В каком масле закаляют сталь

Закалка — термическая обработка, заключающаяся в нагреве заготовки выше критических точек, выдержке и быстром охлаждении с целью получения неравновесной структуры (табл. 1.13). При этом охлаждение должно осуществляться со скоростью больше критической.

Таблица 1.13

Характеристики, выполнение и назначение закалки

С полиморфным превращением

Без полиморфного превращения

Сопровождается полиморфным превращением (изменение типа кристаллической решетки) при нагревании и охлаждении

Обеспечивается необходимое растворение вторичных фаз при отсутствии полиморфного превращения

Нагрев выше определенных температур (критических точек), выдержка для прогрева и быстрое охлаждение со скоростью, достаточной для подавления диффузионных превращений

Цель и назначение

Получение пересыщенного твердого раствора, т.с. неравновесной структуры

В большинстве случаев не является окончательной операцией, а предшествует отпуску или старению

Непрерывная, прерывистая, ступенчатая, изотермическая, с обработкой холодом

Непрерывная, ступенчатая, изотермическая

Основная цель закалки — получение высокой твердости, прочности и износостойкости.

На результаты закалки оказывают влияние два основных фактора: скорость охлаждения и температура нагрева.

Требуемая скорость охлаждения обеспечивается выбором охлаждающей среды. Из кривой изотермического распада аустенита (см. рис. 1.35) следует, что быстрое охлаждение необходимо в районе наименьшей устойчивости аустенита (550 °С) и, наоборот, в интервале мартенситного превращения особенно желательно замедленное охлаждение, чтобы к значительным структурным напряжениям (обусловленным увеличением объема при а-превращении) не прибавились термические, возникающие в результате быстрого охлаждения.

В качестве закалочных сред наиболее часто применяют воду, масло, расплавы солей и щелочей, синтетические закалочные среды.

Вода и водные растворы отличаются высокой интенсивностью охлаждения как в области наименьшей устойчивости аустенита, так и в области мартенситного превращения. Это отрицательно сказывается на прочности закаленной стали, является причиной деформации и трещинообразования вследствие появления больших внутренних напряжений, особенно в крупных изделиях. Различные добавки (сода, поваренная соль, едкий натр) могут увеличить или уменьшить (мыло, эмульсия, глицерин) охлаждающую способность воды. Вода и водные растворы применяются при закалке углеродистых сталей.

Масло характеризуется пониженной по сравнению с водой и водными растворами скоростью охлаждения в интервале температур мартенситного превращения и применяется для сталей с пониженной критической скоростью закалки, г.е. при закалке легированных сталей или малогабаритных изделий из углеродистых сталей.

Особенность масла как закалочной среды заключается в ухудшении его свойств в процессе эксплуатации. Это связано с окислением масла при контакте с нагретой поверхностью изделия, взаимодействием с окислами металла, изменением закаливающей способности при изменении температуры. Для восстановления закалочных характеристик масло специально обрабатывают или освежают путем добавки повой порции.

Расплавы солей и щелочей применяются для осуществления закалки в горячих средах и достаточно широко используются при термической обработке деталей машин и инструмента. В ряде случаев применение этих сред позволяет получить комплекс более высоких механических свойств и светлую поверхность изделия.

Синтетические закалочные среды получают путем растворения в воде синтетических присадок, позволяющих изменить охлаждающие свойства воды в широком диапазоне. К числу этих присадок относятся поливиниловый спирт, эфир, метилцеллюлоза, аквапласт и др. Преимуществом данных сред является полезное сочетание скоростей охлаждения: высокая скорость в перлитной области и малая — в области мартенситного превращения, высокая стабильность размеров и свойств закаливаемых изделий, устранение трещинообразования.

Независимо от выбора закалочной среды, если охлаждение производится со скоростью v > пкр, в стали образуется структура мартенсита, обеспечивающая наиболее высокую твердость. Если же скорость охлаждения v 2 , а время нагрева незначительно (2. 50 с). Описанное явление называется поверхностным эффектом. Около 90 % энергии, выделяющейся в слое толщиной х, находится в следующей зависимости от частоты /, магнитной проницаемости р. и электрического сопротивления р нагреваемого металла:

После нагрева детали 1 индуктор 2 отводится и закаливаемая поверхность подвергается омыванию струями воды спрейера 3 (рис. 1.46, б, I). Длинная деталь 1 вдвигается с определенной ско-

Рис. 1.46. Индукционный нагрев ТВЧ:

а — схема нагрева; б — закалка: / — при одновременном нагреве всей закаливаемой поверхности; II — при непрерывно последовательном нагреве: 1 — изделие; 2 — индуктор; 3 — спрейер; 4 — силовые линии магнитного поля ростью в индуктор 2, а затем в снрейер 3, одновременно нагреваясь и охлаждаясь при закалке (рис. 1.46, б, II). Изложенное выше свидетельствует о высокой производительности и управляемости процесса поверхностной закалки ТВЧ.

Источник: studref.com

Закалка металла

Закалка металла применяется для увеличения его прочностных характеристик. Об этом знали еще древние кузнецы, когда ковали боевые мечи и орудия труда. Ранее для этого применялась самая простая закалка: металл раскаляли в печи, придавали ему необходимую форму молотом, а затем опускали в бочку с водой. Резкое температурное охлаждение увеличивало прочность.

Сегодня для закалки металла применяется множество методов, и большинство из них не подразумевает образования большого количества пара. Кроме того, такая обработка проводится и для измельчения зерна и выравнивания структуры стали, что особенно актуально для изготовления высокоточных инструментов (например, скальпелей) или же ножей. Давайте же поговорим о способах и целях закалки металла более подробно.

Суть процесса закалки металла

Для того чтобы сделать сплав прочнее и тверже, его подвергают термообработке. Это и есть закалка металла. В основном, она используется при работе с углеродистыми и легированными сталями, однако иногда применяется для цветных, в которые входят медь, латунь, бронза, а также сплавы алюминия и титана. Последние в результате закалки и отжига могут вместо повышения прочностных характеристик стать более пластичными, поэтому для них делают отпуск. Этот метод помогает снять напряжение с цветных металлов после таких процессов, как отливка, волочение, прокатка и штамповка.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Закалка металла – это длительный процесс, в ходе которого углеродистая сталь претерпевает ряд изменений. Вследствие ее нагрева становятся новыми форма, структура, состав и даже элементы кристаллической решетки. Реакция начинается при критической температуре +723 °C с разложения цементита и образования в железе раствора углерода. Получившаяся форма называется аустенитом и необходима для правильной закалки металла. По мере постепенного охлаждения в изделии происходит процесс, обратный ранее описанному распаду, и оно получает свои изначальные свойства.

Если остужать металл быстро, то можно добиться получения совсем других характеристик, поскольку аустенит приобретает иные состав и структуру кристаллической решетки. Основные фазовые состояния, в которые он переходит: перлит, сорбит, троостит и мартенсит. Каждому из них соответствует своя структура, которая получается путем использования определенных пиковых температур и скорости охлаждения. Процесс закалки металла определяется свойствами, которыми сплав должен обладать в результате.

Рекомендуем статьи

• Производство изделий из металла
• Травление металла: описание технологии, виды, инструкция по применению
• Виды коррозии металлов: классификация, способы защиты

Наибольшую твердость имеет сталь в состоянии мартенсита. Данный тип закалки применяется при изготовлении режущих инструментов (для использования в быту, промышленности и т. д.) и усилении прочности деталей, которые впоследствии будут подвергаться трению (втулки, шестерни, валы и пр.).

В состоянии троостита, помимо твердости, сталь получает и упругость. Это используется при изготовлении рессор, амортизаторов, ударного инструмента. Если же, помимо вышеназванных свойств, изделию необходимо добавить вязкости и износостойкости, сталь прокаливают до состояния сорбита. Сплав с получившейся структурой используют в рельсовой промышленности и при создании элементов конструкций, испытывающих динамические нагрузки.

Указанные фазовые состояния доступны для всего ряда углеродистых сталей. Однако достигаются они при разных условиях. Для каждой марки имеются свои температурные пределы и темпы охлаждения.

Закалка металла делится на виды согласно источнику нагрева и формату охлаждения. В настоящий момент широко распространены в качестве инструмента термообработки муфельные печи. В них можно поместить объект различных габаритов. Однако в поточном производстве предпочтительно использование индукционной закалки металла, благодаря которой сталь быстро нагревается высокочастотным током, за счет чего достигаются высокие количественные показатели на выходе.

Для обработки только внешних слоев изделий применяется поверхностная закалка металла. С ее помощью можно добавить изделию необходимые эксплуатационные свойства. Для быстрого и сильного прогрева используется бюджетная газопламенная горелка. Однако более точечно или послойно прокаливает сталь маломощная лазерная.

Вид охлаждения также зависит от используемой с целью остужения среды и этапов обработки, в которые может входить отпуск сплава. Однако, например, при изотермических типах прогрева последнее не требуется.

5 способов закалки металла

Тип термообработки определяется сортом стали. Инструментальная проходит полный цикл, цветная – неполный.

Также способ закалки зависит от того, сколько источников охлаждения планируется использовать в процессе – один или больше. В связи с этим выделяют следующие типы термообработки:

Закалка металла в одном охладителе

Применяется для мелких несложных деталей из углеродистой и легированной стали. Процесс прост: сначала изделие прогревают, потом опускают в жидкость с меньшей температурой. Детали из углеродистой стали размером 2–5 мм охлаждают в воде, более мелкие элементы и легированная сталь остывают в масле.

Закалка с подстуживанием

Используется для стабилизации молекулярной структуры, чтобы уменьшить разницу между поверхностным натяжением и внутренним сжатием. В противном случае изделие станет хрупким. Элемент перед охлаждением в жидкости некоторое время держат на воздухе, однако его температура не должна опуститься 0,8 К по диаграмме «железо-углерод».

Прерывистая закалка

Применяется для обработки высокоуглеродистой стали. Используется закалка металла сначала в воде, затем, в зависимости от состояния, в масле или на воздухе. Предварительно изделие разогревается до критической температуры, после чего его остужают в двух средах. В воду сталь помещается на короткое время, точно высчитываемое специалистом, после чего уже на более длительный срок отправляется на воздух или в масло.

Ступенчатая закалка

Используется, когда прерывистую нельзя применить по причине сложности просчета времени погружения в воду детали или необходимо равномерное ее остывание. В таком случае ступенчатая термообработка металла удобней. Закалка происходит в двух средах. Сначала деталь погружают в первую, температура которой выше закалки мартенсита.

Как только слои сплава достигли одинакового уровня тепла, отправляют во вторую. Там металл окончательно переходит в стадию мартенсита.

Изотермическая закалка

Применима к легированным и конструкционным сталям, которые при обработке не проходят полный распад. Термическая закалка металла в данном случае предполагает охлаждение также в двух средах. Однако вместо воды для нее применяют масло или соляную ванну, куда изделие погружают на 30 минут. Затем его оставляют на воздухе. В результате получается высокопрочная сталь в состоянии бейнита с 20% насыщенного углеродом аустенита.

Выбор охлаждающей среды

С давних времен закалка мечей и тонкостенных изделий производилась в соляных растворах. Нагрев осуществлялся при помощи печей, а в процессе работы использовалась температура, выделявшаяся за счет деформации.

Закалка металла своими руками предполагала индивидуальное охлаждение каждого инструмента. Остужение производили в урине рыжеволосых мужчин. В европейских странах был принят более жестокий метод – пронзание раскаленными режущими инструментами тел рабов. Содержавшиеся в данных жидкостях соли и кислоты позволяли быстро остудить сталь и не допустить повышения напряжений на поверхности и внутри.

Сегодня закалка металла производится в муфельной печи или при помощи иного оборудования. Для его остужения используются готовые химические солевые растворы. Иногда применяется селитра, а также мелкая пластиковая стружка.

Вид источника охлаждения зависит от изделия:

• простые детали из углеродистой стали погружают в очищенную воду;
• для сложных в соотношении 1:1 в ней разбавляют каустическую соду и получившийся раствор разогревают до +50…+60 °С;
• в случае с тонкими деталями из углеродистой и легированной стали производится закалка металла в масле.

Однако не всех. Как мы уже отмечали, изделия из углеродистой стали предварительно помещают в воду, после чего быстро перепогружают в ванну с маслом, чтобы добиться нужного структурного состояния и эксплуатационных характеристик.

Температурный режим при закалке металла

Несмотря на то, что процедура термообработки отличается в каждом конкретном случае, существуют определенные правила для различных составов и сред, которые необходимо соблюдать. Закалка металла даже в домашних условиях нуждается в следовании этим нормам. Однако зачастую для дальнейшего использования сплавам достаточно перейти в состояние аустенита после прогрева.

• Конструкционные стали, в которых количество углерода составляет меньше 0,8 %, доводят до температур, расположенных над линией GS и выше точки Ас3 на 30–50 градусов.
• По черте PSK соблюдается аналогичное увеличение.

Температуру необходимо проверять до того, как происходит закалка металла. Если она окажется выше рекомендованных значений, сплав из-за укрупнения аустенитных кристаллов станет слишком хрупким и ломким. Инструментальная углеродистая сталь и вовсе не доводится до этого фазового состояния.

Изделия из легированного металла также имеют свои критические точки обработки, на которые могут влиять различные добавки, усиливающие те или иные свойства. Если их оказывается слишком много, это усложняет расчет охлаждения. Такой процесс, как закалка, влияет на свойства металла в зависимости от количества карбидов. При большом их содержании изделие приходится обрабатывать температурой, которая выше рекомендованной, чтобы оно перешло в необходимое фазовое состояние аустенита. Значение может доходить до +1 000 °С.

Возможные дефекты после закалки металла

Если не соблюдать определенные правила и нормы термообработки, высока вероятность порчи изделия.

Что дает неправильная закалка металла:

• Трещины и коробление. Последнее подлежит вытягиванию и коррекции, однако разрывы соединить заново нельзя. Деталь испорчена.
• Пережог. Возникает при слишком высоких температурах, когда металл начинает плавиться и окисляется кислородом. Сплав больше нельзя использовать.
• Перегрев. Происходит, когда температура не достигает точки плавления, однако зерна аустенита начинают укрупняться, из-за чего изделие становится хрупким. Для исправления требуется новая закалка металла, изделие предварительно обжигают.
• Низкая твердость. Так же исправляется отжигом и повторной закалкой, когда деталь оказывается слишком пористой для использования, что происходит из-за недостаточной температуры нагрева, вытяжки и скорости остужения.
• Окисление и обезуглероживание. В результате контакта с воздухом на сплаве образуется невыводимая окалина, что автоматически переводит его в разряд брака. Избежать этого помогает тщательная герметизация.

Сплавы отличаются по составу, свойствам и структуре, а также назначению. Для получения заданных характеристик необходимо тщательно подбирать методику обработки в соответствии с указанными параметрами. В домашних условиях выполнить все рекомендации достаточно сложно, поэтому чаще используется промышленная закалка металла. Цена на нее невысокая по сравнению с потерями, которые ожидают «мастера» при попытке обработать изделие самостоятельно.

Итоговые эксплуатационные характеристики зависят от типа, сложности и длительности термообработки, будь то цветная закалка металла полного или неполного цикла, отжиг, вытяжка, правка брака. Для того чтобы получить необходимые свойства, следует в точности соблюдать рекомендации, учитывать наличие добавок и примесей.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Источник: vt-metall.ru

Закалка стали

Для придания стали определенных эксплуатационных качеств на протяжении многих десятилетий проводится термообработка. Сегодня, как и несколько столетий назад, закалка стали предусматривает нагрев металла и его последующее охлаждение в определенной среде. Температура нагрева стали под закалку должна быть выбрана в соответствии с составом металла и механическими свойствами, которые нужно получить. Допущенные ошибки при выборе режимов закалки приведут к повышению хрупкости структуры или мягкости поверхностного слоя. Именно поэтому рассмотрим способы закалки стали, особенности применяемых технологий, а также многие другие моменты.

Какой бывает закалка метала?

Для чего нужна закалка стали знали еще древние кузнецы. Правильно выбранная температура закалки стали позволяет изменять основные эксплуатационные характеристики материала, так как происходит преобразование структуры.

Закалка – термообработка стали, которая сегодня проводится для улучшения механических качеств металла. Процесс основан на перестроении атомной решетки за счет воздействия высокой температуры с последующим охлаждением.

Технология закалки стали позволяет придать недорогим сортам металла более высокие эксплуатационные качества. За счет этого снижается стоимость изготавливаемых изделий, повышается прибыльность налаженного производства.

Основные цели, которые преследуются при проведении закалки:

1. Повышение твердости поверхностного слоя.
2. Увеличение показателя прочности.
3. Уменьшение пластичности до требуемого значения, что существенно повышает сопротивление на изгиб.
4. Уменьшение веса изделий при сохранении прочности и твердости

Существуют самые различные методы закалки стали с последующим отпуском, которые существенно отличаются друг от друга. Наиболее важными режимами нагрева можно назвать:

1. Температуру нагрева.
2. Время, требующееся для нагрева.
3. Время выдержки металла при заданной температуре.
4. Скорость охлаждения.

Изменение свойств стали при закалке может проходить в зависимости от всех вышеприведенных показателей, но наиболее значимым называют температуру нагрева. От нее зависит то, как будет происходить перестроение атомной решетки. К примеру, время выдержки при закалке стали выбирается в соответствии с тем, какой прочностью и твердостью должно обладать зубчатое колесо для обеспечения длительной эксплуатации в условиях повышенного износа.

Цвета закалки стали

При рассмотрении того, какие стали подвергаются закалке стоит учитывать, что температура нагрева зависит от уровня содержания углерода и различных примесей. Единицы закалки стали представлены максимальной температурой, а также временем выдержки.

При рассмотрении данного процесса изменения основных эксплуатационных свойств следует учитывать нижеприведенные моменты:

1. Закалка направлена на повышение твердости. Однако с увеличением твердости металл становится и более хрупким.
2. На поверхности может образовываться слой окалины, так как потеря углерода и других примесей у поверхностных слоев больше, чем в середине. Толщина данного слоя учитывается при расчета припуска, максимальных размеров будущих деталей.

Выполняется закалка углеродистой стали с учетом того, с какой скоростью будет проходить охлаждение. При несоблюдении разработанных технологий может возникнуть ситуация, когда перестроенная атомная решетка перейдет в промежуточное состояние. Это существенно ухудшит основные качества материала. К примеру, охлаждение со слишком большой скоростью становится причиной образования трещин и различных дефектов, которые не позволяют использовать заготовку в дальнейшем.

Процесс закалки сталей предусматривает применение камерных печей, которые могут нагревать среду до температуры 800 градусов Цельсия и поддерживать ее на протяжении длительного периода. Это позволяет продлить время закалки стали и повысить качество получаемых заготовок. Некоторые стали под закалку пригодны только при условии нагрева среды до температуры 1300 градусов Цельсия, для чего проводится установка иных печей.

Отдельная технология разрабатывается для случая, когда заготовка имеет тонкие стены и грани. Представлена она поэтапным нагревом.

Полную закалку используют обычно для сталей и деталей, которые не подвержены растрескиванию или короблению.

Зачастую технология поэтапного нагрева предусматривает достижение температуры 500 градусов Цельсия на первом этапе, после чего выдерживается определенный промежуток времени для обеспечения равномерности нагрева и проводится повышение температуры до критического значения. Холодная закалка стали не приводит к перестроению всей атомной сетки, что определяет только несущественное увеличение эксплуатационных характеристик.

Как ранее было отмечено, есть различные виды закалки стали, но всегда нужно обеспечить равномерность нагрева. В ином случае перестроение атомной решетки будет проходить так, что могут появиться серьезные дефекты.

Методы предотвращения образования окалины и критического снижения концентрации углерода

Назначение закалки стали проводится с учетом того, какими качествами должна обладать деталь. Процесс перестроения атомной сетки связан с большими рисками появления различных дефектов, что учитывается на этапе разработки технологического процесса.

Даже наиболее распространенные методы, к примеру, закалка стали в воде, характерно появления окалины или существенного повышения хрупкости структуры при снижении концентрации углерода. В некоторых случаях закалка стали проводится уже после финишной обработки, что не позволяет устранить даже мелкие дефекты. Именно поэтому были разработаны технологии, которые снижают вероятность появления окалины или трещин. Примером можно назвать технологию, когда закалка стали проходит в среде защитного газа. Однако сложные способы закалки стали существенно повышают стоимость проведения процедуры, так как газовая среда достигается при установке печей с высокой степенью герметичности.

Более простая технология, при которой проводится закалка углеродистой стали, предусматривает применение чугунной стружки или отработанного карбюризатора. В данном случае сталь под закалку помещают в емкость, заполненную рассматриваемыми материалами, после чего только проводится нагрев. Температура закалки несущественно корректируется с учетом созданной оболочки из стружки. Технология предусматривает обмазывание емкости снаружи глиной для того, чтобы избежать попадание кислорода, из-за чего начинается процесс окислений.

Температура нагрева стали при термообработке

Как ранее было отмечено, термообработка предусматривает и охлаждение сталей, для чего может использоваться не только водяная, но, к примеру, и соляная ванная. При использовании кислот в качестве охлаждающей жидкости одним из требований является периодическое раскисление сталей.

Данный процесс позволяет исключить вероятность снижения показателя концентрации углерода в поверхностном слое. Чтобы провести процесс раскисления используется борная кислота или древесный уголь. Также не стоит забывать о том, что процесс раскисления сталей приводит к появлению пламя на заготовки во время ее опускания в ванную. Поэтому при закалке, закалкой сталей с применением соляных ванн следует соблюдать разработанную технику безопасности.

Рассматривая данные методы термической обработки с последующим охлаждением следует отметить, что они существенно повышают себестоимость заготовки. Однако сегодня охлаждение в воде или закалка при заполнении камеры кислородом не позволяют повысить показатели свойств стали без появления дефектов.

Закалка стали — технологический процесс

Процедура охлаждения

Рассматривая все виды закалки стали стоит учитывать, что не только температура нагрева оказывает сильное воздействие на структуру, но и время выдержки, а также процедура охлаждения. На протяжении многих лет для охлаждения сталей использовали обычную воду, в составе которой нет большого количества примесей.

Стоит учитывать, что примеси в воде не позволяют провести полную закалку с соблюдением скорости охлаждения. Оптимальной температурой воды, используемой для охлаждения закалённой детали, считают показатель 30 градусов Цельсия. Однако стоит учитывать, что жидкость подвергается нагреву при опускании раскаленных заготовок. Холодная проточная вода не может использоваться при охлаждении.

Обычно используют воду при охлаждении для получения не ответственных деталей. Это связано с тем, что изменение атомной сетки в данном случае обычно приводят к короблению и появлению трещин. Закаливание с последующим охлаждением в воде проводят в нижеприведенных случаях:

1. При цементировании металла.
2. При поверхностной закалке.
3. При простой форме заготовки.

Детали после финишной обработки подобным образом не охлаждаются.

Для придания нужной твердости заготовкам сложной формы используют охлаждающую жидкость, состоящую из каустической соды, нагреваемой до температуры 60 градусов Цельсия. Стоит учитывать, что закаленное железо при использовании данной охлаждающей жидкости приобретает более светлый оттенок. Специалисты уделяют внимание важности соблюдения техники безопасности, так как могут выделяться токсичные вещества при нагреве рассматриваемых веществ.

Процесс закалки стали

Тонкостенные детали также подвергаются термической обработке. Закалочное воздействие с последующим неправильным охлаждением приведет к тому, что концентрация углерода снизиться до критических значений. Выходом из сложившейся ситуации становится использование минеральных масел в качестве охлаждающей среды.

Используют их по причине того, что масло способствует равномерному охлаждению. Однако попадание воды в состав масла становится причиной появления трещин. Поэтому заготовки должны подвергаться охлаждению при использовании масла с соблюдением мер безопасности.

Рассматривая назначение минеральных масел в качестве охлаждающей жидкости следует учитывать и некоторые недостатки этого метода:

1. Соблюдая режимы нагрева можно создать ситуацию, когда раскаленная заготовка контактирует с маслом, что приводит к выделению вредных веществ.
2. В определенном интервале воздействия высокой температуры масло может загореться.
3. Подобный метод охлаждения позволяет выдержать требуемую твердость, измеряемую в определенных единицах, а также избежать появления трещин в структуре, но на поверхности остается налет, удаление которого также создает весьма большое количество проблем.
4. Само масло со временем теряет свои свойства, а его стоимость довольно велика.

Какие именно жидкости используют для охлаждения стали?

Вышеприведенная информация определяет то, что жидкость и режим охлаждения выбираются в зависимости от формы, размеров заготовки, а также того, насколько качественной должна быть поверхность после закалки. Комбинированным методом охлаждения называется процесс применения нескольких охлаждающих жидкостей. Примером можно назвать закалку детали сложной формы, когда сначала охлаждение проходит в воде, а потом масляной ванне. В этом случае учитывается то, до какой температуры на каком этапе охлаждается металл.

Источник: sterbrust.tech

Закалка стали: температура, виды и способы

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: www.syl.ru

Закалка (сталей)

Зака́лка — вид термической обработки изделий из металлов и сплавов, заключающийся в их нагреве выше критической температуры (температуры изменения типа кристаллической решетки, т.е. полиморфного превращения), с последующим быстрым охлаждением, как правило, в жидкости (воде или масле).

Различают закалку с полиморфным превращением, для сталей, и закалку без полиморфного превращения, для большинства цветных металлов.

Материал, подвергшийся закалке приобретает бо́льшую твердость, но становится хрупким, менее пластичным и вязким. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки с полиморфным превращением применяют отпуск. После закалки без полиморфного превращения применяют старение. При отпуске имеет место некоторое снижение твердости и прочности материала.

В зависимости от температуры нагрева, закалку подразделяют на полную и неполную. В случае полной закалки материал нагревают выше линии GSE (см. диаграмму железоуглеродистых сплавов), в этом случае сталь приобретает структуру аустенит. При неполной закалке производят нагрев выше линии PSK диаграммы, что приводит к образованию избыточных фаз по окончанию закалки. Неполная закалка, как правило, применяется для инструментальных сталей

Закалка снимается отжигом материала.

В некоторых изделиях закалка выполняется частично, например при изготовлении японских катан, закалке подвергается только режущаяя кромка меча. Такая обработка оставляет на металле хамон — видимую границу между закаленным и незакаленным металлом.

Закалочные среды

При закалке для переохлаждения аустенита до температуры мартенситного превращения требуется быстрое охлаждение, но не во всём интервале температур, а только в пределах 650-400° С, то есть в том интервале температур в котором аустенит менее всего устойчив, быстрее всего превращается в феритно-цементитную смесь. Выше 650° С скорость превращения аустенита мала, и поэтому смесь при закалке можно охлаждать в этом интервале температур медленно, но, конечно, не настолько, чтобы началось выпадение феррита или превращение аустенита в перлит.

Механизм действия закалочных сред (вода, масло, водополимерная закалочная среда(Термат), а также охлаждение деталей в растворах солей) следующий. В момент погружения изделия в закалочную среду вокруг него образуется плёнка перегретого пара, охлаждение происходит через слой этой паровой рубашки, то есть относительно медленно. Когда температура поверхности достигает некоторого значения (определяемого составом закаливающей жидкости), при котором паровая рубашка разрывается, то жидкость начинает кипеть на поверхности детали, и охлаждение происходит быстро.

Первый этап относительно медленного кипения называется стадией плёночного кипения, второй этап быстрого охлаждения — стадией пузырчатого кипения. Когда температура поверхности металла ниже температуры кипения жидкости, жидкость кипеть уже не может, и охлаждение замедлится. Этот этап носит название конвективного теплообмена.

Способы закалки

• Закалка в одном охладителе — нагретую до определённых температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остаётся до полного охлаждения. Этот способ применяется при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей.

• Прерывистая закалка в двух средах — этот способ применяют при закалке высокоуглеродистых сталей. деталь сначала быстро охлаждают в быстро охлаждающей среде (например воде), а затем в медленно охлаждающей (масло).

• Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струёй воды и обычно её применяют тогда, когда нужно закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде. Такая закалка обычно производится в индукторах на установках ТВЧ.

• Ступенчатая закалка — закалка, при которой деталь охлаждается в закалочной среде, имеющей температуру выше мартенситной точки для данной стали. При охлаждении и выдержке в этой среде закаливаемая деталь должна приобрести во всех точках сечения температуру закалочной ванны. Затем следует окончательное, обычно медленное, охлаждение, во время которого и происходит закалка, т.е. превращение аустенита в мартенсит.

• Изотермическая закалка. В отличии от ступенчатой при изотермической закалке необходимо выдерживать сталь в закалочной среде столько времени, чтобы успело закончиться изотермическое превращение аустенита.

Источники

• БСЭ
• А.П. Гуляев «Металловедение» Москва Издательство «Металлургия» 1977

Wikimedia Foundation . 2010 .

Источник: dic.academic.ru