Чем закалка стали отличается от отпуска: Термообработка закалкой и отпуском стали: важность, отличия, этапы термической обработки

alexxlab | 18.03.1979 | 0 | Разное

Термообработка закалкой и отпуском стали: важность, отличия, этапы термической обработки

 

Металлы и сплавы обладают характерными показателями твердости и прочности. Эти характеристики можно найти в специальных таблицах. Современные технологии позволяют изменить базовые параметры, применяя технологию термообработки. Сам процесс термической обработки достаточно прост: металл доводят до необходимой температуры и затем охлаждают. В этом процессе важны два показателя:

• Температура, до которой нагревается металл;

• Время нагрева и последующего охлаждения.

Эти два показателя формируют режим термообработки, который состоит из нескольких этапов.

 

 

Этапы термообработки: отжиг и нормализация

 

В процессе термической обработки металлы проходят четыре основных этапа: отжиг, нормализацию, закалку, отпуск.

• Отжиг. Этот процесс происходит при температуре 750 градусов Цельсия и выше. Широко применяется при термообработке стали. В результате отжига увеличивается вязкость стали, стабилизируются ее основные свойства. Охлаждается сталь вместе с печью не более чем на 60 градусов Цельсия в час. Главным показателем скорости охлаждения является легированность, чем она выше, тем скорость ниже.

• Нормализация. Для этого процесса подъем температуры для обработки сталь идентичен предыдущему процессу, но вот процесс охлаждения резко отличается. В данном процессе охлаждения производится не в печи, а вне ее. При этом существуют два варианта с обдувом и без него. Процесс нормализации используется для низкоуглеродистых сталей, при этом их структура уплотняется за счет уменьшения диаметра зерен. Такую сталь легче обрабатывать и подвергать последующей шлифовке.

   

Закалка и отпуск

 

Эти два процесса наиболее важны, так как металлы, прошедшие закалку и отпуск, обладают особой прочностью и износоустойчивостью.

• Закалка осуществляется в печах при температурах 770 или 960 градусов Цельсия в зависимости от вида металла. Охлаждение осуществляют в воде для углеродистых сталей, и в маслах для легированной. Подъем температуры и резкое охлаждение стали изменяет ее физическое состояние, сталь становится хрупкой. Для удаления этого эффекта, а также для снятия внутреннего структурного напряжения применяют следующий процесс.

• Отпуск. Этот процесс заключается в повторном нагревании уже закаленной стали до температур 600 градусов Цельсия с последующим медленным охлаждением. При этом чем ниже скорость охлаждения, тем лучше снимается внутреннее напряжение металла.

   

Важность термообработки

 

Термообработку сложно переоценить. Только два показателя температура и время могут изменить физико-химические характеристики стали.

Термообработка: закалка, отпуск, нормализация, отжиг

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.

Закалка, отжиг, отпуск — Сделай сам – портал самодельщиков

Часто приходится сталкиваться с необходимостью повысить прочность и твердость металла или готового изделия, иногда же, наоборот, желательно сделать металл более мягким, легче поддающимся обработке. И в том, и в другом случае нужный эффект достигается термической обработкой, заключающейся в нагреве материала до определенной температуры с последующим быстрым (или медленным) охлаждением. Таким образом, путем изменения режима термической обработки удается получать различные физико-механические свойства металлов. К основным операциям термической обработки относят отжиг, нормализацию, закалку и отпуск (рис.).

Режимы термической обработки: ПЗ и ПО – полные закалка и отжиг; НЗ и НО – неполные закалка и отжиг; ВО, СО и НО – высокий, средний и низкий отступ соответственно

Как известно, термической обработке с целью изменения структуры и свойств подвергают многие металлы и их сплавы. Например, чтобы восстановить пластичность сплава на основе меди, подвергнутого холодной деформации, сплав подвергают отжигу. Правда, другой вид термической обработки – закалка для многих медных сплавов невозможен. Но здесь мы не будем говорить о термообработке цветных металлов, а рассмотрим (очень коротко!) технологию термической обработки стали (ее основных видов). Сразу поясним, что сплавы на основе железа (то есть стали), содержащие от 0,02 до 0,8% углерода, называют доэвтектоидными, сталь с 0,8% – эвтектоидной, а сплавы, где присутствует от 0,8 до 2,14%С – заэвтектоидными. Еще в тексте упомянуты температуры АС1 и АС3, значения которых для конкретной марки стали можно найти в любом соответствующем справочнике.

Отжиг заключается в нагреве стали (доэвтектоидной – выше температуры АС3, а заэвтектоидной – выше температуры АС1) с последующим медленным охлаждением вместе с печью. Если нагреть доэвтектоидную сталь выше АС1, но ниже АС3, то полной перекристаллизации металла не произойдет. Такую термическую обработку называют неполным отжигом, который применяют для улучшения обрабатываемости резанием доэвтектоидных сталей (см. таблицу 1). Подобный отжиг конструкционных легированных сталей проводят при 750…770°С с последующим охлаждением со скоростью 30…60°С/ч, причем чем выше легированность стали, тем медленнее ее охлаждение. Отжиг снижает твердость и повышает вязкость стали, улучшает ее обрабатываемость и стабилизирует физические свойства.

Таблица 1. Режимы отжига

Нормализация отличается от отжига повышенной скоростью охлаждения, которое проводят не в печи, а на воздухе (спокойном или движущемся). Нормализацию осуществляют для размельчения зерна металла и повышения прочности последнего. Эффект, получаемый от нормализации, зависит от состава стали. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига. Нормализация с целью размельчения зерен обеспечивает большую производительность при последующей обработке металла резанием, а также позволяет получить более чистую поверхность обрабатываемых деталей. Нормализацию с последующим высоким отпуском (при температуре 600…650°С) часто используют для исправления структуры легированных сталей, применяя ее вместо полного отжига, так как производительность этих двух операций (нормализации и отпуска) выше, чем одного отжига.

Закалка заключается в нагреве стали на 30…50°С выше температур АС3 (для доэвтектоидных сталей) или АС1 (для заэвтектоидных сталей), некоторой выдержке металла при соответствующей температуре для завершения фазовых превращений и последующем его охлаждении со скоростью выше критической. При нагреве стали выше температуры АС3 закалку называют полной, при нагреве выше АС1 (на 30…50°С) – неполной. Неполную закалку (НЗ) для доэвтектоидных сталей, как правило, не применяют, а используют ее главным образом при термической обработке инструментальных сталей (см. таблицу 2). Охлаждение углеродистых сталей проводят чаще всего в воде, а легированных – в масле или в других средах. Закалка не является окончательной операцией термической обработки. Дело в том, что в результате закалки сталь приобретает хрупкость и в ней возрастают внутренние напряжения. Чтобы избавиться от того и другого, сталь после закалки обязательно отпускают. Инструментальную сталь, в основном, подвергают подобной термообработке (закалке и отпуску) для повышения твердости, износостойкости и прочности, а конструкционную – как для увеличения прочности и твердости, так и для придания ей достаточной высокой пластичности и вязкости.

Таблица 2. Режимы закалки

Охлаждение при закалке не должно вызывать закалочных дефектов: трещин, деформаций, коробления и возникновения высоких растягивающих остаточных напряжений в поверхностных слоях. Чаще всего для закалки используют кипящие жидкости: воду, водные растворы солей и щелочей, масла. Вода как охлаждающая среда имеет существенные недостатки: с одной стороны, высокая скорость охлаждения воды нередко приводит к образованию закалочных дефектов; с другой стороны, с повышением температуры ее закалочная способность резко ухудшается. Наиболее высокой и равномерной охлаждающей способностью отличаются холодные 8…12%-ные водные растворы соли или едкого натра, которые хорошо зарекомендовали себя на практике.

Легированные стали закаливают в минеральном масле. Преимуществом масла является небольшая скорость охлаждения, что снижает возможность возникновения закалочных дефектов. К недостаткам масла следует отнести повышенную его способность воспламеняться (температура вспышки 165…300°С), а также довольно высокую стоимость. Температуру масла поддерживают в пределах 60…90°С (вязкость масла в этом случае оказывается минимальной).

Отпуск стали заключается в нагреве закаленной стали до температуры ниже АС1, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью. Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которой сталь приобретает оптимальные механические свойства (см. таблицу 3). Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке. Эти напряжения снимаются тем полнее, чем выше температура отпуска.

Таблица 3. Режимы отпуска

Скорость охлаждения после отпуска в значительной степени влияет на значение остаточных напряжений в металле. Чем медленнее протекает охлаждение, тем меньше становятся остаточные напряжения. По этой причине изделия сложной формы во избежание их коробления после отпуска при высоких температурах следует охлаждать медленно, а изделия из легированных сталей, склонных к отпускной хрупкости, после отпуска при 500…650°С во всех случаях следует охлаждать быстро. Различают три вида отпуска: низкий, средний и высокий.

Низкий (низкотемпературный) отпуск проводят с нагревом до 250°С. При этом снижаются внутренние напряжения в металле, повышается его прочность и немного улучшается вязкость, причем все это осуществляется без заметного снижения твердости стали. Закаленная сталь, содержащая 0,5…1,3% углерода, после низкого отпуска сохраняет твердость в пределах HRC 58…63, а следовательно, характеризуется высокой износоустойчивостью. Однако такое изделие (если оно не имеет вязкой сердцевины) не выдерживает значительных динамических нагрузок. Низкотемпературному отпуску подвергают режущий и измерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали, претерпевшие поверхностную закалку, цементацию. Продолжительность отпуска обычно 1…2,5 ч.

Средний (среднетемпературный) отпуск ведут при температуре 350…500°С. Применяют этот отпуск, главным образом, при термообработке сталей для пружин и рессор. В результате подобного отпуска обеспечиваются высокие пределы упругости и выносливости металла. Твердость стали HRC 39…44.

Высокий (высокотемпературный) отпуск осуществляют при температуре 500…600°С. Высокий отпуск обеспечивает у стали наилучшее соотношение прочности и вязкости.

Термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением. Обычно улучшению подвергают среднеуглеродистые конструкционные стали, к которым предъявляются высокие требования по пределам текучести и выносливости, а также по ударной вязкости. Улучшение значительно повышает конструктивную прочность стали, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений, развитию трещин, снижает температуру верхнего и нижнего порога хладколомкости. Отпуск при температуре 550…600°С почти полностью снимает остаточные напряжения, возникающие при закалке.

Уже многие годы при термообработке стальных изделий я пользуюсь приведенными таблицами, составленными в студенческие годы при написании курсового проекта. Думаю, что они могут быть полезными и другим мастеровым людям.

В заключение немного о маркировке и классификации сталей по назначению. Единой мировой системы маркировки сталей не существует. В России марки углеродистой стали обыкновенного качества обозначаются буквами Ст и номером (Ст0, Ст1, Ст2 и т.д.). В данном случае цифры обозначают порядковый номер стали. В зависимости от особенностей производства эти стали получают тот или иной индекс. Например, СтГпс – полуспокойная сталь с повышенным содержанием Mn. Качественные углеродистые стали маркируют двузначными числами, показывающими среднее содержание в них С в сотых долях процента: 05, 08, 45 и т.д. Инструментальные углеродистые стали обозначают буквой У с цифрами (У7, У8, У10 и т.д.), где цифры – содержание углерода в десятых долях процента. Обозначение легированных сталей включает в себя буквы, указывающие, какие компоненты входят в состав стали, и цифры, характеризующие их содержание. Заметим, что первые цифры марки обозначают среднее содержание в стали С, причем у конструкционных сталей это содержание дано в сотых долях процента, а у инструментальных и нержавеющих – в десятых долях процента. Так, сталь марки 3X13 содержит 0,3%С и 13%Cr. При этом, если содержание легирующего элемента не превышает 1,5%, то цифра за соответствующей буквой не ставится. О применении тех или иных сталей можно судить по таблице 4.

Таблица 4. Классификация сталей по назначению и рекомендуемые режимы окончательной термической обработки

Технологические особенности и возможности закалки и отпуска

Закалка

Конструкционные стали подвергают закалке и отпуску для повышения прочности и твердости, получения высокой пластичности,  вязкости и высокой износостойкости, а инструментальные – для повышения твердости и износостойкости.

Верхний предел температур нагрева для заэвтектоидных сталей ограничивается, так как приводит к росту зерна, что снижает прочность и сопротивление хрупкому разрушению.

Основными параметрами являются температура нагрева и скорость охлаждения. Продолжительность нагрева зависит от нагревательного устройства, по опытным данным на 1 мм сечения затрачивается: в электрической печи – 1,5…2 мин.; в пламенной печи – 1 мин.; в соляной ванне – 0,5 мин.; в свинцовой ванне – 0,1…0,15 мин.

По температуре нагрева различают виды закалки:

– полная, с температурой нагрева на 30…50ºС выше критической температуры А₃

_.

Применяют её для доэвтектоидных сталей. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по схеме:

.

Неполная закалка доэвтектоидных сталей недопустима, так как в структуре остаётся мягкий феррит. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по схеме:

– неполная, с температурой нагрева на 30…50 ºС выше критической температуры А₁

Применяется для заэвтектоидных сталей. Изменения структуры стали при нагреве и охлаждении происходят по схеме:

.

После охлаждения в структуре остаётся вторичный цементит, который повышает твёрдость и износостойкость режущего инструмента.

После полной закалки заэвтектоидных сталей получают дефектную структуру грубоигольчатого мартенсита.

Заэвтектоидные стали перед закалкой обязательно подвергают отжигу – сфероидизации, чтобы цементит имел зернистую форму.

Охлаждение при закалке

Для получения требуемой структуры изделия охлаждают с различной скоростью, которая в большой степени определяется охлаждающей средой, формой изделия и теплопроводностью стали.

Режим охлаждения должен исключить возникновение больших закалочных напряжений. При высоких скоростях охлаждения при закалке возникают внутренние напряжения, которые могут привести к короблению и растрескиванию.

Внутренние напряжения, уравновешиваемые в пределах макроскопических частей тела, называются напряжениями I рода. Они ответственны за искажение формы (коробление) и образование трещин при термообработке. Причинами возникновения напряжений являются:

–   различие температуры по сечению изделия при охлаждении;

–   разновременное протекание фазовых превращений в разных участках изделия.

Для предупреждения образования трещин необходимо избегать растягивающих напряжений в поверхностных слоях изделия. На характер распределения напряжений при закалке, помимо режима охлаждения, оказывает влияние и температура нагрева под закалку. Перегрев содействует образованию  закалочных трещин, увеличивает деформации.

Режим охлаждения должен также обеспечить необходимую глубину закалённого слоя.

Оптимальный режим охлаждения:  максимальная скорость охлаждения в интервале температур А₁ – M_Н для предотвращения распада переохлажденного аустенита в области перлитного превращения,   и минимальная скорость охлаждения в интервале температур мартенситного превращения M_Н – M_К в целях снижения остаточных напряжений и возможности образования трещин. Очень медленное охлаждение может привести к частичному отпуску мартенсита и увеличению количества аустенита остаточного, а следовательно, к снижению твердости.

В качестве охлаждающих сред при закалке используют воду при различных температурах, технические масла, растворы солей и щелочей, расплавленные металлы.

Вода имеет существенный недостаток: высокая скорость охлаждения в интервале мартенситного превращения приводит к образованию закалочных дефектов. С повышением температуры воды ухудшается ее закалочная способность.

Наиболее высокой и равномерной охлаждающей способностью отличаются холодные 8…12 %-е водные растворы  NaCl и NaOH. Они мгновенно разрушают паровую рубашку и охлаждение происходит более равномерно и на стадии пузырькового кипения.

Увеличения охлаждающей способности достигают при использовании струйного или душевого охлаждения, например при поверхностной закалке.

Для легированных сталей с высокой устойчивостью аустенита используют минеральное масло (нефтяное), обеспечивающее  небольшую скорость охлаждения в интервале температур мартенситного превращения и постоянство закаливающей способности. Недостатками минеральных масел являются повышенная воспламеняемость, низкая охлаждающая способность в интервале температур перлитного превращения, высокая стоимость.

При выборе охлаждающей среды необходимо учитывать закаливаемость и прокаливаемость стали.

Закаливаемость – способность стали приобретать высокую твердость при закалке.

Закаливаемость определяется содержанием углерода. Стали с содержанием углерода менее 0,20 % не закаливаются.

Прокаливаемость – способность получать закаленный слой с мартенситной и троосто-мартенситной структурами, обладающими высокой твердостью, на определенную глубину.

За глубину закаленной зоны принимают расстояние от поверхности до середины слоя, где в структуре одинаковые объемы мартенсита и троостита.

Чем меньше критическая скорость закалки, тем выше прокаливаемость. Укрупнение зерен повышает прокаливаемость.

Если скорость охлаждения в сердцевине изделия превышает критическую, то сталь имеет сквозную прокаливаемость.

Нерастворимые частицы и неоднородность аустенита уменьшают прокаливаемость.

Характеристикой прокаливаемости является критический диаметр.

Критический диаметр – максимальное сечение, прокаливающееся в данном охладителе на глубину, равную радиусу изделия.

С введением в сталь легирующих элементов закаливаемость и прокаливаемость увеличиваются (особенно молибден и бор, кобальт, наоборот, снижает прокаливаемость).

Способы закалки

В зависимости от формы изделия, марки стали и нужного комплекса свойств применяют различные способы охлаждения (рис. 14.1).

Рис.14.1. Режимы закалки

1. Закалка в одном охладителе (V₁).

Нагретую до нужной температуры деталь переносят в охладитель и полностью охлаждают. В качестве охлаждающей среды используют:

–  воду – для крупных изделий из углеродистых сталей;

– масло – для небольших деталей простой формы из углеродистых сталей и изделий из легированных сталей.

Основной недостаток – значительные закалочные напряжения.

1. Закалка в двух сферах или прерывистая (V₂).

Нагретое изделие предварительно охлаждают в более резком охладителе (вода)  до температуры » 300⁰C  и затем переносят в более мягкий охладитель (масло).

Прерывистая закалка обеспечивает максимальное приближение к оптимальному режиму охлаждения.

Применяется в основном для закалки инструментов.

Недостаток: сложность определения момента переноса изделия из одной среды в другую.

1. 3. Ступенчатая закалка (V₃).

Нагретое до требуемой температуры изделие помещают в охлаждающую среду, температура которой на 30 – 50ºС выше точки М_Н и выдерживают в течение времени, необходимого для выравнивания температуры по всему сечению. Время изотермической выдержки не превышает периода  устойчивости аустенита при заданной температуре.

В качестве охлаждающей среды используют расплавленные соли или металлы. После изотермической выдержки деталь охлаждают с невысокой скоростью.

Способ используется для мелких и средних изделий.

1. Изотермическая закалка (V₄).

Отличается от ступенчатой закалки продолжительностью выдержки при температуре выше М_Н, в области промежуточного превращения. Изотермическая выдержка обеспечивает полное превращение переохлаждённого аустенита в бейнит.При промежуточном превращении легированных сталей кроме бейнита в структуре сохраняется аустенит остаточный. Образовавшаяся структура характеризуется сочетанием высокой прочности, пластичности и вязкости. Вместе с этим снижается деформация из-за закалочных напряжений, уменьшаются и фазовые напряжения.

В качестве охлаждающей среды используют расплавленные соли и щелочи.

Применяются для легированных сталей.

1. Закалка с самоотпуском.

Нагретые изделия помещают в охлаждающую среду и выдерживают до неполного охлаждения. После извлечения изделия, его поверхностные слои повторно нагреваются за счёт внутренней теплоты до требуемой температуры, то есть осуществляется самоотпуск. Применяется для изделий, которые должны сочетать высокую твёрдость на поверхности и высокую вязкость в сердцевине (инструменты ударного действия: мототки, зубила).

Поверхностная закалка

Конструкционная прочность часто зависит от состояния материала в поверхностных слоях детали. Одним из способов поверхностного упрочнения стальных деталей является поверхностная закалка.

В результате поверхностной закалки увеличивается твердость поверхностных слоев изделия с одновременным повышением сопротивления истиранию и предела выносливости.

Общим для всех видов поверхностной закалки является нагрев поверхностного слоя детали до температуры закалки с последующим быстрым охлаждением. Эти способы различаются методами нагрева деталей. Толщина закаленного слоя  при поверхностной закалке определяется глубиной нагрева.

Наибольшее распространение имеют электротермическая закалка с нагревом изделий токами высокой частоты (ТВЧ) и газопламенная закалка с нагревом газово-кислородным или кислородно-керосиновым пламенем.

Закалка токами высокой частоты

Метод разработан советским ученым В.П. Вологдиным. Основан на том, что если в переменное магнитное поле, создаваемое проводником-индуктором, поместить металлическую деталь, то в ней будут индуцироваться вихревые токи, вызывающие нагрев металла. Чем больше частота тока, тем тоньше получается закаленный слой.

Обычно используются машинные генераторы с частотой 50…15000 Гц и ламповые генераторы с частотой больше 106 Гц. Глубина закаленного слоя  –  до 2 мм.

Индукторы изготавливаются из медных трубок, внутри которых циркулирует вода, благодаря чему они не нагреваются. Форма индуктора соответствует внешней форме изделия, при этом необходимо постоянство зазора между индуктором и поверхностью изделия.

Схема технологического процесса закалки ТВЧ представлена на рис. 14.2.

Рис. 14.1. Схема технологического процесса закалки ТВЧ

После нагрева в течение 3…5 с деталь 1 из индуктора 2 быстро перемещается в специальное охлаждающее устройство – спрейер  3, через отверстия которого на нагретую поверхность разбрызгивается закалочная жидкость.

Высокая скорость нагрева смещает фазовые превращения в область более высоких температур. Температура закалки при нагреве токами высокой частоты должна быть выше, чем при обычном нагреве.

При правильных режимах нагрева после охлаждения получается структура мелкоигольчатого мартенсита. Твердость повышается  на 2…4  HRC по сравнению с обычной закалкой, возрастают износостойкость и предел выносливости.

Перед закалкой ТВЧ изделие подвергают нормализации,       а после закалки – низкому отпуску при температуре 150…200 ºС (самоотпуск).

Наиболее целесообразно использовать этот метод для изделий из сталей с содержанием углерода более 0,4 %.

Преимущества метода:

–   экономичность, нет необходимости нагревать все изделие при закалке отдельных участков детали;

–   более высокие механические свойства;

–   отсутствие обезуглероживания и окисления поверхности детали;

–   снижение брака по короблению и образованию закалочных трещин;

–   возможность автоматизации процесса;

–   позволяет заменить легированные стали на более дешевые, углеродистые;

Основной недостаток метода – высокая стоимость индукционных установок и индукторов.

Целесообразно использовать в серийном и массовом производстве.

Газопламенная закалка

Нагрев осуществляется  ацетиленокислородным, газокислородным или керосинокислородным пламенем с температурой 3000…3200 ºС.

Структура поверхностного слоя после закалки состоит из мартенсита или мартенсита и феррита. Толщина закаленного слоя 2…4 мм, твердость 50…56 HRC.

Метод применяется для закалки крупных изделий, имеющих сложную поверхность (косозубые шестерни, червяки), для закалки стальных и чугунных прокатных валков. Используется в массовом и индивидуальном производстве, а также при ремонтных работах.

При нагреве крупных изделий горелки и охлаждающие устройства перемещаются вдоль изделия, или изделие перемещается относительно горелок и охлаждающих устройств.

Недостатки метода:

–  невысокая производительность;

– сложность регулирования глубины закаленного слоя и температуры нагрева (возможность перегрева).

Отпуск

Отпуск является окончательной термической обработкой.

Целью отпуска является повышение вязкости и пластичности, снижение твердости и уменьшение внутренних напряжений закаленных сталей.

С повышением температуры нагрева прочность обычно снижается, а пластичность и вязкость растут. Температуру отпуска выбирают, исходя  из требуемой прочности конкретной детали.

Различают три вида отпуска:

1. Низкий отпуск с температурой нагрева Т_н = 150…300ºС.

В результате его проведения частично снимаются закалочные напряжения. Получают структуру – мартенсит отпуска.

Проводят для инструментальных сталей; после закалки токами высокой частоты; после цементации.

2. Средний отпуск с температурой нагрева Т_н = 300…450ºС.

Получают структуру – троостит отпуска, сочетающую высокую твёрдость 40…45HRC c хорошей упругостью и вязкостью.

Используется для изделий типа пружин,  рессор.

3. Высокий отпуск с температурой нагрева Т_н = 450…650ºС…

Получают структуру, сочетающую достаточно высокую твёрдость и повышенную ударную вязкость (оптимальное сочетание свойств) – сорбит отпуска.

Используется для деталей машин, испытывающих ударные нагрузки.

Комплекс термической обработки, включающий закалку и высокий отпуск, называется улучшением.

Отпускная хрупкость

Обычно с повышением температуры отпуска ударная вязкость увеличивается, а скорость охлаждения не влияет на свойства. Но для некоторых сталей наблюдается снижение ударной вязкости. Этот дефект называется отпускной хрупкостью (рис. 14.2).

Рис.14.2. Зависимость ударной вязкости от температуры отпуска

Отпускная хрупкость I рода наблюдается при отпуске в области температур около 300ºС. Она не зависит от скорости охлаждения.

Это явление связано с неравномерностью превращения отпущенного мартенсита. Процесс протекает быстрее вблизи границ зерен по сравнению с объемами внутри зерна. У границ наблюдается концентрация напряжений, поэтому границы хрупкие.

Отпускная хрупкость I рода “необратима“, то есть при повторных нагревах тех же деталей не наблюдается.

Отпускная хрупкость II рода наблюдается у легированных сталей при медленном охлаждении после отпуска в области 450…650ºС.

При высоком отпуске по границам зерен происходит образование и выделение дисперсных включений карбидов. Приграничная зона обедняется легирующими элементами. При последующем медленном охлаждении происходит диффузия фосфора к границам зерна. Приграничные зоны обогащаются фосфором, снижаются прочность и ударная вязкость. Этому дефекту способствуют хром, марганец и фосфор. Уменьшают склонность к отпускной хрупкости II рода молибден и вольфрам, а также быстрое охлаждение после отпуска.

Отпускная хрупкость II рода “обратима“, то есть при повторных нагревах и медленном охлаждении тех же сталей в опасном интервале температур дефект может повториться.

Стали, склонные к отпускной хрупкости II рода, нельзя использовать для работы с нагревом до 650ºС без последующего быстрого охлаждения

Отпуск и отжиг разница – Яхт клуб Ост-Вест

Термическая обработка сталей – одна из самых важных операций в машиностроении, от правильного проведения которой зависит качество выпускаемой продукции. Закалка и отпуск сталей являются одними из разнообразных видов термообработки металлов.

Тепловое воздействие на металл меняет его свойства и структуру. Это позволяет повысить механические свойства материала, долговечность и надежность изделий, а также уменьшить размеры и массу механизмов и машин. Кроме того, благодаря термообработке, для изготовления различных деталей можно применять более дешевые сплавы.

Также вам не помешает знать, как правильно варить полуавтоматом. Как закалялась сталь

Термообработка стали заключается в тепловом воздействии на металл по определенным режимам ля изменения его структуры и свойств.

К операциям термообработки относятся:

• отжиг;
• нормализация;
• старение;
• закалка стали и отпуск стали (и пр.).

Термообработка стали: закалка отпуск – зависит от следующих факторов:

• температуры нагрева;
• времени (скорости) нагрева;
• продолжительности выдержки при заданной температуре;
• скорости охлаждения.

Закалка

Закалка стали – это процесс термообработки, суть которого заключается в нагреве стали до температуры выше критической с последующим быстрым охлаждением. В результате этой операции повышаются твердость и прочность стали, а пластичность снижается.

При нагреве и охлаждении сталей происходит перестройка атомной решетки. Критические значения температур у разных марок сталей неодинаковы: они зависят от содержания углерода и легирующих примесей, а также от скорости нагрева и охлаждения.

После закалки сталь становится хрупкой и твердой. Поверхностный слой изделий при нагреве в термических печах покрывается окалиной и обезуглероживается тем более, чем выше температура нагрева и время выдержки в печи. Если детали имеют малый припуск для дальнейшей обработки, то брак этот является неисправимым. Режимы закалки закалки стали зависят от ее состава и технических требований к изделию.

Охлаждать детали при закалке следует быстро, чтобы аустенит не успел превратиться в структуры промежуточные (сорбит или троостит). Необходимая скорость охлаждения обеспечивается посредством выбора охлаждающей среды. При этом чрезмерно быстрое охлаждение приводит к появлению трещин или короблению изделия. Чтобы этого избежать, в интервале температур от 300 до 200 градусов скорость охлаждения надо замедлять, применяя для этого комбинированные методы закалки. Большое значение для уменьшения коробления изделия имеет способ погружения детали в охлаждающую среду.

Нагрев металла

Все способы закалки стали состоят из:

• нагрева стали;
• последующей выдержки для достижения сквозного прогрева изделия и завершения структурных превращений;
• охлаждения с определенной скоростью.

Изделия из углеродистой стали нагревают в камерных печах. Предварительный подогрев в этом случае не требуется, так как эти марки сталей не подвергаются растрескиванию или короблению.

Сложные изделия (например, инструмент, имеющий выступающие тонкие грани или резкие переходы) предварительно подогревают:

• в соляных ваннах путем двух-или трехкратного погружения на 2 – 4 секунды;
• в отдельных печах до температуры 400 – 500 градусов по Цельсию.

Нагрев всех частей изделия должен протекать равномерно. Если это невозможно обеспечить за один прием (крупные поковки), то делаются две выдержки для сквозного прогрева.

Если в печь помещается только одна деталь, то время нагрева сокращается. Так, например, одна дисковая фреза толщиной 24 мм нагревается в течение 13 минут, а десять таких изделий – в течение 18 минут.

Защита изделия от окалины и обезуглероживания

Для изделий, поверхности которых после термообработки не шлифуются, выгорание углерода и образование окалины недопустимо. Защищают поверхности от подобного брака применением защитных газов, подаваемых в полость электропечи. Разумеется, такой прием возможен только в специальных герметизированных печах. Источником подаваемого в зону нагрева газа служат генераторы защитного газа. Они могут работать на метане, аммиаке и других углеводородных газах.

Если защитная атмосфера отсутствует, то изделия перед нагревом упаковывают в тару и засыпают отработанным карбюризатором, чугунной стружкой (термисту следует знать, что древесный уголь не защищает инструментальные стали от обезуглероживания). Чтобы в тару не попадал воздух, ее обмазывают глиной.

Соляные ванны при нагреве не дают металлу окисляться, но от обезуглероживания не защищают. Поэтому на производстве их раскисляют не менее двух раз в смену бурой, кровяной солью или борной кислотой. Соляные ванны, работающие на температурах 760 – 1000 градусов Цельсия, весьма эффективно раскисляются древесным углем. Для этого стакан, имеющий множество отверстий по всей поверхности, наполняют просушенным углем древесным, закрывают крышкой (чтобы уголь не всплыл) и после подогрева опускают на дно соляной ванны. Сначала появляется значительное количество языков пламени, затем оно уменьшается. Если в течение смены таким способом трижды раскислять ванну, то нагреваемые изделия будут полностью защищены от обезуглероживания.

Степень раскисления соляных ванн проверяется очень просто: обычное лезвие, нагретое в ванне в течение 5 – 7 минут в качественно раскисленной ванне и закаленное в воде, будет ломаться, а не гнуться.

Охлаждающие жидкости

Основной охлаждающей жидкостью для стали является вода. Если в воду добавить небольшое количество солей или мыла, то скорость охлаждения изменится. Поэтому ни в коем случае нельзя использовать закалочный бак для посторонних целей (например, для мытья рук). Для достижения одинаковой твердости на закаленной поверхности необходимо поддерживать температуру охлаждающей жидкости 20 – 30 градусов. Не следует часто менять воду в баке. Совершенно недопустимо охлаждать изделие в проточной воде.

Недостатком водяной закалки является образование трещин и коробления. Поэтому таким методом закаливают изделия только несложной формы или цементированные.

• При закалке изделий сложной конфигурации из конструкционной стали применяется пятидесятипроцентный раствор соды каустической (холодный или подогретый до 50 – 60 градусов). Детали, нагретые в соляной ванне и закаленные в этом растворе, получаются светлыми. Нельзя допускать, чтобы температура раствора превышала 60 градусов.

Режимы

Пары, образующиеся при закалке в растворе каустика, вредны для человека, поэтому закалочную ванну обязательно оборудуют вытяжной вентиляцией.

• Закалку легированной стали производят в минеральных маслах. Кстати, тонкие изделия из углеродистой стали также проводят в масле. Главное преимущество масляных ванн заключается в том, что скорость охлаждения не зависит от температуры масла: при температуре 20 градусов и 150 градусов изделие будет охлаждаться с одинаковой скоростью.

Следует остерегаться попадания воды в масляную ванну, так как это может привести к растрескиванию изделия. Что интересно: в масле, разогретом до температуры выше 100 градусов, попадание воды не приводит к появлению трещин в металле.

Недостатком масляной ванны является:

1. выделение вредных газов при закалке;
2. образование налета на изделии;
3. склонность масла к воспламеняемости;
4. постепенное ухудшение закаливающей способности.

• Стали с устойчивым аустенитом (например, Х12М) можно охлаждать воздухом, который подают компрессором или вентилятором. При этом важно не допускать попадания в воздухопровод воды: это может привести к образованию трещин на изделии.
• Ступенчатая закалка выполняется в горячем масле, расплавленных щелочах, солях легкоплавких.
• Прерывистая закалка сталей в двух охлаждающих средах применяется для обработки сложных деталей, изготовленных из углеродистых сталей. Сначала их охлаждают в воде до температуры 250 – 200 градусов, а затем в масле. Изделие выдерживается в воде не более 1 – 2 секунд на каждые 5 – 6 мм толщины. Если время выдержки в воде увеличить, то на изделии неизбежно появятся трещины. Перенос детали из воды в масло следует выполнять очень быстро.

Вам нужно быстро и качественно нарезать металл? Воспользуйтесь плазменной резкой! Как правильно ее выполнять, читайте в этой статье.

Если вас интересует, как сделать токарную обработку металлических изделий, читайте статью по https://elsvarkin.ru/obrabotka-metalla/tokarnaya-obrabotka-metalla-obshhie-svedeniya/ ссылке.

Процесс отпуска

Отпуску подвергаются все закаленные детали. Это делается для снятия внутренних напряжений. В результате отпуска несколько снижается твердость и повышается пластичность стали.

В зависимости от требуемой температуры отпуск производится :

• в масляных ваннах;
• в селитровых ваннах;
• в печах с принудительной воздушной циркуляцией;
• в ваннах с расплавленной щелочью.

Температура отпуска зависит от марки стали и требуемой твердости изделия, например, инструмент, для которого необходима твердость HRC 59 – 60, следует отпускать при температуре 150 – 200 градусов. В этом случае внутренние напряжения уменьшаются, а твердость снижается незначительно.

Быстрорежущая сталь отпускается при температуре 540 – 580 градусов. Такой отпуск называют вторичным отвердением, так как в результате твердость изделия повышается.

Изделия можно отпускать на цвет побежалости, нагревая их на электроплитах, в печах, даже в горячем песке. Окисная пленка, которая появляется в результате нагрева, приобретает различные цвета побежалости, зависящие от температуры. Прежде чем приступать к отпуску на один из цветов побежалости, надо очистить поверхность изделия от окалины, нагара масла и т. д.

Обычно после отпуска металл охлаждают на воздухе. Но хромоникелевые стали следует охлаждать в воде или масле, так как медленное охлаждение этих марок приводит к отпускной хрупкости.

Для улучшения эксплуатационных характеристик деталей из стали широко используют методы их термической и химико-термической обработки.

Под процессом термической обработки понимают изменение внутреннего строения (микроструктуры) металла деталей под воздействием изменяющихся температурных условий и, как следствие этого, получение определенных физико-механических свойств металла. В основу выбора рациональных тепловых режимов термической обработки может быть положен участок диаграммы состояния Fе₃С с нанесенными температурами для различных видов терми-ческой обработки углеродистых сталей.

Каждый из процессов термической обработки деталей состоит из трех периодов:

• нагревание детали с определенной скоростью до требуемой по процессу температуры;

• выдержка детали при этой температуре;

• охлаждение ее с заданной по процессу скоростью.

Под процессом химико-термической обработки понимают процесс изменения химического состава в поверхностных слоях металла (с последующим изменением микроструктуры) под воздействием внешних сред и температуры и, как следствие этого, получение определенных физико- механических свойств поверхности и сердцевины детали.

Химико-термическая обработка применяется для по-вышения предела выносливости конструкционной стали при циклических нагрузках, повышения износостойкости трущихся поверхностей деталей и с целью противодействия влиянию внешних сред при нормальной и высокой темпе-ратуре (устойчивость против коррозии и жаростойкость).

Термическая обработка стали. Основными видами термической обработки, изменяющими структуру и свойства стали, являются отжиг, нормализация, закалка, отпуск и обработка холодом.

ОТЖИГ

Отжиг — процесс термической обработки, состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при ней и последующем медленном охлаждении с целью получения более равновесной структуры. Особенностью отжига является медленное охлаждение. В зависимости от того, какие свойства стали требуется получить, применяют различные виды отжига:

Диффузионный отжиг (гомогенизирующий) применяют для уменьшения химической неоднородности стальных слитков и фасонных отливок. Слитки (отливки), особенно из легированной стали, имеют неоднородное строение. Неоднородность строения обусловлена карбидной и дендритной ликвациями, так как в местах образования карбидов или в средней части дендритов возникают скопления легирующих элементов. Для выравнивания химического состава слиток или отливку нагревают до высокой температуры, при которой атомы элементов приобретают большую подвижность. При этом происходит перемещение атомов из мест с большей концентрацией химических элементов в места с меньшей концентрацией. В результате такой диффузии обеспечивается выравнивание химического состава слитка или отливки по объему.

Полный отжиг применяют для доэвтектоидной стали в основном после горячей обработки поковок давлением и отливок с целью измельчения зерна и снятия внутренних напряжений. Время выдержки при отжиге складывается из времени, необходимого для полного прогрева детали, и времени, нужного для окончания структурных превращений.

Неполный отжиг обеспечивается при нагреве изделий из заэвтектоидной стали выше нижней критической температуры при нагревании на 30—50°С, выдержке и последующем медленном охлаждении. При неполном отжиге происходят снятие внутренних напряжений, снижение твердости, повышение пластичности, улучшение обрабатываемости резанием. Поскольку требуется меньшая температура нагрева, чем при полном отжиге, то на обработку тратится меньше времени и теплоты, что обеспечивает экономичность процесса. Неполному отжигу подвергают высокоуглеродистые заэвтектоидные стали и пали инструментальные, шарикоподшипниковые и др.

Изотермический отжиг отличается тем, что распад аус- тенита на ферритно-цементитную смесь происходит при постоянной температуре. После того как уже произошел распад аустенита, скорость охлаждения не имеет существенного значения, и поэтому охлаждение после изотермической выдержки можно проводить на воздухе. Изотермический отжиг заключается в том, что сталь нагревают до температуры на 30—50°С выше нижней критической точки при нагревании (конструкционные стали) и выше нижней критической точки при нагревании на 50—100°С (инструментальные стали). После выдержки сталь медленно охлаждают в расплавленной соли до температуры несколько ниже нижней критической точки при охлаждении (680—700°С). При этой температуре сталь подвергают изотермической выдержке до полного превращения аустенита в перлит, а затем охлаждают на спокойном воздухе.

Изотермический отжиг сокращает продолжительность термической обработки небольших по размерам изделий из легированных сталей в 2—3 раза по сравнению с полным отжигом. Для крупных изделий такого выигрыша по времени не получается, так как требуется большое время для выравнивания температуры по объему изделия. Изотермический отжиг является лучшим способом снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием слож- нолегированных сталей, например 18Х2НЧВА.

Сфероидизирующий отжиг обеспечивает превращение пластинчатого перлита в зернистый, сфероидизирован- ный. Это улучшает обрабатываемость сталей резанием. Отжиг на зернистый перлит производят по режиму: нагрев стали немного выше нижней критической точки при нагревании с последующим охлаждением сначала до 700°С, затем до 550—600°С и далее на воздухе. Сфероидизирующий отжиг применяют для сталей, содержащих более 0,65% С, например шарикоподшипниковые стали типа ЩХ15.

Рекристаллизационный отжиг применяют для снятия наклепа, вызванного пластической деформацией металла при холодной прокатке, волочении или штамповке.

Рекристаллизационный отжиг выполняют путем нагрева до температуры ниже нижней критической точки при нагревании (650—700°С), выдержки и последующего замедленного охлаждения. При нагреве металла до 650—700°С (рекристаллизационном отжиге) возрастает диффузионная подвижность атомов и в твердом состоянии происходят вторичные кристаллизационные процессы (рекристаллизация). На границах деформированных зерен возникают новые центры кристаллизации, вокруг которых заново строится решетка. Вместо старых деформированных зерен вырастают новые равноосные зерна, и деформированная структура полностью исчезает. При этом восстанавливаются первоначальная структура и свойства металла.

Наклепом называют упрочнение металла, появляющееся в результате холодной пластической деформации металла.

При холодной прокатке, штамповке, волочении зерна металла деформируются, дробятся. Это повышает твердость металла, снижает его пластичность и вызывает хрупкость.

ЗАКАЛКА

Закалка — это процесс термической обработки, при которой сталь нагревают до оптимальной температуры, выдерживают при этой температуре и затем быстро охлаждают с целью получения неравновесной структуры. В результате закалки повышаются прочность и твердость и понижается пластичность конструкционных и инструментальных сталей и сплавов. Качество закалки зависит от температуры и скорости нагрева, времени выдержки и охлаждения.

Основными параметрами закалки являются скорость нагрева и скорость охлаждения. Скорость нагрева и время выдержки зависят от химического состава стали, размеров, массы и конфигурации закаливаемых деталей, типа нагревательных печей и нагревательной среды. Чем больше размеры и сложнее конфигурация закаливаемых деталей, тем медленнее происходит нагрев. Детали из высокоуглеродистых и легированных сталей, имеющих пониженную теплопроводность, нагревают медленно и с более длительной выдержкой при нагреве по сравнению с деталями из низкоуглеродистых сталей. Это делается для того, чтобы уменьшить деформацию деталей при нагреве. Скорость нагрева и продолжительность выдержки оп-ределяют экспериментально или по технологическим картам, в которых указывают температуру, время нагрева для каждого вида деталей или инструмента. Ориентировочно время нагрева в электрических печах принимают 1,5— 2 мин на 1 мм сечения изделия. Оборудованием для нагрева стали служат нагревательные термические печи и печи-ванны, которые подразделяют на электрические и топливные, обогреваемые за счет сгорания топлива (газа, мазута, угля и др.). Средой, в которой нагревают сталь, являются в печах — газовая среда (воздух, продукты сгорания топлива), нейтральный газ; в печах-ваннах — минеральные масла, расплавленные соли и металлы. При нагреве в электрических печах в среде атмосферного воздуха, а также в печах с газовой средой сталь, взаимодействуя со средой, окисляется и на ее поверхности образуется окалина. Кроме того, происходит обезуглероживание — частичное выгорание углерода в поверхностных слоях стали, что снижает прочностные свойства материала после закалки. Наиболее благоприятен нагрев в печах с нейтральной или защитной атмосферой, обеспечивающей предохранение деталей от окисления. Нагрев стали до требуемой температуры и выдерживание при этой тем-пературе необходимо проводить как можно быстрее. Чем меньше сталь будет находиться в условиях высоких температур, тем выше будут ее свойства после закалки.

ВИДЫ ЗАКАЛКИ

Закалка в одной среде — наиболее простой и распространенный способ. Деталь или инструмент, нагретые до температуры закалки, погружают в закалочную жидкость, в которой она находится до полного охлаждения. Его ис-пользуют при ручной и механизированной закалке, когда детали автоматически поступают из печи после нагрева в закалочную жидкость, в воду или масло. Недостатком этого способа закалки является то, что деталь охлаждается по сечению неравномерно и в ней возникают большие термические напряжения.

При закалке в двух средах, или прерывистой закалке, деталь, нагретую до заданной температуры, сначала погружают в быстро охлаждающую среду — воду, а затем переносят деталь в медленно охлаждающую среду — масло. Такую закалку применяют для обработки инструмента, изготовленного из высокоуглеродистой стали.

Ступенчатая закалка заключается в том, что нагретые детали сначала охлаждают до температуры несколько выше мартенситной точки в горячем масле или расплавленной соли, а затем, после короткой изотермической выдержки, охлаждают на воздухе.

Изотермическая закалка выполняется так же, как и ступенчатая, но выдержка в закалочной среде более продолжительная. При такой выдержке происходит изотер-мический распад аустенита с образованием бейнита.

Закалку с подстуживанием применяют для уменьшения разницы в температурах металла и закалочной среды, если деталь нагрета до температуры, значительно пре-вышающей температуру закалки данной стали. Нагретую деталь перед погружением в закалочную среду выдерживают (подстуживают) на спокойном воздухе.

Закалка с самоотпуском состоит в том, что нагретую деталь рабочей частью погружают в закалочную среду и выдерживают в ней не до полного охлаждения. За счет тепла нерабочей части детали, которая не погружалась в закалочную жидкость, рабочая часть детали или инструмента нагревается. Температуру отпуска при этом способе закалки определяют по цветам побежалости, возникающим на поверхности детали при температурах 220—300°С. Закалку с самоотпуском применяют для обработки зубил, кернеров, бородков и других ударных инструментов, у которых твердость должна плавно понижаться от рабочей части к нерабочей.

Закалка с обработкой холодом заключается в продолжении охлаждения закаленной стали до температуры ниже комнатной для дополнительного более полного пре-вращения остаточного аустенита в мартенсит и повышения твердости.

ОТПУСК

Отпуск — процесс термической обработки, состоящий в нагреве закаленной стали до температуры ниже нижней критической точки при нагревании, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении (обычно на воздухе).

Цели отпуска:

1) получение более устойчивого структурного состояния;

2) устранение или уменьшение напряжений;

3) повышение вязкости и пластичности;

4) понижение твердости и уменьшение хрупкости за-каленной стали.

Правильное выполнение отпуска в значительной степени определяет качество закаленной детали. Температура отпуска варьируется в широких пределах — от 150 до 700°С в зависимости от его цели. Различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск характеризуется нагревом в интервале 150—250°С, выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе. Он выполняется с целью получения структуры мартенсита отпуска и для частичного снятия внутренних напряжений в закаленной стали с целью повышения вязкости без заметного снижения твердости. Низкий отпуск применяют для инструментальных сталей, после цементации и т. д.

Средний отпуск производится при температурах 300— 500°С для получения структуры троостита отпуска. Твердость сталей заметно понижается, вязкость увеличивается. Этот отпуск применяют для пружин, рессор, а также инструмента, который должен иметь значительную прочность и упругость при достаточной вязкости.

Высокий отпуск выполняется при температурах 500— 650°С. В процессе высокого отпуска мартенсит распадается с образованием структуры сорбита отпуска. Эта структура обеспечивает лучшее сочетание прочности и пластичности стали. Применяется этот вид отпуска для деталей из конструкционных сталей, работающих при ударных нагрузках. Закалку стали с последующим высоким отпуском называют улучшением. Конструкционные стали 35, 45, 40Х в результате улучшения получают более высокие механические свойства. Отпуск закаленных деталей проводят непосредственно после закалки, так как возникшие в них внутренние напряжения могут вызвать образование трещин. Недогрев, ведущий к недоотпуску, получается при заниженных температурах отпуска или недостаточном времени выдержки.

|	следующая лекция ==>
Примеси и их влияние на свойства сталей	|	НОРМАЛИЗАЦИЯ. ДЕФЕКТЫ ПРИ ОБЖИГЕ И НОРМАЛИЗАЦИИ

Дата добавления: 2019-02-07 ; просмотров: 146 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

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 вид ы 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 охлажда е т ся на спокойном воздухе. В результате нормализации снижаются внутренние напряжения, выполняется перекристаллизация стали. В сравнении с отжигом, нормализация – процесс более короткий и более производительны й .

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.

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.

Услуги закалки и отпуска металла в Сургуте, Нижневартовске, Нефтеюганске

---

Весь комплекс услуг по закалке и отпуску металла!

Изготовление металлических деталей предусматривает значительное количество самых разнообразных операций. При этом большое значение имеют закалка и отпуск металла, обеспечивающие готовым деталям необходимое соотношение прочности и пластичности.

Важность правильного выполнения этих операций трудно переоценить. Незакаленная деталь очень быстро изнашивается, так как не обладает необходимой прочностью. Прошедшая закалку, но не подвергшаяся отпуску деталь отличается высокой хрупкостью.

Точные режимы закалки и отпуска зависят от марки стали и особенностей деталей. Наша компания предлагает весь спектр услуг по закалке и отпуску изделий из стали, преимущества нашего предложения:

• большой опыт работы;
• наличие современного оборудования;
• гарантия качества выполнения всех операций;
• короткие сроки выполнения заказа;
• минимальные цены.

Закалка и отпуск металла по привлекательным ценам

Закалка представляет собой процесс нагрева металла до определенной температуры с последующим быстрым охлаждением в воде, масле или других охлаждающих средах. При этом необходимо очень точно контролировать температуру нагрева и скорость охлаждения, понимать происходящие в металле процессы.

Закалка может проходить в различных вариантах, основными являются:

• простая одноступенчатая;
• прерывистая в двух средах;
• ступенчатая.

Конкретный вариант закалки выбирается в зависимости от марки стали и необходимого результата. Одноступенчатая закалка в воде или масле является самой простой, но имеет и серьезный недостаток – значительные закалочные напряжения, способные привести к появлению трещин.

Чтобы избежать трещин, используют прерывистую закалку в двух средах – сначала в воде, затем в масле. Данный вариант широко используется для закалки инструментов. А также может применяться ступенчатая закалка, ее особенностью является охлаждение детали в горячей среде с температурой 180-250 °C.

Закаленные детали во многих случаях подвергают отпуску – нагреву до определенной температуры с последующим медленным охлаждением. Это приводит к незначительному уменьшению твердости при резком снижении хрупкости.

Наши специалисты имеют большой опыт закалки и отпуска самых разнообразных деталей. Мы работаем по Сургуту, Нижневартовску и Нефтеюганску, Вы можете прямо сейчас воспользоваться предлагаемыми услугами. Гарантируем качественную работу и выгодные цены.

Для оформления заказа пишите нам на электронный адрес [email protected] или звоните по телефонам:

• + 7 (3462) 96-02-94
• + 7 (3462) 33-40-07
• + 7 (922) 797-02-94
• + 7 (982) 413-40-07

Закалка стали :: Технология металлов

Закалкой  называется операция термической обработки, состоя­щая из нагрева до температур выше верхней критической точки A_C3  для доэвтектоидной стали и выше нижней критической точки А_С1

 для заэвтектоидной стали и выдержки при данной температуре с последующим быстрым охлаждением (в воде, масле, водных раство­рах солей и пр.).

В результате закалки сталь получает структуру мартенсита и благодаря этому становится твердой.

Закалка повышает прочность конструкционных сталей, придает твердость и износостойкость инструментальным сталям.

Режимы закалки определяются скоростью и температурой на­грева, длительностью выдержки при этой температуре и особенно скоростью охлаждения.

 

Выбор температуры закалки.

Температура нагрева стали для закалки зависит в основном от химического состава стали. При за­калке доэвтектоидных сталей нагрев следует вести до температуры на 30 – 50° выше точки А_С3 . В этом случае сталь имеет структуру однородного аустенита, который при последующем охлаж­дении со скоростью, превышающей критическую скорость закалки, превращается в мартенсит. Такая закалка называется   полной. При нагреве доэвтектоидной стали до температур A_C1 — А_C3 в структуре мартенсита сохраняется некоторое количество оставше­гося после закалки феррита, снижающего твердость закаленной ста­ли. Такая закалка называется неполной.

 

Для заэвтектоидной ста­ли наилучшая температура закалки — на 20—30° выше А_С1 , т. е. неполная закалка. В этом случае сохранение цементита при нагреве и охлаждении будет способствовать повышению твердости, так как твердость цементита больше твердости мартенсита. Нагревать заэвтектоидную сталь до температуры выше А_ст не следует, так как твердость получается меньшей, чем при закалке с температуры выше А_С1,за счет растворения цементита и увеличения количества остаточного аустенита. Кроме того, при охлаждении с более высоких температур могут возникнуть большие внутренние напря­жения.

 

Скорость охлаждения.

Для получения структуры мартенсита требуется переохладить аустенит путем быстрого охлаждения ста­ли,находящейся при температуре наименьшей устойчивости аусте­нита, т. е.при 650—550° С.

В зоне температур мартенситного превращения, т. е,ниже 240°С, наоборот, выгоднее применять замедленное охлаждение, так как образующиеся структурные напряжения успевают выравняться, а твердость образовавшегося мартенсита практически не снижается.

Правильный выбор закалочной среды имеет большое значение для успешного проведения термической обработки.

Наиболее распространенные закалочные среды —вода, 5—10%-ный водный раствор едкого натра или поваренной соли и минераль­ное масло. Для закалки углеродистых сталей можно рекомендовать воду с температурой 18° С; а для закалки большинства легирован­ных сталей — масло.

 

Закаливаемость и прокаливаемость стали.

При закалке стали важно знать еезакаливаемость и прокаливаемость. Эти характерис­тикине следует смешивать.

 

Закаливаемость показывает способность стали к повы­шению твердости при закалке. Некоторые стали обладают плохой закаливаемостью, т. е.имеют недостаточную твердость после за­калки. О таких сталях говорят, что они «не принимают» закалку.

Закаливаемость стали зависит восновном от содержания в ней углерода. Это объясняется тем, что твердость мартенсита зависит отстепени искажения его кристаллической решетки. Чем меньше вмартенсите углерода, тем меньше будет искажена его кристалли­ческая решетка и, следовательно, тем ниже будет твердость стали.

Стали, содержащие менее 0,3% углерода, имеют низкую зака­ливаемость и поэтому, как правило, закалке не подвергаются.

 

Прокаливаемость стали характеризуется ееспособ­ностью закаливаться на определенную глубину. При закалке по­верхность детали охлаждается быстрее, так как она непосредствен­носоприкасается с охлаждающей жидкостью, отнимающей тепло. Сердцевина детали охлаждается гораздо медленнее, тепло из цент­ральной части детали передается через массу металла к поверх­ности итолько на поверхности поглощается охлаждающей жидкостью.

Прокаливаемость стали зависит от критической скорости за­калки: чем ниже критическая скорость, тем на большую глубину прокаливаются стальные детали. Например, сталь с крупным при­родным зерном аустенита (крупнозернистая), которая имеет низ­кую критическую скорость закалки, прокаливается на большую глу­бину, чем сталь с мелким природным зерном аустенита (мелкозернистая), имеющая высокую критическую скорость закалки. Поэто­му крупнозернистую сталь применяют для изготовления деталей, которые должны иметь глубокую или сквозную прокаливаемость, амелкозернистую — для деталей с твердой поверхностной закален­ной   коркой и вязкой незакаленной сердцевиной.

На глубину прокаливаемости влияют также исходная структура закаливаемой стали, температура нагрева под закалку и закалочная среда.

Прокаливаемость     стали можно определить по излому, по микроструктуре и по твер­дости.

 

Виды закалки стали.

Су­ществует несколько способов закалки, применяемых в за­висимости от состава стали, характера обрабатываемой де­тали, твердости, которую не­обходимо получить, и усло­вий охлаждения.

Закалка в  одной  среде схематично показана на рис. 1 в виде кривой 1. Такую закалку проще выполнять, но ее можно применять не для каждой стали и не для любых деталей, так как быстрое охлаждение деталей переменного сечения в боль­шом интервале температур способствует возникновению температур­ной неравномерности и больших внутренних напряжений, что может вызвать коробление детали, а иногда и растрескивание (если вели­чина внутренних напряжений превзойдет предел прочности).

Чем больше углерода в стали, тем больше объемные изменения и структурные напряжения, тем больше опасность возникновения трещин.

 

 

Рис. 1.   Кривые охлаждения   для различных способов закалки

 

Заэвтектоидные стали закаливают в одной среде, если детали имеют простую форму (шарики, ролики и т. д.). Если детали слож­ной формы, применяют либо закалку в двух средах, либо ступенча­тую закалку.

Закалку в двух средах (кривая 2)применяют для инструмента из высокоуглеродистой стали (метчики, плашки, фре­зы). Сущность способа состоит в том, что деталь вначале замачива­ют в воде, быстро охлаждая ее до 300—400° С, а затем переносят в масло, где оставляют до полного охлаждения.

 

Ступенчатую закалку (кривая 3) выполняют путем быстрого охлаждения деталей в соляной ванне, температура кото­рой намного выше температуры начала мартенситного превращения (240—250° С). Выдержка при этой температуре должна обеспечить выравнивание температур по всему сечению детали. Затем детали охлаждают до комнатной температуры в масле или на спокойном воздухе, устраняя тем самым термические внутренние напряжения.

Ступенчатая закалка уменьшает внутренние напряжения, ко­робление и возможность образования трещин.

Недостаток этого вида закалки в том, что горячие следы не мо­гут обеспечить большую скорость охлаждения при температуре 400—600° С. В связи с этим ступенчатую закалку можно применять для деталей из углеродистой стали небольшого сечения (до 8—10 мм). Для легированных сталей, имеющих небольшую критическую ско­рость закалки, ступенчатая закалка применима к деталям большого сечения (до 30 мм).

 

Изотермическую  закалку (кривая 4)проводят так же, как ступенчатую, но с более длительной выдержкой при темпера­туре горячей ванны (250—300° С), чтобы обеспечить полный распад аустенита. Выдержка, необходимая для полного распада аустенита, определяется по точкам а и b и по S-образной кривой (см. рис. 1). В результате такой закалки сталь приобретает структуру игольча­того троостита с твердостью HRC45 55 и с сохранением необхо­димой пластичности. После изотермической закалки охлаждать сталь можно с любой скоростью. В качестве охлаждающей среды ис­пользуют расплавленные соли: 55% KNO₃ + 45% NaNO₂ (темпе­ратура плавления 137° С) и 55% KNO₃ + 45% NaNO₃ (температура плавления 218° С), допускающие перегрев до необходимой темпера­туры.

Изотермическая закалка имеет следующие преимущества перед обычной:

минимальное коробление стали и отсутствие трещин; большая вязкость стали.

В настоящее время широко используют ступенчатую и изотерми­ческую светлую закалки.

 

Светлую  закалку стальных деталей проводят в специ­ально оборудованных печах с защитной средой. На некоторых инст­рументальных заводах для получения чистой и светлой поверхности закаленного инструмента применяют ступенчатую закалку с ох­лаждением в расплавленной едкой щелочи. Перед закалкой инстру­мент нагревают в соляной ванне из хлористого натрия при темпера­туре на 30—50° С выше точки А_С1 и охлаждают при 180—200° С в ванне, состоящей из смеси 75% едкого калия и 25% едкого натра сдобавлением 6—8% воды (от веса всей соли). Смесь имеет тем­пературу плавления около 145° С и, благодаря тому что в ней находится вода, обладает очень высокой закаливающей способ­ностью.

 

При  ступенчатой  закалке стали с переохлажде­нием аустенита в расплавленной едкой щелочи с последующим окон­чательным охлаждением на воздухе детали приобретают чистую светлую поверхность серебристо-белого цвета; в этом случае отпа­дает необходимость в пескоструйной очистке деталей и достаточна промывка их в горячей воде.

 

Закалка  с  самоотпуском широко применяется в инструментальном производстве. Сущность ее состоит в том, что детали не выдерживают в охлаждающей среде до полного охлажде­ния, а в определенный момент извлекают из нее, чтобы сохранить в сердцевине изделия некоторое количество тепла, за счет которого производится последующий отпуск. После достижения требуемой температуры отпуска за счет внутреннего тепла деталь окончатель­но охлаждают в закалочной жидкости.

Проконтролировать отпуск можно по цветам побежалости (см. рис. 2), появляющимся на зачищенной поверхности стали при 220—330° С.

 

 

Рис. 2. Цвета побежалости при отпуске

 

Закалку ссамоотпуском применяют для зубил, кувалд, слесарных молотков, кернеров и другого инструмента, требующего высокой твердости на поверхности и сохранения вязкой сердцевины.

 

Способы охлаждения при закалке.

Быстрое охлаждение стальных деталей при закалке является причиной возникновения в них боль­ших внутренних напряжений. Эти напряжения иногда приводят к короблению деталей, а в наиболее тяжелых случаях — к трещинам. Особенно большие и опасные внутренние напряжения возни­кают при охлаждении в воде. Поэтому там, где можно, следует ох­лаждать детали в масле. Однако в большинстве случаев для деталей из углеродистой стали это невозможно, так как скорость охлаждения в масле значительно меньше критической скорости, необходи­мой для превращения аустенита в мартенсит. Следовательно, мно­гие детали из углеродистых сталей рекомендуется закаливать с ох­лаждением в воде, но при этом уменьшать неизбежно возникающие внутренние напряжения. Для этого пользуются некоторыми из описанных способов закалки, в частности, закалкой в двух средах, закалкой с самоотпуском и т. д.

Внутренние напряжения зависят также от способа погружения деталей в закалочную среду. Необходимо придерживаться следую­щих основных правил:

детали, имеющие толстую и тонкую части, погружать в закалоч­ную среду сначала толстой частью;

детали, имеющие длинную вытянутую форму (метчики, сверла развертки), погружать в строго вертикальном положении, иначе они покоробятся (рис. 3).

 

 

Рис. 3. Правильное погружение деталей и инструментов в за­каливающую среду

 

Иногда по условиям работы должна быть закалена не вся деталь, а лишь часть ее. В этом случае применяют местную закалку: деталь нагревают не полностью, а в закалочную среду погружают целиком. В этом случае закаливается только нагретая часть детали.

Местный нагрев мелких деталей производят в соляной ванне, погружая в нее только ту часть детали, которую требуется закалить; так закаливают, например, центры токарных станков. Можно по­ступать и так: нагреть деталь полностью, а охладить в закалочной среде только ту часть, которая должна быть закалена.

 

Дефекты, возникающие при закалке стали.

Недостаточ­ная твердость закаленной детали — следствие низкой тем­пературы нагрева, малой выдержки при рабочей температуре или недостаточной скорости охлаждения.

 Исправление де­фекта: нормализация или отжиг с последующей закалкой; при­менение более энергичной закалочной среды.

 

Перегрев связан с нагревом изделия до температуры, значительно превышающей необходимую температуру нагрева под закалку. Перегрев сопровождается образованием крупнозернистой структуры, в результате чего повышается хрупкость стали.

И справление  дефекта: отжиг (нормализация) и последущая закалка с необходимой температуры.

 

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. Такая сталь хрупка и исправить ее невозможно.

Окисление и  обезуглероживание стали ха­рактеризуются образованием окалины (окислов) на поверхности дета­лей и выгоранием углерода в поверхностных слоях. Этот вид брака термической обработкой неисправим. Если позволяет припуск на механическую обработку, окисленный и обезуглероженный слой нужно удалить шлифованием. Чтобы предупредить этот вид брака, детали рекомендуется нагревать в печах с защитной атмосфе­рой.

Коробление и трещины — следствия внутренних напряжений. Во время нагрева и охлаждения стали наблюдаются объемные изменения, зависящие от температуры и структурных пре­вращений (переход аустенита в мартенсит сопровождается увеличе­нием объема до 3%). Разновременность превращения по объему за­каливаемой детали вследствие различных ее размеров и скоростей охлаждения по сечению ведет к развитию сильных внутренних нап­ряжений, которые служат причиной трещин и коробления деталей в процессе закалки.

Образование трещин обычно наблюдается при температурах ниже 75—100° С, когда мартенситное превращение охватывает значительную часть объема стали. Чтобы предупредить образова­ние трещин, при конструировании деталей необходимо избегать резких выступов, заостренных углов, резких переходов от тонких сечений к толстым; следует также медленно охлаждать сталь в зоне образования мартенсита (закалка в масле, в двух средах, ступенча­тая закалка). Трещины являются неисправимым браком, коробле­ние же можно устранить последующей рихтовкой или правкой.

 

 

 

 

Источник:
Остапенко Н.Н.,Крапивницкий Н.Н. Технология металлов. М. Высшая школа,1970г.

Различия между упрочнением отжигом и отпуском | Определение, процесс, применение, различия

Главное отличие – отжиг против закалки против отпуска

Термическая обработка – это использование тепла для изменения свойств материала, особенно в металлургии. Это тип промышленного процесса, связанный с изменением химических и физических свойств металлов и металлических сплавов. Существует четыре основных метода термообработки: отжиг, отпуск, закалка и нормализация.Отжиг – это процесс термообработки, используемый для размягчения материалов или для получения других желаемых свойств, таких как обрабатываемость, электрические свойства, стабильность размеров и т. Д. Закалка или закалка – это процесс повышения твердости металла. Закалка – это процесс нагрева вещества до температуры ниже его критического диапазона, выдержки и последующего охлаждения. Основное различие между закалкой отжигом и отпуском заключается в том, что отжиг выполняется для смягчения металла или сплава, а закалка выполняется для увеличения твердости металла или сплава, тогда как отпуск выполняется для уменьшения хрупкости закаленного металла или сплава.

Основные зоны покрытия

1. Что такое отжиг
– Определение, процесс, цели отжига
2. Что такое закалка
– Определение, процесс, типы процессов закалки
3. Что такое отпуск
– Определение, процесс, закалка
4. В чем разница между закалкой при отжиге и отпуском
– Сравнение основных различий

Ключевые термины: сплав, отжиг, закалка, науглероживание, закалка пламенем, закалка, индукционная закалка, металл, металлургия, азотирование, нормализация, закалка, поверхностная закалка, отпуск

Что такое отжиг

Отжиг – это процесс размягчения материала для получения желаемых химических и физических свойств.Некоторые из этих желаемых свойств включают обрабатываемость, свариваемость, стабильность размеров и т. Д. Это тип термообработки.

Процесс отжига включает нагрев металла до критической температуры или около нее (критическая температура – это температура, при которой кристаллическая фаза металла изменяется). Нагрев до такой высокой температуры делает его пригодным для изготовления. После нагрева металл следует охладить до комнатной температуры. Это можно сделать в духовке.

Рисунок 1: Отжиг серебряной полоски

Медленное охлаждение металла дает улучшенную микроструктуру.Это может частично или полностью разделить составляющие. Процесс обработки отжигом можно использовать также для чистых металлов и сплавов. Согласно процессу, черные металлы классифицируются следующим образом.

• Полностью отожженные сплавы черных металлов (использовать очень медленный процесс охлаждения)
• Отожженные ферросплавы (скорость охлаждения может быть выше)

Другие металлы, такие как латунь, серебро, медь, могут быть полностью отожжены, но быстро охлаждаются. Это можно сделать путем закалки в воде.

Что такое закалка

Закалка – это процесс увеличения твердости материала. Затвердевание увеличивает прочность материала. Закалку часто проводят закалкой . В процессе закалки металла металл нагревается до аустенитной кристаллической фазы, а затем быстро охлаждается. Охлаждение может осуществляться либо принудительным воздухом, либо другими газами, такими как азот, масло, рассол и т. Д. (Выбираются в зависимости от типа сплава и его составляющих).

Процесс закалки увеличивает прочность и износостойкость металла.Но наличие достаточного количества углерода и сплава является обязательным условием закалки. Закалка может выполняться для металлических сплавов, таких как сталь. Однако закалка таким образом делает металл хрупким. Поэтому за процессом отпуска обычно следует процесс закалки.

Есть два основных типа процессов закалки; поверхностная закалка и цементация.

Поверхностное упрочнение

Поверхностное упрочнение увеличивает твердость внешней поверхности, в то время как сердцевина остается мягкой.Поверхностное упрочнение может осуществляться несколькими методами, такими как науглероживание, азотирование и закалка пламенем / индукционная закалка.

• При науглероживании металлический сплав помещается на несколько часов при высокой температуре в углеродсодержащую среду.
• Азотирование использует азот и тепло. Обычно это используется для топливных насосов высокого давления.
• В закалке пламенем / индукционной закалке нагревается в течение короткого периода времени в виде пламени, и металл немедленно гасится.

Рисунок 2: Топливный насос

Укрепление гильзы

Цементная закалка увеличивает твердость поверхности за счет вливания элементов в поверхность материала и образования тонкого слоя более твердого сплава. Цементационная закалка увеличивает износостойкость оборудования без изменения внутренних деталей.

Что такое темперирование

Закалка – это процесс нагрева вещества до температуры ниже его критического диапазона, выдержки и последующего охлаждения.Это делается для получения желаемых свойств. Закалку часто проводят для предварительно закаленной или нормализованной стали. Процесс отпуска полезен для снижения хрупкости закаленной стали. Температура, при которой проводится отпуск, напрямую влияет на твердость материала. Более высокие температуры понижают твердость.

Рисунок 3: Закалочные краски для стали

Отпуск осуществляется путем повторного нагрева металлического сплава до температуры ниже критической (критическая температура – это температура, при которой кристаллическая фаза металла изменяется).Затем материал выдерживают при этой температуре в течение некоторого времени с последующим охлаждением. Охлаждение может быть либо закалкой, либо охлаждением на воздухе.

Подкатегория отпуска – austempering . В основном применяется для обработки черных металлов, таких как сталь и высокопрочный чугун. Он используется для улучшения механических свойств металлических сплавов за счет уменьшения или устранения деформации.

Разница между закалкой при отжиге и отпуском

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 нагрева вещества до температуры ниже его критического диапазона, выдержки и последующего охлаждения.

Процесс

Отжиг: Процесс отжига включает нагрев металла до критической температуры или около нее с последующим очень медленным охлаждением до комнатной температуры в печи.

Закалка: В процессе закалки металл нагревается до аустенитной кристаллической фазы, а затем быстро охлаждается.

Отпуск: Отпуск осуществляется путем повторного нагрева металлического сплава до температуры ниже критической, выдержки в течение некоторого времени и охлаждения.

Назначение

Отжиг: Отжиг смягчает материалы.

Закалка: Закалка увеличивает твердость и прочность таких материалов, как металлические сплавы.

Закалка: Закалка снижает хрупкость металлов.

Приложения

Отжиг: Отжиг используется для металлов и металлических сплавов.

Закалка: Закалка применяется для металлических сплавов, содержащих достаточное количество углерода и сплава.

Закалка: Закалка применяется в основном для стали.

Заключение

Отжиг, закалка и отпуск – это процессы термической обработки. Основное различие между закалкой отжигом и отпуском заключается в том, что отжиг проводится для размягчения металла или сплава, а закалка – для увеличения твердости металла или сплава, тогда как отпуск проводится для уменьшения хрупкости закаленного металла или сплава.

Ссылка:

1. Химаншу Верма. «Процессы термообработки». LinkedIn SlideShare, 4 мая 2017 г., доступно здесь.
2. «Закалка металла / Закалка металла / Закалка металла». Закалка, закалка, отпуск в Metlab of Wyndmoor PA., Доступны здесь.
3. Гульфам Хусейн, инженер по материалам Follow. «Закалка (термообработка) Закалка». LinkedIn SlideShare, 28 марта 2016 г., доступно здесь.

Изображение предоставлено:

1. «Отжиг серебряной полосы» Мауро Катеб – собственная работа (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia
2. «Топливный насос Simms, трактор Fordson, винтажное ралли Cophill Farm 2012» Энди Дингли – собственная работа (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia
3. «Стандарты закалки, используемые в кузнечном деле» Автор: Заерет – собственная работа (CC0) через Commons Wikimedia

Зачем закалять закаленной сталью

Представьте, что вы воин средневековья и пора обзавестись новым мечом. Итак, вы идете к кузнецу, чтобы купить острый блестящий длинный меч. Несколько недель спустя вы участвуете в битве, сражаясь у стены щитов.Вы наносите огромный удар по врагу, который встречает ваш удар своим мечом, и ваш меч разваливается на несколько частей. К несчастью для вас, ваш кузнец передал партию мечей кузнецу на другом конце города, у которого не было времени закалить мечи. В результате мечи были крепкими, но хрупкими. Их недостаточная прочность означала, что они не могли поглотить большую часть удара до разрушения.

Хотите узнать больше о металлургии стали? См. Нашу страницу курсов по металлургии.

Закаленный мартенсит

Закалка используется для повышения вязкости стали, подвергнутой сквозной закалке, путем ее нагрева с образованием аустенита и последующей закалки с образованием мартенсита. В процессе отпуска сталь нагревается до температуры от 125 ° C (255 ° F) до 700 ° C (1292 ° F). При этих температурах мартенсит разлагается с образованием частиц карбида железа. Чем выше температура, тем быстрее разложение в течение любого заданного периода времени. На микрофотографии показана сталь после значительного отпуска.Черные частицы представляют собой карбид железа.

Незакаленный мартенсит – прочный, твердый, хрупкий материал. Чем он прочнее и тверже, тем он хрупче. Прочность и твердость обусловлены упругой деформацией внутри мартенсита, которая является результатом слишком большого количества атомов углерода, находящихся в промежутках между атомами железа в мартенсите. По мере увеличения количества углерода в стали (примерно до 0,8 мас.% Углерода) прочность и твердость мартенсита возрастают.

Нужна помощь в выборе стального сплава или процесса термообработки? Предлагаем металлургический консалтинг[email protected]

В процессе отпуска атомы углерода выходят из пространств между атомами железа в мартенсите, образуя частицы карбида железа. Напряжение внутри мартенсита снимается, когда атомы углерода перемещаются между атомами железа в мартенсите. Это приводит к повышению ударной вязкости стали за счет снижения прочности.

Требуемый отпуск зависит от конкретного применения стали.В некоторых случаях прочность не имеет значения, поэтому отпуск при низкой температуре в течение короткого периода времени является приемлемым. В случаях, когда требуется очень прочная и вязкая сталь, может использоваться высокоуглеродистая сталь, отпущенная при высокой температуре.

Более подробную информацию о термообработке стали можно найти в нашем онлайн-курсе по запросу «Принципы металлургии или Металлургия термообработки стали». Книга Джорджа Краусса «Сталь: обработка, структура и характеристики» дает всестороннее обсуждение термической обработки стали.

Нужна помощь в случае отказа стального компонента или проблемы с качеством? См. Нашу страницу анализа отказов. [email protected]

Спросите у металлурга: закаленная сталь?

Важность отпуска для функциональной стали.

Отпуск проводится после закалки или другого быстрого охлаждения для снятия внутренних напряжений.

Металлические сплавы состоят из точного сочетания элементов, таких как ингредиенты в рецепте. То, как эти элементы соединяются под воздействием тепла, изменяет свойства сплава, так же как различные методы приготовления изменяют вкус продуктов.

Закаленная сталь изменяет механические свойства металла, делая его более прочным и стойким. Это делает его хорошим материалом для изготовления инструментов, пружин, конструкционной стали и даже мечей.

Давайте посмотрим на основы закаленной стали … и на то, как сталь с закалкой более гибкая и податливая, чем сталь без закалки.

Металлургия 101

Металлургия – это одновременно наука (в применении к производству металлов) и технология металлов. Это относится к химическому составу металлов и его физическим и механическим характеристикам.

Вот несколько общих терминов, связанных с металлургией и отпуском стали:

• Прочность : насколько хорошо сталь выдержит остаточную деформацию или разрыв
• Вязкость : насколько хорошо сталь будет сопротивляться разрушению (часто по мере увеличения прочности повышается и вязкость)
• Твердость : насколько хорошо металл будет стальным царапинам или вмятинам
• Ударопрочность : насколько хорошо сталь выдержит ударную нагрузку с минимальной деформацией (часто также известной как высокопрочная вязкость)
• Износостойкость : насколько хорошо сталь будет противостоять эрозии, абляции, растрескиванию и истиранию (часто также называемой твердостью)
• Структурная целостность : насколько хорошо сталь выдержит нагрузку без разрушения

Сталь – популярный строительный материал.Два обязательных элемента стали – это железо и углерод, а сплавы также часто содержат небольшие количества других металлов. Сталь содержит менее 2,14% углерода: сплавы с более высоким содержанием углерода обычно представляют собой форму чугуна. Сплавы часто могут содержать марганец и следовые количества силикона, фосфора, серы и кислорода. Сталь настолько прочна и долговечна, что ее можно использовать в течение десятилетий или даже больше, а затем ее можно перерабатывать снова и снова, не теряя своих свойств. Большая часть производства новой стали включает в себя переработанную сталь.

Сталелитейные заводы используют машины непрерывной разливки для производства заготовок, стержней и других строительных материалов.

Микроструктуры стали

Прежде чем мы сможем узнать, как изменять свойства стали, мы должны сначала понять ее микроструктуру. Точный нагрев и охлаждение стали изменят ее микроструктуру:

Феррит – объемно-центрированная кубическая (ОЦК) кристаллическая структура

Это чистое железо при комнатной температуре. Он также может описывать сталь с очень низким содержанием углерода.

Представьте себе куб с одной молекулой в каждом углу и одной в центре куба. Молекулы упакованы слабо и содержат меньше молекул в каждом кубе. При комнатной температуре в конструкцию можно добавить только 0,006% углерода.

Аустенит – гранецентрированная кубическая (ГЦК) кристаллическая структура

Эта форма возникает, когда сплавы на основе железа нагреваются между 1500F и 1800F.

Представьте себе куб с молекулой в каждом углу и молекулой в центре каждой стороны куба.Эти молекулы более плотно упакованы, чем феррит, и могут содержать до 2% углерода.

Цементит

Когда углеродистая сталь нагревается до аустенитного диапазона, а затем охлаждается без какого-либо сплава, она снова превращается в ферритную форму. Цементит образуется, когда содержание углерода превышает 0,006%, а атомы углерода соединяются с железом с образованием карбида железа (Fe3C). Вы никогда не получите кусок металла из чистого цементита, потому что часть материала останется в форме феррита.

Перлит

Чередующиеся слои феррита и цементита образуют новую структуру, называемую перлитом.Это происходит, когда сталь охлаждается медленно, образуя эвтектическую смесь (смесь, в которой два расплавленных материала кристаллизуются одновременно). Он образует феррит и цементит одновременно, чередуя их.

Мартенсит – объемноцентрированная тетрагональная (BCT) кристаллическая структура

Эта микроструктура стали образуется в результате очень быстрого охлаждения стали, в результате чего атомы углерода захватываются решеткой железа. В результате получается очень твердая игольчатая структура из железа и стали.

Эти микроструктуры важны для понимания механических свойств стали. Содержание углерода, концентрация сплава и методы чистовой обработки влияют на микроструктуру стали. Узнав это, вы сможете узнать, как управлять его свойствами с помощью точной термической обработки, такой как закалка стали.

Воздушное охлаждение может создать напряжение в стержнях и потребовать отпуска.

Обзор термических обработок

Термическая обработка металлов изменяет его физические свойства.Он может повысить его прочность, пластичность, ударную вязкость, твердость и устойчивость к коррозии.

Существует 3 распространенных вида термообработки:

• Отжиг : металл нагревается, чтобы сделать его мягким, затем медленно охлаждается. Медленное замерзание микроструктуры приводит к образованию крупных круглых зерен металла. Это избавляет металл от внутренних напряжений и делает его более вероятным только вмятином или изгибом при ударе.
• Закалка : В этом процессе металл быстро охлаждается (часто в водяной или масляной бане).Это быстро замораживает молекулы. В результате резкого понижения температуры на поверхности образуется множество мелких зазубренных зерен. Зубчатые края зерен переплетаются, что снижает вероятность изгиба металла при ударе: поверхность тверже.
• Закалка : Чтобы уменьшить любую избыточную твердость, возникающую при производстве или закалке, металл можно отпустить, нагревая металл до определенной температуры в течение определенного времени в зависимости от свойств, которые вы пытаетесь изменить.

Почему сталь закаляется?

Сталь

закаляется для придания ей свойств материала, подходящих для ее применения.Это могут быть:

• Снижение твердости при увеличении ударной вязкости (жесткий материал сопротивляется выкрашиванию при ударе, тогда как твердый материал сопротивляется вдавливанию и будет разрушаться перед изгибом)
• Повышенная пластичность (позволяет менять форму без разрушения)
• Повышенная износостойкость
• Повышенная обрабатываемость при дальнейшей обработке стали

Закаленная сталь технологическая

Перед тем, как отпускать сталь, вы часто сначала закалите ее, чтобы закалить.Затем температура отпуска определяет, какую твердость вы снимаете с металла. Чем выше температура, тем больше удаляется твердость. Например, твердые инструменты закаляются при более низких температурах, а гибкие пружины закаляются при более высоких температурах.

Сталь

часто нагревают в газовой, электрической печи сопротивления или индукционной печи с вакуумом или инертным газом для предотвращения окисления. После того, как сталь нагревается до заданной температуры, вы поддерживаете эту температуру в течение заданного времени в зависимости от типа стали и механических свойств, которых вы хотите достичь.

Автор Zaereth – собственная работа, CC0. Стандарты закалки, используемые в кузнечном деле.

Вам не нужен термометр или температурный пистолет, чтобы знать, когда он нагревается до нужной температуры. Закаленная сталь меняет цвет на прозрачный в зависимости от температуры отпуска. Этот цвет формируется оксидным слоем, который образуется на поверхности. Более высокие температуры создают более толстые слои оксида железа, как и более длительные периоды времени, проведенные в этой температурной зоне. Этот слой помогает предотвратить коррозию стали.

На изображении выше показаны различные цвета закаленной стали на металле:

• Начиная слева – Нормализованная сталь . Это сталь, нагретая выше своей верхней критической температуры и охлажденная на воздухе.
• 2-я слева – Quenched Steel . Это сталь, которая быстро остыла.
• Следующие восемь показывают цвета закаленной стали в зависимости от ее температуры – от 130F (176C) до 730F (388C)

По Заерету – Собственная работа, CC0.Закалка красок в стали.

Примеры закаленной стали (по температуре / цвету):

Бледно-желтый	176C / 349F	Граверы, бритвы, скребки
Светло-желтый	205C / 401F	Перфораторы, развертки, пилы по металлу
Темно-соломенный	226C / 439F	Разметчики, лезвия для строгальных станков
Коричневый	260C / 500F	Ленты, матрицы, биты, молотки, холодные долота
фиолетовый	282C / 540F	Инструменты хирургические, пробойники, инструменты для резьбы по камню
Темно-синий	310C / 590F	Отвертки, ключи гаечные
Голубой	337C / 639F	Пружины, шурупы по дереву
Серый Синий	371C / 700F	Конструкционная сталь

В чем разница между отпуском стали и закалкой?

Закаленная сталь и закаленная сталь придают одному и тому же сплаву разные свойства.

Закаленная сталь делает ее более жесткой и снижает вероятность появления царапин или вмятин. Однако эта более твердая поверхность более хрупкая. Он не будет вдавливаться, если по нему ударится, но если сила удара будет слишком сильной, он сломается или отколется. При отпуске некоторая твердость теряется, что приводит к увеличению ударной вязкости. Прочность – это способность противостоять разрушению или сколам, но дело в том, что она с большей вероятностью поцарапается или поцарапается.

Часто сначала нужно закалить сталь, а затем отпустить, чтобы достичь определенного отношения твердости к вязкости.

Мечи могут иметь дифференциальную закалку, чтобы обеспечить твердую кромку с упругим сердечником.

Термическая обработка мечей и ножей

Закалка – важная часть кузнечного дела. Некоторые из лучших мечей создаются с помощью процесса, называемого дифференциальной закалкой. Обладая дифференцированным характером, кузнец может создать клинок с очень твердой кромкой и более мягким и упругим сердечником в центре лезвия. Это увеличивает прочность лезвия и предотвращает поломку.

В Японии катаны часто по-разному закаливали или отпускали с использованием глины, чтобы помочь контролировать скорость изменения во время закалки и отпуска.Глина разной толщины может помочь контролировать скорость изменения.

В других процессах дифференциальной закалки нагревают только часть лезвия (часто позвоночник). Создатели мечей наблюдали, как меняется цвет лезвия, когда он излучается к острой кромке. Как только он почти достигнет светло-соломенного цвета по краям, они снимают тепло.

Термическая обработка и закалка стали в «современных» применениях

Закаленная сталь предназначена не только для ножей и мечей.У него есть реальные приложения в современном производстве. Инструменты часто подвергаются закалке, чтобы сделать их очень твердыми: закалка является частью процесса обработки инструментальной стали для создания твердой рабочей кромки, стойкой к истиранию и вмятинам. Для прецизионных инструментов часто требуется, чтобы эта жесткая кромка оставалась в пределах рабочего допуска. Однако после этого может потребоваться отпуск для целостности всего инструмента, чтобы сделать его менее хрупким. Пружины, конструкционная сталь и другие металлические детали, для которых требуются определенные свойства материала, также могут подвергаться термообработке, в результате чего создается постоянный или дифференцированный режим в зависимости от потребностей в материалах для данной области применения.

Металл, как кристалл с податливой микроструктурой, предлагает ученым-материаловедам множество способов подойти к решению проблемы с помощью разумного сочетания выбора сплава и термообработки.

Понимание разницы между отжигом и отпуском

Когда дело доходит до отжига и отпуска, часто есть разные объяснения того и другого, но важно понимать разницу, когда речь идет о производстве металла и о том, что каждое из них означает для свойств металла.Часто люди будут называть материал отпущенным, если он имеет повышенную твердость и еще не подвергался отжигу для улучшения своих свойств. Материал также можно закалить посредством холодной прокатки, а не термообработки. В этой статье мы в первую очередь будем обсуждать эффекты, связанные с нержавеющей сталью, но большинство концепций применимы к широкому спектру металлов.

Закалка металла – это процесс повышения твердости металла с целью увеличения ударной вязкости. Это можно сделать как с помощью термообработки, так и с помощью холодной прокатки.Ульбрих делает это посредством холодной прокатки, а также выполняет операции промежуточного и окончательного отжига, поэтому в этой статье мы остановимся на этом. Очевидно, что свойства разных металлов и сплавов различаются, когда дело доходит до отжига и отпуска, но предпосылки и выводы, которые мы можем сделать, останутся прежними. Нержавеющая сталь и углеродистая сталь являются популярными вариантами металлов для обоих процессов, но мы сосредоточимся в первую очередь на отжиге и / или отпуске ленты из нержавеющей стали и проволоки из нержавеющей стали.Для получения общего обзора процессов, пожалуйста, ознакомьтесь с этой статьей о прокатке, отжиге и продольной резке в Ульбрихе.

Термическая обработка нержавеющей стали

Процесс изготовления нержавеющей стали начинается с плавления и горячей прокатки материала до толщины перед отправкой на прецизионный прокатный валок, такой как Ulbrich. Отсюда материал прокатывается очень тонкими толщинами с жесткими допусками. Чтобы понять, как отжиг влияет на эти процессы, давайте рассмотрим пример.Это мастер-змеевик из сплава нержавеющей стали 301 толщиной 1/8 дюйма, который Ульбрих получил с плавильного завода. Местная компания хотела бы иметь материал толщиной 0,0045 дюйма. Это будет изменение обжатия на 96,4%, и металл не может резко изменить толщину с 0,125 дюйма (1/8) до 0,0045 дюйма за один выстрел, его нужно уменьшать поэтапно. Таким образом, материал упрочняется до уменьшенной толщины, при которой он больше не может подвергаться обжатию без разрушения. Отсюда нержавеющая сталь отжигается.Это сбрасывает свойства, позволяя прокатать материал до еще более тонкой толщины, и процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто уменьшение на 96,4% от исходной толщины. Сброс свойств в нашей терминологии просто означает, что материал был изменен с закаленного на отожженный в процессе отжига.

Когда отжиг лучше всего

Отжиг позволяет свойствам нержавеющей стали, таким как предел прочности на разрыв, предел текучести, твердость, эластичность или относительное удлинение, возвращаться в исходное состояние и подготавливать их к следующей операции прокатки.Часто отжиг является заключительным этапом производства, если производитель деталей, например компания по производству материалов для глубокой вытяжки, заказывает материал в отожженном виде. Отожженный материал обычно мягче, и с ним легче работать при работе с инструментами, которые могут легко сломаться или деформироваться. Когда материал заказывается на DQ (качество глубокой вытяжки), это просто более мягкая отожженная форма, в которой прочность на разрыв и твердость ниже, чем у стандартной отожженной формы. Как можно предположить, нержавеющая сталь DQ лучше подходит для операции глубокой вытяжки на следующем уровне производства.Как и в случае между операциями прокатки, отжиг также улучшает свойства для производственных операций между различными уровнями производителей, такими как перемоточные ролики и производители деталей.

Что такое закалка металла

В то время как отжиг – это восстановление свойств материала, например нержавеющей стали, отпуск – это процесс придания этой стали определенной твердости или других свойств. В некоторых случаях отпуск можно проводить путем термообработки, но в большинстве случаев, когда Ульбрих выбирает сплавы, это делается прокаткой до определенной толщины с учетом процентного обжатия.Типичные темпераменты, достигаемые в процессе прокатки Ульбриха, включают четверть твердости (QH), половину твердости (HH), три четверти твердости (3H) и полную твердость (FH). Существует также дополнительная полная твердость и другие приращения, которые также могут быть нацелены, но все они считаются отпущенными, потому что они не были сняты напряжения в процессе отжига. Для разных применений подходят разные темпераменты, и сотрудники металлургической компании Ulbrich всегда рады выслушать их и дать рекомендации по этому поводу.

Процесс термической обработки, как упоминалось ранее, является еще одним способом закалки материала.Термическая обработка включает в себя прогон материала через специальную температуру отпуска, чтобы довести твердость и предел прочности до определенного диапазона или точки. Это отличается от процесса отжига, потому что температура отжига выбирается с учетом смягчения материала, а не его упрочнения. При всех этих операциях крайне важно учитывать критическую температуру и скорость охлаждения, характерные для сплава, с которым вы работаете.

Когда отпускать сталь вместо отжига

Конкретный рынок и область применения материала имеют решающее значение при принятии решения о состоянии необходимого сырья, но важно учитывать инструменты, которые будут работать с материалом.Различные типы закалки будут по-разному реагировать на разные инструменты, и в некоторых случаях будет предпочтительнее иметь более мягкий темп или отожженный материал, обработка которого может занять немного больше времени, но не вызовет проблем с машиной, которые приведут к простоям. Конкретные приложения, конечно, тоже важны. Если автомобильная деталь штампуется и требуется ряд желаемых механических свойств, то может потребоваться отпуск материала. Как обсуждалось ранее, иногда это делается с помощью термообработки материала, но в случае Ульбриха закалка обычно выполняется с помощью процесса холодной прокатки.С другой стороны, если у вас есть медицинская деталь, которая требует глубокой вытяжки, мы захотим подвергнуть ее процессу отжига перед отправкой. Снятие напряжений, возникающее в результате отжига (иногда называемого мягким отжигом), облегчает работу с материалом после прохождения процесса закалки при холодной прокатке.

Выбор отожженного или отпущенного материала

Выбор между отожженным и отпущенным материалом полностью зависит от ваших производственных процессов и применения производимых деталей.У Ульбриха есть целая команда инженеров, менеджеров по продукции и металлургов, готовых работать с вами над выбором подходящего характера для вашего проекта и над тем, чтобы упростить преодоление препятствий и проблем на всем пути. Благодаря нашему партнерству мы можем гарантировать, что правильный сплав и состояние выбраны путем испытания материала, а затем закрепления специальной технологической схемы на будущее. Как всегда, не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникнут дополнительные вопросы.

Закалка металла, закалка металла и отпуск металла: в чем разница?

Некоторые вопросы, кажется, всегда возвращаются к мучениям начинающих инженеров.Не успела решить одна проблема, как следующая, как сбежавший поезд, катится по рельсам. Самые глубокие морщинистые брови получаются благодаря различным условиям термической обработки. Раз и навсегда мы собираемся избавиться от этого путаницы, добавив большую дозу ясности в процедуры преобразования металлов.

Сокращение процесса закалки металла

Высокая температура в печи приближает металлическую заготовку к ее термическому порогу трансформации.Компоненты микроструктуры в этом материале изменяются. Они предполагают особые атомные отношения, которые инженерные типы называют аустенитом. В этой металлической фазе компонент пригоден для обработки и устойчив к коррозии, но его вряд ли можно использовать, потому что металл все еще раскален докрасна. Вот почему это «сокращенное» описание. Закалка, следующий этап процесса термообработки, быстро охлаждает деталь, завершает обработку и сохраняет свойства, которые были достигнуты при верхнем пороге температуры превращения.Таким образом, технология закалки металла нагревает деталь, в то время как стадия закалки металла немедленно снимает эту тепловую нагрузку. В современных инженерных технологиях роль гасителя играет вода или масло.

Приобретение улучшений для закалки металла

Существуют неправильные представления о различиях между отпуском металла и закалкой металла. Возможно, это из-за кузнечных сцен в старых голливудских фильмах.Зрителям сказали, что деталь закалялась, когда ее бросали в деревянное ведро с водой, поэтому они решили, что лезвие стало более жестким и долговечным. Фактически, заготовка была закалена. Он был загружен мартенситным зерном, разновидностью стали, которая была хрупкой. Сама операция закалки все еще ждала. Думайте об этом как о балансировке процесса, стадии термообработки, которая устраняет хрупкость, но сохраняет компонент достаточно твердым, чтобы служить своей цели. На этот раз металл нагревают до более низкой температуры, а затем дают ему остыть до тех пор, пока соотношение пластичности и обрабатываемости не превысит хрупкость металла.

Закаленный компонент прочен и устойчив к коррозии. Тепло было приложено снова, но это уже не та тепловая нагрузка, близкая к плавлению, которая почти превратила металл в расплавленную кучу дымящегося железа. Следовательно, закалка металла – это очень горячий процесс, управляемый печью. При отпуске металла снова нагревается, но тепловая нагрузка предназначена для преобразования мартенситного сплава, чтобы нейтрализовать хрупкость, добавленную во время закалочной работы. Что касается станции закалки металла, то здесь происходит быстрое охлаждение, процесс погружения, который немедленно удаляет тепло и сохраняет желаемые механические свойства.

В чем разница между отжигом и отпуском

Материаловедение – это междисциплинарная область инженеров и дизайнеров, которая ставит перед собой новые задачи в развитии металлургии. Наука металлургия раскрывает глубину знаний о сплавах и их свойствах. Конечная цель металлургии – улучшить такие свойства металла, как прочность, коррозионная стойкость, твердость и характеристики при экстремальных температурах.

Термическая обработка – наиболее распространенное применение в металлургии.Термическая обработка изменяет физико-механические свойства металла без изменения его формы. По сути, это процесс нагрева и охлаждения металла, чтобы сделать его более применимым для прецизионной обработки.

Стали и сплавы предназначены для термической обработки для улучшения механических свойств. Он изменяет микроструктуру сплавов и придает желаемые свойства, такие как твердость, пластичность, прочность, эластичность, формуемость и термостойкость.

Геометрия атомов в стали определяет ее кристаллическую структуру.Общая кристаллическая структура в железе с объемно-центрированной кубической (ОЦК) и гранецентрированной кубической (ГЦК) структурой. В процессе легирования различные добавленные элементы нарушают выравнивание кристаллических структур и повышают прочность. Изменение кристаллической структуры приведет к успешной термообработке.

Термическая обработка требует трех факторов для достижения эффективности, несмотря на то, что металл обрабатывается:

• Критическая температура
• Период времени, в течение которого металл должен находиться на стадии рекристаллизации.
• Используемая охлаждающая среда.

Сегодня доступно множество процессов термообработки, но отжиг и отпуск очень популярны.

ОТЖИГ

Это термообработка, при которой металл подвергается воздействию температуры выше критической, а затем медленно охлаждается до улучшенной микроструктуры. Охлаждение происходит медленнее. Этот процесс изменяет физические свойства металла, смягчает металл и увеличивает пластичность, обрабатываемость и электрическую проводимость.

При отжиге атомы диссоциируют в кристаллической структуре, что приводит к уменьшению количества междоузлий и улучшает твердость и пластичность. После охлаждения металл перекристаллизуется, и получается желаемая микроструктура.

Процесс отжига состоит из трех основных этапов:

1. Стадия восстановления
2. Стадия перекристаллизации
3. Стадия роста зерна

Стадия восстановления

На этом этапе температура металла в печи повышается, чтобы снять внутреннее напряжение, вызванное предыдущим процессом холодной обработки.

Стадия перекристаллизации

Металл нагревается при повышенной температуре, но ниже температуры плавления, вызывает образование новых зерен.

Стадия роста зерна

Новые зерна образуются в кристаллической структуре. Этот рост контролируется последующим охлаждением металла.

Отожженные металлы используются для следующих целей:

• Деформационно-упрочненный материал или холоднотянутый пруток.
• Свариваемые материалы требуют отжига, так как сварка создает напряжение в металлах
• Материалы, обработанные механической обработкой.

ЗАПРАВКА

Закалка – это процесс термической обработки; обычно это изменяет пластичность и твердость металлов. Он также снимает внутреннее напряжение металла, вызванное закалкой металла.

В этом процессе металл нагревается ниже своей критической температуры и поддерживается в течение конкретно определенного времени. Затем охлаждение происходит на воздухе. Определение температуры, необходимое для отпуска, зависит от марки стали.Преимущество отпуска заключается в повышении вязкости и снижении твердости металла. Чтобы облегчить, материалы качества для различного указанного применения.

Закаленная сталь может стать хрупкой и легко растрескаться во время обработки. Если сталь не закалена, она может не достичь достаточной прочности, необходимой для промышленного применения. Закалка производится после закалки металла. Он снимает внутреннее напряжение за счет диффузии углерода в кристаллическую структуру и улучшает микроструктуру.Отпуск улучшает пластичность, прочность, формуемость, обрабатываемость, свариваемость и стойкость к истиранию.

Закалка используется для следующих применений:

• В основном отпуск используется после закалки.
• Закаленные материалы требуют отпуска.
• Во время сварки материал затвердевает под воздействием тепла. Закалка может использоваться для снятия напряжения материала

Что отличает упрочнение и поверхностное упрочнение?

Что отличает поверхностное и поверхностное упрочнение?

Дата: 16 марта 2018 г.

---

Термическая обработка используется для изменения свойств материала, особенно в металлургии или в отраслях, связанных с производством и очисткой металлов.Это тип промышленного процесса, который включает изменение химических и физических свойств металлических сплавов.

Существует четыре основных метода термообработки: отжиг, отпуск, закалка и нормализация. Закалка популярна среди тех, кто хочет повысить твердость металла для прочности и долговечности. У каждого из них есть свои преимущества.

Что такое цементирование?

Цементная закалка – это простой подход, при котором поверхность материала упрочняется за счет вливания элементов в металл.Он образует тонкий слой закаленного сплава, называемый корпусом. Этот метод обычно используется для металлических сплавов с низким содержанием углерода. Углерод проникает в металл на определенной глубине в зависимости от области применения. Цементная закалка помогает гарантировать, что сердцевина металла остается нетронутой, потому что сами свойства также остались неизменными.

Для промышленных редукторов закалка корпуса может защитить многие компоненты за счет создания более прочной поверхности. Это может предотвратить слишком быстрое повреждение оборудования из-за износа.

Процесс упрочнения

Этот процесс включает нагрев металла, например стали, до докрасна, затем его вынимают из очага и погружают в холодную жидкость. Это называется закалкой стали, и это помогает сделать поверхность более доступной для элемента, в который она будет наплавлена ​​после охлаждения. Процесс повторяется до тех пор, пока сталь не приобретет закаленную поверхность, окружающую неизмененную сердцевину. Для увеличения глубины закаленного металла закалку можно проводить несколько раз.

Что такое поверхностное упрочнение?

Поверхностное упрочнение увеличивает твердость поверхности металла при сохранении мягкости сердечника. Большинство экспертов сходятся во мнении, что существует два метода этой техники термообработки, и каждый из них предлагает совершенно разные подходы.

Дифференциальная закалка поверхности доводит до докрасна только поверхность металла, при этом температура сердцевины остается более низкой. Как только поверхность нагреется до желаемой температуры, ее закаливают. Другой подход к поверхностному упрочнению заключается в использовании кислородной горелки для повышения температуры поверхности.

Индукционная закалка похожа на закалку пламенем, но в ней используются электронно-индуцированные катушки вместо открытого пламени. Катушки создают магнитное поле, которое заставляет электрический ток проходить через металл. Поверхность нагревается до желаемой температуры перед быстрой закалкой. Этот метод поверхностного упрочнения может использоваться для небольших деталей промышленных редукторов.

Дифференциальное упрочнение поверхности металлических конструкций

В этом методе поверхностного упрочнения используются два распространенных метода для вливания элемента в поверхность металлического сплава.Науглероживание помещает металлический сплав в углеродсодержащую среду при очень высокой температуре на несколько часов. Повышение температуры позволит углю абсорбироваться металлом и медленно диффундировать в поверхностный слой. Другой подход – объединение азота и тепла вместе. При этом азот диффундирует на поверхность металла при более низкой температуре, чем при науглероживании металла.

Самая большая разница между поверхностной и цементной закалкой

Самая большая разница между каждым процессом заключается в том, что цементирование создает тонкий слой на поверхности.Поверхностное упрочнение укрепляет внешнюю поверхность и сохраняет сердцевину мягкой на протяжении всего процесса. Способы нагрева металла различаются, но каждый процесс сопровождается закалкой горячей поверхности после достижения желаемой температуры. Если вы не знаете, какой метод лучше использовать для промышленной коробки передач и ее компонентов, посмотрите руководство или поговорите с профессионалом.

Ремонт и обслуживание профессиональных промышленных редукторов

Независимо от того, какой тип термообработки был подвергнут ваш редуктор, в случае его поломки вам потребуется квалифицированная помощь.Если вам требуется качественный осмотр, ремонт или техническое обслуживание промышленных редукторов, обратитесь к специалистам Amarillo Gear Service в Амарилло, штат Техас, прямо сегодня.