Для придания стальным заготовкам особых свойств выполняют термическую обработку. Технология зависит от конечных параметров и свойств металла, его качества. На выбор вида термической обработки влияет марка стали, требуемые эксплуатационные характеристики конечного изделия.
Виды отжигов
Суть процесса заключается в нагреве металлического изделия и последующего медленного охлаждения. В результате этого улучшается показатель вязкости, достигается химическая и структурная однородность. Термическая обработка методом отжига негативно влияет на жесткость стали.
В зависимости от требуемых качеств изделия выполняют такие виды отжига:
- Диффузионный. Цель обработки – уменьшение химической неоднородности состава. Сначала сталь нагревают до температуры +1150°С и в таком состоянии заготовка остается 10-15 часов. Затем выполняют медленное (естественное) охлаждение.
- Полный. Она выполняется для штамповочных изделий или заготовок, сделанных методом литья или ковки. Цель – формирование мелкозернистой структуры. Сталь нагревается до температуры, превышающей значение критической верхней точки на +50°С. Затем происходит медленное охлаждение со скоростью не более 75°С (для легированных сортов) или +200°С (для углеродистых марок) в час.
- Неполный отжиг. Термическая обработка применяется для уменьшения показателя жесткости и снятия напряжения структуры. Технология аналогична вышеописанной, за исключением значения максимальной температуры. Она не должна превышать +750°С.
- Изотермический. Он актуален только для легированных сортов стали. Температура воздействия выше критической точки на 20-30%. Отличия от полного отжига – быстрое охлаждение до +600°С. Методика применяется для оперативной обработки стальных заготовок.
Для выполнения этих процедур необходимо специальное оборудование. Качество обработки зависит от выполняемых требований. В случае несоблюдения технологии велика вероятность появления дефектов – пережог.
Закалка
Методика актуальна для создания неравномерной структуры стали заготовки. Это увеличивает твердость, но также повышает хрупкость конструкции. Выбор температуры воздействия зависит от химического состава. Также важными являются скорость охлаждения и периодичность повторения процедуры.
При выборе технологии закаливания учитывают следующие факторы:
- Температура обработки. Если она не превышает критическое значение – закалка относится к категории неполной. Для обработки всей структуры заготовки термическое воздействие должно быть выше точки Асз на 30-40°.
- Охлаждение. Оно может выполняться быстро или медленно. В первом случае твердость неравномерная, ближе к поверхности. При медленном охлаждении напряжение структуры выравнивается.
- Выбор среды для закалки. Чаще всего используют соляную ванную или масло с добавлением специальных веществ.
- Периодичность. Она влияет на распределение жесткости в структуре стали.
Способы закалки рассчитываются индивидуально для каждого типа изделия. О том, как закаливать и делать отпуск металла в домашних условиях, читайте здесь.
Отпуск
Для нормализации характеристик стальных заготовок после закалки рекомендуется делать ее отпуск. Его суть заключается в термическом воздействии температурами, при которых не происходит фазового превращения. Итогом этой операции будет однородность структуры стали.
Виды отпуска для металлических заготовок:
- Низкий. Применяется для углеродистых сортов стали. Максимальная температура воздействия — +200°С. В результате уменьшается показатель хрупкости и снижается натяжение в структуре.
- Средний. Термическая обработка происходит при +400°С. Технология необходима для удаления избыточного углерода. При этом кристаллическая решетка становится кубической.
- Высокий. Температура обработки – до +650°С. Применяется для появления оптимальных характеристик прочности, вязкости и пластичности.
Определяющим показателем для этого процесса является отпускная хрупкость. Она указывает на степень падения ударной вязкости при резких перепадах температур.
Нормализация металлических заготовок
Технология схожа с отжигом стали. Разница заключается в способе охлаждения заготовки. Это происходит не в печи, как в первом случае, а на воздухе. В результате происходит нормализация структуры кристаллической решетки, повышаются показатели прочности и вязкости.
При выполнении этого процесса учитывают такие показатели:
- Выдержка. Она характеризует степень равномерного термического воздействия на все слои стальной заготовки.
- Скорость охлаждения. Влияет на толщины перлитных пластин.
- Поэтапное охлаждение. В некоторых случаях после достижения определенного уровня снижения температуры деталь помещают в масло для оперативного охлаждения.
Для появления нужных свойств стальной заготовки могут выполняться несколько типов термической обработки.
Разница между отжигом отверждения и отпуска
Главное отличие — отжиг против закалки против закалки
Термическая обработка — это использование тепла для изменения свойств материала, особенно в металлургии. Это тип промышленного процесса, связанного с изменением химических и физических свойств металлов и металлических сплавов. Существует четыре основных типа методов термообработки: отжиг, отпуск, закалка и нормализация.
Отжиг — это процесс термообработки, используемый для смягчения материалов или для получения других требуемых свойств, таких как обрабатываемость, электрические свойства, стабильность размеров и т. Д. Закалка или закалка — это процесс повышения твердости металла.
Закалка — это процесс нагревания вещества до температуры ниже его критического диапазона, выдерживания, а затем охлаждения.
Основное различие между отверждением при отжиге и отпуске заключается в том, что отжиг проводится для смягчения металла или сплава, а закалка — для повышения твердости металла или сплава, а отпуск — для уменьшения хрупкости закаленного металла или сплава.
1. Что такое отжиг — определение, процесс, цели отжига 2. Что такое закалка — определение, процесс, типы процессов закалки 3. Что такое закалка — Определение, Процесс, Austempering 4. В чем разница между отжигом отверждения и отпуска — Сравнение основных различий
Ключевые термины: сплав, отжиг, литье, цементация, пламенное упрочнение, упрочнение, индукционное упрочнение, металл, металлургия, азотирование, нормализация, закалка, поверхностное упрочнение, отпуск
Что такое отжиг
Отжиг — это процесс размягчения материала для получения желаемых химических и физических свойств. Некоторые из этих желательных свойств включают обрабатываемость, свариваемость, стабильность размеров и т. Д. Это тип термообработки.
Процесс отжига включает в себя нагрев металла до или около критической температуры (критическая температура — это температура, при которой изменяется кристаллическая фаза металла). Нагрев до такой высокой температуры делает его пригодным для изготовления. После нагревания металл должен быть охлажден до комнатной температуры. Это можно сделать в духовке.
Рисунок 1: Отжиг серебряной полосы
Медленное охлаждение металла приводит к утонченной микроструктуре. Это может частично или полностью разделять составляющие. Процесс обработки отжигом можно использовать и для чистых металлов и сплавов. Согласно процессу, черные металлы классифицируются как ниже.
- Полностью отожженные черные сплавы (используют очень медленный процесс охлаждения)
- Процесс отожженных железных сплавов (скорость охлаждения может быть быстрее)
Другие металлы, такие как латунь, серебро, медь, могут быть полностью отожжены, но быстро охлаждаются. Это может быть сделано путем гашения в воде.
Закалка — это процесс увеличения твердости материала. Упрочнение увеличивает прочность материала.
Закалка часто осуществляется гашение, В процессе закалки металла металл нагревается до аустенитной кристаллической фазы, а затем быстро охлаждается.
Охлаждение может быть выполнено либо с помощью нагнетаемого воздуха, либо других газов, таких как азот, масло, рассол и т. Д. (Выбирается в зависимости от типа сплава и его компонентов).
Процесс закалки повышает прочность и износостойкость металла. Но наличие достаточного содержания углерода и сплавов является обязательным условием для упрочнения. Упрочнение может быть сделано для металлических сплавов, таких как сталь. Однако упрочнение этим способом делает металл хрупким. Следовательно, процесс отпуска обычно выполняется с последующим процессом закалки.
Существует два основных типа процессов закалки; поверхностное упрочнение и закалка корпуса.
Поверхностное упрочнение
Поверхностное упрочнение увеличивает твердость внешней поверхности, в то время как ядро остается мягким. Поверхностное упрочнение может быть выполнено несколькими способами, такими как цементация, азотирование и пламенное упрочнение / индукционное упрочнение.
- В карбюризацияМеталлический сплав помещают при высокой температуре на несколько часов в углеродистую среду.
- Азотирование использует азот и тепло. Обычно это используется для топливных насосов.
- В закалка пламенем / индукционная закалкатепло подается в течение короткого периода времени в форме пламени, и металл немедленно охлаждается.
Рисунок 2: Топливный насос
Закалка корпуса
Упрочнение корпуса повышает твердость поверхности, вливая элементы в поверхность материала и образуя тонкий слой из более твердого сплава. Упрочнение корпуса повышает износостойкость оборудования без изменения внутренних деталей.
Что такое закалка
Закалка — это процесс нагревания вещества до температуры ниже его критического диапазона, выдерживания, а затем охлаждения. Это сделано для получения желаемых свойств.
Закалка часто проводится для предварительно закаленной или нормализованной стали. Процесс отпуска полезен для снижения хрупкости закаленной стали.
Температура, до которой проводится отпуск, напрямую влияет на твердость материала. Более высокие температуры снижают твердость.
Рисунок 3: Закаленные цвета стали
Закалка производится путем повторного нагрева металлического сплава до температуры ниже критической (критическая температура — это температура, при которой изменяется кристаллическая фаза металла). Затем материал выдерживают при этой температуре в течение некоторого времени с последующим охлаждением. Охлаждение может быть охлаждением или воздушным охлаждением.
Подкатегория отпуска Закалка на бейнит, В основном применяется для черных металлов, таких как сталь и ковкий чугун. Он используется для улучшения механических свойств металлических сплавов за счет уменьшения или устранения искажений.
Определение
- Отжиг: Отжиг — это процесс размягчения материала для получения желаемых химических и физических свойств.
- Закалка: Закалка или закалка — это процесс увеличения твердости материала.
- Закалка: Закалка — это процесс нагревания вещества до температуры ниже его критического диапазона, выдерживания, а затем охлаждения.
Процесс
- Отжиг: Процесс отжига включает нагревание металла до или около критической температуры с последующим очень медленным охлаждением до комнатной температуры в печи.
- Закалка: В процессе закалки металл нагревается до аустенитной кристаллической фазы, а затем быстро охлаждается.
- Закалка: Закалка производится путем повторного нагрева металлического сплава до температуры ниже критической температуры, выдерживания в течение некоторого времени и охлаждения.
Цель
- Отжиг: Отжиг смягчает материалы.
- Закалка: Закалка повышает твердость и прочность таких материалов, как металлические сплавы.
- Закалка: Закалка снижает хрупкость металлов.
Приложения
- Отжиг: Отжиг применяется для металлов и металлических сплавов.
- Закалка: Закалка используется для металлических сплавов с достаточным содержанием углерода и сплавов.
- Закалка: Закалка используется в основном для стали.
Заключение
Отжиг, отверждение и отпуск — процессы термообработки. Основное различие между отверждением при отжиге и отпуске заключается в том, что отжиг проводится для смягчения металла или сплава, а закалка — для повышения твердости металла или сплава, а отпуск — для уменьшения хрупкости закаленного металла или сплава.
Ссылка:
1. Химаншу Верма. «Процессы термообработки». LinkedIn SlideShare, 4 мая 2017 г.,
Rimoyt.com
Термической обработкой (термообработкой) называют совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения твердых сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутренней структуры.
Так как основными параметрами термической обработки являются температура и время, то любой процесс термообработки может быть представлен графиком в координатах “температура-время”.
Если термическая обработка состоит только из одной операции (нагрев-выдержка-охлаждение), то она называется простой, а если из нескольких операций — сложной.
Графики термической обработки: простой и сложной
Основными видами термической обработки являются: Отжиг Нормализация Отпуск Старение Закалка
Отжиг заключается в нагреве сталей до температур выше фазового превращения с последующей выдержкой и медленным охлаждением сплава вместе с печью. В результате отжига получают структуру перлит с ферритом или цементитом, и сталь приобретает высокую пластичность и низкую твёрдость.
Отжигу подвергают отливки, поковки, прокат, заготовки из углеродистой и легированной стали.
Различают следующие виды отжига: неполный, полный, низкотемпературный, диффузионный и рекристализационный.
Если после нагрева охлаждение происходит не вместе с печью, а на воздухе, то такую операцию называют нормализацией. Получаемая структура после нормализации – мелкопластинчатая перлитного класса (перлит, сорбит, троостит).
Для низкоуглеродистых сталей структура и свойства после отжига и нормализации ничем не отличаются. При этом операция нормализации дешевле отжига. По этой причине для низкоуглеродистых сталей рациональней проводит нормализацию. Отличия в структуре появляются с повышением содержания углерода.
Также существенно может отличаться структура после отжига и нормализации у легированных сталей.
Закалка – нагрев стали до температур выше фазовых превращений с последующим быстрым охлаждением со скоростью выше критической. Цель закалки – придать стали большую твердость.
После закалки сталь приобретает неравновесную метастабильную структуру и обладает высокой прочностью, твердостью, износостойкостью и повышенной хрупкостью.
Закалка не является окончательным видом термической обработки.
- Для устранения избыточных напряжений и повышенной хрупкости сталь после закалки обязательно подвергают отпуску.
- Отпуск – нагрев закаленной стали до температур ниже фазовых превращений с последующим охлаждением.
- В результате отпуска структура стали переходит к более равновесному состоянию, твердость снижается, а пластичность повышается.
- В зависимости от температуры нагрева отпуск подразделяется на: низкий (150–250 оС), средний (300-450 оС), высокий (500-700 оС).
- С увеличением температуры отпуска повышаются пластические свойства и снижается прочность стали.
- Самопроизвольный отпуск закаленных сталей при незначительном нагреве или без него, наблюдающийся с течением времени называют старением.
Улучшение. Закалку в сочетании с высоким отпуском называют улучшением. Его назначение – измельчение структуры, повышение механических свойств и повышение обрабатываемости стали резанием.
Термообработка: закалка, отпуск, нормализация, отжиг — «Спецрусметиз» – спецкрепеж и метизы собственного производства
Металлоизделия, используемые в любых отраслях хозяйства должны отвечать требованиям устойчивости к износу. Для этого используется воздействие высокими температурами, в результате чего усиливаются нужные эксплуатационные свойства. Этот процесс называется термической обработкой.
Термообработка представляет собой комплекс операций нагрева, охлаждения и выдержки металлических твердых сплавов для получения необходимых свойств благодаря изменению структуры и внутреннего строения.
Термическая обработка применяется в качестве промежуточной операции для того, чтобы улучшить обрабатываемость резанием, давлением, либо в качестве окончательной операции технологического процесса, которая обеспечивает требуемый уровень свойств детали.
Различные методы закаливания применялись с давних пор: мастера погружали нагретую металлическую полоску в вино, в масло, в воду. Для охлаждения кузнецы порой применяли и достаточно интересные способы, например садились на коня и мчались, охлаждая изделие в воздухе.
По способу совершения термическая обработка бывает следующих видов:
-Термическая (нормализация, закалка, отпуск, отжиг, старение, криогенная обработка).
-Термо-механическая. Включает обработку высокими температурами в сочетании с механическим воздействием на сплав.
-Химико-термическая. Подразумевает термическую обработку металла с последующим обогащением поверхности изделия химическими элементами (углеродом, азотом, хромом и др.).
Основные виды термической обработки:
1. Закалка. Представляет собой вид термической обработки разных материалов (металлы, стекло), состоящий в нагреве их выше критической температуры с быстрым последующим охлаждением. Выполняется для получения неравновесных структур с повышенной скоростью охлаждения. Закалка может быть как с полиморфным превращением, так и без полиморфного превращения.
2. Отпуск – это технологический процесс, суть которого заключается в термической обработке закалённого на мартенсит металла либо сплава, основными процессами при котором являются распад мартенсита, рекристаллизация и полигонизация. Проводится с целью снятия внутренних напряжений, для придания материалу необходимых эксплуатационных и механических свойств.
3. Нормализация. В данном случае изделие нагревается до аустенитного состояния и потом охлаждается на спокойном воздухе. В результате нормализации снижаются внутренние напряжения, выполняется перекристаллизация стали. В сравнении с отжигом, нормализация – процесс более короткий и более производительный.
4. Отжиг. Представляет собой операцию термической обработки, заключающуюся в нагреве стали, выдержке при данной температуре и последующем медленном охлаждении вместе с печью. В результате отжига образуется устойчивая структура, свободная от остаточных напряжений. Отжиг является одной из важнейших массовых операций термической обработки стали.
Цель отжига:
1) Снижение твердости и повышение пластичности для облегчения обработки металлов резанием;
2) Уменьшение внутреннего напряжения, возникающего после обработки давлением (ковка, штамповка), механической обработки и т. д.;
3) Снятие хрупкости и повышение сопротивляемости ударной вязкости;
4) Устранение структурной неоднородности состава материала, возникающей при затвердевании отливки в результате ликвации.
Для цветных сплавов (алюминиевые, медные, титановые) также широко применяется термическая обработка. Цветные сплавы подвергают как разупрочняющей, так и упрочняющей термической обработке, в зависимости от необходимых свойств и области применения.
Термическая обработка металлов и сплавов является основным технологическим процессом в чёрной и цветной металлургии. На данный момент в распоряжении технических специалистов множество методов термообработки, позволяющих добиться нужных свойств каждого вида обрабатываемых сплавов.
Для каждого металла свойственна своя критическая температура, а это значит, что термообработка должна производиться с учётом структурных и физико-химических особенностей вещества.
В конечном итоге это позволит не только достичь нужных результатов, но и в значительной степени рационализировать производственные процессы.
Виды термообработки
Термическая обработка (термообработка) стали, цветных металлов — процесс изменения структуры стали, цветных металлов, сплавов при нагревании и последующем охлаждении с определенной скоростью.
Термическая обработка (термообработка) приводит к существенным изменениям свойств стали, цветных металлов, сплавов. Химический состав металла не изменяется.
Отжиг — термическая обработка (термообработка) металла, при которой производится нагревание металла, а затем медленное охлаждение. Эта термообработка (т. е. отжиг) бывает разных видов (вид отжига зависит от температуры нагрева, скорости охлаждения металла).
Закалка
Закалка — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, основанная на перекристаллизации стали (сплавов) при нагреве до температуры выше критической; после достаточной выдержки при критической температуре для завершения термической обработки следует быстрое охлаждение. Закаленная сталь (сплав) имеет неравновесную структуру, поэтому применим другой вид термообработки — отпуск.
Отпуск
Отпуск — термическая обработка (термообработка) стали, сплавов, проводимая после закалки для уменьшения или снятия остаточных напряжений в стали и сплавах, повышающая вязкость, уменьшающая твердость и хрупкость металла.
Нормализация
Нормализация — термическая обработка (термообработка), схожая с отжигом. Различия этих термообработок (нормализации и отжига) состоит в том, что при нормализации сталь охлаждается на воздухе (при отжиге — в печи).
Нагрев заготовки — ответственная операция. От правильности ее проведения зависят качество изделия, производительность труда.
Необходимо знать, что в процессе нагрева металл меняет свою структуру, свойства и характеристику поверхностного слоя и в результате от взаимодействия металла с воздухом атмосферы, и на поверхности образуется окалина, толщина слоя окалины зависит от температуры и продолжительности нагрева, химического состава металла. Стали окисляются наиболее интенсивно при нагреве больше 900°С, при нагреве в 1000°С окисляемость увеличивается в 2 раза, а при 1200°С — в 5 раз.
Хромоникелевые стали называют жаростойкими потому, что они практически не окисляются.
Легированные стали образуют плотный, но не толстый слой окалины, который защищает металл от дальнейшего окисления и не растрескивается при ковке.
Углеродистые стали при нагреве теряют углерод с поверхностного слоя в 2-4 мм. Это грозит металлу уменьшением прочности, твердости стали и ухудшается закаливание. Особенно пагубно обезуглероживание для поковок небольших размеров с последующей закалкой.
Заготовки из углеродистой стали с сечением до 100 мм можно быстро нагревать и потому их кладут холодными, без предварительного прогрева, в печь, где температура 1300°С. Во избежание появлений трещин высоколегированные и высокоуглеродистые стали необходимо нагревать медленно.
При перегреве металл приобретает крупнозернистую структуру и его пластичность снижается. Поэтому необходимо обращаться к диаграмме «железо-углерод», где определены температуры для начала и конца ковки.
Однако перегрев заготовки можно при необходимости исправить методом термической обработки, но на это требуется дополнительное время и энергия.
Нагрев металла до еще большей температуры приводит к пережогу, от чего происходит нарушение связей между зернами и такой металл полностью разрушается при ковке.
Пережог — неисправимый брак. При ковке изделий из низкоуглеродистых сталей требуется меньше число нагревов, чем при ковке подобного изделия из высокоуглеродистой или легированной стали.
При нагреве металла требуется следить за температурой нагрева, временем нагрева и температурой конца нагрева.
При увеличении времени нагрева — слой окалины растет, а при интенсивном, быстром нагреве могут появиться трещины.
Известно из опыта, что на древесном угле заготовка 10-20 мм в диаметре нагревается до ковочной температуры за 3-4 минуты, а заготовки диаметром 40-50 мм прогревают 15-25 минут, отслеживая цвет каления.
Химико-термическая обработка (ХТО) стали — совокупность операций термической обработки с насыщением поверхности изделия различными элементами (углерод, азот, алюминий, кремний, хром и др.) при высоких температурах.
Поверхностное насыщение стали металлами (хром, алюминий, кремний и др.), образующими с железом твердые растворы замещения, более энергоемко и длительнее, чем насыщение азотом и углеродом, образующими с железом твердые растворы внедрения. При этом диффузия элементов легче протекает в решетке альфа-железо, чем в более плотноупакованной решетке гамма-железо.
Химико-термическая обработка повышает твердость, износостойкость, кавитационную, коррозионную стойкость. Химико-термическая обработка, создавая на поверхности изделий благоприятные остаточные напряжения сжатия, увеличивает надежность, долговечность.
Цементация стали — химико-термическая обработка поверхностным насыщением малоуглеродистой (С
Что такое термообработка стали и для чего она нужна
Термообработкой стали называется совокупность этапов нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов. В результате в металле происходят изменения внутреннего строения и структуры, что в свою очередь приводит к получению заданных свойств стали. Твердость металла после термообработки измеряется по шкале Роквелла, подробно описанной в нашей статье «Методы определения твердости».
Процесс термической обработки стали включает в себя нагрев заготовки до требуемой температуры с определенной скоростью, выдержки при этой температуре в течении требуемого времени и охлаждение с заданной скоростью. В рамках этих процессов, можно выделить такие этапы, как: отжиг, нормализация, закалка, отпуск, обработка холодом.
При изготовлении ножей из кованной стали термообработка занимает большее количество этапов: ковка, отжиг, шлифовка, повторный отжиг, правка остаточных искривлений, закалка, отпуск.
В данной статье мы коснемся общих понятий процесса термообработки стали, выпущенной промышленным методом, когда заготовка клинка вырезается из уже готовой полосы металла.
1. Отжиг
Отжиг применяется для заготовок из углеродистой и легированной стали с целью снижения твердости или уменьшения внутренних напряжений. Отжиг также готовит структуру к последующей термообработке и улучшению неоднородности.
Технологически отжиг представляет из себя медленное охлаждение раскаленной заготовки.
Может применятся и так называемый изотермический отжиг при 760 ºС с быстрым охлаждением до 635 ºС, нахождением заготовки при этой температуре в течении 4-6 часов и дальнейшим охлаждением на воздухе.
2. Нормализация
Нормализация отличается от полного отжига способом охлаждения, которой после выдержки заготовки при температуре процесса производится на воздухе. При этом изменяется структура стали, она приобретает более высокую твердость и мелкозернистую структуру, чем при отжиге.
Нормализация стали представляет собой нагрев до температур, на 50 °C выше точки завершения превращения избыточного цементита в аустенит. Нагревание ведется до полной перекристаллизации. Охлаждение производится в воздушной среде, чаще всего просто на месте термообработки.
В результате сталь приобретает мелкозернистую, однородную структуру. Характеристики твердости и прочности стали после нормализации увеличиваются 10-15 %, чем после отжига.
В так называемых заэвтектоидных инструментальных сталях, с содержанием углерода более 0,8% (именно такие стали в основном применяются в ножах), разрушается цементитная сетка, окружающая перлитные зерна. Это снижает хрупкость стали, подготавливает ее к закалке.
3. Закалка стали — это этап термообработки, который заключается в нагреве стали выше критической температуры с последующим резким охлаждением в жидких средах. Критической в данном случае будет температура, при которой произойдет изменение типа кристаллической решетки, то есть осуществится полиморфное превращение.
Технологически закалка представляет собой форсированное охлаждение раскаленной стали. Она уменьшает структуру зерна, повышает твердость, прочность, износоустойчивость.
Закалка состоит из нагрева стали до температуры выше или в интервале превращений, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения обычно с большой скоростью (в водных растворах солей гидроксида натрия или хлорида натрия в воде, масле, в расплавленных солях, на воздухе).
В процессе закалки сталь нагревается до высокой температуры порядка 750–1150 °C с последующим резким охлаждением, чтобы произошедшие фазовые превращения не успели вернуться к исходному состоянию.
Закалка делится на несколько видов:
1) Ступенчатая закалка
В некоторых случаях, для небольших заготовок, применяют закалку ступенчатым методом. Изделия нагревают, а затем помещают в щелочной расплав (от 3500 до 4000 С).
Заготовку выдерживают определённый период времени, достаточный для выравнивания температуры внутри изделия. Легированные стали охлаждают в масле, нелегированные в воде.
Данный способ обеспечивает необходимую твердость, а вероятность появления трещин и напряжений будет резко сокращаться.
2) Изотермическая закалка
Изотермическая закалка проходит в режиме ступенчатой, но при этом металл выдерживается в щелочи до тех пор, пока полностью не освободится от напряжений. После изометрической закалки не требуется проводить отпуск. Метод пригоден для обработки сложных деталей, подверженных деформациям и трещинам.
3) Закалка в одном охладителе
Закалка в одном охладителе применяется при работе с заготовками из углеродистых и легированных сталей. Обычно это достаточно «простые» ножевые стали, не требующие сложной обрабоки.
- 4) Прерывистая закалка в двух средах
- Прерывистая закалка в двух средах применяется для обработки высокоуглеродистых сталей, при котором первоначально происходит быстрое охлаждение в воде, а затем медленное охлаждение в масле.
- 5) Струйчатая закалка
- Струйчатая закалка– метод применяется при частичной (зонной) закалке изделия, реализуется в установках ТВЧ (установка нагрева токами высокой частоты) и индукторах обрызгиванием детали мощной струей воды.
Закалка является критически важным этапом термообработки. При нарушении технологии закалки могут возникнуть следующие дефекты:
1) Недостаточная твердость закаленной детали, в следствии низкой температуры нагрева, малой выдержки при рабочей температуре или недостаточной скорости охлаждения.
2) Перегрев, связаный с нагревом изделия до температуры, значительно превышающей необходимую температуру нагрева под закалку. Перегрев сопровождается образованием крупнозернистой структуры, в результате чего повышается хрупкость стали.
3) Пережог возникает при нагреве стали до весьма высоких температур, близких к температуре плавления (1200—1300° С) в окислительной атмосфере. Кислород проникает внутрь стали, и по границам зерен образуются окислы. После этого сталь приобретает высокую хрупкость и становится не пригодной к использованию под большими нагрузками, в первую очередь поперечными.
4) Окисление и обезуглероживание стали характеризуются образованием окалины (окислов) на поверхности деталей и выгоранием углерода в поверхностных слоях. Такая сталь может стать полностью непригодной к эксплуатации на клинке ножа.
5) На поверхности заготовки могут образовываться коробления и трещины, что бывает связано с возникновением внутренних напряжений. Во время нагрева и охлаждения стали происходят объемные изменения, зависящие от температуры и структурных превращений. Естественно, такие изменения приводят к полной непригодности заготовки.
Таким образом именно нарушения технологии на этапе закалки могут приводить к излишней хрупкости клинка, обычно называемой «перекалом», или же наоборот недостаточная твердость — «недокал». А также к скрытым внутренним напряжениям, из-за которых клинки ломаются под нагрузкой. Для улучшения рабочих качеств стали после закалки применяется так называемый «отпуск».
4. Отпуск
Отпуском стали называется процесс термообработки предварительно закаленной стали, способствующий повышению равновесия ее структуры. Отпуск применяется после закалки стальных заготовок, при этом повышаются вязкие свойства, уменьшается хрупкость и внутреннее напряжение.
Отпуск производится немедленно после закалки, путем нагрева стали до температуры 150–550 °C (в зависимости от марки стали) и охлаждения в воздушной среде, либо в воде или масле. Высокоуглеродистые стали отпускают в воде, при этом происходит достаточно быстрое охлаждение.
Если оно будет замедленным, это может привести к «недокалу», сталь не приобретет необходимых прочностных свойств. Легированные нержавеющие стали отпускают в масле, в котором процесс охлаждения происходит медленней. К таким сталям, в частности, относятся современные порошки S30V, S35VN, Elmax, и т.п.
Чаще всего отпуск таких сталей происходит при температурах от 175 до 220 градусов. Использование масла в данном случае обязательно, так как при увеличении скорости охлаждения, легированная сталь может растрескаться и станет не пригодной к использованию. Также большую роль в охлаждении играет и разновидность масла, в частности степень его плотности и текучести.
Для некоторых марок высоколегированных сталей вместо масла применяется охлаждение воздушной струей после предварительного нагрева до 1050–1100 °C.
Очень важным фактором качественного отпуска является траектория движения и угол погружения клинка в охлаждающую среду. Нарушение технологии может привести к искривлению клинка. Важную роль здесь играет качественный отжиг, который и необходим для снятия внутренних напряжений, приводящих к искривлениям клинка.
Чаще всего для ножевых изделий используется низкотемпературный отпуск (до 2500 С). Он позволяет добиться повышения прочности и вязкости при сохранении твердости сплава (HRC остается в пределах от 58 до 63).
Для определения температуры при отпуске изделия, используется визуальное наблюдение цветов побежалости. В частности, ослепительно бело-голубой цвет заготовки, соответствует температуре порядка 1600 °С, желто-белый – 1200 °С, ярко-красный – 500 °С и т.п. Цвета побежалости одинаково проявляются и на сырой, и на закаленной стали.
5) Криообработка
Достаточно часто последним этапом термообработки клинков ножей становится криогенная обработка. Криообработка — это процесс обработки металлических заготовок при сверхнизких температурах (ниже −153°С (-243,4 °F)). Она производится в целях снятия остаточных напряжений и повышения износостойкости деталей.
Она также способствует увеличению твёрдости, износостойкости, прочности и пластичности металлов. В среднем улучшение этих характеристик происходит в пределах 20 %, но такие показатели относятся в основном к хорошим легированным сталям, в том числе и порошковым быстрорезам.
Среди них может быть качественная американская D2, а также ELMAX, VANADIS 10, K340. Специальное оборудование для проведения криогенной обработки называется «криогенный процессор». Он представляет собой низкотемпературную камеру, оснащенную системой управления процессом криогенной обработки.
Общий цикл обработки в современных криопроцессорах происходит в течение трех суток: 24 часа происходит промораживание до минимальной температуры, 24 часа идёт выдержка заготовки при этой температуре и 24 часа происходит нагрев до изначальной температуры.
В некоторых криопроцессорах существует технологическая возможность для нагнетания температуры до 200 градусов по Цельсию и это дает возможность производить отпуск металла.
Термообработка стали на клинке является одним из важнейших факторов, отвечающих за рабочие качества ножа и его эффективность в работе. Только при максимальной точности технологических процессов возможно получить максимальное качество закаленной стали.
В свою очередь качество термической обработки сильно влияет на заточку ножа. Любые проблемы, возникавшие в этом процессе, обязательно проявят себя при заточке и не позволят качественно заточить нож.
Только на ножах с отличной «термичкой» мы можем достичь максимального уровня остроты.
Загрузка...
