Допускаемая скорость нагрева металла при термической обработке зависит от

Обновлено: 20.01.2025

Выбор температуры нагрева при отжиге зависит от марки стали, формы и размеров изделия и от цели отжига. Изделие нагревают с такой скоростью, чтобы оно равномерно прогревалось по всей толщине, так как при неравномерном или очень быстром нагреве в металле возникают напряжения, которые приводят к образованию трещин. Выдержка при температуре отжига дается для полного завершения всех изменений в структуре стали. Выдержка зависит от состава сплава и равна примерно 20 - 40 % времени нагрева. Изделие после выдержки охлаждается медленно, вместе с печью. Чем больше углерода в стали, тем медленнее ее следует охлаждать. Благодаря отжигу снижается твердость прокатных стальных листов и прутков и улучшается их способность обрабатываться. Листы кровельной стали после прокатки подвергают отжигу для повышения пластичности. [1]

Выбор температуры нагрева зависит от марки стали, формы, размеров, назначения и условий работы инструмента. Мелкие инструменты, выходящие из строя вследствие низкой прочности, целесообразно закаливать при температуре, дающей более высокую прочность при несколько пониженной теплостойкости. [2]

Выбор температур нагрева при любом виде термической обработки базируется на соответствующей диаграмме состояния. [5]

Выбор температуры нагрева штампа под закалку определяется химическим составом стали. Допускается посадка деталей штампов в печь при температуре до 400 С. Штампы с резкими переходами поверхностей следует нагревать медленнее. [6]

При выборе температур нагрева для горячей механической обработки следует учитывать не только увеличение пластичности стали с повышением температуры нагрева, но и рост зерна стали. [7]

При закалке имеют существенное значение два фактора: выбор температуры нагрева и закалочной среды. [8]

Таким образом, очевидно, что ограничением при выборе температуры нагрева под деформацию является минимальная температура деформации перед последующим нагревом. Максимальная же температура нагрева будет определяться началом интенсивного растворения карбидов титана и при кратковременном нагреве может быть доведена до 1150 - 1180 С, что значительно расширяет временной интервал деформации за счет аккумулирования большого количества тепла, чем при нагреве по прежней технологии. [10]

При последующем охлаждении с высоких температур из крупнозернистого аустенита образуется более грубозернистая структура, чем из мелкозернистого. Поэтому выбор температуры нагрева при термической обработке ограничивают определенными интервалами. Причем склонность к росту зерна у разных сталей различная. Стали, раскисленные в процессе выплавки только марганцем и кремнием, склонны к росту зерна с повышением температуры. [12]

Для чугуна тройного сплава ( Fe-Si - С) с высоким содержанием кремния понятие о критической точке при нагреве иное, чем для стали. При выборе температуры нагрева для закалки чугуна нужно учитывать положение двух эвтектоидных интервалов - метастабильного и стабильного превращений ( см. гл. Серый чугун может иметь различную исходную структуру при разном количественном сочетании стабильной и метастабильной фаз. [13]

Большое влияние на структуру металла заготовки, величину и стабильность его прочностных и пластических характеристик оказывает температурный режим ковки, степень и скорость деформации. При выборе температуры нагрева титанового сплава под ковку и температурного интервала горячего деформирования определяющим фактором следует считать температуру полиморфного превращения. [14]

Температура полиморфных превращений в легированной стали изменяется в зависимости от того, какие легирующие элементы и в каких количествах присутствуют в ней. Поэтому при выборе температур нагрева под закалку, нормализацию, отжиг или отпуск необходимо учитывать смещение критических точек - температур, при которых наблюдаются полиморфные превращения. [15]

Режим термической обработки стали

Режим термической обработки включает в себя следующие составляющие: скорость нагрева, температуру нагрева, продолжительность выдержки, скорость охлаждения.

Скорость нагрева выбирается в зависимости от теплопроводности стали (химического состава) и формы детали. Если теплопроводность стали высокая, то и скорость нагрева может быть больше. При этом следует иметь в виду, что у большинства легированных сталей теплопроводность ниже, чем у углеродистых, и быстрый нагрев может привести в них к возникновению напряжений и трещин. Заготовки или детали простой формы по той же причине можно греть быстрее, чем сложной.

Температура нагрева зависит от состава стали и вида термообработки. Для углеродистых сталей она может быть определенна по диаграмме Fe₃C, для легированных приводится в справочниках. Отметим, что для каждой стали при определенном виде термообработки эта температура величина постоянная.

Продолжительность выдержки зависит главным образом от размеров деталей и условий нагрева. При нагреве деталей в газовых или электрических печах выдержка обычно назначается из расчета 1,5-2 мин. на 1мм максимальной толщины детали (при условии что детали в печи не соприкасаются друг с другом). При нагреве в жидких средах (например, в соляных ваннах), где условия теплообмена очень высоки, продолжительность выдержки берется

10-15 сек. на 1мм толщины.

Скорость охлаждения обычно задают охлаждающей средой (охлаждение в печи, на воздухе, в масле, в воде, в специальных средах).

Режим термической обработки удобно задавать графиком в координатах температура-время (см.рис.9).

Отжиг стали

Отжигом называют вид термической обработки состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке и медленном охлаждении.

В процессе отливки, прокатки или ковки стальные заготовки охлаждаются неравномерно, что приводит к неоднородности структуры и свойств, возникновению внутренних напряжений. При затвердевании отливок кроме того возможно появление внутри кристаллитной ликвации (химической неоднородности по сечению зерна). В сварных соединениях также наблюдаются неоднородности структуры, свойств и внутренние напряжения.

Для устранения различного рода структурных неоднородностей проводят отжиг.

Различают несколько видов отжига различающихся по технологии выполнения и цели. Для измельчения зерна перегретой стали, снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием применяют полный, неполный, изотермический отжиги и отжиг на зернистый перлит. Для уменьшения внутреннего напряжения, снижения твердости, повышения пластичности и изменения формы зерен холоднодеформированного металла применяют рекристаллизационный отжиг. Для устранения внутрикристаллитной ликвации в легированных сталях - высокотемпературный диффузионный отжиг.

Температурные интервалы основных видов отжига для углеродистых сталей представлены на рис.10.

Полный отжиг проводится для доэвтектоидных и эвтектоидных сталей. Температура нагрева на 30-50 0 выше А₃, т.е. структуру полностью переводят в аустенитное состояние. После выдержки сталь медленно охлаждают в печи. Скорость охлаждения углеродистых сталей 100-150 0 /час, легированных - 30-40 0 /час. Структура стали после полного отжига получается феррито-перлитная, т.е. такая, как по диаграмме Fe-C.

Неполный отжиг проводят практически для инструментальных заэвтектоидных сталей, только в том случае, если в структуре нет цементита по границам зерен (сетка цементита). Если есть сетка цементита, то для ее устранения применяют нормализацию, что будет рассмотрено ниже. Температура нагрева на 30-50 0 выше А₁ (750-780 0 ). При нагреве структура будет состоять из аустенита и цементита, после медленного охлаждения из перлита и цементита.

Изотермический отжиг проводят с той же целью, что и полный, но время на его проведение требуется меньше (см.рис.11). После нагрева до температуры на 30-50 0 выше А₁, выдержке для выравнивания температуры по сечению, сталь подстуживают немного ниже А₁ (650-700 0 ) и выдерживают при этой температуре до полного распада аустенита на феррит и перлит, дальнейшее охлаждение с любой скоростью.

В отличие от других видов отжига здесь распад аустенита проходит не при непрерывном охлаждении, а в изотермических условиях (при постоянной температуре). Проводить такой отжиг проще, т.к. контролировать температуру легче, чем скорость охлаждения.

Изотермический отжиг обычно применяют для легированных сталей обладающих высокой устойчивостью аустенита (кривая изотермического распада сильно сдвинута вправо). Такой отжиг можно применять только для мелких заготовок, у которых температура по сечению выравнивается сравнительно быстро.

Отжиг на зернистый перлит проводят с целью улучшить обрабатываемость резанием за счет снижения твердости при переводе пластинчатого перлита взернистый. Такой отжиг применяют для эвтектоидной и заэвтектоидных сталей (при отсутствии сетки цементита).

Отжиг проводят по одному из следующих режимов:

1. Нагрев на 20-30 0 выше А₁, выдержка 3-5 часов, медленное охлаждение

2. Нагрев до тех же температур с небольшой выдержкой, охлаждение до 600 0 , снова нагрев до 740-750 0 и снова охлаждение до 600 0 . Такие циклы нагрева и подстуживания повторяют 2-4 раза, т.е. проводят как бы покачивание температуры стали около А₁. Поэтому такой отжиг называют еще маятником отжигом. Графически режим маятникового отжига представлен на рис.12. Общая продолжительность по второму режиму меньше, чем по первому

Почему при таком отжиге цементит изменяет форму от пластинки до сферы? Представим себе пластинку цементита в аустените. По краям этой пластинки радиус кривизны мал (0,5 толщины пластины), а по плоскости бесконечно большой. Там, где радиус кривизны мал, углерод легче переходит из цементита в аустенит, т.е. концентрация углерода у краев пластины будет повышаться. За счет диффузии концентрация углерода в аустените выравнивается атомы углерода будут переходить от края пластины к плоской части и там выделяться в виде цементита. Процесс идет пока вся пластина не превратится в сферу.

Отжиг рекристаллизационный применяют для снижения прочности, твердости, повышения пластичности и устранения вытянутости зерен после холодной пластической деформации (например, промежуточные отжиги при волочении проволоки). Такому отжигу подвергают малоуглеродистые стали, так как высокоуглеродистые стали в холодном состоянии деформируются плохо и их такой обработке практически не подвергают.

Нагрев при этом отжиге проводят ниже температуры А₁ до 600-700 0 с последующим охлаждением в печи или на воздухе. При этом временное сопротивление разрыву (высокое после деформации) снижается, а пластичность растет. Схема изменения формы зерен в процессе холодной пластической деформации и последующего рекристаллизационного отжига приведена на рис.13.

Нормализация стали

Нормализация заключается в нагреве стали на 30-50 0 выше критических температур А3 и А_см(см.рис.3) с последующим охлаждением на воздухе.

Цель нормализации доэвтектоидных конструкционных сталей несколько повысить прочность (по сравнению с прочностью после отжига) за счет измельчения структурных составляющих (феррита и перлита).

Цель нормализации заэвтектоидных инструментальных сталей - устранить цементитную сетку по границам перлитных зерен и тем самым предотвратить повышенную хрупкость стали при последующей закалке. Структура таких сталей после охлаждения на воздухе из аустенитной области (выше А_C3) получается сорбит (см. рис. 14).

Закалка стали

Закалка - вид термической обработки состоящий в нагреве стали до определенных температур (доэвтектоидных на 30-40 0 выше А₃, заэвтектоидных на 30-40 0 выше А₁), выдержке и быстром охлаждении, со скоростью более верхней критической.

Цель закалки - повысить твердость, прочность, износоустойчивость.

Скорость охлаждения при закалке обычно задают охлаждающей средой (вода, масло, специальные среды). Верхняя критическая скорость закалки сильно зависит от содержания углерода (см.рис.1.5.) и легирующих элементов. Малоуглеродистые стали (<0,25%С) обычно закалке не подвергаются, так как V_вкз у них настолько велика, что не достигается даже при охлаждении в воде. Изменение структуры углеродистых сталей при закалке представлено в табл.1.

ОСНОВЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Термической обработкой металлов и сплавов называется совокупность операций нагрева, выдержки и последующего охлаждения с целью изменения структуры и получения металлов и сплавов с необходимыми свойствами

Термической обработке подвергают заготовки (кованые, штампованные, литые и др.) и готовые детали. Заготовки подвергают термической обработке в целях улучшения их структуры и снижения твердости, а обрабатываемые детали — для придания им необходимых свойств: твердости, прочности, износостойкости, упругости и др.

Д. К. Чернов, работая на Обуховском заводе над изучением орудийных сталей, обнаружил ряд изменений в стали при ее нагревании и охлаждении, которые не были замечены металлургами до него. Наблюдая за раскаленными заготовками стали, он неоднократно замечал, что при определенных температурах в металле происходят какие-то внутренние превращения (изменения). Об этом можно было суть по двум признакам: в определенный момент цвет охлаждаемой стали становился на несколько мгновений ярче, и в это же время от стали интенсивно отскакивала окалина. Он открыл две температуры, которые оказывали решающее значение на строение и свойства охлажденной стали.

Это открытие Д. К. Чернова имеет мировое значение. Практически 4но значит, что для получения высоких механических свойств сталь следует нагревать до критической точки или несколько выше, а затем охладить.

Последующие исследования ряда ученых подтвердили существование критических точек и превращений в стали, которые впервые объяснил Д.К.Чернов.

Изменяя температуру и продолжительность нагрева, температуру, продолжительность выдержки и скорость охлаждения, можно сообщить стали одного и того же химического состава самые разнообразные свойства, т. е. делать ее твердой или мягкой, в различной степени пластичной, хрупкой и т. п. Совокупность этих условий называется режимом термической обработки.

5.1. Отжиг и нормализация

В зависимости от температуры нагрева и условий охлаждений, различают следующие виды термической обработки: отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Они имеют различное назначение и отличаются друг от друга скоростью и температурой нагрева, временем выдержки при этой температуре и скоростью охлаждения. Температура нагрева при отжиге, нормализации и закалке стали зависит от содержания углерода.

О т ж и г о м называют такую операцию, при которой сталь нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре и затем медленно охлаждают вместе с печью. Отжиг повышает обрабатываемость стали резанием и давлением.

Целью отжига является:

- уменьшение внутренних напряжений в деталях после механической (горячей или холодной) обработки — низкотемпературный отжиг;

- устранение нежелательного изменения в структуре, вызванного обработкой,— полный отжиг;

- изменение структуры в целях облегчения условий обработки резанием, т. е. уменьшение сопротивления стали резанию,— неполный отжиг.

Низкотемпературный отжиг. Неравномерность охлаждения стального проката или поковок приводит к образованию внутренних напряжений в металле, которые в необработанной заготовке не проявляются и обнаруживаются только при односторонней ее обработке. Волочение, прокатка, строгание, точение, фрезерование и др. вызывают возникновение в заготовке внутренних напряжений, которые должны быть уменьшены или полностью устранены перед закалкой изделия. В таких случаях достаточно нагреть заготовку до температуры 500—600° С.

Полный отжиг применяют главным образом после горячей обработки деталей (ковки и штамповки), а также для обработки литья из углеродистых и легированных сталей. Основной целью полного отжига кованых и литых деталей является измельчение зерна. Полный отжиг осуществляется путем нагрева стали на 30—50° С выше определенной точки, выдержки при этой температуре и последующего медленного охлаждения вместе с печью. Время выдержки при нагреве должно быть достаточным для прогрева изделий по всему сечению.

Неполный отжиг. Если до отжига структура стали удовлетворительная, но сталь обладает повышенной твердостью и в деталях имеются внутренние напряжения, применяют неполный отжиг. При неполном отжиге сталь нагревают до температуры, на 30—40 е С превышающей нижнюю критическую точку, т. е. до 750—760° С. Замедленное охлаждение или длительная выдержка стали при температурах 680—750°,С способствует образованию крупнозернистости, облегчающей обрабатываемость резания стали.

Для мягких сталей с содержанием углерода до 0,4—0,5% неполный отжиг применяется редко. Для инструментальных сталей неполный отжиг является единственным видом отжига. Он способствует снятию внутренних напряжений и улучшению обрабатываемости.

Изотермический отжиг в отличие от полного отжига заключается в том, что сталь нагревают до температуры на 30—50° С выше определенной температуры и после выдержки охлаждают в расплавленной соли до температуры ниже определенной точки на 30—100° С (680—700° С). При этой температуре сталь подвергают выдержке, а затем охлаждают до комнатной температуры. Температура изотермической выдержки (650—700° С) оказывает значительное влияние на свойство стали.

Основное преимуществ изотермического отжига состоит в том, что он позволяет сократить длительные циклы, применяемые при указанных отжигах деталей из легированной стали, которые требуют очень медленного охлаждения для снижения твердости.

Диффузионный отжиг (гомогенизацию) применяют, чтобы выровнять (путем диффузии) химический состав стали в слитках и крупных отливках. Диффузионный отжиг осуществляют при высоких температурах (1100—1200° С) с выдержкой от 10 до 15 ч при этой температуре, а затем медленно охлаждают до 600—550° С.

Сталь, прошедшая диффузионный отжиг, обладает более высокими механическими свойствами, особенно повышается ударная вязкость.

Рекристаллизационный, или низкий, отжиг применяют для исправления искажений кристаллической решетки, полученных при холодной прокатке, волочении или холодной штамповке. Отжиг производят нагреванием стали до температуры 630—650° С с выдержкой при этой температуре и медленным охлаждением, в результате чего вместо деформированной (вытянутой) структуры получают мелкозернистую, равноосную, мягкую и вязкую структуру.

Нормализацией называется операция нагрева стали на 30—50°С выше определенной линии с выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе.

Закалкой называют такую операцию термической обработки, при которой сталь нагревают до температуры, несколько выше критической, выдерживают при этой температуре и затем быстро охлаждают в воде, масле, водных растворах солей и др.

Цель закалки — получение стали с высокими твердостью, прочностью, износоустойчивостью и другими важными свойствами, повышающими эксплуатационную надежность и долговечность обрабатываемых деталей и инструмента. Качество закалки зависит от температуры и скорости нагрева, времени выдержки и скорости охлаждения.

При выборе режимов закалки пользуются соответствующими справочниками.

Допускаемая скорость нагрева металла при термической обработке зависит от типа нагревательного устройства, веса одновременно нагреваемого металла, его химического состава, теплопроводности, степени однородности и чистоты, а также формы, размеров деталей и температуры нагрева.

В качестве закалочной среды применяют: воду, водные растворы солей, расплавленные соли и минеральные масла (веретенное, машинное и трансформаторное). Закалочную среду выбирают с учетом химического состава стали. Нужно иметь в виду, что единой универсальной среды для закалки стали нет, поэтому пользуются различными средами. В качестве закалочных сред используют также 5—10%-ный раствор едкого натра или поваренной соли, при этом скорость охлаждения стали в два раза больше.

Отпуском называется процесс термической обработки, применяемый после закалки стали с целью устранения внутренних напряжений, уменьшения хрупкости, понижения твердости, увеличения вязкости и улучшения обрабатываемости.

Отпуск заключается в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при этой температуре с последующим охлаждением в воде, масле или другой среде. В зависимости от температуры нагрева различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск применяют для обработки режущего и измерительного инструмента, изготовленного из углеродистых и низколегированных сталей, шариков и роликов шарикоподшипников и др. Низкий отпуск осуществляют при температуре 150—250° С с выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе. В результате низкого отпуска сталь сохраняет высокую твердость НR_c 60 и устраняется хрупкость, снимаются внутренние напряжения.

Средний отпуск применяют для инструментов, которые должны обладать значительной прочностью и упругостью при средней твердости НR_c 35—47, а также для некоторых деталей (пружин, рессор). Этот отпуск производится при температуре 300—500° С.

Высокий отпуск (500—600°С) применяется с целью полностью снять внутренние напряжения, придать деталям высокую вязкость при сохранении достаточной твердости (НR_c 207—281). Высокому отпуску подвергаются детали машин из конструкционной стали, которые работают при больших напряжениях и ударах: зубчатые колеса, валы, шатуны и т. д.

5.4. Старение закаленной стали

При низкотемпературном отпуске большая часть внутренних напряжений в закаленной стали остается. С течением времени они постепенно исчезают, в результате чего в металле наступает полное структурное равновесие. Самопроизвольное исчезновение внутренних напряжений при комнатной температуре весьма длительно и сопровождается изменением формы и размеров закаленных деталей. Этот процесс называют естественным старением. Изменение размеров в процессе естественного старения невелико и измеряется в микронах. Для деталей машин и режущего инструмента изменения размеров не имеют практического значения, поэтому их обычно не учитывают. Однако при изготовлении сверхточных машин, например координатно-расточных станков, измерительных калибров, даже такие небольшие изменения недопустимы. Чтобы размеры деталей и инструмента не изменялись с течением времени и оставались стабильными, их подвергают искусственному старению.

Сущность искусственного старения состоит в том, что закаленные и отпущенные при низкой температуре детали и инструмент после предварительного шлифования сначала подвергают нагреву до 100—150° С, затем выдерживают при этой температуре в течение 18—35 ч. При таком нагреве и выдержке все процессы, вызывающие изменение размеров стали, протекают значительно быстрее, чем при комнатной температуре. Поэтому после старения размеры деталей и инструмента стабилизируются.

Искусственное старение чаще всего производится в масляных ваннах. При отсутствии в цехе масляных ванн искусственное старение производят в кипящей воде с выдержкой в течение 36 ч.

Вопросы для самопроверки

1. Какие физико-механические свойства стали могут быть изменены путем термической обработки?

2. В чем разница между деталями, прошедшими отжиг и нормализацию? Приведите примеры из вашей практики.

3. В каких случаях применяют закалку с нагревом металла в печах и в каких случаях нагрев осуществляют токами высокой частоты?

4. Назовите виды термической обработки стали и объясните их назначение.

5. Расскажите о процессе отжига стали. Какие виды отжига применяют?

6. Какие дефекты могут быть при закалке? Как их предупредить и устранить?

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Скорость нагрева металла под термическую обработку является важнейшим параметром режима нагрева. При термической обработке она должна обеспечивать максимальную производительность нагревательных устройств и предохранять изделия от высоких внутренних напряжений, короблений и трещин, а также обеспечивать протекание необходимых превращений. [1]

Скорость нагрева металла в индукционных печах может достигать 2000 град / сек, благодаря чему при нагреве почти не получается окалины; это позволяет экономить расход металла и уменьшать износ инструмента. Применение индукционного нагрева в кузнечных и прессовых цехах дает возможность автоматизировать процесс нагрева и обработки изделий. [3]

Скорость нагрева металла в различных сечениях образца ( в интервале 700 - 1000 С) уменьшается от центра к периферии выточки аналогично условиям нагрева при сварке. Термические циклы в шести точках измеряют термопарами диаметром 0 1 мм, приваренными к боковой стороне образца, и записывают на шлейфовом осциллографе. После закалки этих образцов в воде на микрошлифах исследуют структуру и измеряют твердость в различных участках от центра к периферии выточки. [4]

Скорость нагрева металла в печи зависит, главным образом, от температуры печи при загрузке в нее заготовок. Чем выше температура печи, тем быстрее нагревается заготовка. Обычно нагрев стальных заготовок в пламенных печах производят при разнице между температурой печи и конечной температурой нагретого металла в 100 - 150 С. Эту разницу называют температур-нымнапоромпечи. [5]

Скорость нагрева металла можно регулировать, изменяя угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла. Чем больше этот угол приближается к 90, тем быстрее будет нагреваться свариваемый металл. [9]

Скорость нагрева металла при газокислородной продувке может и возрастать за счет тепла от дожигания большого количества горючих газов над ванной и лучшего перемешивания ванны. [11]

Скорость нагрева металла изделия составляет в среднем 70 - 80 в минуту. При использовании таких подогревателей необходимо иметь в виду, что переменное магнитное поле индуктора оказывает влияние на сварочную дугу. Оно заметно действует на дугу на расстоянии около 100 мм от индуктора. [12]

Повышение скорости нагрева металла допустимо лишь в определенных пределах, ограниченных величиной напряжений, которые возникают в металле вследствие температурного перепада по сечению нагреваемого слитка или заготовки. [13]

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:

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

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

Температуру нагрева.
Время, требующееся для нагрева.
Время выдержки металла при заданной температуре.
Скорость охлаждения.

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

Цвета закалки стали

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Методы предотвращения образования окалины и критического снижения концентрации углерода

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

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

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

Температура нагрева стали при термообработке

Как ранее было отмечено, термообработка предусматривает и охлаждение сталей, для чего может использоваться не только водяная, но, к примеру, и соляная ванная. При использовании кислот в качестве охлаждающей жидкости одним из требований является периодическое раскисление сталей. Данный процесс позволяет исключить вероятность снижения показателя концентрации углерода в поверхностном слое. Чтобы провести процесс раскисления используется борная кислота или древесный уголь. Также не стоит забывать о том, что процесс раскисления сталей приводит к появлению пламя на заготовки во время ее опускания в ванную. Поэтому при закалке, закалкой сталей с применением соляных ванн следует соблюдать разработанную технику безопасности.

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

Закалка стали — технологический процесс

Процедура охлаждения

Рассматривая все виды закалки стали стоит учитывать, что не только температура нагрева оказывает сильное воздействие на структуру, но и время выдержки, а также процедура охлаждения. На протяжении многих лет для охлаждения сталей использовали обычную воду, в составе которой нет большого количества примесей. Стоит учитывать, что примеси в воде не позволяют провести полную закалку с соблюдением скорости охлаждения. Оптимальной температурой воды, используемой для охлаждения закалённой детали, считают показатель 30 градусов Цельсия. Однако стоит учитывать, что жидкость подвергается нагреву при опускании раскаленных заготовок. Холодная проточная вода не может использоваться при охлаждении.

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

При цементировании металла.
При поверхностной закалке.
При простой форме заготовки.

Детали после финишной обработки подобным образом не охлаждаются.

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

Процесс закалки стали

Тонкостенные детали также подвергаются термической обработке. Закалочное воздействие с последующим неправильным охлаждением приведет к тому, что концентрация углерода снизиться до критических значений. Выходом из сложившейся ситуации становится использование минеральных масел в качестве охлаждающей среды. Используют их по причине того, что масло способствует равномерному охлаждению. Однако попадание воды в состав масла становится причиной появления трещин. Поэтому заготовки должны подвергаться охлаждению при использовании масла с соблюдением мер безопасности.

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

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

Какие именно жидкости используют для охлаждения стали?

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

Читайте также: