Чем отличается цементация от закалки металла
Термическая обработка (термообработка) стали, цветных металлов — процесс изменения структуры стали, цветных металлов, сплавов при нагревании и последующем охлаждении с определенной скоростью.
Термическая обработка (термообработка) приводит к существенным изменениям свойств стали, цветных металлов, сплавов. Химический состав металла не изменяется.
Виды термической обработки стали
Отжиг
Отжиг — термическая обработка (термообработка) металла, при которой производится нагревание металла, а затем медленное охлаждение. Эта термообработка (т. е. отжиг) бывает разных видов (вид отжига зависит от температуры нагрева, скорости охлаждения металла).
Закалка
Закалка — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, основанная на перекристаллизации стали (сплавов) при нагреве до температуры выше критической; после достаточной выдержки при критической температуре для завершения термической обработки следует быстрое охлаждение. Закаленная сталь (сплав) имеет неравновесную структуру, поэтому применим другой вид термообработки — отпуск.
Отпуск
Отпуск — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, проводимая после закалки для уменьшения или снятия остаточных напряжений в стали и сплавах, повышающая вязкость, уменьшающая твердость и хрупкость металла.
Нормализация
Нормализация — термическая обработка (термообработка), схожая с отжигом. Различия этих термообработок (нормализации и отжига) состоит в том, что при нормализации сталь охлаждается на воздухе (при отжиге — в печи).
Нагрев заготовки
Нагрев заготовки — ответственная операция. От правильности ее проведения зависят качество изделия, производительность труда. Необходимо знать, что в процессе нагрева металл меняет свою структуру, свойства и характеристику поверхностного слоя и в результате от взаимодействия металла с воздухом атмосферы, и на поверхности образуется окалина, толщина слоя окалины зависит от температуры и продолжительности нагрева, химического состава металла. Стали окисляются наиболее интенсивно при нагреве больше 900°С, при нагреве в 1000°С окисляемость увеличивается в 2 раза, а при 1200°С — в 5 раз.
Хромоникелевые стали называют жаростойкими потому, что они практически не окисляются.
Легированные стали образуют плотный, но не толстый слой окалины, который защищает металл от дальнейшего окисления и не растрескивается при ковке.
Углеродистые стали при нагреве теряют углерод с поверхностного слоя в 2-4 мм. Это грозит металлу уменьшением прочности, твердости стали и ухудшается закаливание. Особенно пагубно обезуглероживание для поковок небольших размеров с последующей закалкой.
Заготовки из углеродистой стали с сечением до 100 мм можно быстро нагревать и потому их кладут холодными, без предварительного прогрева, в печь, где температура 1300°С. Во избежание появлений трещин высоколегированные и высокоуглеродистые стали необходимо нагревать медленно.
Пережог
Пережог — неисправимый брак. При ковке изделий из низкоуглеродистых сталей требуется меньше число нагревов, чем при ковке подобного изделия из высокоуглеродистой или легированной стали.
При нагреве металла требуется следить за температурой нагрева, временем нагрева и температурой конца нагрева. При увеличении времени нагрева — слой окалины растет, а при интенсивном, быстром нагреве могут появиться трещины. Известно из опыта, что на древесном угле заготовка 10-20 мм в диаметре нагревается до ковочной температуры за 3-4 минуты, а заготовки диаметром 40-50 мм прогревают 15-25 минут, отслеживая цвет каления.
Химико-термическая обработка
Химико-термическая обработка (ХТО) стали — совокупность операций термической обработки с насыщением поверхности изделия различными элементами (углерод, азот, алюминий, кремний, хром и др.) при высоких температурах.
Поверхностное насыщение стали металлами (хром, алюминий, кремний и др.), образующими с железом твердые растворы замещения, более энергоемко и длительнее, чем насыщение азотом и углеродом, образующими с железом твердые растворы внедрения. При этом диффузия элементов легче протекает в решетке альфа-железо, чем в более плотноупакованной решетке гамма-железо.
Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, кавитационную, коррозионную стойкость. Химико-термическая обработка, создавая на поверхности изделий благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность, долговечность.
Цементация стали
Детали, предназначенные для цементации, сначала очищают. Поверхности не подлежащие науглероживанию, покрывают специальными предохранительными противоцементными обмазками.
1-ый состав простейшей обмазки: огнеупорная глина с добавлением 10% асбестового порошка, вода. Смесь разводят до консистенции густой сметаны и наносят на нужные участки поверхности изделия. После высыхания обмазки можно производить дальнейшую цементацию изделия.
2-ой состав применяемой обмазки: каолин — 25%, тальк — 50%: вода — 25%. Разводят эту смесь жидким стеклом или силикатным клеем.
Цементацию делают после полного высыхания обмазки.
Вещества, которые входят в состав обмазки, называют карбюризаторами. Они бывают твердые, жидкие и газообразные.
В условиях домашней небольшой мастерской удобнее осуществлять цементацию с помощью пасты. Это цементация в твердом карбюризаторе. В состав пасты входят: сажа — 55%, кальцинированная сода — 30%, щавелевокислый натрий — 15%, вода для образования сметанообразной массы. Пасту наносят на нужные участки изделия, дают высохнуть. Затем изделие помещают в печь, выдерживая при температуре 900-920°С в течение 2-2,5 часов. При использовании такой пасты цементация обеспечивает толщину науглероженного слоя 0,7-0,8 мм.
Жидкостная цементация также возможна в небольшой мастерской при наличии печи-ванной, в которой и происходит науглероживание инструментов и других изделий. В состав жидкости входят: сода — 75-85%, 10-15% хлористого натрия, 6-10% карбида кремния. Печь-ванну наполняют этим составом и погружают изделие или инструмент. Процесс протекает при температуре 850-860°С в течение 1,5-2 часов; толщина науглероженного слоя достигает при этом 0,3-0,4 мм.
Газовую цементацию производят в смеси раскаленных газов, содержащих метан, окись углерода в специальных камерах при температуре 900-950°С и только в производственных условиях. После цементации детали охлаждают вместе с печью, затем закаляют при 760-780°С е окончательным охлаждением в масле.
Азотирование стали
Азотирование стали — химико-термическая обработка поверхностным насыщением стали азотом путем длительной выдержки ее при нагреве до б00…650°С в атмосфере аммиака NН3. Азотированные стали обладают очень высокой твердостью (азот образует различные соединения с железом, алюминием, хромом и другими элементами, обладающие большей твердостью, чем карбиды). Азотированные стали обладают повышенной сопротивляемостью коррозии в таких средах, как атмосфера, вода, пар.
Азотированные стали сохраняют высокую твердость, в отличие от цементованных, до сравнительно высоких температур (500…520°С). Азотированные изделия не коробятся при охлаждении, так как температура азотирования ниже, чем цементации. Азотирование сталей широко применяют в машиностроении для повышения твердости, износостойкости, предела выносливости и коррозионной стойкости ответственных деталей, например, зубчатых колес, валов, гильз цилиндров.
Нитроцементация (цианирование) стали
Нитроцементация (цианирование) стали — химико-термическая обработка с одновременным поверхностным насыщением изделий азотом и углеродом при повышенных температурах с последующими закалкой и отпуском для повышения износо- и коррозионной устойчивости, а также усталостной прочности. Нитроцементация может проводиться в газовой среде при температуре 840..860°С — нитроцианирование, в жидкой среде — при температуре 820…950°С — жидкостное цианирование в расплавленных солях, содержащих группу NaCN.
Нитроцементация эффективна для инструментальных (в частности, быстрорежущих) сталей; она используется для деталей сложной конфигурации, склонных к короблению. Однако, поскольку этот процесс связан с использованием токсичных цианистых солей, он не нашел широкого распространения.
Борирование стали
Борирование стали — химико-термическая обработка насыщением поверхностных слоев стальных изделий бором при температурах 900…950°С. Цель борирования — повышение твердости, износостойкости и некоторых других свойств стальных изделий. Диффузионный слой толщиной 0,05…0,15 мм, состоящий из боридов FeB и Fе2В, обладает весьма высокой твердостью, стойкостью к абразивному изнашиванию и коррозионной стойкостью. Борирование особенно эффективно для повышения стойкости (в 2…10 раз) бурового и штампового инструментов.
Цинкование (Zn), алюминирование (Аl), хромирование (Сr), силицирование (Si) сталей
Цинкование (Zn), алюминирование (Аl), хромирование (Сr), силицирование (Si) сталей выполняются аналогично цементации с целью придания изделиям из стали некоторых ценных свойств: жаростойкости, износостойкости, коррозионной устойчивости. В настоящее время все большее распространение получают процессы многокомпонентного диффузионного насыщения
Термомеханическая обработка (ТМО) стали
Термомеханическая обработка (ТМО) стали — совокупность операций термической обработки с пластической деформацией, которая проводится либо выше критических точек (ВТМО), либо при температуре переохлажденного (500… 700°С) аустенита (НТМО). Термомеханическая обработка позволяет получить сталь высокой прочности (до 270 МПа). Формирование структуры стали при ТМО происходит в условиях повышенной плотности и оптимального распределения дислокаций. Окончательными операциями ТМО являются немедленная закалка во избежании развития рекристаллизации и низкотемпературный (Т=100…300 °С) отпуск.
Термомеханическая обработка с последующими закалкой и отпуском позволяют получить очень высокую прочность ( s= 2200…3000 МПа) при хорошей пластичности (d = 6…8%, y= 50…60%) и вязкости. В практических целях большее распространение получила ВТМО, обеспечивающая наряду с высокой прочностью хорошее сопротивление усталости, высокую работу распространения трещин, а также сниженные критическую температуру хрупкости, чувствительность к концентраторам напряжений и необратимую отпускную хрупкость.
ВТМО осуществляется в цехах прокатного производства на металлургических заводах, например, при упрочнении прутков для штанг, рессорных полос, труб и пружин.
Отпуск стали
Отпуск стали смягчает действие закалки, уменьшает или снимает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева деталей, закаленных на мартенсит до температуры ниже критической. При этом в зависимости от температуры нагрева могут быть получены состояния мартенсита, тростита или сорбита отпуска. Эти состояния несколько отличаются от соответственных состояний закалки по структуре и свойствам: при закалке цементит (в троостите и сорбите) получается в форме удлиненных пластинок, как в пластинчатом перлите. А при отпуске он получается зернистым, или точечным, как в зернистом перлите.
Преимуществом точечной структуры является более благоприятное сочетание прочности и пластичности. При одинаковом химическом составе и одинаковой твердости сталь с точечной структурой имеет значительно более высокое относительное сужение, ударную вязкость, повышенное удлинение и предел текучести по сравнению со сталью с пластинчатой структурой.
Отпуск разделяют на низкий, средний и высокий в зависимости от температуры нагрева.
Для определения температуры при отпуске изделия пользуются таблицей цветов побежалости.
| Температура, °С | Цвета каления | Температура, °С | Цвета каления |
|---|---|---|---|
| 1600 | Ослепительно бело-голубой | 850 | Светло-красный |
| 1400 | Ярко-белый | 800 | Светло-вишневый |
| 1200 | Желто-белый | 750 | Вишнево-красный |
| 1100 | Светло-белый | 600 | Средне-вишневый |
| 1000 | Лимонно-желтый | 550 | Темно-вишневый |
| 950 | Ярко-красный | 500 | Темно-красный |
| 900 | Красный | 400 | Очень темно-красный (видимый в темноте) |
Тонкая пленка окислов железа, придающая металлу различные быстро меняющиеся цвета — от светло-желтого до серого. Такая пленка появляется, если очищенное от окалины стальное изделие нагреть до 220°С; при увеличении времени нагрева или повышении температуры окисная пленка утолщается и цвет ее изменяется. Цвета побежалости одинаково проявляются как на сырой, так и на закаленной стали.
При низком отпуске (нагрев до температуры 200-300° ) в структуре стали в основном остается мартенсит, который, однако, изменяется решетку. Кроме того, начинается выделение карбидов железа из твердого раствора углерода в альфа-железе и начальное скопление их небольшими группами. Это влечет за собой некоторое уменьшение твердости и увеличение пластических и вязких свойств стали, а также уменьшение внутренних напряжений в деталях.
Для низкого отпуска детали выдерживают в течение определенного времени обычно в масляных или соляных ваннах. Если для низкого отпуска детали нагревают на воздухе, то для контроля температуры часто пользуются цветами побежалости, появляющимися на поверхности детали.
| Цвет побежалости | Температура, °С | Инструмент, который следует отпускать |
|---|---|---|
| Бледно-желтый | 210 | — |
| Светло-желтый | 220 | Токарные и строгальные резцы для обработки чугуна и стали |
| Желтый | 230 | Тоже |
| Темно-желтый | 240 | Чеканы для чеканки по литью |
| Коричневый | 255 | — |
| Коричнево-красный | 265 | Плашки, сверла, резцы для обработки меди, латуни, бронзы |
| Фиолетовый | 285 | Зубила для обработки стали |
| Темно-синий | 300 | Чеканы для чеканки из листовой меди, латуни и серебра |
| Светло-синий | 325 | — |
| Серый | 330 | — |
Появление этих цветов связано с интерференцией белого света в пленках окисла железа, возникающих на поверхности детали при ее нагреве. В интервале температур от 220 до 330 ° в зависимости от толщины пленки цвет изменяется от светло-желтого до серого. Низкий отпуск применяется для режущего, измерительного инструмента и зубчатых колес.
При среднем (нагрев в пределах 300-500°) и высоком (500-700°) отпуске сталь из состояния мартенсита переходит соответственно в состояние тростита или сорбита. Чем выше отпуск, тем меньше твердость отпущенной стали и тем больше ее пластичность и вязкость.
При высоком отпуске сталь получает наилучшее сочетание механических свойств, повышение прочности, пластичности и вязкости, поэтому высокий отпуск стали после закалки ее на мартенсит назначают для кузнечных штампов, пружин, рессор, а высокий — для многих деталей, подверженных действию высоких напряжений (например, осей автомобилей, шатунов двигателей).
Для некоторых марок стали отпуск производят после нормализации. Этот относится к мелкозернистой легированной доэвтектоидной стали (особенно никелевой), имеющий высокую вязкость и поэтому плохую обрабатываемость режущим инструментом.
Для улучшения обрабатываемости производят нормализацию стали при повышенной температуре (до 950-970°), в результате чего она приобретает крупную структуру (определяющую лучшую обрабатываемость) и одновременно повышенную твердость (ввиду малой критической скорости закалки никелевой стали). С целью уменьшения твердости производят высокий отпуск этой стали.
Дефекты закалки
К дефектам закалки относятся:
- трещины,
- поводки или коробление,
- обезуглероживание.
Главная причина трещин и поводки — неравномерное изменение объема детали при нагреве и, особенно, при резком охлаждении. Другая причина — увеличение объема при закалке на мартенсит.
Трещины возникают потому, что напряжения при неравномерном изменении объема в отдельных местах детали превышают прочность металла в этих местах.
Лучшим способом уменьшения напряжений является медленное охлаждение около температуры мартенситного превращения. При конструировании деталей необходимо учитывать, что наличие острых углов и резких изменений сечения увеличивает внутреннее напряжение при закалке.
Коробление (или поводка)возникает также от напряжений в результате неравномерного охлаждения и проявляется в искривлениях деталей. Если эти искривления невелики, они могут быть исправлены, например, шлифованием. Трещины и коробление могут быть предотвращены предварительным отжигом деталей, равномерным и постепенным нагревом их, а также применением ступенчатой и изотермической закалки.
Обезуглероживание стали с поверхности — результат выгорания углерода при высоком и продолжительном нагреве детали в окислительной среде. Для предотвращения обезуглероживания детали нагревают в восстановительной или нейтральной среде (восстановительное пламя, муфельные печи, нагрев в жидких средах).
Образование окалины на поверхности изделия приводит к угару металла, деформации. Это уменьшает теплопроводность и, стало быть, понижает скорость нагрева изделия в печи, затрудняет механическую обработку. Удаляют окалину либо механическим способом, либо химическим (травлением).
Выгоревший с поверхности металла углерод делает изделия обезуглероженным с пониженными прочностными характеристиками, с затрудненной механической обработкой. Интенсивность, с которой происходит окисление и обезуглерожевание, зависит от температуры нагрева, т. е. чем больше нагрев, тем быстрее идут процессы.
Образование окалины при нагреве можно избежать, если под закалку применить пасту, состоящую из жидкого стекла — 100 г, огнеупорной глины — 75 г, графита — 25 г, буры — 14 г, карборунда — 30 г, воды — 100 г. Пасту наносят на изделие и дают ей высохнуть, затем нагревают изделие обычным способом. После закалки его промывают в горячем содовом растворе. Для предупреждения образования окалины на инструментах быстрорежущей стали применяют покрытие бурой. Для этого нагретый до 850°С инструмент погружают в насыщенный водный раствор или порошок буры
Антикоррозионная обработка изделий после термической обработки
После термической обработки, связанной с применением солей, щелочей, воды и прочих веществ, могущих вызывать при длительном хранении изделий коррозию, следует провести антикоррозионную обработку стальных изделий, заключающуюся в том, что очищенные, промытые и высушенные изделия погружают на 5 минут в 20 — 30% водный раствор нитрита натрия, после чего заворачивают в пропитанную этим же раствором бумагу.
В таком виде изделия могут храниться длительное время
Закалка и цементация металла: в чем разница
В закалке сталь представляет собой особую категорию сталей с низким содержанием углерода, не превышающих 0,20%. Эта термическая обработка имеет цель рассеять атомы углерода на поверхности деталей, придавая им высокую твердость, отличную устойчивость к износу и делая их более прочными. Одной из наиболее сложных и распространенных форм термической обработки является цементация. Это метод, который включает введение стальных элементов в атомы углерода. Ниже можно подробно узнать, что такое закалка и цементация металла.
Что такое цементация стали
Когда речь идет о цементации стали, то подразумевается термохимический процесс, посредством которого поверхностная твердость стали увеличивается за счет ее обработки углеродом. Цель цементации- обеспечить твердую поверхность обрабатываемого металла, стойкую к износу и прочную сердцевину. Наряду с этим процессом, поскольку он основан на использовании углерода, часто проводится термообработка с закалкой в масле для улучшения структурных качеств стали.
Цементация изделий — это процедура, которая может выполняться на всех металлических компонентах, даже если она проводится на тех объектах, которые требуют устойчивости к износу, особенно в долгосрочной перспективе, и значительной устойчивости к ударам. Типичными примерами этой продукции являются детали трансмиссии автомобилей, зубчатые передачи, распределительные валы, пальцы и многие другие. Большинство компаний, занимающихся цементацией сталей, имеют технологичное оборудование, позволяющее работать даже с изделиями больших размеров и весом до 2 тонн.
Выделяют следующие виды цементации: газовую, твердую, цементацию пастами, жидкостную. Также существует струйная цементация.
Технология цементации стали состоит из следующих этапов:
- нагрев;
- поддержание температуры;
- аустенизация поверхностным упрочнением;
- науглероживание;
- поверхностная диффузия углерода;
- охлаждение;
- аустенизация;
- закалка;
- закалка в масле;
- отпуск цементации для снятия напряжения.
Существуют различные методы цементации. Одним из наиболее важных элементов считается достижение высокой температуры, температура цементации варьируется между 850 и 950 градусами.
В чем суть закалки стали
Закалка — это термическая обработка металла, проводимая для уменьшения негативного воздействия на материал.
Закалка применяется к стали и другим сплавам для улучшения их механических свойств. Во время закалки металл нагревается до высокой температуры, и эта температура поддерживается до тех пор, пока часть углерода не растворится. Температура закалки стали достигает 750–1150 °C. Затем металл закаливают, что включает его быстрое охлаждение в масле или воде. Закалка и отпуск идут рука об руку: отпуск производится сразу после закалки. Это дополнительный нагрев до более низких температур.
Могут быть разные режимы закалки – они определяются в соответствии с видом изделия.
В чем разница между закалкой и цементацией стали
Если сравнить оба варианты, то первым бросающимся в глаза различием будет обращение с обрабатываемыми изделиями. При закалке детали обрабатываются поочередно, а при цементации можно говорить об одновременной большого количества деталей.
Свойства металла после закалки
Оказывает полноценное влияние закалка на твердость. При закалке образуется сплав, обладающий высокой прочностью и износостойкостью. Однако после закалки увеличивается хрупкость и изделие не подходит для инженерных применений. Когда нужно, чтобы поверхность детали была достаточно твердой, чтобы противостоять износу и эрозии и выдерживать удары и ударные нагрузки, рекомендуется использовать поверхностную закалку. В каждом отдельном случае необходимо думать какая закалка подойдет для изделия.
Свойства металла после цементации
Все просто: метал будет иметь твердый внешний вид, что позволит ему после цементации переносить серьезные механические повреждения без преждевременного износа.
Еще одним важным преимуществом является то, что цементация обладает мягким внутренним слоем. Благодаря этому будет легко придать различные формы. Этот мягкий слой цементации особенно полезен при изготовлении металлических предметов с твердыми поверхностями (например, внутренние компоненты машин).
Некоторые нецементованные стальные сплавы обеспечивают естественную твердость поверхности. Однако они не имеют внутренней мягкости, необходимой для создания сложной формы.
Свойства цементации и закалки немного различаются. Выбор метода должен зависеть от изделия и целей. Наша компания предоставляет широкий спектр услуг по металлообработке, например, таких как объемная закалка.
Мы надежная компания, в основе деятельности которой – правила честной конкуренции и жесткого контроля качества услуг.
Чем отличается цементация от закалки металла
Видео: Термическая обработка. Закалка
Содержание
Основное отличие - закалка от поверхностного упрочнения
Термическая обработка - это использование тепла для изменения свойств материала, особенно в металлургии. Это тип промышленного процесса, связанного с изменением химических и физических свойств металлов и металлических сплавов. Существует четыре основных типа методов термообработки: отжиг, отпуск, закалка и нормализация. Закалка - это процесс повышения твердости металла. Существует два основных типа процессов закалки: закалка и закалка поверхности. Основное различие между упрочнением корпуса и упрочнением поверхности состоит в том, что Упрочнение корпуса повышает твердость поверхности металла путем вливания элементов в поверхность материалов, образуя тонкий слой более твердого сплава, тогда как упрочнение поверхности повышает твердость поверхности, в то время как ядро остается относительно мягким.
Ключевые области покрыты
1. Что такое закалка
- Определение, этапы метода
2. Что такое поверхностное упрочнение
- Определение, Дифференциальное поверхностное упрочнение, Дифференциальная металлическая структура Поверхностное упрочнение
3. В чем разница между закалкой и закалкой поверхности
- Сравнение основных различий
Ключевые термины: температура аустенизации, цементация, закалка в корпусе, дифференциальная термообработка, дифференциальное поверхностное упрочнение, пламенное упрочнение, закалка, индукционное упрочнение, азотирование, поверхностное упрочнение
Что такое закалка
Упрочнение корпуса представляет собой процесс упрочнения поверхности металла путем вливания элементов на поверхность металла, образуя тонкий слой из более твердого сплава. Этот внешний слой называется «случай», что приводит к названию этого процесса как укрепление случая.
Рассмотрим упрочнение корпуса из мягкой стали в качестве примера, чтобы понять упрочнение корпуса из металлического сплава. Метод упрочнения корпуса обычно используется для металлических сплавов с низким содержанием углерода, таких как мягкая сталь. Элементом, который вливается на поверхность, является углерод. Углерод наносится на глубину около 0,03 мм. Это делает ядро из стали нетронутым; таким образом свойства неизменны.
Процесс закалки
Рисунок 1: Сталь нагревается красным перед нанесением углерода на поверхность
Процесс закалки корпуса состоит из трех этапов:
- Сталь нагревают до тех пор, пока она не станет красной.
- Сталь извлекается из очага и погружается в образец элемента, который будет настаиваться на поверхности (например, углерод), и ей дают немного остыть.
- Сталь снова нагревают до тех пор, пока она не станет красной, а затем охлаждается холодной водой.
После выполнения этих шагов сталь приобретает упрочненную поверхность и мягкий сердечник. Процесс можно повторить несколько раз, чтобы увеличить глубину «случая». Одним из наиболее распространенных источников углерода для инфузии является угольная пыль.
Что такое поверхностное упрочнение
Поверхностное упрочнение - это процесс увеличения твердости внешней поверхности, в то время как ядро остается мягким.
Процесс поверхностного упрочнения
Существует два метода поверхностного упрочнения:
- Дифференциальное поверхностное упрочнение
- Дифференциальная металлическая структура
Дифференциальное поверхностное упрочнение
Дифференциальная термообработка приводит к повышению температуры аустенизации только поверхности металлического сплава, в то время как ядро остается ниже этой температуры. Сразу после того, как поверхность нагрелась до этой температуры, она была закалена. Существует два основных дифференциальных процесса поверхностного упрочнения: пламенное упрочнение и индукционное упрочнение.
Закалка пламени
В процессе отверждения пламенем используется О2 газовая горелка для быстрого доведения поверхности до температуры аустенизации с последующим охлаждением.
Индукционная закалка
Этот процесс похож на процесс закалки в пламени, но с использованием катушек с электрическим наведением вместо пламени. Эти катушки создают магнитное поле вокруг катушек, заставляя электрический ток проходить через него. Из-за электрического сопротивления стали сталь нагревается. Когда его нагревают до желаемой температуры, его быстро гасят.
Рисунок 2: Закаленная звездочка
Дифференциальная металлическая структура
Дифференциальный процесс поверхностного упрочнения структуры металла делает поверхность более упрочненной, чем внутренняя часть металла. Это можно сделать двумя разными способами: науглероживание и азотирование.
карбюризация
При цементации металлический сплав помещают при высокой температуре на несколько часов в углеродистую среду. Температура должна быть выше, чем верхняя температура превращения металла (критическая температура). Затем углерод поглощается в сталь из углеродистой среды и медленно диффундирует в поверхностные слои.
Азотирование
Процесс азотирования использует азот и тепло. Обычно это используется для топливных насосов. В этом методе азот диффундирует на поверхность стали вместо углерода. Азотирование можно проводить при более низких температурах, чем науглероживание.
Разница между цементированием и закалкой поверхности
Определение
Закалка корпуса: Упрочнение корпуса представляет собой процесс упрочнения поверхности металла путем вливания элементов на поверхность металла, образуя тонкий слой из более твердого сплава.
Поверхностное упрочнение: Поверхностное упрочнение - это процесс увеличения твердости внешней поверхности, в то время как ядро остается мягким.
метод
Закалка корпуса: Упрочнение корпуса осуществляется путем красного нагрева стали, вливания углерода в поверхность и быстрого охлаждения.
Поверхностное упрочнение: Поверхностное упрочнение осуществляется путем нагревания стали до температуры аустенизации, поддерживая при этом сердечник ниже этой температуры, а затем сразу же охлаждая поверхность.
Основное использование
Закалка корпуса: Упрочнение корпуса обычно используется для низкоуглеродистых металлических сплавов, таких как мягкая сталь.
Поверхностное упрочнение: Поверхностное упрочнение используется для многих видов оборудования из стали.
гашение
Закалка корпуса: Закалка корпуса не требует немедленного гашения.
Поверхностное упрочнение: Поверхностное упрочнение требует немедленного закалки.
Заключение
Закалка - это вид термической обработки в металлургии. Существует два типа процессов закалки: закалка корпуса и поверхностное упрочнение. Основное различие между упрочнением корпуса и поверхностным упрочнением заключается в том, что упрочнение корпуса повышает твердость поверхности металла путем вливания элементов в поверхность материалов, образуя тонкий слой более твердого сплава, тогда как упрочнение поверхности повышает твердость поверхности, в то время как ядро остается относительно мягкий.
Ссылка:
1. «Поверхностное упрочнение». Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 1 ноября 2016 г.
Какой вид упрочнения стали выбрать:
Азотирование, Цементация или Твердое хромирование
Для начала давайте, разберемся, что же из себя представляет каждый из видов упрочнения?
Азотирование – это обработка стали в процессе ее нагрева в среде высокого содержания аммиака. Вследствие этого поверхность стали насыщается азотом и приобретает следующие качества:
- Улучшается износостойкость деталей из металла за счет повышения твердости поверхностного слоя;
- Растет выносливость прочности стальных изделий;
- Обработанный материал приобретает стойкую антикоррозионную защиту, которая сохраняется при контакте с водой, воздухом и паровоздушной средой.
Азотированный слой обладает высоким показателем твердости без дополнительной термообработки. Кроме того, после азотирования размер обрабатываемой детали остается практически неизменным. В отличие от цементационного процесса, его можно применить к готовым изделиям, которые прошли термическую закалку с высоким отпуском и отшлифованы до окончательных форм. После азотирования детали полностью готовы к чистовой полировке и другой обработке. Азотированию обычно подвергаются детали, работающие на трение в агрессивных средах и при высоких температурах.
Цементация - это процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом. Цель цементации — обогатить поверхностный слой детали углеродом до концентрации 0,8—1,1% и получить, после закалки, высокую твердость поверхностного слоя при сохранении пластичной сердцевины. Данной обработке подвергают такие детали машин и аппаратов, которые должны иметь износостойкую рабочую поверхность и вязкую сердцевину. Цементация и последующая термическая обработка одновременно повышают износостойкость и предел выносливости детали.
Твердое хромирование широко применяется для повышения срока службы мерительного и режущего инструмента, штампов и пресс-форм, особенно для обработки неметаллических материалов (пластмассы, стекла, резины и др.), для увеличения износостойкости деталей двигателей (поршневых колец, цилиндров, поршневых пальцев и др.) и других машин.
Итак, твердое хромирование применяют для уменьшения трения, повышения прочности. Вследствие проведения процедуры хромирования, повышается коррозийная стойкость стали к пресной и соленой воде, к азотной кислоте, к газовому воздействию (до 800°С).
Толщина покрытия твердого хромирования в большинстве случаев составляет от 0.075 до 0.35 мм.
Особенности твердого хромирования изделий
Новые изделия покрывают твердым хромом для придания материалу жаростойкости и твердости. Подобные специальные покрытия для новых изделий чаще всего наносят слоем не меньше 30 мкм. Чем меньше толщина покрытия снаружи (норма составляет на 20-40 мкм больше, чем величина поля допуска), тем больше слой твердого хромирования углубляется в толщу детали. Это необходимо для того, чтобы при износе детали до нижнего предела допуска, на ней еще находилось некоторое количество запасного слоя хрома. Таким образом, покрытие изнашивается медленно и равномерно, в противном случае деталь деформируется. Изнашиваясь в местах тонкой прослойки, контур детали теряет свою первоначальную чертежную форму. Так, перед следующим твердым хромированием эту деталь необходимо будет довести до геометрической формы на чертеже. При этом можно повредить структуру поверхности металла. Детали, которые хромируют для восстановления прежних размеров, обычно обрабатывают на большую толщину.
В процессе хромирования, вещество наносится непосредственно на сталь. Цвет покрытия при толщине 2мкм - матовый белый, с голубым оттенком. После шлифовки деталь приобретает блеск.
Все перечисленные виды упрочнения (азотирование, цементация, твёрдое хромирование) Вы можете заказать в нашей компании.
Термическая и химико-термическая обработка металла: закалка и отжиг стали
Цементация стали — воздействие подогревом для улучшения технических параметров и структуры поверхности. Ее используют по отношению к деталям из разнообразных сплавов. Процесс включает многократный нагрев, выдержку и охлаждение. По окончании процедуры изделие становится тверже, прочнее, улучшаются характеристики. Рассмотрим подробнее, с какой целью производят закалку, отжиг, какие есть виды, их описание.
Что называется термической обработкой металла: основы, общие принципы
В процессе данной технологии кристаллическая решетка болванки преобразуется. Задача – изменить свойства, а не ее конфигурацию и габариты. По завершении заготовка приобретает требуемые по технологии параметры и уникальное строение. Рассмотрим, для чего нужна закалка металла и как она влияет на структуру стали после процедуры:
- • для улучшения технологических характеристик посредством разупрочнения, данный процесс применяют в качестве подготовительной операции или промежуточного этапа;
- • для получения требуемых технических характеристик посредством упрочнения либо приобретения специализированной структуры;
- • для фиксации размера и конфигурации, а также получения новых свойств заготовки.
Все процедуры допускаются только на материалах, в которых температурные превращения выполняются подобным образом. Воздействие температурой применяют с целью производства режущих элементов оснастки, станков, машин и производственного оборудования. Отвечая на вопрос, какие виды стали подвергаются закалке, отметим, что процедура подходит для металлов любых марок, требующих повышения износоустойчивости.
Виды и их описание
Температурное воздействие чаще всего применяется к стальным материалам и некоторым сплавам. Основы базируются на управлении диффузией для получения структур с заданными параметрами, на полиморфной трансформации, на различной степени растворения углерода. Поверхность нагревают сильнее критической точки, запускающей превращение в определенной фазе. У каждой есть свои критические точки нагрева. Эти показатели проверяют по схеме.
Отжиг: как проводится, температура, режим для стали, таблица
Это нагревание изделия, выдержка его в определенном температурном режиме, а потом постепенное охлаждение до 2-3⁰ в минуту. Плавное понижение возможно в песке либо в условиях печи. Процесс позволяет убрать остаточное напряжение, получается стабильная структура. Рассмотрим ниже, как он проводится. Данную процедуру используют:
- •для улучшения пластичности и понижения твердости для осуществления операций режущим инструментом;
- • для устранения неоднородности в структуре, возникшей поле отвердения отливки при ее удалении;
- • для снижения напряжения внутри болванки, возникающего после механического воздействия, давлением и другими разновидностями нетермической обработки;
- • для удаления хрупкости, улучшения сопротивлению ударной вязкости, а также изменения свойств неклепаных деталей.
Назначение отжига стали — получение заданных технических показателей кристаллической решетки. Для этого нагрев выставляют на 20-30⁰ больше критической точки, при которой кристаллическая решетка начинает меняться. Для металлов данная точка составляет 723⁰С. Для крупных изделий и заготовок сложной конфигурации подогрев выполняют медленно. Режим подразумевает последующее охлаждение в соответствии с составом материала:
- • у углеродистых – 100-200⁰ за час;
- • у низкоуглеродистых- 50-60⁰;
- • у высоколегированных – более длительно.
Охлаждение в большинстве осуществляют плавно, не вынимая из печи. Может использоваться полная и неполная закалка. Для удаления внутреннего напряжения достаточно второго вида. Углеродистые составы подогревают до 760⁰. При полном отжиге учитывают количество углерода. Если его количество не превышает 0,8%, температура составляет 930-960⁰С, если выше - до 760⁰С. Время выдержки зависит от параметров изделия. Охлаждение осуществляют до 20⁰. После отжига необходима проверка на качество процедуры. Добротность заготовки определяют по виду излома, а режим нагрева – по таблице.
Закалка: режимы, основные показатели, виды и способы для металла и нержавеющей стали
Это очень быстрое остывание после подогрева до максимальных градусов. Она уместна для получения неравномерной структуры, которая придает прочности материалу. Процедуру выполняют резко, что позволяет повысить износоустойчивость. Существует несколько режимов. Они различаются температурой нагрева, временем выдержки и скоростью охлаждения. На выбор режима влияют химические характеристики стальной болванки. После проведения процедуры учитывают два основных показателя:
- Закаливаемость – получение твердости. Не все разновидности сырья поддаются подобному воздействию, в итоге материал остается недостаточно твердым. Наименьшей восприимчивостью обладают стальные заготовки, у которых количество углерода не превышает 0,3%. Время выдержки определяют по цвету.
- Прокаливаемость. В процессе поверхность остывает быстрее, чем сердцевина болванки. Охлаждающая жидкость быстро забирает тепло с поверхности. Чем медленнее происходит процесс, тем глубже происходит воздействие. Глубина его зависит от внутренней структуры материала, используемой среды и температуры.
Многие считают, что данные две процедуры также называются термической обработкой металлов. Такое мнение ошибочно. Оба термина обозначают параметры процесса закаливания, по которым определяют качество работ. Не будем подробно описывать, как при закалке изменяются свойства низкоуглеродистых сталей и цвет, отметим, что мелкозернистые изделия прокаливаются на меньшую глубину, чем крупнозернистые. Проверку осуществляют на изломе, осматривая структуру поверхности и твердость.
Различают несколько видов в зависимости от количества используемых сред и способов. Задействование одного вида охладителя уместно не для всех типов болванок. Из-за быстрого снижения градусов нагрева в структуре возникает сильное напряжение, температура распределяется неравномерно, что может привести к растрескиванию и искривлению.
Способы подбирают с учетом состава материала. Заэвтектоидные стальные изделия лучше всего выдерживать именно в одном охлаждающем. Заготовки со сложной геометрией поддают обработке в двух средах. Изначально их охлаждают в воде до 400⁰, потом кладут в масло, оставляя в нем до окончательного остывания.
Ступенчатая закалка не допускает случайного растрескивания и искажения. Изделие помещают в ванну, прогретую свыше 250⁰, затем окунают в масло или оставляют остывать на воздухе. Процедура уместна для болванок из углеродистого материала с сечением до 10 мм, а также крупных заготовок из легированной стали.
Процесс изотермическим методом выполняют жидкой солью, обеспечивая большую выдержку, чем при ступенчатой процедуре. Данный способ позволяет охладить заготовку с любой скоростью, поверхность не растрескивается, деталь не коробится, сохраняется нужная вязкость.
Светлая выполняется в защитной среде. Заготовку нагревают в специализированной печи. Чтобы поверхность приобрела светлый чистый цвет, процесс выполняют ступенчато. Предмет подогревают в хлористом натрии, затем опускают в расплавленную щелочь для остывания.
Лазерная — осуществляется лазерами при 103 - 104 Вт/см2. На обработанном основании формируется закаленная полоса, состоящая из зоны оплавления, отпуска и участка нагрева. Метод необходим для повышения устойчивости к степени нагрева, износу, коррозии и механическому влиянию, а также другим показателям. Компания «Сармат» предлагает широкий ассортимент металлообрабатывающих станков отечественного производства с доставкой по всей территории России. Комплектация подбирается с учетом целей.
Нормализация металла: технология процесса, температура закалки для обычной и низкоуглеродистых стали
Процедура представляет собой нагрев свыше показателей критической точки, выдерживание и охлаждение естественным образом на воздухе. Она позволяет получить нормализованную структуру материала. Ее используют для поверхностей различных типов. Температура должна превышать критические показатели на 50⁰. Время выдержки рассчитывают, руководствуясь нормой: на 1 час приходится 25 мм толщины болванки.
Заготовки большого сечения нагревают в соляной ванне, придерживаясь технологии. Это позволяет снизить внутреннее напряжение, избежать деформации и растрескивания. Когда нагрев поверхности снижается ниже критической точки, возможно быстрое охлаждение в масле или воде.
Отпуск стали после закалки: таблица
Он используется после закаливания. Ее применяют для металлических болванок, из которых будут изготовлены инструменты. Заготовку изымают из охлаждающей среды в определенный момент до наступления полного остывания. Остаточное тепло из сердцевины выходит наружу, нагревая поверхность. После того как достигнуты заданные показатели, охлаждение продолжают до полного остывания. Характеристки выдержки контролируют по таблице.
Читайте также: