Всем привет! Как и писал в одном из выпусков «It's a Man's Man's Man's World», я работаю на предприятии в отделении термической обработки. В х набралось несколько человек, которые желали видеть более детально мою работу. Надеюсь, не только им будет интересна моя сфера деятельности, и каждый сможет открыть для себя что то новое.
С того времени я начал сбор материала для поста, ушел в отпуск и написал пост.
Вообще, все это интересно, познавательно и достаточно сложно.
Что бы хорошо в этом разбираться и понимать, что происходит с металлом и почему — нужно иметь достаточно углубленные знания в нескольких областях — химия, физика, металловедение и возможно каких-то других.
Думаю необходимо сделать оговорку, что такими знаниями в полной степени я не владею, и имею лишь только базовые знания в пределах курса и опыта работы. Тогда ты будешь большим начальником главным и управлять такими, как я.
Термической обработкой называют совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения металлических сплавов, находящихся в твёрдом состоянии, для изменения их структуры и получения нужных физико – механических свойств.
Перед тем, как рассказывать что такое закалка, и показать как она происходит, я хочу рассказать про рабочее место.
Его, как такового — нет. Весь цех — мое рабочее место. Так произошло ввиду того, что промышленное оборудование нагрева достаточно большое, и под разные операции и задачи тех. процесса термообработки отведено определенное оборудование. Поэтому закалка производится на одной печи, отпуск на другой.
Цементация на третей, а отжиг на четвертой и так далее…
Так же хочу предупредить особо впечатлительных лиц, беременных женщин и детей — во первых, это прежде всего производство.
Во вторых — оно не совсем технологично, и людей в бахилах и белых халатах здесь вы не увидите. А увидите местами старое оборудование, оставшееся в наследство от великой сверх-цивилизации, грязь, цех и разруху.
Хотя мы всей душой любим свое рабочее место и стараемся поддерживать его в порядке.
Закалка – нагрев стали выше температуры фазовых превращений с последующим охлаждением по определённому режиму для получения нужной структуры и повышения твердости и прочности.
Процесс закалки стали заключается в ее нагреве до определенной температуры (на 30…50° выше линии GSK по диаграмме Fе -Fе3С), выдержке и последующем быстром охлаждении в воде, масле, расплавленных солях или других средах.
Практически все готовые металлические изделия проходят этап закалки.
Пилы, ножевки, сверла, бытовые ножи и многое другое. Показывать, как происходит закалка я буду на таких «кольцах», из них собирают подшипники, которые используются в нефтедобывающей отрасли. Было фото готового подшипника, но я его (фото) потерял.
Доставляют их в «телегах» вместе с нарядом на работу — в нем указан тип, токарь который построил дом наточил, количество и необходимая твердость, дата отправки.
Что бы далее не задаваться вопросами, почему такая температура — у нас есть технологическая карта, или технология. Это таблица, в которой собраны все температуры закалки-отпуска, их среды для каждого типа металла. Ориентироваться будем на нее.
Начиная работу, необходимо выставить «рабочую» температуру, согласно технологии, на специальном приборе — КСП-4 (потенциометр).
Далее нужно проверить уровень закалочной среды-соли калия. Раз в несколько дней нужно поднять уровень. К нам она поставляется в 50 кг мешках.
Приносим, открываем — засыпаем совочком как песочек в детстве и ждем пока расплавится)) Фото старался затемнить, что бы было видно хоть что-то. Трубка тонкая слева — термопара, датчик температуры среды.
Большие трубы — электроды, которые производят нагрев среды.
Перед тем, как приступить к закалке, необходимо «посадить» детали на специальное приспособление (ручной работы)) и «просушить» их рядом с рабочей областью ванны, где как среда закалки находится расплавленная соль калия, для исключения наличия воды на поверхности детали.
Ее наличие крайне не желательно, ведь при такой температуре вода не испаряется, а происходит «взрыв» — громкий хлопок с выбросом в окружающий мир среды закалки. Очень неприятно, первый раз страшно эти брызги могут поджечь рабочую одежду и придется тушить.
А еще у тебя в руках детали остались, ведь ты их загружал, не забыл?))
Поэтому ставим их рядышком и идем отдохнуть минут на 10. Безопасность — очень важно!
После того, как с деталек испарилась вся вода, можно погружать в среду закалки. Для этого мы берем «крючок» (опять таки, ручной работы!), цепляем «приспособление» и погружаем.
Выжидаем приблизительно 10-15 минут.
Почему столько? Потому что приблизительно за такое время деталь полностью нагреется, как снаружи, так и внутри (хозяюшки и те, кто ел сырые внутри печеньки/пирожки/etc поймут).
Ну и помимо этого, пройдут все физико-химические превращения по диаграммам внутри металла (см начало поста). После этого деталь вынимаем и несем ее к баку с охлаждающей средой — маслом. Погружаем.
Масло, вступив в контакт с горячей деталью буквально тут же закипает и испаряется, образовывая паровую оболочку, которая мешает поступлению свежего масла для охлаждения.
В результате чего деталь может не прокалиться (читай — не получить нужную твердость) в определенных местах, где оболочка была больше и дольше. Для этого ее нужно разрушить, совершая возвратно-поступательные движения деталью внутри бака при погружении и некоторое время после.
Разрушив ее, мы можем спокойно оставить деталь остывать на некоторое время для последующего остывания.
После того, как деталь остыла ее можно достать и поставить на сетку, что бы остатки масла стекли обратно в бак. Здесь не столько важно масло, сколько чистота. Если этого не сделать, все быстро станет масленым — пол, стол, перчатки, инструмент, etc.
Так произошла закалка. Т.е. мы нагрели деталь, и быстро ее охладили. Теперь не менее важно провести отпуск, который снимет напряжения в металле, возникшие в следствии высокого нагрева и резкого охлаждения, и повысит/понизит твердость.
Я специально прервался на данном месте, т.к. следующая процедура не относится ни к закалке, ни к отпуску, а имеет лишь подготовительный характер — перед отпуском нам нужно удалить образовавшуюся окалину и остатки охлаждающей жидкости.
Отпуск — технологический процесс, заключающийся в термической обработке закалённого на мартенсит сплава или металла, при которой основными процессами являются распад мартенсита, а также полигонизация и рекристаллизация.
Отпуск проводят с целью получения более высокой пластичности и снижения хрупкости материала при сохранении приемлемого уровня его прочности.
Делаем это после того, как масло стекло с деталей. Детали нужно перенести на стол, снять с «приспособлений» и связать все закаленные кольца в одну связку. После чего мы их отправим в бак «отварки», содержимое которого — растворенная сода в кипящей воде.
Сколько деталь там будет находится, и что мы с ней будем делать — не принципиально. У нас есть один срок — приблизительно 6 часов, в течении которых мы обязаны произвести отпуск.
Иначе в составе металла начнут происходить необратимые изменения, которые приведут к потере характеристик и как следствие — разрушения детали. Лучше всего произвести отпуск как можно раньше.
Для отпуска мы используем совсем другую печь, как по типу (шахтную), как и по методу нагрева — сопротивлением.
Как набирается несколько связок заслуживающих нашего внимания — загружаем их в печь. Качество конечно замылено — делал в процессе работы, загрузка уже не первая, соответственно там горячо и пар идет, телефон держать тяжело в таких условиях.
Загрузили — закрываем. Включаем вентиляцию — все что не отмылось начинает выгорать и дико дымить-чадить. Без вентиляции вобще ничто и никуда.
Идем к пульту, щиту управления электро-печью = как хотите, но нам нужно задать температуру отпуска. Здесь прибор электронный, все действия производятся нажатием кнопочек. Выставил температуру — свободен! Минимум — час. А лучше полтора. Опять таки, такова технология. Лишь за это время в металле при данной температуре произойдут все превращения (см начало поста) и мы получим готовую деталь.
Про прошествии часа-полтора, достаем готовые детали и оставляем охлаждаться их на воздухе для ожидания дальнейшей транспортировки. Теперь они «получили» и «закрепили» нужную твердость и с ними можно делать все что угодно. Их характеристики соответствуют ТЗ в наряде.
На этом закончен цикл закалки детали. Если пост наберет достаточно плюсов и будет интересен пикабушникам — продолжу писать, есть еще достаточно материала по операциям термообработки, которые можно было осветить.
P.S. Работу я люблю и дорожу ей, а так же надеюсь, что претензий к фото не будет и мне не достанется от работодателя за публикации данных фотографий.))
Всем удачной рабочей недели!
Особенности закалки различных видов стали – способы, температура, прочие нюансы
Одним из наиболее распространенных способов термообработки металлов является закалка стали.
Именно при помощи закаливания формируются требуемые характеристики готового изделия, а ее неправильное выполнение может привести к излишней мягкости металла (непрокаливание) или к его чрезмерной хрупкости (перекаливание). В нашей статье речь пойдет о том, что такое правильная закалка и что нужно сделать, чтобы ее выполнить.
Какой бывает закалка металла
О том, что воздействие высокой температуры на металл может изменить его структуру и свойства, знали еще древние кузнецы и активно использовали это на практике.
В дальнейшем уже научно было установлено, что закалка изделий, изготовленных из стали, предполагающая нагрев и последующее охлаждение металла, позволяет значительно улучшать механические характеристики готовых изделий, значительно увеличивать срок их службы и даже в итоге уменьшать их вес за счет увеличения прочности детали.
Что примечательно, закалка деталей из недорогих сортов стали позволяет придать им требуемые характеристики и успешно использовать вместо более дорогостоящих сплавов.
Смысл процесса, который называется закалка изделий из стальных сплавов, заключается в нагреве металла до критической температуры и его последующем охлаждении. Основная цель, которая преследуется такой технологией термообработки, заключается в повышении твердости и прочности металла с одновременным уменьшением его пластичности.
Существуют различные виды закалки и последующего отпуска, отличающиеся режимами проведения, которые и определяют конечный результат. К режимам закалки относятся температура нагрева, время и скорость его выполнения, время выдержки детали в нагретом до заданной температуры состоянии, скорость, с которой осуществляется охлаждение.
Наиболее важным параметром при закалке металлов является температура нагрева, при достижении которой происходит перестройка атомной решетки. Естественно, что для сталей разных сортов значение критической температуры отличается, что зависит, в первую очередь, от уровня содержания в их составе углерода и различных примесей.
После выполнения закалки повышается как твердость, так и хрупкость стали, а на ее поверхности, потерявшей значительное количество углерода, появляется слой окалины. Толщину этого слоя обязательно следует учитывать для расчета припуска на дальнейшую обработку детали.
Диаграмма состояний железо-углерод
При выполнении закалки изделий из стальных сплавов, очень важно обеспечить заданную скорость охлаждения детали, в противном случае, уже перестроенная атомная структура металла может перейти в промежуточное состояние.
Между тем, слишком быстрое охлаждение тоже нежелательно, так как оно может привести к появлению на детали трещин или к ее деформации.
Для того, чтобы избежать образования таких дефектов, скорость охлаждения после падения температуры нагретого металла до 200 градусов Цельсия, несколько замедляют.
Для нагрева деталей, изготовленных из углеродистых сталей, используют камерные печи, которые могут прогреваться до 800 градусов Цельсия.
Для закалки отдельных марок стали критическая температура может составлять 1250–1300 градусов Цельсия, поэтому детали из них нагреваются в печах другого типа.
Удобство закалки сталей таких марок заключается в том, что изделия из них не подвержены растрескиванию при охлаждении, что исключает необходимость в их предварительном прогреве.
Очень ответственно следует подходить к закалке деталей сложной конфигурации, имеющих тонкие грани и резкие переходы. Чтобы исключить растрескивание и коробление таких деталей в процессе нагрева, его следует проводить в два этапа. На первом этапе такую деталь предварительно прогревают до 500 градусов Цельсия и лишь затем доводят температуру до критического значения.
Нагрев стали при закалке токами высокой частоты
Для качественной закалки сталей важно обеспечить не только уровень нагрева, но и его равномерность. Если деталь отличается массивностью или сложной конфигурацией, обеспечить равномерность ее нагрева можно только в несколько подходов.
В таких случаях нагревание производится с двумя выдержками, которые необходимы для того, чтобы достигнутая температура равномерно распределилась по всему объему детали.
Увеличивается суммарное время нагревания и в том случае, если в печь одновременно помещаются сразу несколько деталей.
Как избежать образования окалины и обезуглероживания при закалке
Многие детали из стали проходят закалку уже после того, как была выполнена их финишная обработка. В таких случаях недопустимо, чтобы поверхность деталей была обезуглерожена или на ней образовалась окалина.
Существуют способы закалки изделий из стали, которые позволяют избежать таких проблем. Закалка, выполняемая в среде защитного газа, который нагнетается в полость нагревательной печи, может быть отнесена к наиболее передовому из таких способов.
Следует иметь в виду, что используют такой метод лишь в том случае, если печь для нагрева полностью герметична.
На фото виден момент гидросбива на стане горячей прокатки — удаление окалины
Более простым способом, позволяющим избежать обезуглероживания поверхности металла при закалке, является применение чугунной стружки и отработанного карбюризатора.
Для того чтобы защитить поверхность детали при нагревании, ее помещают в специальную емкость, в которую предварительно засыпаны эти компоненты.
Для предотвращения попадания в такую емкость окружающего воздуха, который может вызвать процессы окисления, снаружи ее тщательно обмазывают глиной.
Если после закалки металла его охлаждают не в масле, а в соляной ванне, ее следует регулярно раскислять (не менее двух раз за смену), чтобы избежать обезуглероживания поверхности детали и появления на ней окисла.
Для раскисления соляных ванн могут быть использованы борная кислота, бурая соль или древесный уголь. Последний обычно помещают в специальный стакан с крышкой, в стенках которого имеется множество отверстий.
Опускать такой стакан в соляную ванну следует очень осторожно, так как в этот момент на ее поверхности вспыхивает пламя, которое затухает через некоторое время.
Существует простой способ, позволяющий проверить качество раскисления соляной ванны. Для этого в такой ванне нескольких минут (3–5) нагревают обычное лезвие из нержавеющей стали. После соляной ванны лезвие помещают в воду для охлаждения. Если после такой процедуры лезвие не гнется, а ломается, то раскисление ванны прошло успешно.
Объемная закалка толстостенных заготовок
Охлаждение стали при закалке
Основу большинства охлаждающих жидкостей, используемых при закалке изделий из сталей, составляет вода. При этом важно, чтобы такая вода не содержала в своем составе примесей солей и моющих средств, которые могут значительно повлиять на скорость охлаждения.
Емкость, в которой содержится вода для закалки изделий из металла, не рекомендуется использовать в других целях. Важно также учитывать и то, что для охлаждения металла в процессе закалки, нельзя использовать проточную воду.
Оптимальной для охлаждающей жидкости считается температура в 30 градусов Цельсия.
Закалка изделий из стали с использованием для их охлаждения обычной воды, имеет ряд существенных недостатков. Самый главный из них — это растрескивание и коробление деталей после их охлаждения.
Как правило, таким способом охлаждения пользуются, когда выполняется цементирование металла, поверхностная закалка стали или термическая обработка деталей простой конфигурации, которые в дальнейшем будут подвергаться финишной обработке.
Для изделий сложной формы, изготовленных из конструкционных сталей, применяют другой тип охлаждающей жидкости – 50%-й раствор каустической соды, нагретый до температуры 60 градусов Цельсия. После охлаждения в таком растворе закаленная сталь приобретает светлый оттенок.
Очень важно при работе с каустической содой соблюдать технику безопасности, обязательно использовать вытяжку, размещаемую над ванной. При опускании раскаленной детали в раствор образуются пары, очень вредные для здоровья человека.
Закалка стали в муфельной печи
Лучшей охлаждающей жидкостью для тонкостенных деталей из углеродистых сталей и изделий, выполненных из легированных сплавов, являются минеральные масла, которые обеспечивают постоянную (изотермическую) температуру охлаждения, вне зависимости от условий окружающей среды.
Главное, чего следует избегать при использовании такой технической жидкости, — это попадания в нее воды, что может привести к растрескиванию деталей в процессе их охлаждения.
Однако, если в такую охлаждающую жидкость все же попала вода, ее можно легко удалить из нее, нагрев масло до температуры, превышающей температуру кипения воды.
У закалки стали с использованием масла в качестве охлаждающей жидкости есть ряд существенных недостатков, о которых обязательно стоит знать.
При контакте масла с раскаленной деталью выделяются пары, вредные для человеческого здоровья, кроме того, масло в этот момент может загореться.
У масляной ванны есть и такое свойство: после ее использования на детали остается налет, а сама охлаждающая жидкость со временем теряет свою эффективность.
Все эти факторы следует учитывать при выполнении закалки металлов в масляной среде и принимать следующие меры безопасности:
- погружать детали в масляную ванну при помощи щипцов с длинными ручками;
- все работы выполнять в специальной маске из закаленного стекла и в перчатках, изготовленных из толстой ткани с огнеупорными свойствами или из грубой кожи;
- надежно защищать плечи, шею, грудь рабочей одеждой, изготовленной из толстой огнеупорной ткани.
Охлаждение в масляной ванне
Для закалки сталей отдельных марок охлаждение осуществляют при помощи потока воздуха, создаваемого специальным компрессором. Очень важно, чтобы охлаждающий воздух был совершенно сухим, так как содержащаяся в нем влага может вызвать растрескивание поверхности металла.
Существуют способы закалки стали, при которых используют комбинированное охлаждение. К ним обращаются для охлаждения деталей из углеродистых сталей, имеющих сложный химический состав.
Суть таких способов закалки заключается в том, что сначала нагретую деталь помещают в воду, где за короткое время (несколько секунд) ее температура снижается до 200 градусов, дальнейшее охлаждение детали проводят уже в масляной ванне, куда ее следует переместить очень оперативно.
Выполнение закалки и отпуска стальных деталей в домашних условиях
Термическая обработка металлических изделий, в том числе поверхностная закалка стали, не только увеличивает твердость и прочность сплава, но и значительно повышает внутренние напряжения в его структуре. Чтобы снять эти напряжения, способные в процессе эксплуатации детали привести к ее поломке, необходимо отпустить изделие из стали.
Следует иметь в виду, что такая технологическая операция приводит к некоторому снижению твердости стали, но увеличивает ее пластичность. Для выполнения отпуска, суть которого состоит в постепенном уменьшении температуры нагретой детали и ее выдерживании при определенном температурном режиме, используются печи, соляные и масляные ванны.
Закалка и отпуск стали в домашних условиях
Температуры, при которых выполняется отпуск, отличаются для различных сортов стали.
Так, отпуск быстрорежущих сплавов проводится при температуре 540 градусов Цельсия, а для сталей с твердостью на уровне HRC 59-60 достаточно и 150 градусов.
Что характерно, при отпуске быстрорежущих сплавов их твердость даже возрастает, а во втором случае ее уровень понижается, но значительно повышается показатель пластичности.
Закалка и отпуск изделий из стали, в том числе и нержавеющих сортов, вполне допустима (и, более того, часто практикуется) и в домашних условиях, если в этом возникла необходимость.
В таких случаях для нагрева изделий из стали можно использовать электроплиты, духовки и даже раскаленный песок. Температуры, до которых следует нагревать стальные изделия в таких случаях, можно подобрать по специальным таблицам.
Перед закалкой или отпуском стальных изделий, их необходимо тщательно очистить, на их поверхности не должно содержаться грязи, следов масла и ржавчины.
После очистки изделие из стали следует нагреть так, чтобы оно равномерно раскалилось докрасна. Для того чтобы раскалить его до такого состояния, необходимо выполнять нагрев в несколько подходов.
После того, как требуемое состояние достигнуто, нагреваемое изделие следует охладить в масле, а затем сразу поместить в духовку, предварительно разогретую до 200 градусов Цельсия.
Затем необходимо постепенно снизить температуру в духовке, доведя ее до отметки в 80 градусов Цельсия.
Данный процесс занимает обычно час. Дальнейшее охлаждение следует проводить на открытом воздухе, исключение составляют лишь изделия из хромоникелевых сталей, для снижения температуры которых используются масляные ванны. Обусловлено это тем, что стали таких марок при медленном охлаждении могут приобрести так называемую отпускную хрупкость.
Закалка стали | Полезные статьи о металлопрокате
Сталь – один из самых важных и знаковых металлов на земле. Из комбинации железа и углерода возник прочный, универсальный и широко используемый сплав, который используется во всех сферах нашей жизни, от строительства и машиностроения, до производства различных видов посуды.
Такая широкая популярность металла связана с его многочисленными положительными характеристиками, главным из которых является твердость – способность противостоять деформации, вызванной вдавливанием, ударами или истиранием. Однако естественной твердости стали не всегда достаточно для определенных деталей и инструментов, к примеру, несущим конструкциям или деталям двигателя.
Вот почему были разработаны различные технологии значительного увеличения твердости и других свойств стали – закалку.
Металл, не прошедший специальную термообработку – материал мягкий, непрочный и гибкий. Инструменты, изготовленные из не закаленных сталей, могут гнуться в процессе эксплуатации. Чтобы придать стали те свойства, с которыми она обычно ассоциируется, необходимо провести специальную термообработку (закалку).
Закалка стали – вид термической обработки, который заключается в нагревании металла до соответствующей температуры и выдерживании в течение времени, необходимом для полного восстановления внутренней структуры материала.
После этого затвердевший материал подвергается быстрому остужению.
Правильно проведенная закалка вызывает образование локальных концентраций напряжений в материале, что обычно приводит к увеличению его прочности и твердости, улучшению характеристик текучести, эластичности и сопротивления истиранию.
Сталь – это сплав железа и углерода, подвергающийся пластической и термообработке. Согласно стандартам, в сплаве присутствует не менее 45 % первого компонента и от 0,02 до 2,14% второго. При этом, сплав с 0,6%–2,14% содержанием углерода соответствует высокоуглеродистой стали.
Возможность закалки стали определяется содержанием углерода, легирующих и технологических элементов. Кроме того, на процесс закалки влияет размер зерна, а также наличие других нерастворимых частиц.
Закалка позволяет получить полностью нужные параметры, которые определяют химический состав данного материала. Существуют различные технологии проведения закалки стали: термические, механические, химические или сочетающие два и более метода вместе.
Процессы термического упрочнения являются наиболее распространенными методами упрочнения. В общих чертах технология закалки термическим методом выглядит следующим образом:
- нагрев сталей до определенной температуры закалки (материал обычно нагревается до температуры на 30-50 градусов выше температуры аустенитного превращения);
- выдержка металла при данной температуре до тех пор, пока его внутренняя структура не изменится;
- быстрое охлаждение стали после закалки, для чего может использоваться водяная, масляная или соляная ванны. При применении в качестве охлаждающих жидкостей кислот, необходимо проводить периодическое раскисление сталей, что исключит риск снижения концентрации углерода на поверхностном слое. Для этих целей применяется древесный уголь или борная кислота.
Существуют разные виды закалки сталей, которые будут рассмотрены ниже.
Закалке подвергаются все инструменты и детали машин из углеродистой стали для тяжелых условий эксплуатации, и почти все детали машин, изготовленные из легированных сталей.
- Основная цель закалки инструментальной стали – добиться высокой твердости. Режущие свойства инструмента прямо пропорциональны твердости металла.
- Большинство деталей машин проходят закалку для достижения высокой износостойкости. Чем выше твердость, тем выше износостойкость и стойкость к истиранию. Например, шпиндели, шестерни, валы, кулачки и так далее.
- Основной целью упрочнения деталей машин, изготовленных из конструкционных сталей перлитного класса, является достижение высокого предела текучести с хорошей вязкостью и пластичностью, чтобы допускать более высокие рабочие напряжения. Но более высокий предел текучести (и предел прочности) с хорошей ударной вязкостью и пластичностью достигается не в процессе закалки, а после высокотемпературного отпуска закаленных сталей.
Технология закалки стали обычно применяется на готовых изделиях, а не на сырье. Это делается по ряду причин. Во-первых, закалка целого стального блока неэкономична, так как большая его часть будет удалена в процессе обработки. Кроме того, сталь после закалки гораздо труднее обрабатывать, поскольку твердость металла затрудняет проникновение инструмента.
Большинству видов стали после полной процедуры упрочнения характерна структура мартенсита и остаточного аустенита, при этом количество аустенита напрямую зависит от количества углерода, а также качественного и количественного присутствия легирующих элементов.
Инструментальные стали содержат приблизительно 20-30 % остаточного аустенита, конструкционные металлы среднего легирования – от 3 до 5 %. Структура сталей, прошедших закалку, определяется в зависимости от требований, предъявляемых к механическим и физическим свойствам изделий. Вместе с мартенситом в структуре материала может присутствовать феррит либо цементит.
После прохождения изотермического закаливания в структуре может присутствовать бейнит. Технологии упрочнения, структуру стали и ее конечные свойства рассмотрим ниже.
Под воздействием высоких температур стали сталкиваются с рядом фазовых изменений в своей структуре, в том числе с изменениями состава и кристаллической решетки.
Температура закалки равная 723 градусам является критической для металла, в котором (еще в твердом состоянии) происходит распад цементита и равномерное формирование углерода в железе (аустенита) – это состояние является исходным для закалок.
В процессе медленного охлаждения аустенит распадается, что приводит к возвращению металла к исходной структуре.
При быстром охлаждении стали, прошедшей процесс нагревания и выдержки в условиях высоких температур, аустенит не успевает изменяться, поэтому при пороговой температуре и определенной скорости охлаждения, происходит процесс формирования кристаллических решеток и химических составов, придающих металлу желаемые характеристики.
Существуют различные виды закалки стали:
При закалке, также называемой мартенситным превращением, сталь нагревают выше критической температуры до диапазона аустенита, выдерживают при этой температуре, а затем быстро охлаждают. Для доэвтектоидных сплавов (содержание углерода менее 0,9%) температура нагрева на 30-50ºC выше предела линии растворимости аустенита.
Для заэвтектоидных сталей заэвтектоидные (содержание углерода более 0,9% С) – температура выше эвтектоидной. Закалка вызывает мартенситное превращение, которое значительно упрочняет сплав. Однако закаленная сталь очень хрупкая, поэтому для снятия ее внутренних напряжений и уменьшения хрупкости проводится отпуск.
Максимальная твердость достигается, когда скорость охлаждения при закалке достаточно высока, чтобы обеспечить полное мартенситное превращение.
Изотермическое закаливание – это процесс термообработки, позволяющий получить в сталях структуру бейнита. Используется для увеличения твердости, прочности, пластичности и уменьшения чрезмерной деформации заготовки.
Детали нагревают до температуры аустенизации, затем достаточно быстро охлаждают до температуры, превышающей температуру начала мартенсита (Ms), и выдерживают там в течение времени, достаточного для получения желаемой микроструктуры бейнита.
Изотермическое закаливание в основном используется для упрочнения средне- и высокоуглеродистых сталей в диапазоне твердости 35-55 HRC, когда требуется пластичность, с дополнительным преимуществом уменьшения деформации.
Этот процесс широко используется в автомобильной промышленности для суппортов и других деталей, где требуется максимальная пластичность.
Изотермическое закаливание состоит из следующих процессов:
- Нагрев до температуры в диапазоне аустенизации.
- Охлаждение в ванне (раствор соли или масло) при постоянной температуре — обычно в диапазоне 260-370 ° C.
- Выдержка в течение времени, достаточном для завершения превращения бейнита.
- Остужение до комнатной температуры.
Закаливание, направленное на снижение напряжения металла, его чрезмерную деформацию и риск поломки из-за неравномерного фазового перехода и термического удара, типичного для традиционного закаливания в масле для выбранных высокопрочных сталей.
Процесс позволяет проводить термообработку деталей со сложной геометрией и формой, близкой к предполагаемой, тем самым сводя к минимуму чистовую механическую обработку / шлифование компонентов после термообработки.
Ступенчатый метод чаще всего используется в военной и авиационной промышленности и заключается в быстром охлаждении в закалочной среде, с температурой выше мартенситной точки для данного типа металла.
В процессе охлаждения деталь должна дойти до температуры закалочной среды по всему периметру, после чего ее «купают» в воде или масле, где и происходит превращение аустенита в мартенсит.
Закаливание металла в двух средах – метод, применяемый для упрочнения сталей с высоким содержанием углерода (высокоуглеродистых). Изделие, подлежащее закалке, вначале быстро охлаждают в среде для быстрого охлаждения температуры (к, примеру, вода), после чего погружают в медленно охлаждающую среду (к примеру, масло). Процесс минимизирует деформацию металла и риск его растрескивания.
Заключается в обрызгивании детали сильным напором водяной струи. Методика данного типа используется в тех случаях, когда необходимо закалить часть детали.
Процесс приводит к увеличению твердости поверхности, износостойкости и усталостной прочности при сохранении гибкости сердечника. Применяется в тех случаях, когда требуется упрочнение только части поверхности заготовки.
В процессе закаливания стали могут возникать различные дефекты материала, которые условно можно поделить на исправимые и те, которые невозможно исправить.
Исправимые – чаще всего связаны с неправильным охлаждением либо некачественной термообработкой, поэтому твердость деталей не соответствует указанной в требованиях.
Неисправимые – трещины и сколы на детали. Обычно возникают ввиду использования некачественного металла.
Как закалить металл в домашних условиях: способы закалять сталь, закалка и отпуск железа своими руками, правильно накалить железо – rocta
05Дек
Содержание статьи
Процесс термической металлообработки кажется сложным. Но его можно провести даже дома, правда – с дополнительной подготовкой. Перед началом лучше почитать нашу статью о том, как правильно своими руками закалить мягкий металл, сталь или вал в домашних условиях в масле.
Введение
Есть характеристика – наследственная и приобретенная зернистость. Размер зерна может быть меньше и больше, а также он меняется под воздействием высоких температур. Насколько быстро – зависит от количества примесей. Нельзя однозначно сказать, какая кристаллическая решетка, какие соединения лучше. В одних случаях от этого зависит прочность, в других пластичность.
Этот показатель необходимо менять в зависимости от того, какая обработка предстоит. Если стальной лист или профиль планируют подвергнуть резке, то следует провести процедуру, приводящую к укрупнению зерна. А если работа предстоит с высокоуглеродистым типом, то лучше обрабатываются заготовки с мелкозернистой структурой. Изменить зернистость достаточно трудно.
При этом нужно учитывать наследственную склонность. Это не значит, что сплав в любом случае будет иметь крупные зерна, но при одинаковом нагреве двух брусков с различной наследственностью один быстрее другого произведет рост соединений. Понимать, как правильно закалять металл в домашних условиях можно только выборочно, следует знать химический состав.
Сплав имеет множество примесей. Среди них:
- Феррит. Это основополагающий элемент, которого больше всего. Он несет основные свойства, остальные вещества только увеличивают или уменьшают их.
- Перлит. Увеличивает твердость и прочность на растяжение и сжатие.
- Цементит. Химическая формулы – железо с углеродом. И хоть элемент «С» увеличивает прочностные характеристики, если применять FeC чистым, то можно удивиться его хрупкости.
- Графит. Высокоуглеродистые дамасские стали получаются при насыщении этой примесью в момент обработки методом ковки.
- Аустенит. Формируется в момент очень высокого нагрева. При этом увеличивается пластичность, а также исчезают магнитные свойства.
Если углерода в составе от 0% до 2,18%, то мы имеет дело с низкоуглеродистой (до 0,8%) или углеродистой. А если его больше, чем 2,18%, то перед нами прочный чугун. Делаем вывод: характеристики зависят от двух причин:
- количество примесей;
- степень термальной обработки.
И если первое вы не сможете изменить самостоятельно, то второе – наверняка.
Технологические нюансы: как правильно закаливать металл
Сама процедура включает в себя три шага – нагрев, выдержку и остывание. Оттого, какой результат вы хотите получить и на каком материале работаете, выбирают различные параметры: предел, продолжительность, а также способы охлаждения. Приведем таблицу с несколькими марками стали:
| Марка | Температура в градусах | Среда охлаждения |
| у9, у9а, у10, у10а | от 770 до 800 | вода |
| 85хф, х12 | от 800 до 840 | масло |
| хвт | от 830 до 830 | |
| 9хс | от 860 до 870 | |
| хв5 | от 900 до 1000 | |
| 9х5вф | от 1000 до 1050 | |
| р9, р18 | от 1230 до 1300 | селитра |
Есть две основные цели термообработки:
- повышение прочности – это необходимо для ножей, топоров, сверл и других инструментов, которыми обрабатывают твердые поверхности;
- увеличение пластичности изделия. Например перед тем, как ковать или гнуть – применяется скорее не в быту, а при небольшом частном деле.
При проведении технологии нагрева следует следить за цветом заготовки. Он должен быть насыщенно-красным с оранжевым или желтоватым отливом в зависимости от типа.
На поверхности не должно образовываться черных или иных цветных пятен.
Он должен быть насыщенно-красным с оранжевым или желтоватым отливом в зависимости от типа.
Как правильно закаливать металл и железо, если нет специальной печи для обжига? Применять паяльную лампу или развести обычный костер – его температура и продолжительность горения достаточно велики для того, чтобы выполнить работу, не превышающую бытовых нужд.
Охлаждение можно проводить различными способами. Если срочно нужно сбить нагрев на одном участке изделия, то можно воспользоваться направленной струей холодной воды. Водное, а значит быстрое, остывание необходимо для легированных и углеродистых сталей.
После нагрева следует взять элемент щипцами (если это небольшой нож, топор) и поместить в заранее подготовленную емкость с жидкостью. При отпуске нужно охлаждать постепенно – сперва водой, а затем маслом. И третий вариант – постепенное остывание на свежем воздухе. Тоже эффективный способ, когда нужно оставить небольшой эффект пластичности. Посмотрим видео по этой теме:
Термообработка: как лучше закалить железо в домашних условиях
Это процесс нагрева с дальнейшим охлаждением для изменения свойств. Помещаем в печь обычный сплав, а достаем – закаленный, который менее восприимчив к внешним деформациям.
Для чего это нужно? При первичной обработке, например при штамповке, резке или литье, внутри сплава появляются внутренние напряжения, которые очень негативно воздействуют на прочностные характеристики и увеличивают хрупкость. Есть четыре типа термообработки:
- Отжиг. Необходим для образования феррита и перлита. Заключается в нагреве в печи до 680-740 градусов, когда уже пройдет порог рекристаллизации. В результате распадаются старые молекулярные связи и образуются новые. Затем следует некоторая выдержка при температурном режиме 400-500, в конце – остывание, медленное, вместе с нагревательным элементом и просто открытыми дверьми.
- Нормализация – аналогичная процедуре для снятия внутреннего напряжения, но нагрев – выше, а охлаждение гораздо быстрее.
- Закалка. Основной происходящий процесс – изменение зернистости, что приводит к нужным результатам. Остывание очень быстрое, часто в воде или масле.
- Отпуск. Бывает в нескольких режимах. О нем поговорим отдельно.
Проверка твердости после закаливания металла в домашних условиях
Привычное для всех в обиходе слово является точным термином и применяется преимущественно к цельным изделиям.
Для проверки в поверхность вдавливается шарик или конус из инструментальной стали, а дальше по формулам производится расчет в зависимости от того, насколько глубокий след остался и какая сила была приложена.
Есть еще один вариант – прибор Роквелла, но его использование дома или в квартире практически невозможно. Единица измерения твердости – HRC. Для сравнения значений:
- нож кухонный, крепкий, дорогой — от 55 до 63;
- мелкие шестеренки в машинух — от 52 до 58;
- наконечники, инструменты для дрели, сверла — от 60 и выше.
Правильная закалка и отпуск металла в домашних условиях своими руками в масле
Для углеродистых и легированных сталей, лучше всего использовать масляную жидкость. Причины следующие:
- на поверхности заготовки не находится пузырьки;
- поток стимулирует более активную теплоотдачу;
- чтобы не менять тару, чтобы получить две ступени остывания.
Есть специальный аппарат – пирометр – он напоминает градусник, но измерения проводят без непосредственного контакта. Он дорогостоящий, поэтому для работы дома покупать его не стоит. Посмотрим таблицу, как по ней определять температуру:
| Наименование цвета | Температура в градусах Цельсия |
| Ослепительно белый | 1250-1300 |
| Светло-желтый | 1150-1250 |
| Темно-желтый | 1050-1150 |
| Оранжевый | 900-1050 |
| Светло-красный | 830-900 |
| Светло-вишнево-красный | 800-830 |
| Вишнево-красный | 770-800 |
| Темно-вишнево-красный | 730-770 |
| Темно-красный | 650-730 |
| Коричнево-красный | 580-650 |
| Темно-коричневый | 530-580 |
Отпуск
Обработка требуется для того, чтобы убрать напряжения, образованные при первичной обработке. Различают три степени:
- низкая — для ножей, медицинских инструментов, ножниц, лезвий;
- средняя — для топоров, пил, дисков для распиловки дерева;
- высокая — для деталей, необходимых в машиностроении.
Для определения побежалости также есть таблица цветов:
| Наименование | Температура в градусах Цельсия |
| Серый | 325 |
| Светло-синий | 310 |
| Ярко-синий | 295 |
| Фиолетовый | 285 |
| Пурпурно-красный | 275 |
| Красно-коричневый | 265 |
| Коричнево-желтый | 255 |
| Соломенно-желтый | 240 |
| Светло-желтый | 225 |
| Светло-соломенный | 200 |
Выбор режима следует осуществлять согласно данным:
| Вид отпуска | Температура в градусах Цельсия | Фазовый состав | Применение |
| Низкий | 120-250 | Мартенсит отпуска | Измерительные инструменты, штампы холодного деформирования |
| Средний | 350-500 | Троостит отпуска | Пружины, рессоры, штамповый инструмент горячего деформирования |
| Высокий | 500-650 | Сорбит отпуска | Валы, кулачки, червячные механизмы, шестерни |
Как закалять сталь в домашних условиях: особенности процесса
Рекомендации:
- нагрев — медленный и постепенный;
- образование темных пятен на поверхности говорит о быстром перегреве;
- дождитесь насыщенного алого цвета;
- режим отпуска должен соответствовать степени закала.
Последний совет можно выполнить, если ознакомиться с таблицей:
| Закалка в градусах цельсия | Отпуск |
| 1200 | 390 |
| 380 | |
| 1100 | 370 |
| 360 | |
| 1050 | 350 |
| 340 | |
| 980 | 330 |
| 320 | |
| 930 | 310 |
| 300 | |
| 870 | 290 |
| 810 | 280 |
| 270 | |
| 760 | 260 |
| 250 | |
| 700 | 240 |
| 230 | |
| 650 | 220 |
| 210 | |
| 600 | 200 |
Загрузка...
