадобится несколько галлонов. Масло имеет меньшую плотность, чем вода, имеет более низкую теплопроводность и мигает, а не испаряется при перегреве. Поэтому для закалки детали требуется немного больше масла, чем для воды.
Если вы утолите слишком мало воды, она просто испарится.Если у вас слишком мало масла, оно превращается во взрывоопасный дым, который часто воспламеняется горячей сталью Если вы должны использовать автомобильные масла, используйте ATF. В нем меньше (возможно, токсичных) присадок, чем в обычных маслах. — гуру — понедельник, 19.06.00 04:48:38 GMT
Великолепный кузнец Бернхем-Кидвелл указал, что когда он перешел с автомобильного слива масла (старый стандарт низкооплачиваемый покупатель), чтобы использовать масло для фритюра, его магазин перешел от пахнущего паршивым автосервиса к дешевому гастроному…A значительное улучшение Масло для фритюра (часто арахисовое масло) выбрано из-за высокой температуры вспышки, довольно нетоксично, как масло ходит, и вообще бесплатно. Вроде работает просто отлично. , , , , э, избегайте жареных рыбных мест.
Пит Фелс — понедельник, 19.06.00 07:26:37 GMT
Закалка неизвестной стали (лезвия): Когда вы используете металлолом, вы должны стать самим металлургом. Возьмите кусок лома, подделайте участок, похожий на ваш клинок, и экспериментируйте.Используйте файл или резец HSS, чтобы оценить твердость. Попробуйте точить короткий кусок и посмотрите, как он работает. У вас есть выбор методом проб и ошибок или покупка известной стали.
Точка превращения стали чуть-чуть выше, чем точка, в которой она становится немагнитной, НО равна или ниже для высокоуглеродистых сталей. Но к тому времени, как вы проверили (в кузнице), деталь достигнет точки трансформации. Многие легированные стали закаляются в масле, и я начинаю там.Если он недостаточно затвердевает, попробуйте воду (она должна быть теплой или немного выше комнатной температуры). Вы не можете судить о температуре отпуска легированных сталей по цветам отпуска.
Лучший способ получить равномерный характер — это нагреть больший блок или стальной лист до известной температуры, а затем установить на него лезвие и дать ему впитать тепло. Он должен оставаться при температуре отпуска до тех пор, пока вы можете его поддерживать, или до часа. Если ваш блок закалки довольно большой, просто дайте ему и лезвию остыть вместе.Температура отпуска варьируется в зависимости от марки стали. Это может быть как 350 ° F, так и 1300 ° F. Большинство сталей закалены в диапазоне от 500 до 600 ° F. Вам действительно нужно найти копию РУКОВОДСТВА ДЛЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ или одну из справочников по кузнечному делу, такую как Edge of Anvil , в которой есть данные для отпуска. Если вы собираетесь заниматься ножевым бизнесом, вам следует приобрести одну из (относительно дорогих) ссылок, такую как ASM
.Поверхностное упрочнение | металлургия | Britannica
Поверхностное упрочнение , обработка стали тепловыми или механическими средствами для повышения твердости наружной поверхности, в то время как сердцевина остается относительно мягкой. Сочетание твердой поверхности и мягкой внутренней части очень ценится в современном машиностроении, потому что оно может выдерживать очень высокое напряжение и усталость, свойство, которое требуется в таких элементах, как зубчатые колеса и подшипники качения. Поверхностно-закаленная сталь также ценится за ее низкую стоимость и превосходную гибкость в производстве.
Самым старым способом поверхностного упрочнения является цементация, при которой сталь помещается при высокой температуре на несколько часов в углеродистую среду. Углерод диффундирует в поверхность стали, делая ее более твердой. Различные методы науглероживания были разработаны для повышения эффективности и снижения затрат. Способ упаковки включает в себя упаковку в стальную коробку частей, которые должны быть закалены, вместе с соединением угля или кокса, к которому были добавлены карбонаты. Пакет затем нагревают до очень высокой температуры, обычно 1700–1750 ° F (925–955 ° C).Глубина проникновения углерода зависит от времени воздействия и температуры. При цементации газа детали нагревают в контакте с такими углеродсодержащими газами, как монооксид углерода, диоксид углерода, метан или пропан. Этот процесс обычно выполняется в большой печи, в которую детали подаются с одного конца и из которых они выходят на другом конце в затвердевшем состоянии. Тот же самый процесс используется в карбонитрировании, за исключением того, что аммиак добавляется в атмосферу печи, и он происходит при более низких температурах, которые производят меньше деформации в стали.Шестерни, шариковые и роликовые подшипники, а также поршневые пальцы относятся к продуктам, полученным путем цементации.
Другой метод поверхностного упрочнения, называемый азотированием, использует азот и тепло. Распределительные валы, топливные насосы и стержни клапанов обычно закаливаются этим процессом. Пламенное упрочнение и индукционное упрочнение, при котором в течение короткого времени применяется высокая температура (газовым пламенем или высокочастотным электрическим током, соответственно), а затем сталь сразу же охлаждается, обычно используются для больших орудий.
Механические средства для упрочнения поверхности стальных деталей включают в себя отшлифование, которое представляет собой удар по нагретой поверхности, например, дроблением железных гранул на поверхность или путем струйной обработки, и холодную обработку, которая состоит из прокатки, штамповки или волочения. при температурах, которые не влияют на состав стали.
Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня ,Как быстро нужно гасить? Прокаливаемость стали
Спасибо Ричарду Паттерсону, Патрику Гиньо, Аарону Ли и Дэвиду Ричардсону за то, что они стали сторонниками Knife Steel Nerds Patreon!
Прокаливаемость
Скорость закалки стали зависит от ее прокаливаемости. Прокаливаемость не является мерой прочности стали. Вместо этого это мера того, как быстро вы должны гасить, чтобы достичь максимальной твердости для данной композиции. Поэтому сталь с 0.2% углерода может иметь высокую прокаливаемость, не достигая особенно высокой твердости; Стали можно дать остыть на воздухе и достичь более или менее той же твердости, что и при закалке в воде. С другой стороны, сталь с очень высоким содержанием углерода, которая может достигать очень высокой твердости, может иметь низкую прокаливаемость, требуя водяного охлаждения для достижения ее потенциальной твердости.
Для достижения максимальной твердости сталь должна образовывать полный мартенсит. При высокой температуре сталь находится в «аустенитной» фазе, и при быстром охлаждении она превращается в мартенсит.Вы можете прочитать об образовании аустенита в этой статье, а также об образовании мартенсита и почему это так сложно в этой статье. Когда сталь быстро не охлаждается, образуются карбиды, перлит или феррит, которые снижают твердость по сравнению с преобразованием в полную твердость. Теперь я опишу, что происходит во время трансформации этих фаз.
Эвтектоид
Низкоуглеродистые стали называют «гипоэвтектоидными», высокоуглеродистые стали называют «гиперэвтектоидными», и в идеальной точке между ними, где-то около 0.Углерод 77%, сталь «эвтектоидная». Это важно для прокаливаемости, поскольку контролирует, какие фазы образуются при медленном охлаждении из аустенита. При низкой температуре мы имеем нормальную низкотемпературную фазу стали, называемую ферритом, которая при высокой температуре превращается в аустенит. У низкоуглеродистой гипоэвтектоидной стали есть область, где присутствуют как феррит, так и аустенит. В высокоуглеродистых гиперэвтектоидных сталях существует область, где присутствуют как аустенит, так и карбиды. Вы можете видеть это на фазовых диаграммах ниже:
При медленном охлаждении эвтектоидной стали она охлаждается непосредственно из аустенитной фазы до «феррит + цементит».Поэтому феррит и карбид должны образовываться одновременно. Это приводит к фазе под названием перлит, которая представляет собой чередующиеся полосы феррита и цементита. Я кратко написал о перлите в этой статье на 52100. Цементит — это карбид железа, который является фазой высокой твердости, которая способствует износостойкости.
Перлит образуется из границ зерен аустенита. Границы зерна представляют собой области высоких энергий, которые являются предпочтительными для зарождения новых фаз. Поэтому, когда образуется перлит, он, скорее всего, вырастет из границ зерна:
.| Форма | Круглая | ||
| Использование / Применение | Промышленная | ||
| Материал | Легкая сталь | 000000000000000000000000000000Стандарт | SSC |
| Марка | Ssc |
Эта сталь является нелегированной низкоуглеродистой маркой. Компоненты при науглероживании имеют предел прочности сердечника 430-490 Н / мм² с прочным износостойким поверхностным корпусом.Это популярная марка цементируемой стали для общего машиностроения, легко обрабатываемая и свариваемая в условиях поставки. EN32 — сталь с низким пределом прочности на разрыв, подходящая для компонентов с небольшим напряжением.
Области применения
Широко используемый для общего применения в приложениях со слабой нагрузкой, подверженных износу, EN32 подходит для таких применений, как цанги, кулачки, ролики, втулки, шпиндели и шестерня
Анализ| Углерод | 0.10-0.18% | Фосфор | 0.05% макс. |
| Марганец | 0,60-1,00% | Сера | 0,05% макс. |
| Силикон | 0,05-0,35% |
EN32 подходит и для автомобиля, и для случая применения быть свободным от грязи и жира, а также с низким содержанием серы. Упрочнение корпуса может проводиться в соляных ваннах с выбранным содержанием в зависимости от типа соли и требуемой глубины проникновения. Другие соображения во время процесса термообработки включают тип печи, закалочную среду и оборудование для перемещения заготовки.Время, температура и выбор соли будут сообщены вашим поставщиком термообработки.
ОтверждениеОтверждение при температуре 760-780 ° C. Погасить в воде.
ЗакалкаЗакалка рекомендуется для снятия стресса и максимальной прочности корпуса. Диапазон отпуска от 150 до 200 ° C.
Типичные механические свойства *| Прочность на растяжение Прочность Н / мм² | Удлинение % | Удар Изод J | Удар КЦВ J |
|---|---|---|---|
| 430 | 18 | 18 | 18000000 |
Термообработка
Температура термообработки, включая скорость нагрева, охлаждения и выдержки, будет варьироваться в зависимости от таких факторов, как форма и размер каждого стального компонента.Другие соображения во время процесса термообработки включают тип печи, закалочную среду и оборудование для перемещения заготовки. Пожалуйста, проконсультируйтесь с вашим поставщиком термообработки для получения полного руководства по термообработке марок стали с закалкой.
Дополнительная информация:
- Код товара: en32a
- Производственная мощность: 5 тонн
- Срок поставки: Немедленно (при наличии на складе). 4-5 дней для изготовления на заказ в зависимости от наличия сырья.
- Детали упаковки: Обычные