Режимы термообработки стали 45: процесс закалки, нормализации и отпуска

процесс закалки, нормализации и отпуска

Термообработка стали 40х имеет свои нюансы, которые связаны с наличием в этом легированном металле множества примесей. Рассмотрим температурные режимы обработки стали, процесс закалки, отпуска и нормализации. Твердость после обработки.

Физические свойства материалов могут быть изменены посредством температурной обработки при высокой степени нагрева и последующего охлаждения. Это в первую очередь касается металлов, которые подвергают закалке. Чтобы правильно закалить сталь, нужно знать ее марку: она отражает полный химический состав твердого вещества. Так, проведение термообработки стали 40х имеет свои нюансы, связанные с разновидностью примесей, находящихся в ней.

Если брать точное определение типа стали, к которой относится 40х, то это классический вид легированного материала, где процентное содержание углерода уступает процентному содержанию примеси хрома. Этих элементов здесь от 0.44 до 0.36 и от 1.1 до 0.8 соответственно.

Хром в металле способствует его стойкости к агрессивной окисляющей среде и придает ему способность не ржаветь. Кроме этого, хром влияет на механические показатели стали 40х, переводя ее в разряд конструкционных.

Особенности процесса закалки стали 40х

Особенности стали 40х, как указано выше, определяются богатым содержанием в ней примесей. Среди них, кроме основных рассмотренных, есть медь, марганец, никель, кремний, сера и фосфор. Все эти элементы в некотором смысле усложняют обработку такого металла, в том числе и термическую. Так, чтобы достичь нужной пластичности при закалке стали 40х, необходимо обеспечить сильный прогрев ее в муфельной печи до заданных температур. Остужать материал также нужно в определенном режиме для достижения необходимой твердости структуры.

Так как сталь 40х используется при изготовлении деталей ответственных механизмов: шестерней, валов, реек, осей, втулок и болтов, – точности процесса ее закалки уделяют особое внимание.

Что нужно знать о материале, подбирая конкретный режим термообработки:

1. Твердость металла в исходном состоянии, выраженная в мегапаскалях — HB 10-1 = 217.
2. Температура так называемых точек критического значения. Это показатели нагрева до определенных градусов, после чего сталь 40х может потерять свои положительные качества: Ar1 = 693, Ar3(Arcm) = 730, Ac3(Acm) = 815, c1 = 743.
3. Если температуру отпуска принять равной 200 градусов по Цельсию, то показатель твердости HB будет равен 552 МПа.

Закалка стали 40х однозначно ведет к увеличению ее твердости и снижению показателя пластичности. Но процентное соотношение этих показателей для такого металла будет зависеть от следующих факторов:

1. Время, за которое будет нагрета деталь до заданной температуры, влияет на общие показатели скорости термической обработки.
2. Интервал выдержки металла в разогретом состоянии. От этого показателя зависит равномерность прогрева всей структуры металла и приведение каждого звена кристаллической решетки в подвижное состояние.
3. Скорость, с которой заготовка подвергается охлаждению. Важный параметр при формировании новой кристаллической решетки.

Оптимальный режим термической обработки

Существуют специальные таблицы, где указаны рекомендуемые температуры термической обработки стали 40х для достижения тех или иных свойств металла относительно его твердости и пластичности, ударной вязкости и других показателей. Если проводить операцию закалки не в производственных, а в домашних условиях, то здесь оптимальными режимами процесса будут следующие:

1. Электропечь прогревают до температуры, близкой к 860 градусам по Цельсию. При стандартной мощности печи по времени это занимает около 40 минут.
2. Время выдержки заготовки в камере принимают равным 10–15 минутам. Визуально цвет стали 40х должен приобрести однородный желтый оттенок.
3. Для охлаждения чаще используют масляную среду, реже — воду.

Более точно рассчитать время нагрева изделия из металла можно, используя правило: на каждый кубический миллиметр нужно давать от 1. 5 до 2 минут пребывания детали внутри камеры электропечи.

Как показала практика, для стали 40х наиболее эффективный способ закаливания — при разогревании металла токами высокой частоты (ТВЧ). Такой прогрев характеризуется быстрым достижением заданной температуры, а также улучшенными показателями прочности изделия при эксплуатации.

Отпуск и нормализация

Чтобы в структуре стали не образовывались микротрещины, технологией процесса предусмотрена операция отпуска после закалки. На этом этапе изделие разогревают до температуры, которая имеет более низкое значение, чем температура критической точки. Здесь также происходит выдержка материала в течение определенного интервала времени в таком состоянии. Далее следует охлаждение изделия. Все внутренние напряжения после проведения этих мероприятий нейтрализуются, структура кристаллической решетки улучшается, пластичность увеличивается.

Для марки стали 40х можно применить три вида отпуска:

1. Отпуск на низких температурах предполагает прогрев детали до предела 250 градусов по Цельсию с выдержкой. Остужают заготовку на открытом воздухе. Термообработка такого характера способствует нейтрализации напряжений при минимальном увеличении пластичности без влияния на твердость. Используется метод редко, так как велика вероятность образования хрупкой структуры.
2. Отпуск на средних температурах. Прогрев здесь идет до 500 градусов по Цельсию. За счет более высокой температуры возрастает вязкость изделия с пропорциональным снижением твердости. Метод подходит для изготовления автомобильных рессор, пружин, другого специфического инструмента.
3. Отпуск на высоких температурах с увеличением прогрева до 600 градусов по Цельсию. В этом случае внутри кристаллической решетки распадается мартенсит, образуя при этом сорбит. На практике это лучший вариант пропорционального соотношения пластичности и твердости. Ударная вязкость при этом также возрастает. Детали, полученные таким образом, можно применять в механизмах, подверженных воздействию ударных нагрузок.

Чтобы избежать повышенной хрупкости при отпуске, охлаждение при этом процессе следует делать быстро в специальной вакуумной камере с системой продувки аргоном.

Последние два условия помогут избежать возникновения внутренних дефектов в структуре материала, а именно образования раковин, полостей и деформаций.

Если после закаливания сталь 40х разогреть до критической точки, выдержать и охладить на воздухе, то внутренняя структура получит мелкозернистое строение – этот процесс носит наименование нормализация. Ее задача — повысить ударную вязкость металла и его пластичность.

Свойства стали после закалки

Если термическая обработка стали 40х (закалка и отпуск) проведены правильно, в соответствии с ГОСТ 4543–71, который регламентирует такие работы, то металл приобретает следующие свойства:

1. Твердость повышенного характера с показателями НВ около 217.
2. Прочность с пределом при разрыве 980 Н/м².
3. Вязкость ударную 59 Дж/см².

Кроме всего прочего, закаленный металл лучше поддается ручной сварке при помощи дуги и электрошлаковой сварке.

Уважаемые посетители сайта: специалисты – технологи по закалке металла и все, кто не понаслышке сталкивался с вопросом термообработки стали 40х, – поделитесь своими знаниями в комментариях, поддержите тему! Всегда важно знать мнение профессионалов!

Как проходит процесс термообработки у стали марки 45?

В этой статье мы рассмотрим следующие разделы:

Термическая или тепловая обработка металлов представляет собой совокупность таких процессов как: выдержка и охлаждение твердого металлического сплава, с целью улучшения характеристик изделия.

Сама трансформация стали марки 45 будет происходить благодаря изменениям в ее внутренней структуре.

А как же детально проходит дальнейшая операция? Если нагревать конструкционную специальную сталь 45 до высоких температур (720 °C), то можно заметить изменение в кристаллической решетке металла. Она превращается из объемно-центрированного в гранецентрированный структурный тип.

Итак, термообработка включает в себя такие виды обязательных процедур.

• закалка
• отжиг
• нормализация
• отпуск

Закалка

Процесс закалки стали представляет собой нагрев стали 45 до температурного диапазона 830-850 °C. Если закаливать металл до не нужной температуры, то можно заметить образование ферритных участков. Их появление во много раз уменьшает прочность стали.

А если закаливать изделие до температуры 1000 °C, то произойдет значительное распространение зерен мартенсита, которое повлечет снижение вязкости и повышению образования трещин. Процесс нагревания проходит в непрерывной или периодической электропечи.

Мартенсит является упорядоченным пересыщенным твердым раствором С (углерод) в а-железе такой же концентрации. Это химическое вещество было названо в честь немецкого металлографа Адольфа Мартенса.

Закалка зависит от двух факторов:

1. химический состав металла
2. форма и габариты детали

Если у углерода большие размеры и высокое процентное содержание, то для закаливания стали нужно большое количество времени. После этой операции происходит выдержка, чтобы выровнять неоднородность аустенита.

Аустенит — высокотемпературный гранецентрированный вид Fe и его сплавов. Фаза названа в честь английского металлурга Уильяма Чандлера Робертс-Остина.

Если произошел сильный перегрев, то это может привести к окислению и обезуглероживанию. А чтобы этого не происходило, необходимо нагревать сталь в вакууме или расплавленной соли. Вообще, закаливание проводят в двух средах, которые мы представили в таблице.

Среда	Характеристики
Вода	обладает повышенной скоростью, но при увеличении t она заметно падает. Также в воде вероятен риск появления напряжения и колебания деталей
Масло	В этой среде сталь охлаждается, а также снижается возникновение трещин. В отличие от воды, в масле низкая температура и может происходит загустение

Отжиг

Процедура отжига включает в себя нагревание, выдержку и долгое охлаждение в печи. Существует две разновидности рассматриваемого процесса, которые мы подробно представили в табличном варианте ниже.

Вид рода	Задачи	Особенности
первый	выравнивает химсостав металла увеличивает обрабатывает стали, с помощью давления уменьшает остаточное напряжение после технологической обработки	Его структура не подвергается трансформации, остается неизменной при любых задачах,  t=500-630°C
второй	измельчение зерен металла  помогает образовывать структуру феррит+перлит	Этот тип — подготовительная термообработка. Он используется, чтобы повысить обрабатываемость стали, t=770-840°C

Нормализация

Рассматриваемая операция включает в себя нагревание стали и ее охлаждение на открытом воздухе, в результате чего может произойти измельчение крупнозернистой структуры.

В отличие от отжига, нормализация улучшает показатель вязкости и надежности в несколько раз. Такие изменения заметны при охлаждении на воздухе, способствующее разложить аустенитные фазы в небольших показателях температуры.

Перлит от французского переводится как “жемчуг” и обозначает горную породу вулканического происхождения.

После этого происходит увеличение перлита и это является одной из причин усовершенствования механических особенностей.

Отпуск

Отпуск — заключительный этап термообработки стали 45. Он отличается от всех остальных вышерассмотренных процедур тем, что металл нагревается ниже критической температуры, происходит выдержка и охлаждение. Целью отпуска — снять внутреннее напряжение, повысить вязкость и прочность. Следует отметить, что основным процессом происходящим при отпуске является распад мартенсита.

Для визуального запоминания процессов термообработки стали, мы подготовили поэтапный слайдер каждой процедуры.

Таким образом, термообработка стали марки 45 проходит через несколько процессов: закалка, отжиг, нормализация и отпуск. В основе каждой процедуры цель — как можно лучше изменить свойства металла.

Режимы термообработки стали — 40х, 45, 20

№ п/п	Марка стали	Твёрдость (HRCэ)	Температ. закалки, град.С	Температ. отпуска, град.С	Температ. зак. ТВЧ, град.С	Температ. цемент., град.С	Температ. отжига, град.С	Закал. среда	Прим.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Сталь 20	57…63	790…820	160…200		920…950		Вода
2	Сталь 35	30…34	830…840	490…510				Вода
		33…35		450…500
		42…48		180…200	860…880
3	Сталь 45	20…25	820…840	550…600				Вода
		20…28		550…580
		24…28		500…550
		30…34		490…520
		42…51		180…220					Сеч. до 40 мм
		49…57		200…220	840…880
		<= 22					780…820		С печью
4	Сталь 65Г	28…33	790…810	550…580				Масло	Сеч. до 60 мм
		43…49		340…380					Сеч. до 10 мм (пружины)
		55…61		160…220					Сеч. до 30 мм
5	Сталь 20Х	57…63	800…820	160…200		900…950		Масло
		59…63		180…220	850…870	900…950		Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
		«—					840…860
6	Сталь 40Х	24…28	840…860	500…550				Масло
		30…34		490…520
		47…51		180…200					Сеч. до 30 мм
		47…57			860…900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
		48…54							Азотирование
		<= 22					840…860
7	Сталь 50Х	25…32	830…850	550…620				Масло	Сеч. до 100 мм
		49…55		180…200					Сеч. до 45 мм
		53…59		180…200	880…900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
		< 20					860…880
8	Сталь 12ХН3А	57…63	780…800	180…200		900…920		Масло
		50…63		180…200	850…870			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
		<= 22					840…870		С печью до 550…650
9	Сталь 38Х2МЮА	23…29	930…950	650…670				Масло	Сеч. до 100 мм
		<= 22		650…670					Нормализация 930…970
		HV > 670							Азотирование
10	Сталь 7ХГ2ВМ	<= 25					770…790		С печью до 550
		28…30	860…875	560…580				Воздух	Сеч. до 200 мм
		58…61		210…230					Сеч. до 120 мм
11	Сталь 60С2А	<= 22					840…860		С печью
		44…51	850…870	420…480				Масло	Сеч. до 20 мм
12	Сталь 35ХГС	<= 22					880…900		С печью до 500…650
		50…53	870…890	180…200				Масло
13	Сталь 50ХФА	25…33	850…880	580…600				Масло
		51…56	850…870	180…200					Сеч. до 30 мм
		53…59		180…220	880…940			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
14	Сталь ШХ15	<= 18					790…810		С печью до 600
		59…63	840…850	160…180				Масло	Сеч. до 20 мм
		51…57		300…400
		42…51		400…500
15	Сталь У7, У7А	НВ <= 187					740…760		С печью до 600
		44…51	800…830	300…400				Вода  до 250, масло	Сеч. до 18 мм
		55…61		200…300
		61…64		160…200
		61…64		160…200				Масло	Сеч. до 5 мм
16	Сталь  У8, У8А	НВ <= 187					740…760		С печью до 600
		37…46	790…820	400…500				Вода      до 250, масло	Сеч. до 60 мм
		61…65		160…200
		61…65		160…200				Масло	Сеч. до 8 мм
		61…65		160…180	880…900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
17	Сталь У10, У10А	НВ <= 197					750…770
		40…48	770…800	400…500				Вода  до 250, масло	Сеч. до 60 мм
		50…63		160…200
		61…65		160…200				Масло	Сеч. до 8 мм
		59…65		160…180	880…900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
18	Сталь  9ХС	<= 24					790…810		С печью до 600
		45…55	860…880	450…500				Масло	Сеч. до 30 мм
		40…48		500…600
		59…63		180…240					Сеч. до 40 мм
19	Сталь  ХВГ	<= 25					780…800		С печью до 650
		59…63	820…850	180…220				Масло	Сеч. до 60 мм
		36…47		500…600
		55…57		280…340					Сеч. до 70 мм
20	Сталь Х12М	61…63	1000…1030	190…210				Масло	Сеч. до 140 мм
		57…58		320…350
21	Сталь Р6М5	18…23					800…830		С печью до 600
		64…66	1210…1230	560…570 3-х кратн.				Масло, воздух	В масле до 300…450 град., воздух до 20
		26…29		780…800					Выдержка 2…3 часа, воздух
22	Сталь  Р18	18…26					860…880		С печью до 600
		62…65	1260…1280	560…570 3-х кратн.				Масло, воздух	В масле до 150…200 град., воздух до 20
23	Пружин. сталь  Кл. II			250…320					После холодной навивки пружин 30-ть минут
24	Сталь 5ХНМ, 5ХНВ	>= 57	840…860	460…520				Масло	Сеч. до 100 мм
		42…46							Сеч. 100..200 мм
		39…43							Сеч. 200..300 мм
		37…42							Сеч. 300..500 мм
		НV >= 450							Азотирование. Сеч. св. 70 мм
25	Сталь 30ХГСА	19…27	890…910	660…680				Масло
		27…34		580…600
		34…39		500…540
		«—					770…790		С печью до 650
26	Сталь 12Х18Н9Т	<= 18	1100…1150					Вода
27	Сталь 40ХН2МА, 40ХН2ВА	30…36	840…860	600…650				Масло
		34…39		550…600
28	Сталь ЭИ961Ш	27…33	1000…1010	660…690				Масло	13Х11Н2В2НФ
		34…39		560…590					При t>6 мм вода
29	Сталь 20Х13	27…35	1050	550…600				Воздух
		43,5…50,5		200
30	Сталь 40Х13	49,5…56	1000…1050	200…300				Масло

Закалка и отпуск стали 45: твердость, hrc, режимы, технология

Термическая обработка (термообработка)  — это технологический процесс  изменения структуры сталей, сплавов  и  цветных металлов  посредством широкого диапазона температур: поэтапных нагреваний  и охлаждении с определенной скоростью. Такая обработка очень сильно изменяет свойства сталей, сплавов, металлов в сторону улучшения показателей, но при этом не изменяя их химический состав.  Можно сказать, что основная цель термической обработки – это улучшение свойств и характеристик изделий из него.

Виды (стадии) термической обработки стали

Отжиг — термическая обработка (термообработка) металла, представляющая собой процесс нагревания до заданной температуры, а затем процесс медленного охлаждения. Отжиг бывает разных видов в зависимости от уровня температур и скорости процесса.

Нормализация — термообработка, принципиально похожая на отжиг. Основное отличие в том, что процесс отжига предполагает печь, а при нормализации охлаждение стали проходит на воздухе.

Закалка — этап термообработки, основанный на нагревании сырья до такого уровня температуры, который является выше критического (перекристаллизация стали).

После выдержки в такой температуре в заданном интервале времени происходит охлаждение, быстрое, с заданной скоростью.

Закаленной стали (сплавам) свойственна неравновесная структура и  поэтому применяется такой вид термообработки как отпуск.

Отпуск — стадия термообработки, необходимая для снятия в стали и сплавах остаточного напряжения или максимального его снижения. Снижает хрупкость и твёрдость металла, увеличивает вязкость. Проводится после стадии закалки.

Старение — иначе еще называется дисперсионное твердение. После стадии отжига металл опять нагревают, но до более низкого уровня температур и с медленной скоростью остужают. Цель такой термообработки в получении особенных частиц упрочняющей фазы.

• От степени необходимой глубины обработки различают термообработку поверхностную, которая затрагивает лишь поверхность изделий, и объемную, когда термическому воздействию подвергается весь объем сырья. 
• В отраслевой промышленности, в частности – в машиностроении, термическую обработку  чаще всего проходит сталь следующих марок:
• — сталь 45 (замещаемость  40Х, 50, 50Г2)
• — сталь 40Х (замещаемость  38ХА, 40ХР, 45Х, 40ХС, 40ХФ, 40ХН)
• — сталь 20 (замещаемость  15, 25)
• — сталь 30ХГСА (замещаемость  40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА)
• — сталь 65Г
• — сталь 40ХН
• — сталь 35
• — сталь 20Х13
• Термообработка стали 45

Конструкционная углеродистая. Этап предварительной термической обработки называется  нормализация, проходит на воздухе, а не в печи.  довольно легко проходит механическую обработку. Точение, фрезеровку и т. д. Получают детали, например, типа вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки.  

После закалки, которая является конечной стадией термообработки,  детали достигают высокого уровня прочности и отличных показателей износостойкости. Подвергаются шлифовке.

Высокое содержание углерода (0,45%) обеспечивает хорошую закаливаемость и, соответственно, высокую твёрдость поверхности и прочность изделия. Сталь 45 калят «на воду», когда после калки деталь охлаждают в воде.

После охлаждения деталь подвергается низкотемпературному отпуску при температуре 200-300 градусов  по Цельсия. При такой термообработке стали 45 достигает твердость порядка 50 HRC.

Изделия: Кулачки станочных патронов, согласно указаниям ГОСТ, изготовляют из сталей 45 и 40Х. Твёрдость Rc = 45 -50. В кулачках четырёх-кулачных патронов твёрдость резьбы должна быть в пределах Rс = 35-42. Отпуск кулачков из стали 45 производится при температуре 220-280°, из стали 40Х при 380-450° в течение 30-40 мин.

Расшифровка марки стали 45: марка 45 означает, что в стали содержится 0,45% углерода,C 0,42 — 0,5; Si 0,17 — 0,37;Mn 0,5 — 0,8; Ni до 0,25; S до 0,04; P до 0,035; Cr до 0,25; Cu до 0,25; As до 0,08.

Термообработка стали 40Х

Легированная конструкционная сталь. Для деталей повышенной прочности такие как оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, зубчатые венцы, болты, полуоси, втулки и прочих деталей повышенной прочности.

Сталь 40Х также часто используется для производства поковок, штампованных заготовок и деталей трубопроводной арматуры.

Однако последние перечисленные детали нуждаются в дополнительной термической обработке, заключающейся в закалке через воду в масле или просто в масле с последующим отпуском в масле или на воздухе.

Расшифровка марки стали 40Х. Цифра 40 указывает на то, что углерод в стали содержится в объеме 0,4 %. Хрома содержится менее 1,5 %.

Помимо обычных примесей в своем составе имеет в определенных количествах специально вводимые элементы, которые призваны обеспечить специально заданные свойства.

В качестве легирующего элемента в данном случае используется хром, о чем говорит соответствующая маркировка.

Термообработка стали 20

Термообработка стали 20 — сталь конструкционная углеродистая качественная. Широкое применение в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того промышленность выпускает пруток, лист. В качестве заменителя стали 20 применяют стали 15 и 25.
 

1. По требованиям к механическим свойствам выделяют пять категорий.
2. —  I категория: сталь всех видов обработки без испытания на ударную вязкость и растяжение.
3. — II категория: образцы из нормализованной стали всех видов обработки размером 25 мм проходят испытания на ударную вязкость и растяжение.
4. — III категория: испытания на растяжение проводят на образцах из нормализованной стали, размером 26-100 мм.

— IV категория: образцы для испытаний на растяжение и ударную вязкость изготавливают из термически обработанных заготовок размером не более 100 мм. Требования третьей и четвертой категории предъявляют к калиброванной, горячекатаной и кованной качественной стали.

— V категория. Испытания механических свойств на растяжение проводят на образцах из калиброванных термически обработанных (высокоотпущенных или отожженных) или нагартованных сталей.

Химический состав стали 20:  углерод (C) — 0.17-0.24 %, кремний (Si) — 0,17-0,37%, марганец (Mn) — 0,35-0,65 %;содержание меди (Cu) и никеля (Ni) допускается не более 0,25%, мышьяка (As) — не более 0,08%, серы (S) — не более 0,4%, фосфора (Р) — 0,035%.

Структура стали 20 представляет собой смесь перлита и феррита. Термическая обработка стали 20 позволяет получать структуру реечного (пакетного) мартенсита. При таких структурных преобразованиях прочность возрастает, и пластичность уменьшается.

После термического упрочнения прокат из стали 20 можно использовать для изготовления метизной продукции (класс прочности 8.8).

Технологические свойства стали 20: Температура начала ковки стали 20 составляет 1280° С, окончания — 750° С, охлаждение поковки — воздушное. Сталь 20 нефлокеночувствительна и не склонна к отпускной способности. Свариваемость стали 20 не ограничена, исключая детали, подвергавшиеся химико-термической обработке. Рекомендованы способы сварки АДС, КТС, РДС, под газовой защитой и флюсом.

Сталь 20 применяют для производства малонагруженных деталей ( пальцы, оси, копиры, упоры, шестерни) , цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы (эксплуатация при температуре не выше 350° С) , тонких деталей, работающих на истирание.

Сталь 20 без термической обработки или после нормализации используется для производства крюков кранов, вкладышей подшипников и прочих деталей для эксплуатации под давлением в температурном диапазоне от -40 до 450°С .

Сталь 20 после химико-термической обработки идет на производство деталей, которым требуется высокая поверхностная прочность ( червяки, червячные пары, шестерни) .

Широко применяют сталь 20 для производства трубопроводной арматуры, труб, предназначенных для паропроводов с критическими и сверхкритическими параметрами пара, бесшовных труб высокого давления, сварных профилей прямоугольного и квадратного сечения и т. д.

Термообработка стали 30ХГСА

Относится к среднелегированной конструкционной стали.

Сталь 30ХГСА проходит улучшение – закалку с последующим высоким отпуском при 550-600 °С, поэтому применяется при создании улучшаемых деталей (кроме авиационных деталей это могут быть различные корпуса обшивки, оси и валы, лопатки компрессорных машин, которые эксплуатируются при 400°С, и многое другое), рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.

Сталь 30ХГСА обладает хорошей выносливостью, отличными показателями ударной вязкости, высокой прочностью. Она также отличается замечательной свариваемостью.

Сварка стали 30ХГСАтоже имеет свои особенности. Она осуществляется с предварительным подогревом материала до 250-300 °С с последующим медленным охлаждением.

Данная процедура очень важна, поскольку могут появиться трещины из-за чувствительности стали к резким перепадам температуры после сварки.

Поэтому по завершении сварных работ горелка должна отводиться медленно, при этом осуществляя подогрев материала на расстоянии 20-40 мм от места сварки.

Также, не более, чем спустя 8 часов по завершении сварки сварные узлы стали 30ХГСА нуждаются в закалке с нагревом до 880 °С с последующим высоким отпуском. Далее изделие охлаждается в масле при 20-50 °С. Отпуск осуществляется нагревом до 400 — 600 °С и охлаждением в горячей воде. Сварку же необходимо выполнять максимально быстро, дабы избежать выгорания легирующих элементов.

После прохождения термомеханической низкотемпературной обработки сталь 30ХГСА приобретает предел прочности до 2800 МПа, ударная вязкость повышается в два раза (в отличии от обычной термообработки стали 30хгса), пластичность увеличивается.

Термообработка стали 65Г

Сталь конструкционная рессорно-пружинная. Используют в промышленности пружины, рессоры, упорные шайбы, тормозные ленты, фрикционные диски, шестерни, фланцы, корпусы подшипников, зажимные и подающие цанги и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости, и детали, работающие без ударных нагрузок. (заменители: 70, У8А, 70Г, 60С2А, 9ХС, 50ХФА, 60С2, 55С2).

Термообработка стали 40

Сталь конструкционная углеродистая качественная. Использование в промышленности: трубы, поковки, крепежные детали, валы, диски, роторы, фланцы, зубчатые колеса, втулки для длительной и весьма длительной службы при температурах до 425 град.

Термообработка стали 40ХН

Сталь конструкционная легированная Используется в отраслевой в промышленности: оси, валы, шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, валы-шестерни, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, с предъявляемыми  требованиями  повышенной прочности и вязкости. Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.

Термообработка сталь 35

Сталь конструкционная углеродистая качественная. Используется  в отраслевой промышленности. Это детали невысокой прочности, подвергающиеся невысокому уровню напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, шпиндели, звездочки, тяги, ободы, траверсы, валы, бандажи, диски и другие детали.

Термообработка стали 20Х13

Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная.

Используется в  энергетическом машиностроении и печестроении; турбинные лопатки, болты, гайки, арматура крекинг-установок с длительным сроком службы при температурах до 500 град; сталь мартенситного класса Сталь марки 20Х13 и другие стали мартенситного класса: жаропрочные хромистые стали мартенситного класса применяют в различных энергетических установках, они работают при температуре до 600° С. Из них изготовляют роторы, диски и лопатки турбин, в последнее время их используют для кольцевых деталей больших толщин. Существует большое количество марок сталей данного класса. Общим для всех является пониженное содержание хрома, наличие молибдена, ванадия и вольфрама. Они эффективно упрочняются обычными методами термообработки, которая основана на у — a-превращении и предусматривает получение в структуре мартенсита с последующим улучшением в зависимости от требований технических условий. (заменители: 12Х13, 14Х17Н2)  

Пресс-служба группы компаний ВоКа

17 сентября 2016г

Источник: https://metizmsk.ru/blog/termicheskaya-obrabotka-termoobrabotka-stali-splavov-metallov

Закалить сталь 45 на твердость

Обработка стали, осуществляемая в процессе термообработки, является одной из важнейших операций в металлургической отрасли и машиностроении.

При соблюдении технологии PC 45 изделие приобретает достаточную прочность, значительно расширяя область использования изготовляемых изделий. При необходимости можно осуществлять закалку изделия из стали, в домашних условиях строго соблюдая технологию.

При закалке лезвия ножа в домашних условиях вполне допустимо добиться повышения прочностных характеристик изделия в 3-4 раза.

Структурные изменения металла

При нагревании конструкционной специальной стали 45 до аустенитного уровня, происходит изменение состояния структурной решетки железа с переходом из объемно-центрированной в гранецентрированную структуру. Осуществляется перемещение углерода входящего в перлит и представляющего собой мельчайшие кристаллы Fe3C (цементита) в гранецентрированную измененную решетку железа.

Структура стали 45 после отжига и закалки

В ходе охлаждения происходит быстрое снижение температуры обрабатываемой стали, но из-за замедления скорости перемещения атомов углерода они остаются внедренными в новую решетку железа, образуя твердую пересыщенную структуру, имеющую внутреннее напряжение. Решетка преобразуется в тетрагональную с ориентацией в одном направлении.

Происходит образование игольчатых мелких структур имеющих название мартенсит. Данный вид кристаллов придает металлу высокую прочность, твердость и улучшенные характеристики.

Происходит образование одновременно двух видов кристаллов аустенита и мартенсита, которые воздействуют друг, на друга создавая внутреннее избыточное напряжение.

При активном влиянии на металл внешних сил происходит взаимная компенсация двух видов кристаллов, придавая структуре прочность.

Термическая обработка металла

Для изменения характеристик стали производится термическая обработка с соблюдением необходимых режимов воздействия.

Процесс термической обработки состоит из процессов:

• отжига;
• нормализации;
• старения;
• закалки и отпуска.

Режимы термообработки стали 45

Закалка и отпуск стали во многом зависят от ряда факторов:

• температурного режима;
• скорости повышения температуры;
• временного промежутка воздействия на металл высоких температур;
• процесса охлаждения (скорости изменения температуры охлаждения среды или жидкости).

Закалка стали

Процесс закалки стали заключается в проведении термообработки заготовок с нагреванием до температуры выше критической с дальнейшим ускорением охлаждения. Данное состояние способствует повышению прочности и твердости (HRC) стали с одновременным снижением пластичности и улучшением потребительских характеристик.

• Режим воздействия температуры охлаждения металла зависит от количества содержания углерода и легирующих присадок в стали.
• После проведения закалки стали заготовки покрываются налетом окалины и частично теряют содержащийся углерод, поэтому технология обязательно должна соблюдаться согласно установленному регламенту.

Охлаждение металла должно проходить быстро, для предотвращения преобразования аустенита в сорбит или троостит. Охлаждение должно производиться точно по графику быстрое остывание заготовок, приводит к образованию мелких трещин. В процессе охлаждения от 200 °C до 300 °C происходит искусственное замедление при постепенном остывании изделий для этого, могут использоваться охлаждающие жидкости.

Закалка стали с помощью ТВЧ

1. При проведении поверхностной закалки с помощью ТВЧ процесс нагрева изделий осуществляется до более высокой температуры.
3. Это вызвано двумя факторами:

1. Нагрев осуществляется за короткое время с ускоренным изменением и переходом перлита в аустенит.
2. Реакция перехода должна осуществляться в сжатые сроки за небольшой промежуток времени при высокой температуре.

Закалка ТВЧ (токами высокой частоты)

Процессы, протекающие при обычной закалке в печи с использованием ТВЧ, имеют различные характеристики и ведут к изменению твердости (HRC) заготовок:

1. При нагреве в печи скорость составляет, 2-3 °С/сек до 840 – 860 °С.
2. С использованием ТВЧ – 250 °С/сек до температуры 880 – 920 °С или в режиме при 500 °С/сек – до 980 – и 1020 °С.

Нагрев деталей при использовании ТВЧ осуществляется до более высокой температуры, но перегрева заготовки не происходит. В процессе обработки с применением ТВЧ время операции нагрева значительно сокращается, что способствует сохранению размера и структуры зерна. В ходе выполнения операции закалки ТВЧ твердость металла ( HRC) возрастает на 2-3 един. по Роквеллу.

Читать также:  Выбор станка для фрезерования металла стоматология

Процесс нагрева

Заготовки из стали нагреваются в печах. При нагреве инструмента используется предварительный подогрев отдельных частей с использованием

• печей с температурой рабочей среды от 400 °С до 500 °С;
• в специальных соляных ваннах с погружением на 2-4 сек. 2-3 раза.

Обязательно должно соблюдаться условие равномерного прогрева всего изделия. Строго выдерживаться условие одновременного помещения деталей в печь с соблюдением времени нагрева деталей.

Применение защитных мер

В процессе термической обработки происходит постепенное выгорание углерода и образование налета окалины. Для предотвращения ухудшения качества металла и его защиты используются защитные газы, которые закачиваются в ходе процесса закаливания. В печь имеющую герметичную камеру, где происходит термообработка с помощью специального генератора, закачивается газ аммиак или метан.

При отсутствии герметичных печей операции обработки производятся в специальной герметичной таре, куда предварительно засыпается чугунная стружка для предотвращения выгорания углерода.

При обработке заготовок в соляных ваннах металл защищен от окисления, а для создания необходимых условий для сохранения уровня углерода содержание ванной 2-х кратно в течение суток раскисляется борной кислотой, кровяной солью или бурой. При температуре обработки в диапазоне температур 760-1000 °С в качестве раскислителя может использоваться древесный уголь.

Использование специальных охлаждающих жидкостей

В ходе проведения технологического процесса для охлаждения деталей в основном используется вода. Качество охлаждающей жидкости можно изменить, добавив соду или специальные соли, что может повлиять на процесс охлаждения заготовки.

Для сохранения процесса закалки категорически запрещается использовать содержащуюся в нем воду для посторонних операций. Вода должна быть чистой и иметь температуру от 20 до 30 °С. Запрещено использовать для закалки стали проточную воду.

Состав смесей солей и щелочей, применяемых в качестве закалочных сред

Данный способ закалки применяется только для цементированных изделий или имеющих простую форму.

Изделия, имеющие сложную форму, изготовленные из конструкционной специальной стали охлаждаются в 5% растворе каустической соды при температуре 50-60 °С. Операция закалки, проводится в помещении, оснащенном вытяжной вентиляцией.

Для закалки заготовок выполненных из высоколегированной стали применяют минеральные масла, причем скорость охлаждения в масленой ванне не зависит от температуры масла.

Недопустимо смешивание масла и воды, что может привести к появлению трещин на металле.

При закалке в масляной ванне необходимо выполнять ряд правил:

1. Остерегаться воспламенения масла.
2. При охлаждении металла в масле происходит выделение вредоносных газов (обязательно наличие вытяжной вентиляции).
3. Происходит образование налета на металле.
4. Масло теряет свои свойства при интенсивном использовании для охлаждения металла.

При проведении процесса закалки стали 45 необходимо соблюдать технологический процесс с соблюдением всех операций.

Отпуск стали 45

Технологический процесс отпуска стали проводится в зависимости от необходимой температуры:

• в печах с принудительной циркуляцией воздуха;
• в специальных ваннах с селитровым раствором;
• в ваннах с маслом;
• в ваннах заполненных расплавленной щелочью.

Температура для проведения процесса отпуска зависит от марки стали, а сам процесс изменяет структуру и способствует снижению напряжения металла, а твердость снижается на малую величину. После проведения всех операций заготовка подвергается техническому контролю и отправляется заказчику.

• При закалке и отпуске металла в домашних условиях необходимо строго соблюдать технологию и технику безопасности проведения работ.

Источник: https://morflot.su/zakalit-stal-45-na-tverdost/

Закалка и отпуск стали 45 — твердость, HRC, режимы, технология

Термообработка представляет собой одну из необходимых и важных операций в процессе обработки стали. Ее широко использует металлургия и машиностроение.

Технология термообработки стали 45 обеспечивает достижение высоких характеристик прочности. Это обстоятельство позволяет значительно расширить область применения обработанных подобным способом деталей.

При использовании технологии закалки стали 45 твердость изделий становится существенно выше.

Особенности термообработки

Закалка стали 45 – метод, широко используемый в металлургии и машиностроении. Но как закалить сталь 45, чтобы получить ожидаемый результат? Чтобы изменить характеристики, необходимо провести термообработку. При этом должны соблюдаться определенные режимы воздействия. Этот процесс схематично можно представить следующими процессами:

• Отжиг.
• Нормализация.
• Старение.
• Закалка и отпуск.

Качество стали 45 при термообработке зависит от ряда факторов.

• Температурный режим.
• С какой скоростью повышается температура.
• Промежуток времени, в течение которого на металл воздействует высокая температура.
• С какой скоростью происходит процесс охлаждения.

Термическая обработка состоит в нагревании детали до заданной температуры. Охлаждают ее с той же либо несколько иной скоростью. Железоуглеродистые сплавы характеризуются превращениями при нагревании их до определенных температур. Они носят название критических точек. Эти превращения сопряжены с кристаллизационным характером. При закалке стали 45 твердость изделий значительно повышается.

Закалка ТВЧ

Если сталь закалить таким образом, то она будет лучше справляться с переменной и ударной нагрузкой. Закалка ТВЧ считается разновидностью поверхностной закалки, основная задача которой получение более прочного наружного слоя, сохраняя при этом вязкость сердцевины. 

Нагрев под закалку ТВЧ осуществляют в индукционных печах, используя ток высокой частоты. Принцип данной термообработки заключается в неравномерном нагреве сечения изделия. Плотность тока на наружней части стали значительно выше в сравнении с сердцевиной. Основная часть тепла приходится на поверхность, соответственно, именно в этой зоне и происходит упрочнение.

Охлаждение осуществляется непосредственно в печи специальными распрыскивающими устройствами. После закалки обычно требуется отпуск для выравнивания тепловых напряжений.

Структура стали в результате всех этих операций получается неоднородной. Верхний закалённый слой полностью состоит из мартенсита, а нетронутая сердцевина из феррита. Прочность глубинного слоя повышается предварительным проведением нормализации.

Преимущества закалки ТВЧ:

• Повышенная производительность.
• Сталь изолирована от влияния окисления и обезуглероживания.
• Возможность регулировать толщину закаленного слоя. Чем частота токов выше, тем глубина закалки меньше.
• Автоматизация процесса.

:

Источник: https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/kak-zakalivaetsya-stal-45-process-sposoby-tverdost-posle-zakalki.html

Сталь У8 , описание свойств и режим закалки , термообработка

Сталь У8 , описание свойств и режим закалки , термообработка

Марка: У8 ( заменители: У7А, У7, У10А, У10 ) Класс: Сталь инструментальная углеродистая Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1435-99 , ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006. Калиброванный пруток: ГОСТ 1435-99 , ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка: ГОСТ 1435-99, ГОСТ 14955-77. Полоса:ГОСТ 103-2006, ГОСТ 4405-75 . Поковки и кованные заготовки: ГОСТ 1435-99, ГОСТ 4405-75 , ГОСТ 1133-71. Лента: ГОСТ 2283-79 , ГОСТ 10234-77 .Использование в промышленности: для инструмента, работающего в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки: фрез, зенковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых, накатных роликов, кернеров, отверток, комбинированных плоскогубцев, боковых кусачек.

Химический состав в % стали У8
C	0,76 — 0,83
Si	0,17 — 0,33
Mn	0,17 — 0,33
Ni	до 0,25
S	до 0,028
P	до 0,03
Cr	до 0,2
Cu	до 0,25
Fe	~97

Свойства и полезная информация:

Удельный вес: 7839 кг/м3 Термообработка: Закалка 780oC, масло, Отпуск 400oC. Твердость материала: HB 10 -1 = 187 МПа Температура критических точек: Ac1 = 720 , Ar1 = 700 , Mn = 245 Температура ковки, °С: начала 1180, конца 800. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, 101-300 мм в яме. Обрабатываемость резанием: при HB 187-227, σв=620 МПа,  К υ тв. спл=1,2 и Кυ б.ст=1,1 Свариваемость материала: не применяется для сварных конструкций. Флокеночувствительность: не чувствительна.Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

Твердость стали У8 после термообработки (ГОСТ 1435-99)
Состояние поставки	Твердость
Сталь термообработанная Закалка 780-800 °С, вода	До НВ 187 Св. HRCЭ 63

Механические свойства ленты стали У8 (ГОСТ 2283-79)
Состояние поставки	Сечение, мм	σв(МПа)	δ5 (%)
Лента отожженая холоднокатаная	0,1-1,5 1,5-4,0	650 750	15 10
Лента нагартованная холоднокатаная, класс прочности : Н1 Н2Н3	0,1-4,0	750-900 900-10501050-1200
Лента отожженая высшей категории качества	0,1-4,0	650	15

Предел выносливости стали У8
σ-1, МПА	Термообработка
490	σв=1860 МПа, НВ 611

Твердость стали У8 в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С	Твердость, HRCЭ
Закалка 780-800 °С, вода
160-200 200-300 300-400 400-500500-600	61-65 56-61 47-56 37-4729-37

Механические свойства стали У8 в зависимости от температуры испытания
Температура испытаний, °С	σ0,2 (МПа)	σв(МПа)	δ5 (%)	ψ %	НВ
Отжиг или нормализация
100 200 300 400 500 600700	— — — — — —	710 640 — — 500 370255	17 15 17 19 23 2833	24 15 16 23 29 3950	195 205 205 190 170 150120
Закалка 780 °С, масло. Отпуск 400 °С (образцы гладкие диаметром 6,3 мм)
20 -40-70	1230 12701300	1420 14501470	10 1112	37 3635	— —
Образец диаметром 5 мм и длиной 25 мм, деформированный и отожженый. Скорость деформирования 10 мм/мин. Скорость деформации 0,007 1/с
700 800 900 1000 11001200	— — — — —	105 91 55 33 2115	58 58 62 62 8069	91 100 100 100 100100	— — — — —

Температура, °С	Время, ч	Твердость, HRCэ
150-160 200-220	1 1	63 59

Прокаливаемость стали  У8
Расстояние от торца, мм	Примечание
2	4	6	8	10	12	14	16	18	Закалка 790 °С
65,5-67	63-65	45,5-55	42-43,5	40,5-42,5	39,5-41,5	37-40,5	39-40	36-39,5	Твердость для полос прокаливаемости, HRC

Критический диаметр в воде	Критический диаметр в масле
15-20	4-6

Физические свойства стали У8
T (Град)	E 10- 5 (МПа)	a 10 6 (1/Град)	l (Вт/(м·град))	r (кг/м3)	C (Дж/(кг·град))	R 10 9 (Ом·м)
20	2.09	7839
100	2.05	11.4	49	7817	477	230
200	1.99	12.2	46	7786	511	305
300	1.92	13	42	7752	528	395
400	1.85	13.7	38	7714	548	491
500	1.75	14.3	35	7676	565	625
600	1.66	14.8	33	7638	594	769
700	15.2	30	7600	624	931
800	14.5	24	7852	724	1129
900	1165

Расшифровка марки стали У8: буква У говорит о том, что перед нами инструментальная качественная нелегированная сталь, в которой присутствует углерод в среднем количестве 0,8%.

Инструмент из стали У8 и его термообработка: молотки слесарные изготовляют из сталей У7 и У8. Закалке подвергаются боёк и хвост. Нагрев лучше всего вести в соляной или свинцовой ванне.

При нагреве молотка в камерной печи сначала закаливают боёк, а потом хвост, после чего попеременно охлаждают до полного потемнения средней части. Для окончательного охлаждения молоток переносят в масло. Отпускают при 260-340° в течение 30-40 мин.

Твёрдость Rc = 49 -56. Проверяют твёрдость на приборе РВ.

Для изготовления пневматического инструмента применяют сталь У8 или У7. Закалке подвергают рабочую хвостовую часть. Следует избегать нагрева пневматического инструмента полностью, поэтому лучше всего производить нагрев в соляных или свинцовых ваннах.

Рабочую часть закаливают в воде с переносом в масло, а хвостовую часть в масле. После этого инструмент отпускают в зависимости от требуемой твёрдости рабочей части, а именно: зубила, крейцмейсели, пробойники, чеканы и насечки отпускают при 240-270° с выдержкой 30 — 40 мин.

Требуемая твёрдость Rc = 56-59.

Обжимки, поддержки, бойки и выколотки отпускают при 270-300° в течение 30-40 мин. Требуемая твёрдость Rc = 53-56. Определяют твёрдость тарированным напильником.

Нередки случаи, когда пневматический инструмент в месте перехода с меньшего диаметра на больший во время работы ломается, причём структура излома на глубину 5-8 мм по окружности весьма мелкозернистая, а глубже крупнозернистая.

Основной причиной поломок является недостаточная чистота поверхности в местах переходов (риски, царапины и пр.).

Долота станочные изготовляют из сталей У8, У9, 65Х. Место перехода от тонкой части долота к толстой, а также стенки отверстия в полом долоте должны быть закалены на небольшую твёрдость. При несоблюдении этого возможно отгибание долота или поломка его во время работы.

Получение небольшой твёрдости переходной части достигается прерывистой закалкой в воде для сплошных долот из углеродистой стали или же полной закалкой с последующим отпуском в соляной ванне до серого цвета побежалости для всех других долот. Хвостовую часть не закаливают.

Долота сплошные отпускают при температуре 260-280°, а полые при 320-360°; выдерживают 20-30 мин. Требуемая твёрдость для оплошных долот Rc = 56-58, а для полых Rc = 50-52.

Стамески и долота плотничьи и столярные изготовляют из этих же сталей. Нагрев под закалку производят в печах-ваннах на длину 60-80 мм. При нагреве в камерных печах инструмент замачивают на длину 60-80 мм. Хвостовую часть не закаливают. Отпускают при температуре 250-300° в течение 20-40 мин. Требуемая твёрдость Rc = 53-58.

Комбинированные плоскогубцы и кусачки изготовляют из сталей У7 и У8.

Термической обработке их подвергают в собранном виде с раскрытыми губками, калят только рабочую часть — в кусачках губки на длину 8-10 мм, а в комбинированных плоскогубцах губки на длину, включая прорези у шарнира. Охлаждают в масле или керосине при энергичном помешивании.

Отпуск производят при температуре 220-300° в течение 30-40 мин. Твёрдость Rc = 52-60. Твёрдость контролируют на приборе РВ или тарированным напильником, а также путём откусывания стальной проволоки диаметром 2 мм.

Клейма изготовляют из вышеупомянутых сталей, закаливают с последующим отпуском при температуре 220-250°. Хвостовик отпускают путём нагрева в свинцовой ванне до серого цвета побежалости. Требуемая твёрдость рабочей части Rc =54-58.

Краткие обозначения:
σв	— временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа	ε	— относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05	— предел упругости, МПа	Jк	— предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2	— предел текучести условный, МПа	σизг	— предел прочности при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10	— относительное удлинение после разрыва, %	σ-1	— предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 иσсж	— предел текучести при сжатии, МПа	J-1	— предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	— относительный сдвиг, %	n	— количество циклов нагружения
sв	— предел кратковременной прочности, МПа	R иρ	— удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	— относительное сужение, %	E	— модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	— ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2	T	— температура, при которой получены свойства, Град
sT	— предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа	l и λ	— коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	— твердость по Бринеллю	C	— удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)]
HV	— твердость по Виккерсу	pn иr	— плотность кг/м3
HRCэ	— твердость по Роквеллу, шкала С	а	— коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ), 1/°С
HRB	— твердость по Роквеллу, шкала В	σtТ	— предел длительной прочности, МПа
HSD	— твердость по Шору	G	— модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

Источник: http://www.artwood.ru/state/view/56.html

Продукция — Техмашхолдинг — группа компаний, официальный сайт

Закалка сталей токами высокой частоты (ТВЧ) — это один из распространенных методов поверхностной термической обработки, который позволяет повысить твердость поверхности заготовок. Применяется для деталей из углеродистых и конструкционных сталей или чугуна. Индукционная закалка ТВЧ являет собой один из самых экономичных и технологичных способов упрочнения. Она дает возможность закалить всю поверхность детали или отдельные ее элементы или зоны, которые испытывают основную нагрузку.При этом под закаленной твердой наружной поверхностью заготовки остаются незакаленные вязкие слои металла. Такая структура уменьшает хрупкость, повышает стойкость и надежность всего изделия, а также снижает энергозатраты на нагрев всей детали.Закалка ТВЧ

Технология высокочастотной закалки

Поверхностная закалка ТВЧ — это процесс термообработки для повышения прочностных характеристик и твердости заготовки.Основные этапы поверхностной закалки ТВЧ — индукционный нагрев до высокой температуры, выдержка при ней, затем быстрое охлаждение. Нагревание при закалке ТВЧ производят с помощью специальной индукционной установки. Охлаждение осуществляют в ванне с охлаждающей жидкостью (водой, маслом или эмульсией) либо разбрызгиванием ее на деталь из специальных душирующих установок.

Выбор температуры

Для правильного прохождения процесса закалки очень важен правильный подбор температуры, которая зависит от используемого материала.Стали по содержанию углерода подразделяются на доэвтектоидные — меньше 0,8% и заэвтектоидные — больше 0,8%. Сталь с углеродом меньше 0,4% не закаливают из-за получаемой низкой твердости. Доэвтектоидные стали нагревают немного выше температуры фазового превращения перлита и феррита в аустенит. Это происходит в интервале 800—850°С. Затем заготовку быстро охлаждают. При резком остывании аустенит превращается в мартенсит, который обладает высокой твердостью и прочностью. Малое время выдержки позволяет получить мелкозернистый аустенит и мелкоигольчатый мартенсит, зерна не успевают вырасти и остаются маленькими. Такая структура стали обладает высокой твердостью и одновременно низкой хрупкостью.

Микроструктура сталиЗаэвтектоидные стали нагревают чуть ниже, чем доэвтектоидные, до температуры 750—800°С, то есть производят неполную закалку. Это связано с тем, что при нагреве до этой температуры кроме образования аустенита в расплаве металла остается нерастворенным небольшое количество цементита, обладающего твердостью высшей, чем у мартенсита. После резкого охлаждения аустенит превращается в мартенсит, а цементит остается в виде мелких включений. Также в этой зоне не успевший полностью раствориться углерод образует твердые карбиды.

В переходной зоне при закалке ТВЧ температура близка к переходной, образуется аустенит с остатками феррита. Но, так как переходная зона не остывает так быстро, как поверхность, а остывает медленно, как при нормализации. При этом в этой зоне происходит улучшение структуры, она становится мелкозернистой и равномерной.Перегревание поверхности заготовки способствует росту кристаллов аустенита, что губительно сказывается на хрупкости. Недогрев не дает полностью феррито-перритной структуре перейти в аустенит, и могут образоваться незакаленные пятна.После охлаждения на поверхности металла остаются высокие сжимающие напряжения, которые повышают эксплуатационные свойства детали. Внутренние напряжения между поверхностным слоем и серединой необходимо устранить. Это делается с помощью низкотемпературного отпуска — выдержкой при температуре около 200°С в печи. Чтобы избежать появления на поверхности микротрещин, нужно свести к минимуму время между закалкой и отпуском.

Также можно проводить так называемый самоотпуск — охлаждать деталь не полностью, а до температуры 200°С, при этом в ее сердцевине будет оставаться тепло. Дальше деталь должна остывать медленно. Так произойдет выравнивание внутренних напряжений.

Индукционная установка

Индукционная установка для термообработки ТВЧ представляет собой высокочастотный генератор и индуктор для закалки ТВЧ. Закаливаемая деталь может располагаться в индукторе или возле него. Индуктор изготовлен в виде катушки, на ней навита медная трубка. Он может иметь любую форму в зависимости от формы и размеров детали. При прохождении переменного тока через индуктор в нем появляется переменное электромагнитное поле, проходящее через деталь. Это электромагнитное поле вызывает возникновение в заготовке вихревых токов, известных как токи Фуко. Такие вихревые токи, проходя в слоях металла, нагревают его до высокой температуры.

Индукционный нагреватель ТВЧОтличительной чертой индукционного нагрева с помощью ТВЧ является прохождение вихревых токов на поверхности нагреваемой детали. Так нагревается только наружный слой металла, причем, чем выше частота тока, тем меньше глубина прогрева, и, соответственно, глубина закалки ТВЧ. Это дает возможность закалить только поверхность заготовки, оставив внутренний слой мягким и вязким во избежание излишней хрупкости. Причем можно регулировать глубину закаленного слоя, изменяя параметры тока.

Повышенная частота тока позволяет сконцентрировать большое количество тепла в малой зоне, что повышает скорость нагревания до нескольких сотен градусов в секунду. Такая высокая скорость нагрева передвигает фазовый переход в зону более высокой температуры. При этом твердость возрастает на 2—4 единицы, до 58—62 HRC, чего невозможно добиться при объемной закалке.Для правильного протекания процесса закалки ТВЧ необходимо следить за тем, чтобы сохранялся одинаковый просвет между индуктором и заготовкой на всей поверхности закаливания, необходимо исключить взаимные прикосновения. Это обеспечивается при возможности вращением заготовки в центрах, что позволяет обеспечить равномерное нагревание, и, как следствие, одинаковую структуру и твердость поверхности закаленной заготовки.
Индуктор для закалки ТВЧ имеет несколько вариантов исполнения:

• одно- или многовитковой кольцевой — для нагрева наружной или внутренней поверхности деталей в форме тел вращения — валов, колес или отверстий в них;
• петлевой — для нагрева рабочей плоскости изделия, например, поверхности станины или рабочей кромки инструмента;
• фасонный — для нагрева деталей сложной или неправильной формы, например, зубьев зубчатых колес.

В зависимости от формы, размеров и глубины слоя закаливания используют такие режимы закалки ТВЧ:

• одновременная — нагревается сразу вся поверхность заготовки или определенная зона, затем также одновременно охлаждается;
• непрерывно-последовательная — нагревается одна зона детали, затем при смещении индуктора или детали нагревается другая зона, в то время как предыдущая охлаждается.

Одновременный нагрев ТВЧ всей поверхности требует больших затрат мощности, поэтому его выгоднее использовать для закалки мелких деталей — валки, втулки, пальцы, а также элементов детали — отверстий, шеек и т.д. После нагревания деталь полностью опускают в бак с охлаждающей жидкостью или поливают струей воды.

Непрерывно-последовательная закалка ТВЧ позволяет закалять крупногабаритные детали, например, венцы зубчатых колес, так как при этом процессе происходит нагрев малой зоны детали, для чего нужна меньшая мощность генератора ТВЧ.

Охлаждение детали

Охлаждение — второй важный этап процесса закалки, от его скорости и равномерности зависит качество и твердость всей поверхности. Охлаждение происходит в баках с охлаждающей жидкостью или разбрызгиванием.

Для качественной закалки необходимо поддерживать стабильную температуру охлаждающей жидкости, не допускать ее перегрева.

Отверстия в спрейере должны быть одинакового диаметра и расположены равномерно, так достигается одинаковая структура металла на поверхности.

Чтобы индуктор не перегревался в процессе работы, по медной трубке постоянно циркулирует вода. Некоторые индукторы выполняются совмещенными с системой охлаждения заготовки. В трубке индуктора прорезаны отверстия, через которые холодная вода попадает на горячую деталь и остужает ее.

Закалка токами высокой частоты

Достоинства и недостатки

Закалка деталей с помощью ТВЧ обладает как достоинствами, так и недостатками. К достоинствам можно отнести следующее:

• После закалки ТВЧ у детали сохраняется мягкой середина, что существенно повышает ее сопротивление пластической деформации.
• Экономичность процесса закалки деталей ТВЧ связана с тем, что нагревается только поверхность или зона, которую необходимо закалить, а не вся деталь.
• При серийном производстве деталей необходимо настроить процесс и далее он будет автоматически повторяться, обеспечивая необходимое качество закалки.
• Возможность точно рассчитать и регулировать глубину закаленного слоя.
• Непрерывно-последовательный метод закалки позволяет использовать оборудование малой мощности.
• Малое время нагрева и выдержки при высокой температуре способствует отсутствию окисления обезуглероживания верхнего слоя и образования окалины на поверхности детали.
• Быстрый нагрев и охлаждение не дают большого коробления и поводок, что позволяет уменьшить припуск на чистовую обработку.

Но индукционные установки экономически целесообразно применять только при серийном производстве, а для единичного производства покупка или изготовление индуктора невыгодно.

Для некоторых деталей сложной формы производство индукционной установки очень сложно или невозможно получить равномерность закаленного слоя.

В таких случаях применяют другие виды поверхностных закалок, например, газопламенную или объемную закалку.

Источник: https://pellete.ru/stal/tehnologiya-zakalki-45-stali.html

Закалка стали: температура, режимы, технология, твердость стали после закалки

Термообработка металла – это обязательный процесс в металлургии. Благодаря правильно проведенной термической обработке стали можно добиться улучшения тех или иных механических характеристик изделия.

На эту тему можно говорить довольно долго. Давайте разберемся с вами, что же представляет собой закалка стали, для чего она нужна и какова технология.

На первый взгляд все это может показаться крайне сложным, однако если разобраться более подробно, это не так.

Немного общих сведений

Закалка представляет собой процесс изменения кристаллической решетки стали и ее сплавов путем достижения критической температуры, которая для каждого материала своя. Как правило, при достижении необходимого температурного порога следует резкое охлаждение. В качестве охлаждающей жидкости может выступать вода или масло, но об этом более подробно мы поговорим немного позже.

Стоит заметить, что для инструментальных сталей чаще применяется неполная закалка. Суть ее заключается в том, что достигается температура, при которой образуются избыточные фазы.

Для других марок стали используется полная закалка. В этом случае температура нагрева увеличивается на 50 градусов.

Цветные металлы подвергаются термообработке без полиморфного превращения, а сталь – с полиморфным превращением.

Снятие закалки

Отпуск – технологический процесс охлаждения изделия, суть которого заключается в получении более пластичного и менее хрупкого материала. При этом прочность стараются сохранить на прежнем уровне. Для этого изделие помещают в печь с температурой от 150 до 650 градусов, где она постепенно остывает. Существует три вида отпуска:

• Низкотемпературный – придает обрабатываемому изделию высокую износостойкость, однако такая сталь хуже воспринимает динамические нагрузки. Процесс протекает под температурой 260 градусов. Низкотемпературному отпуску подвергаются изделия из низколегированных и углеродистых сталей (режущие и измерительные инструменты).
• Среднетемпературный – протекает при температуре от 350 до 500 градусов. Чаще всего используется отпуск пружин, рессор, штампов и т. п. Такое изделие будет обладать хорошей упругостью и выносливостью.
• Высокотемпературный отпуск протекает при температуре 500-680 градусов. После окончания процесса изделие будет обладать высокой прочностью и пластичностью. Высокотемпературный отпуск подходит для дальнейшего изготовления деталей, воспринимающих большие нагрузки (зубчатое колесо, вал и т.п.).

Закалка стали в домашних условиях

Если у вас появилась необходимость повысить прочность домашнего инструмента, то вовсе не обязательно бежать к кузнецу, ведь можно обойтись собственными силами. Для этого вам понадобится минимум оборудования и знаний. В качестве примера давайте возьмем топор.

Если изделие было изготовлено еще в СССР, то можете быть уверены в том, что оно сделано на совесть. Однако современные топоры качеством не блещут. Заминание или выкрашивание свидетельствует о том, что технология закалки не была соблюдена.

Но ничто нам не мешает все сделать самостоятельно.

Для этого разжигаем костер с углями. Последние должны быть как можно белей. Это говорит об их высокой температуре. Предварительно подготовьте две емкости. Одну наполните маслом, можно обычной отработкой машинного, вторую чистой холодной водой. Когда кромка станет малинового цвета, топор нужно доставать.

Для удержания можно использовать кузнечные клещи или что-то в этом роде. Быстро окунаете топор в масло и держите три секунды, затем на столько же достаете и опять окунаете. Так нужно делать до потери яркого цвета. После окунаете топор в воду, не забывайте ее помешивать. На этом закалка стали в домашних условиях закончена.

А сейчас пойдем дальше.

Подробно о нагреве металла

Весь процесс закалки условно можно разделить на три этапа:

• нагрев стали;
• выдержка – необходима для завершения всех структурных превращений и сквозного прогрева;
• охлаждение (скорость регулируется).

Если говорить об изделиях, изготовленных из углеродистых сталей, то их закалка осуществляется в камерных печах. При этом не требуется предварительный подогрев, что обусловлено устойчивостью материала к короблению и растрескиванию. Сложные изделия, к примеру резкие переходы и тонкие грани, требуют предварительного подогрева. Это делают:

• в соляных печах с 3-хкратным погружением на 3-4 секунды;
• в отдельных печах при температуре 400-500 градусов по Цельсию.

Нужно понимать, что технология подразумевает равномерный нагрев. Если за один подход это обеспечить нельзя, то необходима выдержка для сквозного прогрева. Чем больше изделий находится в печи, тем дольше необходимо их греть. К примеру, одна дисковая фреза диаметром 2,4 см требует выдержки 13 минут, а десяток таких же изделий, необходимо нагревать уже 18 минут.

Способы закалки стали

В настоящее время активно используется:

• Закалка в одном охладителе. Суть ее заключается в том, что изделие помещается в закалочную жидкость, где оно и находится до полного своего охлаждения. Такую закалку можно реализовать в домашних условиях.
• Закалка в двух средах – метод подходит для обработки углеродистых сталей. Суть метода заключается в том, что деталь сначала погружается в воду (быстро охлаждающая среда), а затем в масло.
• Струйчатая – суть метода в том, что обрабатываемая деталь обрызгивается струей воды. Такой способ закалки используют тогда, когда необходимо закалить только часть детали. Кроме того, не образуется паровая рубашка, что увеличивает эффективность.
• Ступенчатая – охлаждение стали осуществляется в закалочной среде при температуре выше мартенситной. После этого идет выдержка. На этом этапе деталь должна иметь одинаковую температуру во всех сечениях, которая должна соответствовать температуре закалочной ванны.

Защита изделия от внешних воздействий

Довольно часто возникает необходимость защиты деталей от таких вредных воздействий, как окалина и потеря углерода.

Для этого чаще всего используют специальные газы, которые подают в печь, где находится обрабатываемая деталь. Конечно, это возможно только при полной герметизации печи.

В большинстве случаев источником газа является специальный генератор, который работает на углеводородных газах (метан, аммиак и др.).

В любом случае полная закалка стали должна проходить под защитой. Если газ подвести не получается, то имеет смысл использовать герметичную тару. В качестве герметика используется глина, которая не дает проходить воздуху внутрь. Перед этим желательно осыпать деталь чугунной стружкой.

Соляные ванны

Полная или поверхностная закалка стали должна проходить в соляных ваннах. Они защищают обрабатываемое изделие от окисления, однако не от обезуглероживания. По этой простой причине они подвергаются раскислению бурой или кровяной солью несколько раз за 8-12 часов.

Соляные ванны, функционирующие при температуре 760-1000 градусов, эффективно раскисляются древесным углем. Для этого необходимо стакан, имеющий много отверстий, заполнить просушенным древесным углем. Затем стакан закрывают крышкой во избежание всплытия угля и опускают на дно соляной ванной. С течением времени количество языков пламени постепенно уменьшается.

По сути, чем больше таких раскислений приходится на одно изделие, тем лучше будет защита от обезуглероживания.

Необходимо периодически проверять степень раскисления. Для этого берут обычное стальное лезвие и кладут его на 5-7 минут в ванну. Если оно будет ломаться, а не гнуться, то ванна считается достаточно раскисленной. Стоит заметить, что некоторые виды закалки стали не нуждаются в выполнении подобных мероприятий.

Охлаждающие жидкости

Несложно догадаться, что в качестве основной жидкости для охлаждения стальных изделий используют воду. При этом, добавляя соль или мыло, можно изменять скорость охлаждения детали.

Были зарегистрированы случаи, когда закалочный бак использовался не по назначению, скажем для мытья рук.

Количество попавшего мыла было достаточно для того, чтобы процесс охлаждения прошел не так, и изделие не получило требуемых свойств.

Чтобы деталь охлаждалась равномерно по всей поверхности, температура в баке не должна быть меньше 20 и выше 30 градусов. Кроме того, нельзя использовать проточную воду.

Есть существенные недостатки такого охлаждения, которые заключаются в растрескивании и короблении изделия.

Поэтому водяное охлаждение чаще всего используют для несложных неответственных деталей и инструментов, или имеющих цементированное покрытие. Под водяным охлаждением проходит закалка углеродистой стали.

Охлаждение конструкционной и легированной стали

Конструкционная сталь более качественная, а большая часть изделий имеет сложную конфигурацию.

Для охлаждения используют 50% раствор каустической соды, которую предварительно разогревают до температуры 50-60 градусов.

После закалки в таком растворе детали будут иметь светлый цвет, что говорит о том, что технология была соблюдена. Важно не перегреть раствор каустической соды выше 60 градусов.

Легированная сталь закаляется в минеральном масле. Это же касается и очень тонких изделий из углеродистой стали, например кромок режущих инструментов. Ключевой особенностью данного метода является то, что скорость охлаждения не зависит от температуры масла. Так, процесс будет протекать одинаково как при 20, так и при 120 градусах.

О температуре отпуска

Структура стали после закалки может несколько отличаться, в зависимости от выбранной температуры отпуска. Но нужно понимать, что температура должна выбираться в зависимости от марки стали.

К примеру, если нужно получить изделие твердостью 60 HRC, то отпуск проводят при температуре не выше 200 градусов. В этом случае замечается небольшое снижение твердости и уменьшение внутренних напряжений.

А вот быстрорежущая сталь должна отпускаться при температуре не ниже 540 градусов. При этом можно говорить о существенном увеличении твердости изделия.

Заключение

Температура закалки стали никогда не должна превышать 1 300 градусов, что считается критическим порогом. Цвет изделия при достижении этой точки будет белый, а нормальный – обычно красный или малиновый. Минимальная температура закалки стальных деталей 550 градусов. При этом изделие будет ярко-красного цвета.

Кстати, стоит заметить, что закалка нержавеющей стали проходит под температурой в 1050-1080 градусов в воде. Механические свойства изделия по окончании процесса характеризуются тем, что несколько понижается прочность и твердость, но значительно увеличивается пластичность и вязкость.

На этом можно заканчивать разговор на данную тему. Как вы видите, для получения необходимых механических свойств, важно соблюдать технологию, ведь малейшие отклонения приводят к нежелательным результатам.

В случае если все будет сделано правильно, пусть даже в домашних условиях, вы заметите существенные изменения в положительную сторону.

Источник: https://www.syl.ru/article/166872/new_zakalka-stali-temperatura-vidyi-i-sposobyi

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

1. Наиболее распространенными закалочными средами являются вода различной температуры, полимерные растворы, растворы спиртов, масло, расплавленные соли.

   При закалке в этих средах различают несколько стадий охлаждения:

2. — пленочное охлаждение, когда на поверхности стали образуется «паровая рубашка»;
3. — пузырьковое кипение, наступающее при полном разрушении этой паровой рубашки;
4. — конвективный теплообмен.
5. 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

Источник: https://HeatTreatment.ru/zakalka-stalej

Как осуществляется закалка и отпуск стали

Закалка и отпуск стали проводятся с целью придания сплаву максимальной твердости, прочности и упругости.

Обработанный металл обладают лучшими свойствами, чем обыкновенный материал, лучше переносит работу в неблагоприятных условиях и в агрессивных средах.

Основной способ закалки состоит в нагревании стали до определенной температуры и поддержании достигнутого уровня в течение установленного времени, а затем резком охлаждении материала. Это позволяет подготовить металл к последующей эксплуатации.

Структура стали после закалки приобретает аустенитный вид. Это означает, что атомы углерода внедряются в кристаллическую решетку железа, что придает сплаву максимальную устойчивость связей и, как следствие, повышенную прочность на износ.

Такой способ обработки является одним из самых дешевых методов продления эксплуатационного цикла использования стальных изделий.

Он не требует применения дорогостоящих материалов, которые внедряют в сплав для улучшения физических и химических свойств.

Закалка стали производится на том же оборудовании, что и выплавка, поэтому нет необходимости в покупке новых производственных линий или открытии дополнительных заводов. Этот метод был открыт человечеством еще в древние времена.

Кузнецы, изготавливая различные изделия, нагревали их при помощи простейших плавильных печей, а затем резко опускали в емкость с холодной водой. Это делало продукцию намного прочнее.

Современные виды закалки стали сделали огромный скачок в плане технологий, но суть осталась прежней.

Режимы закалки сталей

Существует несколько режимов закалки сталей. Каждый режим используется для обработки металла под конкретную отрасль производства. Все способы имеют свои достоинства и недостатки, и на текущий момент нет какого-либо универсального метода, лишенного слабых сторон. Поэтому рассмотрим все варианты.

Первый подразумевает закалку углеродистой стали с применением одного охладителя. Это самый простой способ, так как не требует соблюдения каких-либо особых условий. Его недостатком является очень сильное закалочное напряжение, которое испытывает металл при обработке.

Если неправильно рассчитать температурный режим, то закалка может привести к разрушению сплава.

Второй метод подразумевает охлаждение металла в двух разных средах. Сначала нагретую сталь кладут в воду, где охлаждают до 300 градусов по Цельсию, а затем переносят в масло, где она проходит окончательное охлаждение. Это позволяет значительно снизить напряжение, но метод имеет сложную реализацию, так как трудно рассчитать, когда именно необходимо менять среду охлаждения.

Ступенчатая закалка применяется для небольших предметов. Она делается в несколько этапов.

На первом горячее изделие помещают в расплав солей или металлов, который имеет температуру на 50 градусов выше точки начала мартенситного превращения.

А когда температуры сплава и среды уравняются, сталь переносят в воду, где она окончательно остывает. Этот метод дает очень хорошие результаты, но требует дополнительных затрат на создание технологических условий.

Изотермическая закалка также подразумевает использование в качестве охлаждающей среды не воды или масла, а расплава солей или щелочей. Но в отличие от предыдущего метода здесь материал проходит полный цикл охлаждения в расплаве.

Твердость стали после закалки такого типа является наивысшей, так как аустенит переходит в состояние цементита.

Это означает, что атомы углерода еще более глубоко внедряются в структуру железа, создавая очень прочные межмолекулярные связи.

Последний способ — закалка с самоотпуском. Он подразумевает, что нагретую деталь помещают в охлаждающую среду, но не дают ей полностью остыть.

Изделие вынимают из охладителя, вследствие чего поверхность снова нагревается за счет сохраненной внутренней теплоты. Такой способ позволяет получать особый вид стали, который сочетает твердость на поверхности и вязкость внутри.

Все перечисленные режимы закалки стали используются в равной мере в зависимости от необходимости.

Частичная закалка стали

Также существуют методы частичной закалки одного изделия, когда определенная часть должна быть тверже остального металла. В частности такой обработке подвергается лезвие катаны и многих других режущих инструментов.

Для правильной закалки очень важным условием является соблюдение правильного температурного режима на всех технологических этапах.

Его выбор зависит от марки обрабатываемой стали и процентном соотношении различных примесей в сплаве.

Температура закалки стали должна быть на 30-50 градусов выше точки мартенситного превращения.

Такой уровень позволяет достичь оптимальной активности атомов углерода, которые начинают перемещаться и внедряться в железо на межмолекулярном уровне.

Быстрое охлаждение используется, чтобы сохранить этот эффект, так как при постепенной потере температуры углерод постепенно возвращается в исходное состояние и закалка не сохраняется.

Кроме перечисленных режимов существуют также отдельные виды обработки. Один из них — это поверхностная закалка стали. Она подразумевает обработку лишь верхних слоев металла без манипуляций с внутренним строением. Технология абсолютно идентична полной закалке, но необходимость нагрева лишь поверхностного слоя заставляет корректировать способы.

Способы повехностной закалки стали

Существует 4 основных метода поверхностной закалки: с индукционным нагревом при помощи высокочастотного тока, с электроконтактным нагревом, с нагревом при помощи газопламенных горелок и закалку при помощи использования электролитического раствора. Для обработки мелких деталей зачастую используют последний метод.

Для средних изделий применяются первые два, а для крупногабаритных элементов лучше всего подходит нагрев при помощи газовых горелок. Для охлаждения используют те же жидкости, что и при полной закалке.

В редких случаях, для особо крупных конструкций применяются газовые холодильные установки. И последний вид обработки называется неполной закалкой стали.

Он подразумевает медленное охлаждение нагретого материала, в результате чего часть атомов углерода успевают покинуть молекулярную сетку железа и вернуться к нормальному состоянию.

Таким образом, образуется частично закаленный металл. Такой тип обработки применяется, когда необходимо специально оставить в структуре материала слабые места. Этот подход используется в автомобильной промышленности для создания так называемой контролируемой деформации при аварии. Он разработан специально для уменьшения травматизма пассажиров и снижения количества смертельных случаев.

Источник: https://promplace.ru/obrabotka-metallov-staty/zakalka-stali-1515.htm

Закалка стали 45

Слово «термообработка» для обывателей не ново. Все прекрасно понимают, для чего она необходима. Повышение прочности стали.

Но почему так происходит? Какие процессы протекают в металле в этот момент? Большинство пожимает плечами.

Если Вы хотите понять, что такое термообработка, узнать в чем разница между отжигом и отпуском, и почему закалка стали 45 производится в масле, а не в воде, то тогда эта статья для Вас.

Общие сведения о термической обработке

Термообработка – это последовательность процессов нагревания, выдержки и охлаждения, направленных на изменение сталью механических свойств.

Улучшения свойств металла происходит за счет трансформации внутренней структуры. После осуществления термической обработки сталь может находиться в 2-х состояниях: устойчивом и неустойчивом.

Устойчивое состояние характеризуется полным завершением всех протекающих процессов в стали. Неустойчивое, соответственно, наоборот, когда на сталь еще воздействуют факторы, мешающие стабилизации внутренних напряжений. Ярким примером является химическая неоднородность закаленной стали.

Повышение теплового движения молекул способствует ускорению выхода стали из неустойчивого состояния. Достигается это путем нагрева.

Для большего понимания процессов, происходящих в стали во время термообработки, введем несколько понятий о структуре металла. Под этим понимается размер внутренних зерен и их положение относительно друг друга. Каждой структуре соответствует определенная температура и определенное содержание углерода.

Основные их виды и свойства, которыми они обладают:

• Феррит – твердый раствор железа с углеродом и небольшой долей других химических элементов. Ферромагнитен. Ферритная сталь обладает высокой тепло- и электропроводимостью. Пластична. Твердость порядка 70-140 единиц по шкале Бринелля.
• Цементит – неустойчивое соединение углерода с железом. Очень тверд и хрупок (НВ 790-810). Не поддается намагничиванию.
• Перлит – фазовый раствор феррита и цементита. На его механические свойства в первую очередь оказывает влияние расстояние между фазами. Чем они ближе, тем сталь прочнее. Твердость находится в пределах 160-230 НВ, при относительном удлинении 9-12%.
• Мартенсит – перенасыщенная физико-химическая смесь углерода и железа. Значение его механических характеристик зависит от количества углерода в составе. Мартенситная сталь с концентрацией 0,2% С обладает твердостью около 35 HRC. При 0,6% твердость составляет 60 HRC.
• Аустенит – твердый раствор углерода в железе. Аустенитная сталь парамагнитна и пластична. Относительное удлинение составляет 42%.

Сам процесс термообработки включает в себя:

• Закалка.
• Отжиг.
• Нормализация.
• Отпуск.

Отжиг

Процесс отжига состоит из нагревания, выдержки и медленного охлаждения в печной среде.

Существует две его основные разновидности:

• Отжиг первого рода, при котором структура в сталях не претерпевает изменений.
• Отжиг второго рода, сопровождающийся трансформациями структурных зон.

Каждая из представленных видов термообработки имеет определенное назначение.

Отжиг первого рода выполняет следующие технологические задачи:

• Выравнивание химсостава стали. При обработке металла давлением ликвация становится причиной образования изломов и микротрещин. Для уменьшения их вероятности появления сталь нагревают до 1250 ºС и выдерживают ее при такой температуре на протяжении 8-15 ч.
• Увеличение обрабатываемости стали давлением. Термообработка проходит при 670 ºС с выдержкой 40-120 мин. Отжиг увеличивает зерна феррита, что положительно влияет на пластичность.
• Уменьшение остаточных напряжений, возникших после технологической обработки сталей: резание, сварка и прочее. Для этого сталь выдерживают при 500-620 ºС на протяжении двух часов.

Отжиг второго рода измельчает зерна стали и способствует образованию структуры феррит+перлит. Как результат, происходит увеличение механических свойств. Температура нагрева для стали 45 составляет 780-830 ºС.

Отжиг второго рода считается подготовительной термообработкой. Его проводят перед операциями резания для повышения обрабатываемости металла.

Нормализация

Это процесс нагревания стали и последующее охлаждение на воздухе, в результате которого происходит измельчение крупнозернистой структуры.

Если сравнивать с отжигом, то нормализация дает в среднем на 10% выше показатель вязкости и прочности. Причина этого кроется в охлаждении на воздухе, которое способствует разложению аустенитных фаз в нижней зоне температур. Как следствие, наблюдается увеличение перлита, что и является причиной повышения механических свойств.

Нормализация — альтернатива закалке и высокому отпуску. Конечно, на выходе механические свойства получаются ниже, но и сама нормализация менее трудоемка. К тому же, по сравнению с закалкой она вызывает меньшие тепловые деформации детали.

Отпуск

Это термообработка, которая всегда проводится на заключительном этапе. Она включает в себя нагревание закалённой стали до температурной точки трансформации перлита в аустенит и дальнейшее ее охлаждение. С его помощью механические характеристики сталей доводятся до требуемых значений.

Помимо этого, в задачу отпуска входит снятие напряжений, оставшихся после закалки.

Отпуск подразделяется на 3 типа по температуре нагрева:

• Низкий отпуск. Проводится при 230-260 ºС. Способствует упрочнению с одновременным снижением внутренней напряженности. Закаленная сталь 45 после низкого отпуска обладает твердостью 55-60 HRC.
• Средний отпуск. Температура нагревания 340-550 ºС. Позволяет достичь наиболее высокого значения упругих свойств. Из-за этого в основном применяется при изготовлении пружин. Твердость находится на уровне 45-52 HRC.
• Высокий отпуск. Выполняется при 550 ºС. Снимает внутренние напряжения после закаливания.

Механические свойства уменьшаются, но значение их при этом не меньше, чем после нормализации и отжига. Также происходит увеличение ударной вязкости. Самой оптимальной термообработкой с точки зрения соотношения вязкости и прочности считается закалить сталь, а после провести высокий отпуск.

Закалка

Представляет собой процесс нагрева  до температуры на 20-40 ºС выше точки растворения феррита в аустените и последующее быстрое охлаждение в воде или масле.

Образование значительных внутренних напряжений при закалке не позволяет ей быть окончательной термообработкой. Обычно за ней следует отпуск или нормализация.

В результате нагрева сталь получает аустенитную структуру, которая, охлаждаясь, переходит в мелкоигольчатый мартенсит.

Закалка стали 45 осуществляется при 840-860 ºС.

• Если сталь закалить, не достигнув значения требуемой температуры, то в результате останутся ферритные зоны, чье присутствие значительно снижает прочность металла.
• Если сталь 45 закалить при температуре выше 1000 ºС, это спровоцирует увеличение зерна мартенсита, что влечет за собой ухудшение вязкости и повышение риска образования трещин.
• Нагрев сталей под закалку осуществляется в электропечах периодического или непрерывного действия.
• Время нагрева зависит от:

• Химсостава стали.
• Формы и габаритов деталей.

Чем больше размеры и содержание углерода, тем большее количество времени необходимо для нагрева стали.

После нагревания стали идет ее выдержка при заданной температуре. Это необходимо для выравнивания неоднородности аустенита.

При сильном перегреве сталь начинает вступать в реакцию с печными газами. Это может повести за собой процессы окисления и обезуглероживания.

Окисление – химический процесс взаимодействия кислорода с железом. Оно отрицательно сказывается на свойствах стали, является причиной снижения качества поверхности и окалин.

Обезуглероживание возникает как следствие химической реакции углерода с водородом и кислородом. Как следствие, образуя такие соединения как угарный газ и метан. Полученные газы уносят вместе с собой с поверхности стали молекулы углерода, вызывая тем самым резкое снижение прочности.

Защитой стали от окисления и обезуглероживания служит осуществление нагревания в вакууме или расплавленной соли.

В качестве закалочных сред применяется вода или масло.

Вода обладает большой скоростью охлаждения, но она резко падает при увеличении температуры. Также недостатком воды является возникновение значительных напряжений и, соответственно, коробление деталей.

Масло в этом плане охлаждает более равномерно, что уменьшает риск образования микротрещин при закалке. Среди ее недостатков стоит отметить низкую температуру воспламенения и загустение, что уменьшает ее закалочные свойства.

Разная сталь имеет разную закаливаемость, т.е. способность увеличивать прочность посредством закалки. Как правило, чем выше концентрация углерода, тем выше закалочные свойства.

Закалка ТВЧ

Если сталь закалить таким образом, то она будет лучше справляться с переменной и ударной нагрузкой. Закалка ТВЧ считается разновидностью поверхностной закалки, основная задача которой получение более прочного наружного слоя, сохраняя при этом вязкость сердцевины. 

Нагрев под закалку ТВЧ осуществляют в индукционных печах, используя ток высокой частоты. Принцип данной термообработки заключается в неравномерном нагреве сечения изделия. Плотность тока на наружней части стали значительно выше в сравнении с сердцевиной. Основная часть тепла приходится на поверхность, соответственно, именно в этой зоне и происходит упрочнение.

Охлаждение осуществляется непосредственно в печи специальными распрыскивающими устройствами. После закалки обычно требуется отпуск для выравнивания тепловых напряжений.

Структура стали в результате всех этих операций получается неоднородной. Верхний закалённый слой полностью состоит из мартенсита, а нетронутая сердцевина из феррита. Прочность глубинного слоя повышается предварительным проведением нормализации.

Преимущества закалки ТВЧ:

• Повышенная производительность.
• Сталь изолирована от влияния окисления и обезуглероживания.
• Возможность регулировать толщину закаленного слоя. Чем частота токов выше, тем глубина закалки меньше.
• Автоматизация процесса.

Источник: https://prompriem.ru/stati/zakalka-stali-45.html

Закалка стали: описание процесса термообработки, температуры и виды закалки, способы охлаждения и дефекты

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:

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

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.

• Николай Иванович Матвеев
• Распечатать

Источник: https://stanok.guru/metalloobrabotka/termoobrabotka-metalla/zakalka-stali-process-termoobrabotki.html

Продукция — Техмашхолдинг — группа компаний, официальный сайт

При сильном нагреве практически все материалы изменяют свои физические характеристики. В некоторых случаях нагрев проводится целенаправленно, так как подобным образом можно улучшить некоторые эксплуатационные качества, к примеру, твердость. Термическая обработка на протяжении многих лет используется для повышения твердости поверхности стали. Выполнять закалку следует с учетом особенностей металла, так как технология повышения твердости поверхности создается на основании состава материала. В некоторых случаях провести закалку можно в домашних условиях, но стоит учитывать, что сталь относиться к труднообрабатываемым материалам и для придания пластичности нужно проводить сильный нагрев до высоких температур при помощи определенного оборудования. В данном случае рассмотрим особенности нагрева стали 40Х для повышения пластичности и проведения закалки или отпуска.Круг из стали 40Х

Сталь 40Х

Как ранее было отмечено, для правильного проведения закалки и отпуска стали следует учитывать ее состав и многие другие особенности. Выбрать правильно режимы термической обработки можно с учетом следующей информации:

1. Рассматриваемая сталь относится к конструкционной легированной группе. Легированная группа характеризуется содержанием большого количества примесей, которые определяют изменение эксплуатационных качеств, в том числе твердости.
2. Используется в промышленности при создании валов, осей, штоков, оправок, реек, болтов, втулок, шестерней и других деталей.
3. Показатель твердости до проведения термической обработки HB 10-1 = 217 Мпа.
4. Температура критических точек определяет момент, при котором сталь 40Х начинает терять свои качества из-за термической обработки: c1= 743 , Ac3(Acm) = 815 , Ar3(Arcm) = 730, Ar1 = 693.
5. При температуре отпуска 200 °С HB = 552.

Расшифровка стали 40Х говорит о том, что в составе материала находится 0,40% углерода и 1,5% хрома.Скачать ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конструкционной стали 40Х»

Процесс закалки

Процесс обработки высокой температурой стали 40Х и иного сплава называют закалкой. Стоит учитывать, что нагрев выполняется до определенной температуры, которая была определена путем многочисленных испытаний. Время выдержки, после которого проводится охлаждение, а также другие моменты можно узнать из специальных таблиц. Провести нагрев в домашних условиях достаточно сложно, так как в рассматриваемом случае нужно достигнуть температуры около 800 градусов Цельсия.

Химический состав стали 40ХРезультатом сильного нагрева и выдержки металла 40Х на протяжении определенного времени с последующим резким охлаждением в воде становится повышение твердости и уменьшение пластичности. При этом результат зависит от нижеприведенных показателей:

1. скорости нагрева металла 40Х;
2. времени выдержки;
3. от скорости охлаждения.

При проведении работы в домашних условиях следует учитывать температуру обработки и время охлаждения.Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпускаПри выборе метода разогрева поверхности следует обратить внимание на ТВЧ. Этот метод более популярен, чем обычная объемная обработка по причине достижения необходимой температуры за более короткое время.

В домашних условиях ТВЧ используется крайне редко. После проведения работы при использовании ТВЧ повышается эксплуатационная прочность детали, что связано с появлением поверхностных сжимающих напряжений.Провести закалку 40Х на примере изделия болта М24 можно следующим образом:

1. разогревается электропечь;
2. следует провести разогрев до 860 °C, для чего в некоторых случаях необходимо 40 минут;
3. время, необходимое для аустенизации, после которого проводится охлаждение, составляет 10-15 минут. Равномерный желтый цвет изделия – признак правильного прохождения процесса закалки 40Х;
4. завершающим этапом становится охлаждение в ванной с водой или другой жидкостью.

Определить самостоятельно момент, после которого следует охладить металл, в промышленных и домашних условиях невозможно. Именно поэтому по проведенным исследованиям было принято, что для нагрева металла в электропечах необходимо 1,5-2 минуты на один миллиметр, после чего структура может быть перегрета.

Определение твердости проводится по методу Роквелла. Улучшение, проведенное путем отпуска или закалки, можно измерить при помощи обозначения HRC. Стандартное обозначение HR, к которому проводится добавление буквы в соответствии с типом проведенного испытания. Обозначение HRC наиболее часто встречается, последняя буква означает использование алмазного конуса с углом 1200 при испытании.

Отпуск и нормализация

Отпуск проводится непосредственно сразу после завершения закалки, так как есть большая вероятность возникновения трещин в структуре. Разогревается изделие в этом случае до точки ниже критической, проводится выдерживание на протяжении определенного промежутка времени и выполняется охлаждение. Отпуск обеспечивает улучшение структуры, устраняет напряжение и повышает пластичность, устраняет хрупкость стали 40Х.

Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпускаРазличают три вида рассматриваемой термообработки:

1. Низкий отпуск определяет разогрев поверхности до 250 °С с выдержкой и охлаждение на воздухе. Применяется для снятия напряжений и незначительного повышения пластичности практически без потери твердости. В случае конструкционного сплава применяется крайне редко.
2. Средний отпуск позволяет нагревать изделие до 500 °С. В этом случае вязкость значительно повышается, а твердость снижается. Используют этот метод термообработки при получении пружин, рессор и некоторого инструмента.
3. Высокий позволяет раскаливать деталь до 600 °С. В этом случае происходит распад мартенсита с образованием сорбита. Подобная структура представлена лучшим сочетанием прочности и пластичности. Также повышается показатель ударной вязкости. Используют этот метод термообработки для получения деталей, применяемых при ударных нагрузках.

Еще одним видом распространенной термообработки является нормализация. Зачастую нормализация проводится путем разогрева металла до верхней критической точки с последующей выдержкой и охлаждением в обычной среде, к примеру, на открытом воздухе. Проводят нормализацию для придания мелкозернистой структуры, что приводит к повышению пластичности и ударной вязкости.

Источник: https://pellete.ru/stal/temperatura-zakalki-i-otpuska-stalej-tablica.html

Термообработка стали 45, 40х, 20, 30хгса, 65г, 40, 40хн, 35, и стали 20х13

В машиностроении чаще всего подвергают термообработки сталь 45 (в качестве заменителя 40Х, 50, 50Г2), сталь 40х (в качестве заменителя стали 38ха, 40хр, 45х, 40хс, 40хф, 40хн), сталь 20 (в качестве заменителя 15, 25), сталь 30хгса (заменители 40хфа, 35хм, 40хн, 25хгса, 35хгса), сталь 65г, сталь 40хн, сталь 35, и сталь 20х13, также

Термообработка стали 45

Термообработка стали 45 — конструкционная углеродистая. После предварительной термообработки стали 45 — нормализации, довольно легко проходит механическую обработку. Точение, фрезеровку и т. д. Получают детали, например,типа вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки.
После окончательной термообработки стали 45 (закалка), детали приобретают высокую прочность и износостойкость. Часто шлифуются. Высокое содержание углерода (0,45%) обеспечивает хорошую закаливаемость и соответственно высокую твёрдость поверхности и прочность изделия. Сталь 45 калят «на воду». То есть после калки деталь охлаждают в воде. После олаждения деталь подвегается низкотепмературному отпуску при температуре 200-300 градусов Цельсия. При такой термообработки стали 45 получают твердость порядка 50 HRC.

Термообрабтка стали 45 и применение изделий: Кулачки станочных патронов, согласно указаниям ГОСТ, изготовляют из сталей 45 и 40Х. Твёрдость Rc = 45 -50. В кулачках четырёхкулачных патронов твёрдость резьбы должна быть в пределах Rс = 35-42. Отпуск кулачков из стали 45 производится при температуре 220-280°, из стали 40Х при 380-450° в течение 30-40 мин.

Расшифровка марки стали 45: марка 45 означает, что в стали содержится 0,45% углерода,C 0,42 — 0,5; Si 0,17 — 0,37;Mn 0,5 — 0,8; Ni до 0,25; S до 0,04; P до 0,035; Cr до 0,25; Cu до 0,25; As до 0,08.

Термообработка стали 40Х

Термообработка стали 40Х — легированная конструкционная сталь предназначена для деталей повышенной прочности такие как оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и прочих деталей повышенной прочности. Сталь 40Х также часто используется для производства поковок, штампованных заготовок и деталей трубопроводной арматуры. Однако последние перечисленные детали нуждаются в дополнительной термической обработке, заключающейся в закалке через воду в масле или просто в масле с последующим отпуском в масле или на воздухе.

Расшифровка марки стали 40Х. Цифра 40 указывает на то, что углерод в стали содержится в объеме 0,4 %. Хрома содержится менее 1,5 %. Помимо обычных примесей в своем составе имеет в определенных количествах специально вводимые элементы, которые призваны обеспечить специально заданные свойства. В качестве легирующего элемента в данном случае используется хром, о чем говорит соответствующая маркировка.

Термообработка стали 20

Термообработка стали 20 — сталь конструкционная углеродистая качественная. Широкое применение в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того промышленность выпускает пруток, лист. Температура начала ковки стали 20 составляет 1280° С, окончания — 750° С, охлаждение поковки — воздушное. Сталь 20 нефлокеночувствительна и не склонна к отпускной способности.
После цементации и цианирования из стали 20 можно изготавливать детали, от которых требуется высокая твёрдость поверхности и допускается невысокая прочность сердцевины: кулачковые валики, крепёжные детали, шпиндели, звёздочки, шпильки, вилки тяг и валики переключения передач, толкатели клапанов, валики масляных насосов. Сталь 20 применяют для производства малонагруженных деталей ( пальцы, оси, копиры, упоры, шестерни ), цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы (эксплуатация при температуре не выше 350° С), тонких деталей, работающих на истирание и другие детали автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения.

Термообработка стали 30хгса

Термообработка стали 30хгса — относится к среднелегированной конструкционной стали. Сталь 30хгса проходит улучшение – закалку с последующим высоким отпуском при 550-600 °С, поэтому применяется при создании улучшаемых деталей (кроме авиационных деталей это могут быть различные корпуса обшивки, оси и валы, лопатки компрессорных машин, которые эксплуатируются при 400°С, и многое другое), рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.
Сталь 30хгса обладает хорошей выносливостью, отличными показателями ударной вязкости, высокой прочностью. Она также отличается замечательной свариваемостью.

Сварка стали 30хгса тоже имеет свои особенности. Она осуществляется с предварительным подогревом материала до 250-300 °С с последующим медленным охлаждением. Данная процедура очень важна, поскольку могут появиться трещины из-за чувствительности стали к резким перепадам температуры после сварки. Поэтому по завершении сварных работ горелка должна отводиться медленно, при этом осуществляя подогрев материала на расстоянии 20-40 мм от места сварки. Также, не более, чем спустя 8 часов по завершении сварки сварные узлы стали 30ХГСА нуждаются в закалке с нагревом до 880 °С с последующим высоким отпуском. Далее изделие охлаждается в масле при 20-50 °С. Отпуск осуществляется нагревом до 400 — 600 °С и охлаждением в горячей воде. Сварку же необходимо выполнять максимально быстро, дабы избежать выгорания легирующих элементов.
После прохождения термомеханической низкотемпературной обработки сталь 30хгса приобретает предел прочности до 2800 МПа, ударная вязкость повышается в два раза (в отличии от обычной термообработки стали 30хгса), пластичность увеличивается. 

Термообработка стали 65г 

Термообработка стали 65г — Сталь конструкционная рессорно-пружинная. Используют в промышленности пружины, рессоры, упорные шайбы, тормозные ленты, фрикционные диски, шестерни, фланцы, корпусы подшипников, зажимные и подающие цанги и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости, и детали, работающие без ударных нагрузок. (заменители: 70, У8А, 70Г, 60С2А, 9ХС, 50ХФА, 60С2, 55С2).

Термообработка стали 40 — Сталь конструкционная углеродистая качественная. Использование в промышленности: трубы, поковки, крепежные детали, валы, диски, роторы, фланцы, зубчатые колеса, втулки для длительной и весьма длительной службы при температурах до 425 град.

Термообработка стали 40хн — Сталь конструкционная легированная Использование в промышленности: оси, валы, шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, валы-шестерни, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динами ческим нагрузкам, к которым предъявляются требования повышенной прочности и вязкости. Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.

Термообработка сталь 35 — Сталь конструкционная углеродистая качественная. Использование в промышленности: детали невысокой прочности, испытывающие небольшие напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, шпиндели, звездочки, тяги, ободы, траверсы, валы, бандажи, диски и другие детали.

Термообработка стали 20Х13 — Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная. Использование в промышленности: энергетическое машиностроение и печестроение; турбинные лопатки, болты, гайки, арматура крекинг-установок с длительным сроком службы при температурах до 500 град; сталь мартенситного класса Сталь марки 20Х13 и другие стали мартенситного класса: жаропрочные хромистые стали мартенситного класса применяют в различных энергетических установках, они работают при температуре до 600° С. Из них изготовляют роторы, диски и лопатки турбин, в последнее время их используют для кольцевых деталей больших толщин. Существует большое количество марок сталей данного класса. Общим для всех является пониженное содержание хрома, наличие молибдена, ванадия и вольфрама. Они эффективно упрочняются обычными методами термообработки, которая основана на у — a-превращении и предусматривает получение в структуре мартенсита с последующим улучшением в зависимости от требований технических условий. (заменители: 12Х13, 14Х17Н2)  

Влияние размера зерна и термообработки на ударную вязкость при низких температурах среднеуглеродистой ковочной стали

% PDF-1.4 % 214 0 объект > endobj 209 0 объект > поток application / pdf

Журнал исследований Национального института стандартов и технологий — это издание правительства США. Документы находятся в общественном достоянии и не защищены авторским правом в США. Тем не менее, обратите особое внимание на отдельные работы, чтобы убедиться, что не указаны ограничения авторского права.Отдельные работы могут потребовать получения других разрешений от первоначального правообладателя.

Влияние размера зерна и термообработки на ударную вязкость при низких температурах среднеуглеродистой ковочной стали

Rosenberg, S.J .; Гагон, Д.Х.

Подключаемый модуль Adobe Acrobat 9.0 Paper Capture 2011-01-20T10: 54: 23-05: 00 Adobe Acrobat 9.02012-04-27T10: 16: 15-04: 002012-04-27T10: 16: 15-04: 00uuid: d7716a96-4d44 -4b72-bc4a-83b3618ce54buuid: 22f059ac-458d-4f6f-bfc2-8faf20968ae9uuid: d7716a96-4d44-4b72-bc4a-83b3618ce54bdefault1

сконвертирован в формат ad: 2ccbb7fbdcd6-db2fcb128dcd6-db2fcbb12d3 / PDF : 10-04: 00

False1B

http: // ns.adobe.com/pdf/1.3/pdf Adobe PDF Schema

internal Объект имени, указывающий, был ли документ изменен для включения информации о треппинге TrappedText

http://ns.adobe.com/xap/1.0/mm/xmpMMXMP Media Management

внутренний идентификатор на основе UUID для конкретного воплощения документа InstanceIDURI

внутренний Общий идентификатор для всех версий и представлений документа. Оригинальный документ IDURI

http: // www.aiim.org/pdfa/ns/id/pdfaidPDF/A ID Schema

internalPart of PDF / A standardpartInteger

внутренняя Поправка к стандарту PDF / A amdText

внутренний Уровень соответствия стандарту PDF / A Текст

конечный поток endobj 173 0 объект > endobj 210 0 объект [>] endobj 206 0 объект > endobj 203 0 объект > endobj 204 0 объект > endobj 205 0 объект > endobj 207 0 объект > endobj 208 0 объект > endobj 26 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 32 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 39 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 46 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 53 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 60 0 obj > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 67 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 74 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 81 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> endobj 82 0 объект [83 0 R 84 0 R 85 0 R] endobj 87 0 объект > поток

Оптимизация процесса термообработки сверхкритического материала F92Steel

[1] Дж.С. Дин, З.Я. Сяо. Процесс термообработки и механические свойства сверхкритических отливок [J]. Литейная технология, 2009, (8): 1006-1009.

[2] С.Z Zhao., Y.H. Ван, С.С. Вэй и др. Оптимизация процесса термообработки жаропрочной стали для сверхкритических турбин [J]. Технические материалы, 2006, (10): 88-90.

[3] ГРАММ.Он, H.B. Ван, В. Цай. Материал и свойства нержавеющей стали 1Cr11MoNiW1VNbN для сверхкритических турбин [J]. Технология и оборудование для термообработки, 2007, (10): 45-51.

[4] Л.С. Ма, Ю. X. Чжун, Q.X. Ма, Юань К.Л., Л.Ф. Донг. Влияние δ-феррита на ударную вязкость сверхкритической роторной стали с содержанием 12% Cr [Дж]. Журнал Университета Цинхуа (естественные науки), 2008, 48 (11): 1711-171.

[5] С.Л. Ду, X.T. Хуэй, штаб-квартира Ян и др. Проверка свойств и исследование сварного соединения самодельной жаропрочной стали Ф92 [Дж]. Котельная техника, 2009, 40 (3): 52-57.

Термическая обработка стали

Термическая обработка стали

Термическая обработка стали

Из Руководства по машинному оборудованию
издания 1924 г. Это раздел 3 из 7

Две иллюстрации нарисованы в SuperPaint, а остальные как отсканированные.В книге они выглядели лучше.

Авторское право: истекло.

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: НЕ НАПИСЫВАЙТЕ СОВЕТЫ ПО ДАННЫМ ВЕЩЕСТВАМ. НЕТ НИКАКОГО.
Подробное содержание
Первый раздел: Печи и ванны для нагрева стали
Предыдущий раздел: Пирометры
Следующий раздел: Закалка

Закалка

Критические температуры. — «Критическими точками» углеродистой инструментальной стали являются температуры, при которых происходят определенные изменения химического состава стали как во время нагрева, так и во время охлаждения.Сталь при нормальных температурах имеет свой углерод (который является главным упрочняющим элементом) в определенной форме, называемой перлитным углеродом , и если сталь нагревается до определенной температуры, происходит изменение, и перлит становится мартенситом или упрочняющим углеродом. Если дать стали медленно остыть, твердеющий углерод снова превратится в перлит. Точки, в которых происходят эти изменения, — это декалесценция и рекалесценция или критические точки, и влияние этих молекулярных изменений следующее: когда кусок стали нагревается до определенной точки, он продолжает поглощать тепло без заметного повышения температуры, хотя его непосредственное окружение может быть горячее стали.Это точка падения . Аналогичным образом, при медленном охлаждении стали от высокой температуры при определенной температуре температура на самом деле повысится, хотя окружающая среда может быть более холодной. Это происходит в точке восстановления . Точка повторного выпадения ниже, чем точка затухания, где-то от 85 до 215 градусов по Фаренгейту, и более низкая из этих точек не проявляется, если сначала полностью не пройдена более высокая. Эти критические точки имеют прямое отношение к закалке стали.Пока не будет достигнута температура, достаточная для достижения точки декалесценции, так что перлитный углерод превращается в упрочняющий углерод, никакого упрочняющего действия не происходит; и если сталь не охлаждают внезапно, прежде чем она достигнет точки рекалесценции, предотвращая, таким образом, обратное превращение от упрочнения до перлитного углерода, закалка не может произойти. Критические точки различаются для разных видов стали и в каждом случае должны определяться испытаниями. Именно изменение критических точек приводит к необходимости нагревания различных сталей до разных температур при закалке.

Определение температуры затвердевания. — Температура, при которой происходит декалесценция, зависит от количества углерода в стали и также выше для быстрорежущей стали, чем для обычной тигельной стали. Точка декалесценции любой стали указывает на правильную температуру закалки, и сталь следует удалять от источника тепла, как только она будет равномерно нагрета до этой температуры. Нагрев детали немного выше этой точки может быть желательным либо для обеспечения полного структурного изменения, либо для учета любой небольшой потери тепла, которая может произойти при передаче работы из печи в закалочную ванну.Когда сталь нагревается выше температуры декалесценции, она становится немагнитной. Если сталь нагреть до ярко-красного цвета, она не будет иметь притяжения для магнита или магнитной иглы, но примерно при «вишнево-красном» она восстанавливает свои магнитные свойства. Это явление иногда используют для определения правильной температуры затвердевания, и рекомендуется использовать магнит, если пирометр недоступен. Единственный момент, требующий суждения, — это продолжительность времени, в течение которого сталь должна оставаться в печи после того, как она стала немагнитной, поскольку время зависит от размера куска.При применении теста магнитной иглы убедитесь, что игла не притягивается щипцами.

Правильная температура закалки для любой углеродистой стали может быть точно определена с помощью пирометра. Устройство, часто используемое для испытания стальных образцов, состоит из небольшой электропечи, в которой нагревают образец, и специального пирометра с термопарой (см. «Пирометры») для индикации диапазона температур, через который проходит сталь. Пирометр состоит из термопары, соединительных проводов и индикаторного счетчика.Термопара изготовлена ​​из тонкой проволоки, чтобы легко реагировать на любое небольшое изменение температуры. При испытании стального предмета с помощью этого прибора температура, показываемая измерителем, равномерно повышается до тех пор, пока не будет достигнута точка опадания. При этой температуре индикаторная стрелка счетчика остается неподвижной, добавленное тепло расходуется на внутренние изменения. Когда эти изменения завершены, температура снова повышается, продолжительность прошедшего периода зависит от скорости нагрева.Следует внимательно следить за температурой, при которой возникает эта пауза в движении указателя. Чтобы получить нижнюю критическую точку, сначала температуру повышают примерно на 100 градусов по Фаренгейту выше точки опадения; затем сталь вынимают из печи и дают ей остыть. Снижение температуры сразу видно по опусканию стрелки измерителя, а при температуре несколько ниже точки декалесценции снова наблюдается заметное отставание в движении стрелки.Температура, при которой движение полностью прекращается, является точкой восстановления. Сразу после этого может произойти небольшое движение стрелки вверх. Во время этих интервалов температурного запаздывания, как во время нагрева, так и во время охлаждения, могут происходить небольшие колебания температуры; следовательно, при проведении испытания следует учитывать определенную точку в каждом из этих интервалов, причем обе критические температуры измеряются в момент, когда стрелка впервые становится неподвижной.

Хотя можно закалить сталь в диапазоне температур около 200 градусов и получить то, что может показаться хорошими результатами, наилучшие результаты достигаются в очень узком диапазоне температур, близких к точке декалесценции.Температура закалки как для низковольфрамовой, так и для углеродистой стали может быть определена с точностью, и полное изменение от мягкой к твердой происходит в диапазоне 10 градусов по Фаренгейту или меньше. После повышения температуры более чем на 35-55 градусов по Фаренгейту выше точки затвердевания твердость стали снижается за счет более высокой температуры, при условии, что нагрев достаточно продолжителен для того, чтобы сталь была полностью нагрета.

Ванны для закалки или закалки. — Когда сталь, нагретая выше критической точки, погружается в охлаждающую ванну, скорость поглощения тепла ванной влияет на степень твердости; следовательно, для разных видов работ используются разные виды ванн.Обычно используется чистая холодная вода и иногда заменяется рассол для повышения степени жесткости. Ванны из спермы [китового жира] и жира используются для закаливания пружин, а сырое льняное масло отлично подходит для резаков и других мелких инструментов. Воздействие ванны на сталь зависит от ее состава, температуры и объема. Ванна должна быть достаточно большой, чтобы быстро рассеивать тепло, а температуру следует поддерживать постоянной, чтобы последующие изделия охлаждались с одинаковой скоростью.Более высокая жесткость получается при закалке в солевом растворе и меньше в масле, чем при использовании воды. Это связано с разницей в теплоотводящих качествах этих веществ. Когда используется вода, она должна быть «мягкой», так как с «жесткой» водой будут получены неудовлетворительные результаты. Если погрузить тонкие кусочки в рассол, существует опасность растрескивания из-за внезапного охлаждения.

Температура закалочной ванны во многом зависит от полученной твердости.В некоторых экспериментах пруток, закаленный при 41 градусе по Фаренгейту, показал склероскопическую твердость 101. Кусок из того же прутка, закаленный при 75 градусов по Фаренгейту, имел твердость 96, в то время как, когда температура воды была повышена до 124 градусов по Фаренгейту. ., пруток был определенно мягким, его твердость составляла всего 83. Чем выше температура закалочной воды, тем ближе ее действие к маслу, и если кипяток используется для закалки, он будет иметь эффект даже нежнее, чем у масла; фактически, это оставило бы сталь почти мягкой.В масляных ваннах перепады температуры мало влияют на степень жесткости. Детали неправильной формы иногда закаливают в несколько нагретой водяной бане, чтобы предотвратить внезапное охлаждение и растрескивание. Водяная баня с одним или двумя дюймами масла наверху иногда используется с преимуществом для инструментов, сделанных из высокоуглеродистой стали, поскольку масло, через которое сначала проходит работа, снижает внезапное воздействие воды.

Детали неправильной формы следует погружать так, чтобы самая тяжелая из самых толстых частей попадала в ванну первой.После погружения закалываемую деталь следует взболтать в ванне; перемешивание снижает тенденцию к образованию парового покрытия на определенных поверхностях, и достигается более равномерная скорость охлаждения. Никогда не опускайте изделие на дно ванны, пока оно не остынет. Охлаждение быстрорежущей стали для упрочнения осуществляется воздушным потоком или масляной ванной. Также используется как пресная, так и соленая вода, хотя, как правило, вода не должна использоваться для быстрорежущей стали. Различные масла, такие как хлопковое, льняное, сало, китовое масло, керосин и т. Д., также работают; многие предпочитают хлопковое масло. Льняное семя не может стать липким, а сало имеет тенденцию становиться прогорклым. Китовый жир или рыбий жир дают удовлетворительные результаты, но имеют неприятный запах, хотя его можно преодолеть, добавив около трех процентов тяжелого «темперирующего» масла.

Закалочный раствор, состоящий из 3-процентной серной кислоты и 97 процентов воды, сделает инструменты из закаленной углеродистой стали яркими и чистыми. Эта ванна иногда используется для сверл и разверток, которые нельзя полировать в канавках после закалки.Еще один метод очистки сверл и подобных инструментов после затвердевания — протравить их в растворе из 1 части соляной кислоты и 9 частей воды. Еще один метод заключается в использовании нагревательной бани, состоящей из 2 частей хлорида бария и 3 частей хлорида калия. Этот метод подходит для разверток и инструментов, которые не подлежат полировке в канавках после закалки.

Ванны закалки масляные. — Масло очень широко используется в качестве закалочной среды, поскольку оно обеспечивает наилучшее соотношение твердости, вязкости и коробления для стандартных сталей.Специальные компаундированные масла растворимого типа теперь используются во многих растениях вместо таких масел, как рыбий жир, льняное масло, хлопковое масло и т. Д. Растворимые свойства позволяют маслу образовывать эмульсию с водой. Хорошее масло для закалки должно иметь достаточно высокую температуру вспышки и воспламенения, чтобы быть безопасным в используемых условиях, а 350 градусов по Фаренгейту должны быть примерно минимальной точкой. Удельная теплоемкость масла регулирует твердость и ударную вязкость закаленной стали, и чем больше удельная теплоемкость, тем тверже будет сталь.Удельная теплота закалочных масел варьируется от 0,20 до 0,75, удельная теплота рыбьих, животных и растительных масел обычно составляет от 0,2 до 0,4, а растворимых и минеральных масел — от 0,5 до 0,7. Масло не должно содержать воды, смол при использовании, иметь неприятный запах или прогоркнуть. Очень многие предприятия используют парафин и минеральные масла для закалки, а некоторые используют сырое жидкое топливо. Количество стали, которое может быть закалено на галлон масла, зависит от текучести масла или его дренирующих свойств.Так называемые «охлаждающие свойства» — это способность масла быстро отводить тепло от стали и затем излучать собственное тепло в атмосферу.

Емкости для закалочных ванн. — Основной момент, который следует учитывать при использовании закалочной ванны, — поддерживать ее при постоянной температуре, чтобы каждая последующая закаленная деталь подвергалась одинаковому нагреву. Следующее соображение — поддерживать ванну в возбужденном состоянии, чтобы в разных местах не было разной температуры; если тщательно перемешать и держать в движении, как в случае с ванной, показанной на рис.1, нет необходимости даже держать детали в движении в ванне, так как маловероятно образование пара вокруг закаленных деталей. Опыт доказал, что если изделие удерживать неподвижно в тщательно взволнованной ванне, оно выйдет намного ровнее, чем если бы его перемещали в ванне без волнения. Это важный момент, особенно при закалке длинных деталей. Кроме того, нелегко удерживать в движении тяжелые и длинные предметы, если это не делается механическими средствами.

На рис.1 показан резервуар для воды или солевого раствора для закалочных ванн. Вода нагнетается насосом или другими средствами через подающую трубку в промежуточное пространство между внешним и внутренним резервуарами. Из промежуточного пространства он проталкивается во внутренний резервуар через отверстия, как показано. Вода возвращается в резервуар для хранения, переливаясь из внутреннего резервуара во внешний, а затем через переливную трубу, как показано. На рис. 3 показан другой резервуар для воды или рассола более распространенного типа. В этом случае вода или рассол откачиваются из резервуара для хранения и непрерывно возвращаются в него.Если в накопительном баке содержится большой объем воды, то специальные средства для охлаждения не нужны. В противном случае необходимо предусмотреть охлаждение воды после ее прохождения через резервуар. Ванна приводится в движение силой, с которой в нее закачивается вода. Отверстия в точке A, просверлены под углом, чтобы вода стекала к центру резервуара. На фиг. 2 показан резервуар для закалки в масле, в котором вода циркулирует во внешнем окружающем резервуаре для поддержания охлаждения масляной бани.Воздух нагнетается в масляную ванну, чтобы поддерживать ее перемешивание. На рис. 6 показан комбинированный резервуар для воды и масла. Масло охлаждается за счет проходящего через него змеевика, в котором циркулирует вода, которая позже попадает в резервуар для воды. Водяная и масляная ванны в этом случае не перемешиваются.

Иллюстрации: Рис. 3-4-5
На Рис. 4 показан обычный тип закалочного резервуара, охлаждаемого водой, проталкиваемой через змеевик трубы. Его можно использовать для масла, воды или рассола. На рис. 5 показан резервуар для закалки аналогичного типа, но с двумя витками трубы.Вода протекает через один из них, а пар — через другой. Таким образом можно поддерживать постоянную температуру ванны.

Закалка быстрорежущей стали. — Быстрорежущая сталь должна быть нагрета до гораздо более высокой температуры, чем углеродистая сталь. Для углеродистой стали достаточно температуры от 1400 до 1600 градусов по Фаренгейту; для быстрорежущей стали требуется от 1800 до 2200 градусов по Фаренгейту. Обычный метод закалки инструмента из быстрорежущей стали, такого как токарный или строгальный инструмент, заключается в медленном нагревании режущего конца до температуры около 1800 градусов по Фаренгейту., а затем быстрее примерно до 2200 градусов по Фаренгейту, или до тех пор, пока конец не достигнет ослепительно белого каления и не покажет признаки таяния. Затем острие инструмента охлаждают, либо погружая его в ванну с маслом (например, льняное или хлопковое), либо помещая конец в струю сухого воздуха. Когда используется масляная закалочная ванна, ее температура варьируется от комнатной до 350 градусов по Фаренгейту, в зависимости от используемой стали. Точная обработка различается для разных сталей, и рекомендуется следовать указаниям производителей стали.Детали из быстрорежущей стали, которые могут быть повреждены из-за температуры, достаточно высокой для расплавления кромок, упрочняются путем медленного нагрева до максимально возможной степени с последующим охлаждением, как описано. Раньше воздушная продувка рекомендовалась большинством производителей стали, но сейчас широко используется масло. Следует позаботиться о быстрой закалке нагретой стали после удаления от источника тепла. Ванна с хлоридом бария довольно широко использовалась для нагрева инструментов из быстрорежущей стали, обработанных станками, перед закалкой.Хлорид бария образует тонкое покрытие на стали, которое, таким образом, защищено от окисления при переносе из нагревательной ванны в охлаждающую. Однако испытания показали, что ванны с хлоридом бария имеют определенные недостатки для нагрева быстрорежущей стали перед закалкой, поскольку, если сталь нагревается до требуемой температуры, поверхность инструмента в некоторой степени размягчается. Эти тесты показывают, что всякий раз, когда эта соль используется в качестве нагревательной бани, температура не должна подниматься выше 2050 градусов по Фаренгейту.Когда от режущих кромок инструментов отшлифовано около 0,010 дюйма, влияние нагрева в хлориде бария может быть незначительным. (См. «Недостатки барино-хлоридной ванны».)

Очень удовлетворительные результаты в закалке инструментов из быстрорежущей стали, таких как фрезы, сверла и т. Д., Были получены с помощью следующего метода: первый предварительный нагрев в газовой печи печного типа до температуры от 1300 до 1500 градусов по Фаренгейту; затем перенесите сталь в другую газовую печь, имеющую температуру примерно от 2000 до 2200 градусов по Фаренгейту.; когда сталь достигнет этой температуры, закалите ее в металлической солевой ванне, имеющей температуру от 600 до 1200 градусов по Фаренгейту, в зависимости от типа используемой быстрорежущей стали. Закалываемую деталь следует энергично перемешивать в ванне, пока она не достигнет температуры ванны; затем охлаждают, желательно на воздухе, и не требуют дальнейшего отпуска; или его можно поместить прямо в темперирующее масло, которое должно иметь температуру от 100 до 600 градусов по Фаренгейту.Затем температура в ванне для отпуска постепенно повышается до температуры, необходимой для отпуска. Соляная ванна, используемая для закалки, должна содержать хлорид кальция, хлорид натрия и ферроцианид калия в пропорциях, зависящих от требуемого тепла. Для обработки металлической солевой ванны для различных видов стали требуются разные температуры. После того, как закалка инструмента была втянута в масло, работа погружается в емкость с едким натром, а затем в горячую воду. Это удалит все масло, которое могло приставать к инструментам, и этот метод применим ко всем инструментам после закалки.

Процесс Тейлора-Уайта. — Этот процесс закалки быстрорежущей стали вкратце заключается в следующем: первый метод, широко известный как «высокотемпературная обработка», осуществляется путем медленного нагрева инструмента до 1500 градусов по Фаренгейту, а затем быстрого от этой температуры до температуры чуть ниже точки плавления, после чего инструмент быстро охлаждается ниже 1550 градусов. В этот момент охлаждение продолжается либо быстро, либо медленно до температуры воздуха. Важно избегать повышения температуры в период охлаждения.Вторая, или «низкотемпературная обработка», заключается в повторном нагреве инструмента, который прошел высокотемпературную обработку, до температуры от 700 до 1240 градусов по Фаренгейту, предпочтительно в свинцовой ванне, в течение пяти минут. Затем инструмент быстро или медленно охлаждают до температуры воздуха.

Термическая обработка пружинной стали. — На заводе Baldwin Locomotive Works был проведен ряд экспериментов для определения влияния различных термических обработок на предел поперечной упругости и модуль упругости сталей, обычно используемых для рессор локомотивов.Исследуемые точки включали эффект отжига, сравнительный эффект закалки в воде или масле и эффект повторного нагрева стали до различных температур после полного охлаждения в воде или масле. В качестве стали для испытаний использовалась базовая мартеновская пружинная сталь следующего состава: углерод — 1,01%; марганец 0,38 процента; фосфор 0,032%; сера 0,032 процента; кремний 0,13%. Было обнаружено, что эта сталь достигает точки опадения при температуре 1360 градусов по Фаренгейту.Предыдущие эксперименты показали, что для отжига его следует нагреть на 40 или 50 градусов выше этой температуры, а для закалки — от 50 до 100 градусов выше точки декалесценции. Для экспериментов использовались следующие температуры: для отжига 1400 градусов по Фаренгейту; для закалки в масле, 1450 градусов по Фаренгейту; для закалки в воде — 1425 градусов по Фаренгейту. Полученные результаты приведены в таблице «Результаты испытаний пружинной стали».

Как видно из таблицы, наивысший достижимый предел упругости при нагреве до 1450 градусов и закалке в масле составил 187 400 фунтов на квадратный дюйм, что было получено, когда отпуск не подвергался вытяжке после закалки.Чем выше температура отпуска, тем ниже упал предел упругости. Когда сталь закаливалась в воде при температуре 1425 градусов по Фаренгейту и не подвергалась отпуску, она была хрупкой и ломалась при отклонении на 0,175 дюйма. Повышение температуры до 600 градусов по Фаренгейту после затвердевания в воде дало предел упругости 219 800 фунтов. Когда температура была доведена до 1050 градусов по Фаренгейту, предел упругости упал до 180700 фунтов, но испытательный образец не сломался при прогибе на 1,1 дюйма. Испытания показывают, что модуль упругости практически постоянен и, очевидно, не зависит от термической обработки.Выводы заключаются в том, что сталь с 1% углерода при закалке в холодной воде при ее критической температуре или немного выше, как правило, слишком твердая и хрупкая для изготовления пружин или инструментов. Испытания также показывают, что предел упругости 1% углеродистой стали может быть изменен от 78 500 до 240 800 фунтов на квадратный дюйм путем изменения термообработки, и что очень небольшие изменения температуры при закалке достаточно для влияют на предел упругости стали. Следовательно, для получения хороших результатов необходимо иметь средства для равномерного нагрева стали до надлежащей температуры, а также для охлаждения с желаемой скоростью в среде, температуру и теплопроводность которой можно поддерживать достаточно постоянными.

Результаты испытаний пружинной стали

Закаленный в		Нарисовано в градусах F	Диам. Тестовый образец	Предел упругости	Модуль упругости	Момент инерции	Поломка Прогиб *
Масло, градусы F	Вода, градусы F
1450		560	1.000	137,500	28,700,000	0.04909
1450		500	1.000	160,400	27,150,000	0,04909
1450		400	0,991	177,600	29,080,000	0,04730
1450		не нарисовано	0,993	187 400	28 610 000	0.04772
	1425	1050	0,997	180,700	28,070,000	0,04850
	1425	900	0,998	233,900	28,860,000	0,04870
	1425	750	0,994	240,800	29,220,000	0.04790	0,744
	1425	600	0,991	219,800	30,420,000	0,04736	0,175
	1425	не нарисовано	0,991	219,800	29,960,000	0,04730	0,175
Отожженный в свинце при 1400 град. Ф.			0,991	78,500	27,550,000	0.04730

Местное упрочнение. — Один из методов местного упрочнения состоит в том, чтобы покрыть часть, которая должна оставаться мягкой, тонким металлическим экраном, чтобы предотвратить резкое охлаждение поверхности под прямым воздействием охлаждающей среды. Пар или пар, образующиеся под крышкой, препятствуют проникновению охлаждающей среды до тех пор, пока изделие не остынет в достаточной степени для предотвращения затвердевания; следовательно, желателен довольно свободный экран. Щит должен быть изготовлен из листового железа или стали толщиной ок.29 калибр (0,014 дюйма), для обычных работ. Он состоит из одной или нескольких частей, в зависимости от формы детали, и, когда требуется несколько частей, их можно связать вместе проволокой или заклепками. Конечно, поверхности, подлежащие упрочнению, остаются открытыми. Нагрев должен производиться в печи или миске. Свинцовую ванну использовать не следует, поскольку горячий свинец под экраном вызовет взрыв при охлаждении детали. Закалочная ванна может быть такой же, как и тогда, когда экран не используется.

Местное отверждение также происходит путем нанесения состава под названием «эмелит» на детали, которые должны оставаться мягкими. Этот состав для инструментальной стали представляет собой порошок, который смешивают с горячей водой до образования пасты. Он имеет свойство прилипать к стали и выделять водород (самый большой известный непроводник), когда нагретая сталь погружается в воду. Это заставляет сталь сохранять тепло достаточно долго, чтобы избежать холода, так что она остается мягкой там, где была нанесена эмелит.

Дефекты закалки. — Неравномерный нагрев является причиной большинства дефектов закалки. Трещины круглой формы от углов или краев инструмента указывают на неравномерный нагрев при закалке. Трещины вертикального характера и трещины темного цвета указывают на то, что сталь обгорела и ее следует отправить на свалку. Инструменты с твердыми и мягкими поверхностями были либо неравномерно нагреты, либо неравномерно охлаждены, либо «намокли» — термин, используемый для обозначения длительного нагрева. Инструмент, не полностью перемещенный в закалочной жидкости, будет показывать твердые и мягкие места и иметь тенденцию к растрескиванию.Инструменты, которые затвердевают, просто бросая их на дно резервуара, иногда имеют мягкие места из-за контакта с полом или стенками резервуара. Перед закапыванием их следует тщательно охладить. если инструмент кажется мягким и не затвердевает, возможно, он обезуглерожился на поверхности из-за слишком сильного нагрева или слишком длительного замачивания. Чтобы инструмент полностью затвердел, поверхность необходимо удалить. Инструменты иногда бывают мягкими, потому что охлаждающая ванна недостаточно велика для закаленных инструментов и становится слишком горячей после закалки нескольких деталей.

Перегретая сталь. — Перегретая сталь, которая на самом деле не сгорела, может быть частично восстановлена ​​путем нагревания до надлежащего тепла и возможности медленно остыть в горячем золе или песке; в холодном состоянии сталь снова закаляется при соответствующей температуре закалки. Инструменты, обработанные таким образом, не так хороши, как при надлежащей термической обработке, но они частично восстанавливаются, и если перегрев изначально имел место при ковке, риск растрескивания при закалке будет снижен за счет применения упомянутого процесса.При нагреве инструментальной стали необходимо следить за тем, чтобы фурма кузни была хорошо закрыта; инструмент, находящийся в прямом контакте с воздушной струей, обгорит поверхность, при затвердении покажет мягкие места и сильно изнашивается при использовании.

Шкала закаленной стали. — Образование накипи на поверхности закаленной стали связано с контактом кислорода с нагретой сталью; следовательно, чтобы предотвратить образование накипи, нагретая сталь не должна подвергаться воздействию воздуха. При использовании печи для нагрева духовки пламя необходимо регулировать так, чтобы его не было видно в камере нагрева.Нагретая сталь должна как можно меньше подвергаться воздействию воздуха при переносе ее из печи в закалочную ванну. Старый метод предотвращения накипи и сохранения чистоты штамповки заключается в следующем: заполните слепок штампа порошкообразной борной кислотой и поместите рядом с огнем, пока кислота не растает; затем добавьте еще немного кислоты, чтобы обеспечить покрытие всех поверхностей. Затем матрицу закаляют обычным способом. Если борная кислота не полностью удаляется в ванне для закалки, погрузите изделие в кипящую воду.Плашки, закаленные этим методом, считаются такими же прочными, как и штампы, нагретые без кислоты. Подробное содержание
Первый раздел: Печи и ванны для нагрева стали
Предыдущий раздел: Пирометры
Следующий раздел: Закалка

Комментарии к: [email protected] (Eric Bear Albrecht)
Моя домашняя страница

Сварочное воздействие на упрочненную сталь

Как я упоминал в выпуске за сентябрь / октябрь, сварка может сильно повлиять на упрочненные или закаленные металлы, в зависимости от используемой техники закалки.

Методы закалки и сварочные эффекты

Металлы , упрочненные деформацией или деформацией, подвергнутые интенсивной локальной сварке, имеют тенденцию к рекристаллизации и размягчению в зоне термического влияния (HAZ). Если предположить, что используется правильный присадочный металл, единственная затронутая область — это ЗТВ. Добавка и присадочный металл не подвергаются рекристаллизации и остаются такими же прочными, как и основной металл. Это объясняет, почему, когда вы имеете дело со сталью с деформационным упрочнением или деформационной закалкой, отказы обычно происходят в зоне термического влияния непосредственно рядом со сварным швом, а не непосредственно в стыке.

Это особенно верно для холоднокатаной стали, кованого железа и тянутого или прокатанного алюминия. При работе с этими материалами решающее значение имеет конструкция стыков, и вы должны принимать во внимание степень нагрузки, которую готовая деталь будет испытывать при эксплуатации.

Металлы, упрочненные осаждением, претерпевают более сложные изменения, чем упрочненные металлы, но конечный результат аналогичен: ЗТВ проходит цикл отжига и становится мягче. Это потому, что осадок, придающий металлу прочность, растет и сгущается под действием тепла — он стареет.Это снижает эффекты дисперсионного твердения. Чем выше температура, тем быстрее металл достигает перезаряженного или ослабленного состояния. Термическая обработка после сварки может исправить это, если вы тщательно выбираете присадочный металл в соответствии с характеристиками старения основного металла.

Металлы, закаленные твердым раствором , имеют наименьшее количество изменений при сварке. На линии плавления наблюдается небольшой рост зерна, но обычно его недостаточно, чтобы повлиять на свойства металла.

Закаленные трансформацией металлы реагируют во многом так же, как закаленные в твердом растворе металлы, при условии, что они обладают достаточной способностью к закаливанию для образования мартенсита во время термообработки или образования мартенсита при предыдущих термообработках. Температурный профиль трансформационно-упрочненного металла идентифицирует четыре основных области в ЗТВ, причем подвод тепла определяет как ширину ЗТВ, так и ширину каждой области.

Чем выше погонная энергия, тем шире зона термического влияния и тем ниже скорость охлаждения.Более медленные скорости охлаждения менее склонны к образованию мартенситных областей. Следовательно, вы можете уменьшить хрупкость шва после сварки путем предварительного нагрева, чтобы снизить скорость охлаждения, хотя вам также может потребоваться дополнительный нагрев сварного шва для дальнейшего замедления охлаждения. Это также означает, что чем тверже ЗТВ, чем больше мартенсита и чем больше мартенсита, тем больше вероятность растрескивания.

Преимущества термической обработки

Из-за всего этого термическая обработка после сварки часто очень полезна для поддержания прочности сварного соединения, поскольку она смягчает или закаляет любой мартенсит или бейнит, образовавшийся в ЗТВ.Он также снимает напряжения, которые могут привести к растрескиванию.

Фактически, правильная термообработка может изменить размер зерна; изменить пластичность, твердость, ударную вязкость или предел прочности на разрыв; улучшить магнитные или электрические свойства и обрабатываемость; снимать напряжение; перекристаллизовать холоднодеформированные металлы; и даже изменять химический состав и свойства поверхности металла (цементирование).

Главное — правильно выполнить термообработку: это нечто большее, чем просто поднести сталь к стали и дать ей немного остыть.Критические факторы термообработки — это то, что вы могли ожидать: температура, время и скорость охлаждения. Конечно, химический состав окружающих материалов также влияет на эффективность.

Методы и советы по термообработке

Когда дело доходит до контролируемого нагрева металла, есть несколько способов сделать это, в том числе кислородные или топливно-воздушные горелки и цветные карандаши для индикации температуры, нагрев в печи, индукционный нагрев, нагрев электрическим сопротивлением, природный газ или соль с электрическим нагревом. или ванна с расплавленным металлом.

Существует также ряд методов контролируемого охлаждения, включая постепенное охлаждение печи, охлаждение на неподвижном воздухе, охлаждение в перемешиваемом воздухе, охлаждение с помощью вентилятора, водяное охлаждение и охлаждение металла, погруженного в песок.

Но с точки зрения нагрева и охлаждения контроль имеет решающее значение. То есть возможность контролировать, насколько медленно (или быстро) деталь нагревается, а также температуру, до которой она нагревается, как долго она выдерживается при этой температуре и сколько времени требуется, чтобы снова остыть до комнатной температуры.И спецификации для всех этих переменных зависят не только от металла, но и от того, что вы хотите получить при термообработке.

Например, вы можете захотеть смягчить металл, чтобы упростить механическую или холодную обработку или снять внутренние напряжения при сварке или формовке. Это осуществляется путем отжига, в основном четырехэтапного процесса, который включает:

1. Нагрев металла до температуры на 50–100 градусов по Фаренгейту выше температуры этого металла A ₃ .
2. Выдержка металла при этой температуре в течение одного часа на дюйм толщины.
3. Медленное охлаждение в печи с минимально возможной скоростью до температуры на 50 градусов ниже ее температуры A ₁ .
4. Охлаждение металла до комнатной температуры.

Тепловая пропитка выравнивает температуру по всему металлу и делает его полностью аустенитным. Поскольку он очень медленно охлаждается, аустенит превращается в феррит и перлит, и металл достигает самого мягкого состояния с малым размером зерна, хорошей пластичностью и отличной обрабатываемостью.

Нормализация — это еще один метод термической обработки, который часто используется для подготовки металла к будущей термообработке.Нормализация может повысить однородность внутренней структуры металла, улучшить пластичность и снизить внутренние напряжения. И хотя это действительно делает металл более мягким, это не делает его таким же мягким, как полный отжиг. Нормализация включает в себя нагрев металла до температуры, немного превышающей его температуру ₃ , выдержку ее до образования аустенита и затем медленное охлаждение на неподвижном воздухе.

Термическое снятие напряжения — это именно то, о чем говорится: термическая обработка для снятия внутреннего напряжения. Он включает нагрев металла до температуры ниже нижней температуры превращения (A ₁ ), выдержку его там достаточно долго, чтобы снять заблокированные напряжения, а затем медленное охлаждение.Иногда это называют технологическим отжигом.

Для стали, снимающей напряжение, наиболее распространенный диапазон температур составляет от 1100 до 1150 градусов по Фаренгейту. Этого достаточно, чтобы снизить остаточные напряжения текучести на 80 процентов, но достаточно мало, чтобы предотвратить любые металлургические изменения в большинстве сталей. Вы можете получить до 90 процентов снятия напряжения, нагревая металл до температуры чуть ниже критической, но некоторые стали могут стать хрупкими после снятия термического напряжения при этих температурах.

Это охватывает основы того, как сварка влияет на термически обработанные металлы, и некоторые способы противодействия этим эффектам с помощью методов термической обработки.В следующий раз мы вернемся к некоторой теории и начнем более внимательно рассматривать специфику металлургии.