Масло для закалки металла

Детали и механизмы машин, преимущественно изготавливаются из сталей. Особо ответственные или нагруженные детали изготавливаются из углеродистых сталей с обязательным упрочнением, относительно исходного состояния.

Прочностные характеристики материалов определяются не только химическим составом, но и строением кристаллической решётки. Металлы имеют различную прочность и твёрдость в зависимости строения кристаллической решётки.

Нагревая и охлаждая металлы, можно изменять структуру, а значит влиять на их твёрдость и прочность. Изделие на уровне заготовки должно быть мягким для облегчения механической обработки. Мягким оно становится после отжига, когда у него перлитная кристаллическая структура.

При нагреве сталей выше температуры перекристаллизации (точки GSE на диаграмме железоуглерод), металл из α (альфа-железо) переходит в γ (гамма) железо, такая структура кристаллической решетки называется аустенит.

Если γ железо быстро охладить, то основная часть атомов не успеет перестроиться в привычную для себя α решётку. Так получают твердое изделие, которое имеет преимущественно структуру мартенсит – т.е. твердый раствор углерода в γ железе.

Решетка мартенсита значительно деформирована и вместо кубической переходит тетрагональную форму. Структура, состоящая из мартенсита, будет иметь максимально возможную твёрдость.

На практике готовые детали имеют структуру мартенсита и перлита в различных пропорциях. Необходимое соотношение между структурами, а значит, твёрдости и вязкости получают с помощью операции последующего нагрева, называемого отпуском.

При отпуске часть атомов из γ решётки перестраиваются в привычную для себя α решётку, при этом снижаются внутренние напряжения и соответственно твёрдость.

Причем, чем выше температура отпуска, тем больше атомов перестроятся, а изделие будет менее твёрдым и более вязким.

Режимы охлаждения при закалке

Наиболее изученными вопросами в материаловедении являются связь химического состава со структурой металла при определённых температурах. Наиболее слабо изученное направление в технологии упрочнения это методы, условия и режимы охлаждения. Между тем именно в охлаждении кроются большие резервы управления структурой и свойствами металла в готовых изделиях.

Основной вопрос упрочнения, это с какой интенсивностью охлаждать? Казалось бы, охлаждай максимально быстро — получится максимальная твёрдость, но при этом повышенные внутренние напряжения приведут к образованию трещин на деталях. Так называемые и всем термистам хорошо знакомые, закалочные трещины.

Охлаждая медленно — не достигнешь необходимой твёрдости и деталь надо будет отжигать, а затем проводить повторную термообработку. Каждая марка имеет свою «критическую» скорость охлаждения, которая обеспечивает максимальную твердость и не приведёт к растрескиванию. Например, сталь 45Х, в зависимости от типа охладителя, можно закалить на HRC 45 или на HRC 60.

Что бы «выжать» максимальную твёрдость необходимо охлаждать с максимально близкой к критической скорости, для конкретной марки стали и геометрии заготовки. Отсюда можно сделать простой вывод, что интенсивность снижения температуры должна быть регулируемая. Широко применяемых скоростей всего две: это скорость охлаждения в воде и в масле.

Даже учитывая, что интенсивность, в небольшом диапазоне, можно регулировать температурой и циркуляцией, то всё равно критическую скорость закалки можно не получить.

Водяные и масляные среды могут обеспечивать «критическую» скорость закалки только в некоторых вариантах применения. К тому же если с водой работать относительно просто, то закалка на масло имеет специфические особенности и недостатки:

• недостаточная интенсивность охлаждения, для некоторых марок;
• способность возгораться, выделять вредные пары, дым, коксоваться на стенках воздухопроводов и т.д.,
• хорошее смачивание поверхностей и как следствие большой вынос масла с заготовками, испарение;
• изменение химического состава под воздействием высоких температур;
• необходимость промывки заготовок в моющих средствах с дальнейшей регенерацией масляных плёнок.

Недостатки традиционных вариантов упрочнения способствовали поиску более оптимальных закалочных смесей и приёмов закалки, хотя бы для некоторых вариантов заготовок и сплавов.

В результате появилось несколько вариантов технологий закалки и составов, лучше подходящих для некоторых видов изделий. Наибольшее распространение получили жидкие полимерные концентраты в соединении с водой.

Впервые в Советском союзе данная технология появилась в 1980г.

Характеристики водо-полимерных сред

Данные составы представляют собой смесь воды и полимеров в определённых соотношениях.

Полимерами называются химические соединения, образованные длинными цепочками макрочастиц, получаемых соединением микрочастиц — мономеров. Такая реакция называется полимеризация.

Смешивание позволяет получить стабильную жидкость с регулируемой теплоёмкостью, а значит, и охлаждающей способностью.

Основой состава жидкости является вода, пусть даже с изменёнными свойствами. Поэтому имеются ограничения на использование водо-полимерных жидкостей. Данные среды не рекомендуется использовать для закалки высоколегированных инструментальных и штамповых марок сталей, а также деталей сложной формы или с переменным сечением.

В качестве исходного концентрата полимера применяется полиакриловая соль железа марки ПК-М. Этот полимер оказался дешевым и имел преимущества относительно других, схожих по составу, полимеров.

Изначально охлаждающие среды с применением полимеров были предназначены для замены масла с целью устранения возгораемости. Уже вскоре разработали материалы, которые превзошли масло по эффективности, для некоторых изделий.

Обнаружились и другие преимущества водо-полимерных сред.

    Усредненные результаты охлаждения в различных средах

Характеристика Масло И-20 Среда ПК-М

Твёрдость	(HB ≤ 363)	302 – 311
Коэффициент закручивания	(доп. 66-89)	76 – 82
Сопротивление на разрыв (доп. нагрузка 34-41 тс)	34,6 – 36,0	35,4 – 37,4
Сопротивление на разрыв по косой шайбе (доп. 34-42 тс)	34,6 – 36,4	36,2 – 37,0
Относительное удлинение (не менее 8,0)	14 – 17	9,6 – 12,0
Относительное сужение (не менее 40,0)	53 – 59	50 – 53
Ударная вязкость (не менее 0,5 МПа)	6,6 – 7,3	5,5 – 6,7

Особенности применения водо-полимерной закалочной жидкости.

• Концентрация вредных составляющих ниже ПДК в 1,5-2 раза.
• Раствор с применени6ем концентрата полимера ПК-М многократно превосходит минеральные масла и иные жидкости по длительности применения и характеристикам закалки.
• Средний расход самого концентрата на одну тонну охлаждаемых заготовок в 5-8 раз меньше, потерь масла, и в десятки раз — чем расход растворов на основе карбоксиметилцелюлозы, полиакриламида, латекса и прочих органических полимеров.

Применение водо-полимерных сред

• Применение в качестве концентрата марки ПК-М полностью исключает операцию промывки после термообработки.
• Не предусматривается замена и очистка от продуктов разложения полимера.
• Охлаждающую способность жидкости регулируют путём корректировки состава добавлением концентрата или воды.

В водо-полимерной жидкости с успехом обрабатывают крепёж, валы, диски, кольца, прокат, поковки, литьё т.п. То есть заготовки должны быть без больших перепадов сечений и из простых углеродистых или низколегированных сталей. Высоколегированные можно обрабатывать избирательно, в зависимости от формы заготовки.

Не рекомендуются закаливать трещиночувствительные стали, из которых делают штампы, пресс-формы, некоторый инструмент.

Водо-полимерная закалка становится выгодной в технологическом, экономическом и экологическом плане для некоторых марок сталей и форм заготовок. Изменением соотношений полимер-вода возможно получить практически любую интенсивность в диапазоне «вода — масло».

Для проведения закалки выпускаются специализированные закалочные ванны с системами анализа охлаждающей способности. Ванны для водо-полимерных составов могут быть различных типоразмеров. Каждая модель ванны оборудуется импеллером с направляющими потока, системой нагрева, охлаждения, индикации температуры и т.д.

Опционально предлагается система анализа охлаждающей способности. Соотношения составов для смешивания: вода 80%, жидкий концентрат полимеров марки «ПК-М»-20%.

Средний расход жидкого концентрата марки ПК-М соответствует ~ 4 — 10кг на тонну обрабатываемого металла. При эксплуатации ванны нет необходимости в полной замене раствора.

Необходимую концентрацию составов поддерживают проведением корректировок, добавлением воды, значительно реже, — полимера).

    На фото процесс начала приготовления раствора закалочного полимера.

Анализ охлаждающей способности жидкости проводят по графику снижения температуры эталона с вмонтированной внутрь термопарой.

Эталон нагревается в небольшой печи и переносится в ёмкость с анализируемой жидкостью. Регистратор температуры эталона фиксирует график охлаждения.

График выводится на монитор компьютера, где производится сравнительный анализ и принимается решение о необходимости корректировки.

Закаливание металла в масле — О металле

При изготовлении металлические изделия подвергают дополнительной термообработке. После нагревания изменяются характеристики материала, улучшается структура. Для этого не нужно покупать дорогое оборудование, можно сделать закалку металла в домашних условиях. Чтобы не допустить ошибок, необходимо знать нюансы процедуры, разбираться в технологическом процессе.

Закалка металла в домашних условиях

Что такое закалка металлов и ее виды?

Закалка — популярный способ улучшения характеристик материала. Термообработка позволяет изменить структуру металла. Результатом воздействия высокой температуры является увеличение показателя твердости. После нагрева происходит быстрое охлаждение детали. Для этого она погружается в ёмкость, заполненную маслом или водой.

Чаще всего в домашних условиях выполняется закалка нержавейки, проволоки из разных видов стали и ножей. Но после структурных изменений, сталь становится хрупкой.

Если речь идет о цветных металлах, то изменения структуры не происходит. Например, после проведения закалки меди невозможно достигнуть хорошего показателя твердости.

Однако при отсутствии структурных изменений материал не становится излишне хрупким

Чтобы снизить показатель хрупкости стали после проведения термической обработки, выполняют отпуск заготовки. Это дополнительная обработка теплом. Сначала изделие нагревается, а затем медленно охлаждается.

Особенности закалки стали

Главным материалом, который подвергается нагреву, быстрому охлаждению является нержавеющая сталь, сплавы на ее основе. Чтобы улучшить характеристики изделия, необходимо выполнить дополнительный разогрев, а затем медленное охлаждение. Это позволит снять внутреннее напряжение. Особенности обработки для разных видов стали:

• Закалка стали 45. После проведения нагрева, быстрого охлаждения прочность повышается в 3 раза.
• Проведение процедуры со сталью 40X. Нагревается до температуры 860 градусов по Цельсию.

Существуют специальные справочники, которые содержат информацию о правильных температурных режимах обработки различных видов стали.

Преимущества

Преимущества термообработки металла:

• Изменение структуры материала. Зерна становятся равномерными.
• Отсутствие деформации.
• Простота проведения процедуры.
• Повышение твердости, увеличение прочности.

Оборудование и особенности проводимого процесса

Чтобы провести технологический процесс обработки материала, необходимо использовать определенное оборудование. Для нагрева применяют специальные печи. Они могут работать от электричества, на газу, твердом топливе. Помимо нагревательной конструкции нужно подготовить ёмкость, заполненную водой или маслом. Она нужна для быстрого охлаждения заготовки.

Горн для закалки металла

Как изготовить камеру для закаливания металла?

Для того чтобы закаливать металл дома, нужно собрать муфельную печь. Этапы сборки:

• Нарисовать чертеж нагревательной камеры. Можно взять готовый рисунок с размерами, обозначением основных элементов.
• Выложить из шамотного кирпича основную конструкцию.
• Снаружи обмазать камеру огнеупорной глиной.
• Подвести к самодельной конструкции провода, на внутренней поверхности закрепить нихромовые нити. Это нагревательные элементы.
• Вырезать выемки для размещения нихромовой проволоки, сделать отверстие для её подключения.

Камеру укрепляют уголками, которые закрепляют к контуру с помощью сварочного аппарата. Перед работой с самодельной конструкцией проводят подготовительный обжиг. Для этого она нагревается до 900 градусов по Цельсию. Для нагрева используют газовую горелку.

Закалка стали в домашних условиях

Для того чтобы закалить металл в домашних условиях можно использовать самодельную печь, горн, открытое пламя. На нагретую поверхность нужно положить металлическую заготовку. Дальше она разогревается до определенной температуры, с помощью кузнечных щипцов погружается в охлаждающую жидкость.

Чтобы правильно провести технологическую операцию, нужно точно соблюдать температурный режим. Для этого используется пирометр. Кузнецы советуют проверять температуру с помощью магнита. Если он не прилипает к материалу, деталь нагрета до 760 градусов. Затем заготовку нужно охладить.

Закалка металла может проводиться в домашних условиях. Это позволяет любому человеку улучшить характеристики материала. Собрать нагревательную камеру можно по готовым чертежам.

Поддержите канал, просто читайте наши статьи, а мы будем размещать для Вас полезную информацию о металлах! Так же заходите на наш сайт, там Вы найдете множество информации о металлах, сплава и их обработке.

Как самому закалить металл в домашних условиях

Термообработка металлов – это один из основных способов улучшения их механических и физико-химических характеристик: твердости, прочности и других.

Одним из видов термообработки является закалка. Она успешно применялась человеком кустарным способом еще с давних времен. В Средневековье этот способ термической обработки использовали, чтобы улучшить прочность и твердость металлических предметов быта: топоров, серпов, пил, ножей, а также боевого оружия в виде копий, сабель и других.

И сейчас используют такой способ улучшения характеристик металла, не только в промышленных масштабах, но и в домашних условиях, в основном для закалки металлических предметов быта.

Что такое закалка металлов и ее виды

Под закалкой понимают вид термообработки металла, состоящий из его нагрева до температуры, при достижении которой наступает изменение структуры кристаллической решетки (полиморфное превращение) и дальнейшего ускоренного охлаждения в воде или масляной среде. Целью такой термообработки является повышение твердости металла.

https://www.youtube.com/watch?v=LANLSx2zwg8\u0026t=1s

Применяется также закалка, при которой температура нагрева металла не дает состояться полиморфному превращению. В этом случае фиксируется его состояние, которое свойственно металлу при температуре нагрева. Это состояние называют пересыщенным твердым раствором.

Технологию закалки с полиморфным превращением используют в основном для изделий из стальных сплавов. Цветные металлы подвергают закалке без достижения полиморфного изменения.

После такой обработки стальные сплавы становятся тверже, но при этом они приобретают повышенную хрупкость, теряя пластичность.

Чтобы снизить нежелательную хрупкость после нагрева с полиморфным изменением, применяется термообработка, называемая отпуском. Она проводится при более низкой температуре с постепенным дальнейшим охлаждением металла. Таким способом снимается напряжение металла после процесса закаливания, и уменьшается его хрупкость.

При закалке без полиморфного превращения нет проблемы с излишней хрупкостью, но твердость сплава не достигает требуемого значения, поэтому при повторной термической обработке, называемой старением, ее наоборот повышают за счет распада пересыщенного твердого раствора.

Особенности закалки стали

Закаливаются в основном нержавеющие стальные изделия и сплавы, предназначенные для их изготовления. Они имеют мартенситную структуру и характеризуются повышенной твердостью, приводящей к хрупкости изделий.

Если провести термообработку таких изделий с нагревом до определенной температуры с последующим быстрым отпуском, то можно добиться повышения вязкости. Это позволит использовать такие изделия в различных сферах.

Виды закаливания сталей

• В зависимости от предназначения нержавеющих изделий, можно провести закалу всего предмета или только той его части, которая должна быть рабочей и иметь повышенные прочностные характеристики.
• Поэтому закалку нержавеющих изделий подразделяют на два способа: глобальный и локальный.
• :

Охлаждающая среда

Достижение необходимых свойств нержавеющих материалов во многом зависит от выбора способа их охлаждения.

Разные марки нержавеющих сталей подвергаются охлаждению по-разному. Если низколегированные стали охлаждают в воде или ее растворах, то для нержавеющих сплавов для этих целей применяют масляные растворы.

Важно: При выборе среды, в которой проводят охлаждение металла после нагрева, следует учитывать, что в воде охлаждение проходит быстрее, чем в масле! Например, вода температурой 18°C способна охладить сплав на 600°C за секунду, а масло всего на 150°C.

Для того, чтобы получить высокую твердость металла, охлаждение проводят в проточной холодной воде. Также для повышения эффекта закалки для охлаждения готовят соляной раствор, добавляя в воду около 10% поваренной соли, или используют кислотную среду, в которой не менее 10% кислоты (чаще серной).

Кроме выбора охлаждающей среды немаловажным является режим и скорость охлаждения. Скорость снижения температуры должна быть не меньше 150°C за секунду.

Таким образом, за 3 секунды температура сплава должна снизиться до 300°C. Дальнейшее снижение температуры может проводиться с любой скоростью, т. к.

зафиксированная в результате быстрого охлаждения структура при низких температурах уже не разрушится.

Важно: Слишком быстрое охлаждение металла приводит к его излишней хрупкости! Это следует учитывать при самостоятельной закалке.

Различают следующие способы охлаждения:

• С использованием одной среды, когда изделие помещают в жидкость и держат там до полного охлаждения.
• Охлаждение в двух жидких средах: масле и воде (или солевом растворе) для нержавеющих сталей. Изделия из углеродистых сталей сначала охлаждают в воде, т. к. она является быстро охлаждающей средой, а потом в масле.
• Струйным методом, когда деталь охлаждается струей воды. Это очень удобно, когда требуется закалить определенную область изделия.
• Методом ступенчатого охлаждения с соблюдением температурных режимов.

Температурный режим

Правильный температурный режим проведения закалки нержавеющих изделий является важным условием их качества. Для достижения хороших характеристик их равномерно прогревают до 750-850°C, а потом быстро проводят охлаждение до температуры 400-450°C.

Важно: Нагрев металла выше точки рекристаллизации приводит к крупнозернистому строению, ухудшающему его свойства: излишней хрупкости, приводящей к растрескиванию!

Для снятия напряжения после нагрева до нужной температуры упрочнения металла, иногда используют поэтапное охлаждение изделий, постепенно снижая температуру на каждом из этапов нагрева. Такая технология позволяет полностью снять внутренние напряжения и получить прочное изделие с нужной твердостью.

Как закалить металл в домашних условиях

Пользуясь элементарными знаниями, можно провести закалку стали в домашних условиях. Нагревание металла обычно проводят с помощью костра, муфельных электропечей или горелок с использованием газа.

Закалка топора на костре и в печи

Если требуется придать дополнительную прочность бытовым инструментам, например, сделать топор более прочным, то самый простой способ его закалки можно провести в домашних условиях.

На топорах при изготовлении ставится клеймо, по которому можно узнать марку стали. Мы рассмотрим процесс закалки на примере инструментальной стали У7.

Выполнять технологию нужно с соблюдением следующих правил:

1. Отжиг. Перед обработкой затупить острую кромку лезвия и поместить топор в горящую кирпичную печь для нагрева. За процедурой термообработки нужно внимательно следить, чтобы не допустить перегрева (допустимый нагрев 720-780°C). Более продвинутые мастера температуру узнают по цвету каления.

А новички, температуру могут узнать с помощью магнита. Если магнит перестал приставать к металлу, значит топор нагрелся свыше 768°C (цвет красно-бордовый) и пришло время охлаждения.

Кочергой придвинуть раскаленный топор к дверце печи, жар убрать вглубь, закрыть дверцу и задвижку, оставить нагретый металл в печи на 10 часов. Пусть топор постепенно остывает с печкой.

2. Закалка стали. Нагреть топор на костре, буржуйке или печи до темно-красного цвета — температура 800-830°C (магнит перестал магнитится, подождать ещё 2-3 минуты).

Закалка выполняется в подогретой воде (30°C) и масле. Опустить лезвие топора в воду на 3-4 см, интенсивно двигая его.

Далее топор поместить в емкость с маслом, в случае возгорания масла нужно накрыть емкость плотной тканью. Выдерживать в масле нужно до полного остывания.

3. Отпуск лезвия топора. Отпуск уменьшает хрупкость стали и снимает внутренне напряжение. Зачистить металл наждаком, чтобы лучше различать цвета пебежалости.

Выдержать топор в течение 1 часа в духовке, при температуре 270-320°C. После выдержки, достать и остудить на воздухе.

: термообработка топора в домашних условиях, три стадии: отжиг, закалка, отпуск.

Закаливание ножа

Самостоятельно для закалки металлов целесообразно использовать печи. Для предметов быта в виде ножей, топоров, сверл и других, наиболее подходящими являются муфельные печи небольшого размера. В них можно достичь температуры закалки намного выше, чем на костре и проще добиться равномерного прогрева металла.

Такую печь можно изготовить самостоятельно. В интернете можно найти множество простых вариантов ее конструкции. В таких печах можно разогреть металлическое изделие до 700-900°C.

Рассмотрим, как закалить нож из нержавейки в домашних условиях, используя муфельную электропечь. Для охлаждения вместо воды или масла используется расплавленный сургуч (можно достать в воинской части).

Последовательность процесса закалки следующая:

• нож (без ручки, если она деревянная) кладут в холодную печь;
• включив закрытую печь, нагревают ее вместе с ножом до получения ярко-красного цвета лезвия (800-900°C);
• раскаленным лезвием ножа режут сургуч до 10 раз, погружаясь в него на 1,5 см;
• процедуру повторяют до 5 раз, нагревая лезвие ножа и остужая в сургуче;
• остатки сургуча снимают скипидаром с помощью смоченной ткани.

Процедуру лучше делать на свежем воздухе, сургуч при плавке пахнет ужасно. Также, лезвие ножа можно греть на открытом огне.

: другие способы закалки ножа в домашних условиях.

P.S. Зная поведение металла при нагревании и его свойства после термической обработки, а также технологию проведения закалки, можно с успехом проводить ее в домашних условиях для улучшения характеристик металлических изделий небольших размеров.

(3 5,00

Закалка сталей в масле

Обычная чистая вода была когда-то единственной закалочно-охлаждающей жидкостью в технологии упрочняющей термической обработки. Она и поныне верно служит термистам. Воду, обычно водопроводную, с успехом применяют для закалки деталей из углеродистых и низколегированных сталей.

Для этого детали должны иметь относительно простую и малочувствительную к трещинообразованию форму. При закалке в воде изделий из легированных сталей обнаружилось, что они коробятся и растрескиваются.

Для этих марок сталей потребовались более низкие скорости охлаждения, которые обеспечили другие технологические жидкости.

В качестве охлаждающих жидкостей первого поколения, пригодных для закалки легированных сталей, использовали растительные масла и жиры животного происхождения. Их охлаждающая способность в свежем состоянии, как правило, удовлетворительна. Одновременно выявилась масса недостатков.

Основные из них – высокая закупочная цена при низкой стойкости к окислению и стремительному разложению, которое сопровождается неприятными запахами.

Поэтому уже в конце 19 века растительные масла и животные жиры начали вытесняться более дешевыми продуктами рафинирования нефти – минеральными маслами, которые имели сопоставимую охлаждающую способность при более высокой стойкости к деградации.

Минеральные масла как охлаждающие жидкости второго поколения широко применялись в открытых закалочных системах и продолжают использоваться по сегодняшний день уже более ста лет, несмотря на недостатки.

Все основные физико-химические и эксплуатационные характеристики у них с течением времени быстро ухудшаются. При работе не более 400 ч минеральное масло становится практически непригодным для закалки.

Изменение свойств обуславливается в основном окислением масел кислородом атмосферного воздуха при контакте с горячим металлом. Другой большой бедой является дымление минеральных масел во время окунания раскаленной металлической садки в закалочный бак.

Дымление – причина загрязнения окружающей среды аэрозолями, которые вредны для здоровья людей. Одновременно дымление – источник высокой пожароопасности.

Проблема окисления и дымления масел была решена третьим поколением технологии, благодаря вакуумной закалке в масле, которая используется на практике более 60 лет. Нагрев металлической садки в вакууме обеспечил новые важные преимущества.

Поверхность стальных деталей, при нагреве в вакууме, перестала окисляться и обезуглероживаться.

Хотя в этих вакуумных печах производилась только одна технологическая операция – закалка, качество термообработки резко улучшилось, что обеспечило непрерывное увеличение доли данной технологии на рынке во всем мире.

После вакуумной закалки в масле детали выгружаются из печи, отмываются от остатков масла и обезжириваются, а отпускаются уже в другой электропечи. Недостатками являются: дорогостоящая утилизация моечных растворов, использование дополнительной электропечи, финишная механическая обработка, достаточно высокая продолжительность производственного цикла.

Новый, четвертый, этап получил развитие в течение последних 10 лет с появлением на рынке вакуумных электропечей торговой марки «НИТТИН».

На сегодняшний день ряд известных российских предприятий пользуются всеми преимуществами и выгодами технологии четвертого поколения.

Суть технологии состоит в нагреве, изотермической выдержке, закалке в масле, последующем обезмасливании, немедленном отпуске, охлаждении металлической садки. Все операции проводятся в рабочем пространстве вакуумной электропечи без её разгерметизации в одном цикле.

Таким образом, впервые термообработка с закалкой в масле по технологии четвертого поколения стала финишной, а детали выгружаются из вакуумной электропечи светлыми, чистыми, сухими, с требуемыми свойствами, при минимальных деформациях и отсутствием трещин.

На этом выгоды потребителя не заканчиваются. Достигнут трудосберегающий технологический прорыв за счет значительного сокращения производственного персонала термического производства.

Существенно снижены эксплуатационные расходы в сравнении со всеми известными технологиями термообработки с закалкой сталей в масле. Ресурсосберегающий эффект проявляется в резком увеличении эксплуатационного ресурса закалочного масла. Долговечность заметно превысила 10 000 часов.

Технология четвертого поколения и оборудование для её реализации обеспечивают наивысшую экологическую и пожарную безопасность.

Такую термообработку проводят в инновационных вакуумных электропечах моделей СЭВФ-3.3/11,5-ИЗМб, СЭВФ-5.5/11,5-ИЗМб, СЭВФ-7.

7/11,5-ИЗМб, а также в других типоисполнениях электропечей торговой марки «НИТТИН», которые на российском рынке дешевле импортных образцов с технологией третьего поколения.

За пределами России вакуумные электропечи с технологией четвертого поколения в настоящее время не производятся.

Бесплатные консультации о новой технологии и оборудовании предоставляются по официальному запросу по нижеуказанным контактам.

Верный и скорый путь к обогащению – ошеломляющие вакуумные элеваторные электропечи четвертого поколения и НИТТИН-технология вакуумной закалки сталей в масле

1. Впервые упрочнение легированных сталей вакуумной закалкой в масле стала финишной операцией в термической обработке. Получаются чистые, светлые, сухие детали с требуемыми свойствами при минимальных деформациях и отсутствии трещин, окисленного слоя и обезуглероживания. Термическое производство стало гибким и оперативным.
2. Микроструктура и свойства высоколегированных сталей после отпуска практически идентичны как в случае закалки газом высокого давления, так и вакуумной закалки в масле. Отпадает необходимость в сосудах высокого давления для вакуумных камер электропечей с высоконапорным газовым охлаждением. Большая экономия чистых газов для охлаждения по причине отказа от них. По этой причине вакуумные электропечи с закалкой в масле существенно дешевле вакуумных печей с газовым охлаждением.
3. Вы избежите подстуживания нагретых мелких деталей типа специального крепежа во время переноса из горячей зоны в закалочную ванну, так как это время не превышает 8 секунд.
4. Инновационные вакуумные элеваторные электропечи торговой марки «НИТТИН» без каких-либо ограничений интегрируются во все существующие производственные линии термической обработки российских промышленных предприятий.
5. Инновационная НИТТИН-технология вакуумной закалки сталей в масле поставляется вместе с инновационной вакуумной электропечью. Исключено применение дополнительного оборудования. Обеспечивается самая высокая культура термического производства.
6. Обеспечено самое большее трудосбережение за счет сокращения производственного персонала, а также исключение целого ряда технологических процедур, таких как дорогостоящая промывка и очистка поверхности деталей от остатков масла, с последующей утилизацией моечных растворов.
7. Ресурсосберегающий эффект проявляется в увеличении эксплуатационного ресурса закалочного масла, превышающего 10 000 ч. Исключена деградация закалочного масла по причине загрязнения и старения в результате окисления, увеличения вязкости и снижения охлаждающей способности.
8. Технология и оборудование обеспечивают наивысшую экологическую (зеленое производство) и пожарную безопасность по причине отсутствия задымленности и загазованности рабочих мест, а также исключения задымленных вентиляционных выбросов в воздушную атмосферу.
9. Минимальные закупочные цены на вакуумные элеваторные электропечи четвертого поколения при максимальных производственных преимуществах и экономических выгодах.
10. Особо низкие эксплуатационные расходы в сравнении со всеми известными технологиями термообработки с закалкой сталей в масле.

308013, г. Белгород, ул. Макаренко, д. 27

тел.: +7 (4722) 777-8-44, 37-21-35

факс: +7 (495) 24-10-472

е-mail: [email protected]

http://nittin.ru

Термическая обработка металлов и закалочные масла

Как закалить металл в домашних условиях? Закалка — это вид термической обработки железоуглеродистых сплавов. Эти сплавы формально называют сталью. Как правило, процесс термической обработки стали осуществляется путем нагревания, быстрого охлаждения и повторного нагрева выбранного материала.

Когда сталь быстро охлаждается, атомы «замораживаются» в нестабильном положении. Сталь очень твердая, но очень хрупкая. При отпуске стали атомам разрешается перестраиваться в более устойчивое положение. Твердость стали приносится в жертву пластичности (способность материалов к растяжению или деформации). Конечным результатом является материал с повышенной прочностью и ударной вязкостью.

Эти свойства позволяют материалу изгибаться перед разрушением и не ломаться, что может быть полезным во многих структурных применениях.

Выполненные этапы представляют собой общую схему, демонстрирующую, как некоторые механические свойства стали повышаются при отпуске.

Различные составы и другие сплавы стали могут требовать различного времени нагрева и температуры, а также разных закалочных сред в зависимости от использования материала. В нашем общем случае потребуется 10-15 минут.

Если ваши шаги отличаются от того, что приведено в общей процедуре, то, возможно, потребуется предпринять дополнительные меры для обеспечения надлежащей безопасности. Огонь будет исходить от паяльной лампы, поэтому будьте предельно осторожны при нагревании стали. Наконец, рекомендуется всегда надевать защитные перчатки, особенно для более сложных процедур.

Вещи, которые вам понадобятся:

• Паяльная лампа
• Два стальных стержня марки 1040 по 15 см
• Огнетушитель
• Защитные очки и перчатки
• Холодная водопроводная вода в большом ведре

Существуют следующие способы термической обработки металлов:

• Отжиг
• Нормализация
• Закалка
• Отпуск

Способ	Задача	Описание процесса
Отжиг	Уменьшение твердости стали для более качественной обработки, улучшение структуры металла, достижение его большей однородности, снятие внутренних напряжений	Медленный нагрев металла до +740…+850 °С*, выдержка, медленное охлаждение
Нормализация	Повышение прочности, твердости и ударной вязкости стали, более низкая пластичность стали по сравнению с отожженной	Нагрев до температуры выше критической (температуры изменения типа кристаллической решетки), выдержка, охлаждение на спокойном воздухе
Закалка	Достижение высокой твердости, прочности, а следовательно, износостойкости стали. При использовании этого метода образуется неравновесная структура, требующая последующего отпуска	Нагрев до температуры выше критической, выдержка при заданной температуре, быстрое охлаждение в жидкой среде (воде или масле)
Отпуск	Получение более высокой пластичности и уменьшение хрупкости мартенситной структуры при сохранении уровня прочности, освобождение от напряжения	Нагрев от +150…+260 °С до +370…650 °С, выдержка, медленное охлаждение на воздухе

Примечание: * Температура зависит от типа обрабатываемого металла.

Выделяются следующие типы закалки:

• Холодная закалка (+30…+80 °С): для термического улучшения деталей свободной ковки и объемной штамповки, закалки ручных инструментов, листовых и винтовых пружин, высокопрочных болтов, гаек, подкладных шайб и т.п.
• Горячая закалка (+165…+220 °С): для закалки деталей высокой точности (например, деталей приводного механизма автомобилей), где необходимо исключить опасность искривления поверхности
• Вакуумная закалка: для инструментальной, подшипниковой, жаропрочной, быстрорежущей стали

При термической обработке металлов и сплавов методом закалки очень важно учитывать температуру и продолжительность нагрева, а также скорость охлаждения.

В качестве рабочей среды в процессе закалки металла используются вода или специальное масло.

При закалке с применением масла на изделии образуется значительно меньше тепловых трещин, чем при закалке в воде.

Производство отечественных закалочных масел начало активно развиваться в конце 90-х годов. В настоящее время на российском рынке имеется целый ряд этих продуктов: от более простых и проверенных до дорогостоящих импортных, которые могут влиять на скорость охлаждения.

Закалочные масла позволяют получать стальные изделия с заданными значениями твердости, требуемой структуры и чистоты поверхности.

При выборе масла необходимо учитывать температуру его вспышки в открытом тигле. Она определяется качеством базового масла и должна быть на 30 ниже температуры общего процесса. Присадки вводятся в состав закалочного масла в целях повышения его эффективности или ускорения процесса отвода тепла.

Закалочные масла должны обладать следующими свойствами:

• Высокая термическая и химическая стабильность (сохранение свойств в течение всего срока службы)
• Хорошие моющие свойства (в масле накапливаются осадки, окалина с поверхности деталей)
• Высокая стойкость к испарению (использование в открытых закалочных резервуарах)
• Хорошие антипенные свойства (сильное завихрение горячего масла в закалочных резервуарах)
• Определенный уровень вязкости (зависит от температуры закалки и влияет на потери масла при извлечении деталей из резервуаров)
• Отсутствие воды (влияет на вспенивание масла)

Как закалить металл в домашних условиях

Процесс закалки стали позволяет повысить твердость изделия примерно в 3-4 раза. Многие производители проводят подобный процесс на момент производства продукции, однако в некоторых случаях ее следует повторить, так как твердость стали или другого сплава имеет малый уровень. Именно поэтому многие задаются вопросом, как закалить металл в домашних условиях?

Проверка качества закалки

Для того чтобы определить, удалось ли закалить изделие из стали до нужной твердости, у домашнего мастера не так уж и много способов. Традиционный — это попробовать поцарапать металл надфилем (не алмазным), который обычно имеет твердость 55÷60 HRC.

Если на поверхности остаются бороздки, то это значит, что закалить сталь до нужного значения не получилось и ее твердость ниже этой величины. Если же надфиль скользит по поверхности закаленного металла, то его твердость в норме.

Еще один способ проверки качества домашней закалки — это царапание закаленной сталью поверхности бутылочного стекла (см. фото ниже). Кроме твердости, в домашних условиях при наличии определенных навыков можно проверить и структуру металла.

Для этого необходимо закалить несколько образцов одинаковой стали в разных режимах, а затем на глаз сравнить структуру и размер зерна.

Методика

Для того чтобы провести работу по закалке стали нужно учитывать то, как выполняется подобный процесс правильно.

Закалка – процесс повышения твердости поверхности железа или сплава, который предусматривает нагрев образца до высокой температуры и его последующее охлаждение.

Несмотря на то, что с первого взгляда рассматриваемый процесс прост, различные группы металлов отличаются своеобразной структурой и характеристиками.

Термическая обработка в домашних условиях оправдана в нижеприведенных случаях:

1. При необходимости упрочнить материал, к примеру, в месте режущей кромки. Примером можно назвать закалку зубил и стамески.
2. При необходимости повышения пластичности предмета. Это зачастую необходимо в случае горячей ковки.

Профессиональная закалка стали – дорогостоящий процесс. Стоимость 1 кг повышения твердости поверхности стоит примерно 200 рублей. Организовать закалку стали в домашних условиях можно только с учетом всех особенностей повышения твердости поверхности.

Как самостоятельно провести отпуск

Отпуск стали проводят для снижения ее хрупкости и повышения пластичности, что происходит во время ее нагрева до невысокой (по сравнению с закалкой) температуры с последующим медленным охлаждением.

Для большинства сталей (углеродистых и низколегированных), которые можно закалить в домашней мастерской, отпуск проводится при температурах в интервале от 150 до 250 °C (см. таблицу выше).

В отличие от закалки такой нагрев не требует специального оборудования, поэтому многие домашние мастера используют для этих целей духовки бытовых плит с терморегуляторами.

Определить температуру нагрева при отпуске можно по цвету побежалости — разноцветной оксидной пленки, возникающей на поверхности стали при нагреве (см. рис. ниже). Если закалить сталь «на мартенсит», т. е. с быстрым охлаждением в воде, то получится очень твердая, но хрупкая структура. Поэтому отпуск является обязательной процедурой при термической обработке режущего инструмента.

Особенности процесса

Провести закалку стали можно с учетом нижепривеженных моментов:

1. Нагрев должен проходить равномерно. Только в этом случае структура материала однородна.
2. Нагрев стали должен проходить без образования черных или синих пятен, что свидетельствует о сильном перегреве поверхности.
3. Образец нельзя нагревать до крайнего состояния, так как изменения структуры будут необратимыми.
4. На правильность проведения нагрева стали указывает ярко-красный цвет металла.
5. Охлаждение также должно быть проведено равномерно, для чего используется водяная ванна.

• Температура заготовки в зависимости от цвета при нагреве
• Эти моменты рекомендуется учитывать при рассмотрении того, как провести закалку в домашних условиях.
• Режимы закалки и отпуска сталей

Распространенные среды для самостоятельного каления

Для закалки сталей в домашних условиях обычно используют следующие охлаждающие среды: воздух, воду и водные растворы, минеральное масло. В качестве водных растворов обычно используют 10-15%-й хлористого натрия (поваренной соли), а минеральное масло в домашних мастерских — это чаще всего обычная моторная отработка.

Чтобы закалить отдельные части изделия с разной твердостью, используют закалку с последовательным охлаждением в двух средах. Каждая из этих закалочных сред характеризуется своей скоростью охлаждения, от которой напрямую зависит структура обрабатываемого металла.

К примеру, воздух охлаждает сталь со скоростью 5÷10 °C в секунду, масло — 140÷150 °C, а вода (в зависимости от температуры) — 700÷1400 °C.

Чтобы правильно и без проблем закалить свое изделие, необходимо знать марку металла, из которого оно изготовлено, т. к. от этого зависит как температура нагрева, так и способ охлаждения.

Народные умельцы для своих изделий в качестве исходных материалов чаще всего используют б/у изделия из быстрорежущих и инструментальных сталей, которые можно закалить в домашней мастерской.

Ниже в таблице приведены рекомендуемые температурные режимы и среды охлаждения для различных сталей.

Закалка металла в масле

Масло довольно плохо проводит тепло, что способствует более медленному формированию структурных элементов стали. Поэтому, если ее закалить в масляной среде, она наравне с твердостью приобретет прочность и упругость. На производстве для закалки обычно используют индустриальное масло И-20 или современные закалочные масла типа «Термойл», «Термо» или «Волтекс».

В домашних мастерских народные умельцы пользуются тем, что имеется в наличии. Чаще всего это новое или отработанное моторное масло.

Чтобы безопасно закалить деталь в таком масле в домашних условиях, нужно помнить, что у него по сравнению с промышленными закалочными жидкостями гораздо более низкая температура вспышки, и при погружении в него раскаленного металла оно на короткий срок загорается с выделением едкого дыма.

Поэтому закалочная емкость, применяемая в домашней мастерской, должна иметь минимальную открытую поверхность и использоваться только на открытом воздухе или в проветриваемом помещении. Помимо обычных ведер и жестяных банок, одна из самых распространенных конструкций такой емкости, которой пользуются домашние мастера — это удлиненный отрезок трубы подходящего диаметра с приваренным днищем.

Оборудование и особенности проводимого процесса

Для нагрева поверхности зачастую используется специальное оборудование. Это связано с тем, что провести нагрев стали до точки плавления достаточно сложно. В домашних условиях зачастую используется нижеприведенное оборудование:

  Таблица размеров водопроводных труб: подбор изделий для

1. электропечь;
2. паяльная лампа;
3. термопечь;
4. большой костер, который обложен вокруг для перенаправления жара.

Передвижной горн для нагрева деталей

При выборе источника жара следует учитывать тот момент, что деталь должна полностью помещаться в печи или костре, на котором проводится разогрев. Правильно будет подбирать оборудование также по типу металла, который будет подвержен обработки. Чем выше прочность структуры, тем больше разогревают сплав для придания пластичности.

В случае, когда нужно провести закалку лишь части детали, используется струйная закалка. Она предусматривает попадание струи холодной волы только на определенную часть детали.

Для охлаждения стали часто используется ванна с водой или бочка, а также ведро. Важно учитывать тот момент, что в некоторых случаях проводится поэтапное охлаждение, в других быстрое и резкое.

Изготовление камеры для закаливания металла

Основным материалом для изготовления корпусов домашних печей для закалки стали являются твердые огнеупоры в виде блоков различных размеров и шамотная глина. В такой печи достигается температура свыше 1200 °C, поэтому в ней можно закалить изделия не только из углеродистой или инструментальной, но и из высоколегированной стали.

При изготовлении домашних печей из шамотной глины сначала делают картонный каркас по форме и размеру рабочей камеры, который затем покрывают слоем шамота. Поверх его наматывают нагревательную спираль, а затем накладывают основной теплоизолирующий слой.

При такой конструкции область нагрева изолирована от нагревательного элемента, что важно, когда необходимо закалить сталь, чувствительную к окислам и выгоранию углерода.

Повышение твердости на открытом огне

В быту зачастую закалку проводят на открытом огне. Этот метод подходит исключительно для разового проведения процесса повышения твердости поверхности.

Всю работу можно разделить на несколько этапов:

1. для начала следует провести разведение костра;
2. на момент разведения костра подготавливаются две большие тары, которые будут соответствовать размеру детали;
3. для того чтобы костер давал больше жара нужно обеспечить большое количество углей. они дают много жара на протяжении длительного времени;
4. в одной емкости должна содержаться вода, в другой – моторное масло;
5. следует использовать специальные инструменты, при помощи которых будет удерживаться обрабатываемая раскаленная деталь. на видео часто можно встретить кузнечные клещи, которые наиболее эффективны;
6. после подготовки необходимых инструментов следует положить предмет в самый центр пламени. при этом можно деталь зарыть в самую глубь углей, что обеспечит нагрев металла до плавкого состояния;
7. угольки, которые имеют ярко белый цвет – раскалены больше других. за процессом плавки металла нужно следить пристально. пламя должно быть малиновым, но не белым. если огонь белый, то есть вероятность перегрева металла. в этом случае эксплуатационные качества значительно ухудшаются, а срок службы уменьшается;
8. правильный цвет, равномерный по всей поверхности, определяет равномерность нагрева металла;
9. если происходит потемнение до синего цвета, то это говорит о сильном размягчении металла, то есть он становится излишне пластичным. этого нельзя допускать, так как значительно нарушается структура;
10. при полном разогреве металла его следует убрать с очага высокой температуры;
11. после этого следует раскаленный металл поместить в тару с маслом с частотой 3 секунды;
12. завершающим этапом можно назвать погружение детали в воду. При этом периодически проводится взбалтывание воды. Это связано с тем, что вода быстро нагревается вокруг изделия.

При выполнении работы следует уделять внимание осторожности, так как раскаленное масло может нанести вред коже. На видео можно обратить внимание на то, какого цвета должна быть поверхность при достижении нужной степени пластичности.

Но для закалки цветных металлов зачастую нужно оказывать воздействие температуры в промежутке ль 700 до 900 градусов Цельсия. На открытом огне провести нагрев цветных сплавов практически не возможно, так как достигнуть подобной температуры без специального оборудования нельзя.

Примером можно назвать использование электропечи, которая способна нагревать поверхность до 800 градусов Цельсия.