После закалки отпуск: Процедура отпуска стали

После закалки отпуск: Процедура отпуска стали | Виды отпуска

alexxlab | 27.11.1977 | 0 | Разное

Содержание

Закалка и отпуск стали |

Целью закалки и отпуска стали является повышение твердости и прочности. Закалка и отпуск стали необходимы для очень многих деталей и изделий. Закалка основана на перекристаллизации при нагреве и предотвращении перехода аустенита в перлит путем быстрого охлаждения. Закаленная сталь имеет неравновесную структуру мартенсита, троостита или сорбита.

Чаще всего сталь резко охлаждают на мартенсит. Для смягчения действия закалки сталь отпускают, нагревая до температуры ниже точки А₁. При отпуске структура стали из мартенсита закалки переходит мартенсит отпуска, троостит отпуска, сорбит отпуска.

Закалка стали. Температура нагрева стали при закалке та же, что и при полном отжиге: для доэвтектоидной стали на 30—50 °С выше точки Ас₃, для заэвтектоидной — на 30—50° выше точки Aс₁. При нагреве доэвтектоидной стали до температуры между точками Ас₁и Ac₃(неполная закалка) в структуре быстро охлажденной стали наряду с закаленными участками будет присутствовать нерастворенный при нагреве (в аустените) феррит, резко снижающий твердость и прочность. Поэтому для доэвтектоидной стали обязательна полная закалка с нагревом выше точки

Ас₃.

В заэвтектоидной стали избыточной фазой является цементит, который по твердости не уступает мартенситу и даже превосходит его, поэтому сталь достаточно нагреть на 30—50 °С выше точки Ас₁.

Нагревать заготовки, особенно крупные, нужно постепенно во избежание местных напряжений и трещин, а время выдержки нагретых заготовок должно быть достаточным, чтобы переход в структуру аустенита полностью завершился.

Скорость охлаждения заготовок при закалке должна быть такой, чтобы получить заданную структуру. Критическая скорость закалки изменяется в широких пределах в зависимости от наличия легирующих компонентов в стали. Для простых сплавов железо—углерод эта скорость очень высока. Присутствие в стали кремния и марганца облегчает закалку на мартенсит, так как для такой стали С-образные кривые на диаграмме изотермического превращения аустенита будут сдвинуты вправо и критическая скорость закалки понижается.

Наиболее распространено охлаждение заготовок погружением их в воду, в щелочные растворы воды, в масло, расплавленные соли и т. д. При этом сталь закаливается на мартенсит или на бейнит.

При закалке применяют различные способы охлаждения в зависимости от марки стали, формы и размеров заготовки.

Простую закалку в одном охладителе (чаще всего в воде или водных растворах) выполняют, погружая в него заготовки до полного охлаждения. На рис. 1 режим охлаждения при такой закалке характеризует кривая 1. Для получения наибольшей глубины закаленного слоя применяют охлаждение при интенсивном обрызгивании. Прерывистой закалкой называют такую, при которой заготовку охлаждают последовательно в двух средах: первая среда — охлаждающая жидкость (обычно вода), вторая — воздух или масло (см. кривую

2 на рис. 1). Резкость такой закалки меньше, чем предыдущей.

При ступенчатой закалке заготовку быстро погружают в соляной расплав и охлаждают до температуры несколько выше М_н. Выдержка обеспечивает выравнивание температуры от поверхности к сердцевине заготовки, что уменьшает напряжения, возникающие при мартенситном превращении; затем заготовку охлаждают на воздухе (кривая 3 на рис. 1).

Изотермическая закалка (закалка в горячих средах) основана на изотермическом распаде аустенита. Охлаждение ведется до температуры несколько выше начала мартенситного превращения (200—300 °С) в зависимости от марки стали. В качестве охладителя используют соленые расплавы или масло, нагретое до 200—250 °С. При температуре горячей ванны заготовка выдерживается продолжительное время, пока пройдет инкубационный период и период превращения аустенита (кривая

4 на рис. 1). В результате получается структура бейнита, по твердости близкая к мартенситу, но более вязкая и пластичная. Последующее охлаждение производится на воздухе.

При изотермической закалке вначале требуется быстрое охлаждение со скоростью не менее критической, чтобы избежать распад аустенита. Следовательно, по этому методу можно закаливать лишь небольшие (диаметром примерно до 8 мм) заготовки из углеродистой стали, так как массивные заготовки не удается быстро охладить. Это не относится однако к легированным сталям, большинство марок которых имеют значительно меньшие критические скорости закалки. Большим преимуществом изотермической закалки является возможность рихтовки (выправления искривлений) заготовок во время инкубационного периода превращения аустенита (который длится несколько минут), когда сталь еще пластична.

Закалка при помощи газовой горелки. Кислородно-ацетиленовое пламя газовой горелки с температурой около 3200 °С направляется на поверхность закаливаемой заготовки и быстро нагревает ее поверхностный слой до температуры выше критической. Вслед за горелкой перемещается трубка, из которой на поверхность заготовки направляется струя воды, закаливая нагретый слой. Этот способ применяется для изделий с большой поверхностью (например, для прокатных валков, зубьев больших шестерен и т. д.).

Обработка холодом. Этот метод применяется для повышения твердости стали путем перевода остаточного аустенита закаленной стали в мартенсит. Холодом обрабатывают углеродистую сталь, содержащую больше 0,5 % С, у которой температура конца мартенситного превращения находится ниже 0⁰ С, а также легированную сталь (например, быстрорежущую).

Отпуск стали. Отпуск смягчает действие закалки, снимает или уменьшает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева заготовок до температуры ниже критической; при этом в зависимости от температуры могут быть получены структуры мартенсита, троостита или сорбита отпуска.

При низком отпуске (нагрев до температуры 150—200 °С) в структуре стали в основном остается мартенсит, который однако имеет другую решетку, как сказано выше. Кроме того, начинается выделение карбидов железа из пересыщенного твердого раствора углерода в a-железе и начальное скопление их небольшими группами. Это влечет за собой некоторое уменьшение твердости и увеличение вязкости стали, а также уменьшение внутренних напряжений в заготовках. Для низкого отпуска, заготовки выдерживают в течение определенного времени обычно в масляных или солевых ваннах. Если для низкого отпуска заготовки нагревают в атмосфере воздуха, то для контроля температуры часто пользуются цветами побежалости, появляющимися на зачищенной поверхности заготовки. Появление этих цветов связано с интерференцией белого цвета в пленках оксида железа, возникающих на поверхности заготовки при ее нагреве. Для углеродистой стали в интервале температур от 220 до 330 °С в зависимости от толщины пленки цвет изменяется от светло-желтого до серого. Для легированной стали соответствующие температуры выше. Низкий отпуск применяют для режущего инструмента из углеродистых и легированных сталей, измерительного инструмента, цементированных заготовок, а также других изделий, работающих в условиях трения на износ.

При среднем (нагрев в пределах 300—500 °С) и высоком (500—700 °С) отпуске структура мартенсита переходит соответственно в структуру троостита или сорбита. Чем выше температура отпуска, тем меньше твердость отпущенной стали и тем больше ее вязкость. При высоком отпуске сталь получает наилучшее сочетание механических свойств: повышенные прочность, вязкость и пластичность; поэтому закалку на мартенсит с последующим высоким отпуском называют улучшением стали. Средний отпуск применяют при производстве кузнечных штампов, пружин, рессор, а высокий—для многих деталей, подверженных действию высоких напряжений (например, осей автомобилей, шатунов двигателей).

Цель отпуска стали. Виды и параметры проведения процесса

Закаленная сталь находится в напряженном состоянии и обладает хрупкими свойствами. Внутренние напряжения необходимо снять или значительно уменьшить для того, чтобы улучшить свойства стали и значительно продлить срок эксплуатации изготовленных из нее деталей. С этой целью инструменты и изделия из стали сразу после закалки подвергают повторному нагреву до определенных режимом термообработки температур, не превышающих значения критической температуры 723°С. Затем, после небольшой выдержки при температуре нагрева, детали подвергают быстрому или медленному охлаждению. Такой вид термической обработки стали получил название отпуска. Даже в тех случаях, когда деталь должна иметь максимальную твердость, ее для снятия внутренних механических напряжений после закалки подвергают отпуску. С помощью отпуска можно повысить пластичность и вязкость стали, сохраняя при этом достаточно высокую прочность.

Основной операцией при отпуске стали является ее нагрев. Особое внимание уделяют правильному подбору температуры и ее поддержанию в процессе отпуска. В зависимости от условий технологического процесса, температура отпуска стали устанавливается в пределах от 150 до 680 градусов по Цельсию. Нагревание изделий до заданной температуры отпуска производят постепенно и равномерно. Изделия загружают в холодную или нагретую до невысокой температуры (около 200°С) печь и затем медленно, со скоростью 50-100 градусов в час, нагревают до заданной температуры отпуска. Быстро нагревать изделия не рекомендуется, т. к. в этом случае на изделиях появляются трещины.

Отпуск стали в основном производят в камерных, электрических или пламенных печах, в которых для обеспечения равномерного нагрева устанавливают вентиляторы, обеспечивающие замкнутую циркуляцию воздуха. В связи с тем, что при относительно низких температурах (в пределах 500-600°С) теплообмен между спокойным воздухом и металлом происходит достаточно медленно и неравномерно, использование вентиляторов является необходимым условием для обеспечения требуемого температурного режима для изделий. На предприятиях применяют три вида отпуска стали: низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск стали производится при температурах от 150 до 300°С. Его цель – уменьшение внутренних напряжений в изделиях без снижения их твердости. Низкому отпуску в основном подвергают инструменты.

Средний отпуск осуществляется при температурах 300-450°С. Его применяют для изделий, в которых должны быть обеспечены высокие твердость и предел упругости при наличии определенной вязкости. Такому отпуску подвергают в основном стальные рессоры и пружины.

Высокий отпуск выполняется при температурах, значения которых находятся в диапазоне от 500 до 680°С. Сталь, подверженная закалке и высокому отпуску, обладает высокой прочностью и вязкостью, поэтому она получила название улучшенной. Высокому отпуску подвергают почти все виды деталей машин, имеющих ответственное назначение.

Товары каталога:

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus. comments powered by

Закалка и отпуск стали – Сплавы

Закалка и отпуск стали

Категория:

Сплавы

Закалка и отпуск стали

Цель закалки и отпуска стали — улучшение ее свойств. Операциям закалки и отпуска подвергается значительное количество стальных деталей, а в инструментальном производстве — все детали.

Операция закалки основана на явлении перекристаллизации и состоит в нагреве стали до температуры выше критической, выдержке при этой температуре и последующем быстром охлаждении. Закалкой предотвращают превращение аустенита в перлит, и при нормальной температуре получают состояния мартенсита, троостита или сорбита; эти состояния являются неравновесными. Крайним неравновесным состоянием в стали является переохлажденный аустенит, который в углеродистой стали неустойчив и в зависимости от степени переохлаждения переходит в одно из промежуточных состояний: мартенсит, троостит и сорбит.

Чаще всего закалка осуществляется путем резкого охлаждения стали, в результате чего в ней преобладает мартенсит. Для смягчения действия закалки производится отпуск, состоящий в нагреве стали до температуры ниже точки Av При отпуске сталь из состояния мартенсита переходит в состояние троостита или сорбита.

Рис. 1. Микроструктура зернистого перлита (Х500)

Температурный режим закалки. Температура нагрева стали при закалке та же, что и при полном отжиге: для доэвтектоидной стали на 30—50° выше точки Лс3, для заэвтектоидной — на 30—50° выше точки Асх.

В случае нагрева доэвтектоидной стали до температуры между точками Act и Ас3 (неполная закалка) в структуре быстро охлажденной стали, наряду с закаленными участками, будет присутствовать нерастворенный феррит, резко снижающий твердость и прочность. Поэтому для доэвтектоидной стали обязательна полная закалка (нагрев выше точки Ас3).

В заэвтектоидной стали избыточной фазой является цементит, который по твердости не уступает мартенситу и даже превосходит его; поэтому сталь достаточно нагреть на 30—50° вьЛце точки Acv

Нагрев изделий (особенно крупных) должен производиться постепенно, чтобы избежать напряжений и трещин, а время выдержки нагретого изделия должно быть достаточным, чтобы весь процесс перехода перлита в аустенит полностью завершился. Продолжительность выдержки обычно устанавливается равной 25% общей продолжительности нагрева.

Охлаждение при закалке. Охлаждение деталей при закалке — самый ответственный элемент этой операции. Скорость охлаждения должна обеспечивать получение нужного для данной детали состояния: мартенсита, троостита или сорбита. Нам известно, при какой скорости охлаждения аустенита получаются эти состояния. Скорость, обеспечивающая получение структуры мартенсита (с остаточным аустенитом, но Лез троостита), называется критической скоростью закалки.йрости получаются структуры троостита или сорбита без мартенсита.

Степень резкости закалки (получение структуры мартенсита без троостита) зависит от природы и температуры охлаждающей среды. Охлаждение струей воздуха или- холодными металлическими плитами дает слабую закалку на сорбит. Наиболее распространенным является охлаждение деталей путем погружения их в жидкую среду: воду, растворы щелочей или кислот, масло, расплавленный свинец и др. При этом получается резкая или умеренная закалка (на мартенсит или троостит).

Охлаждающая способность воды резко изменяется в зависимости от ее температуры; если эту способность при 18° принять за единицу, то при 74° она будет иметь коэффициент 0,05.

К наиболее резким охладителям относится 10-процентный раствор NaOH в воде, имеющий при 18° коэффициент 2,0, к умеренным — минеральные масла с коэффициентом 0,2—0,25.

При закалке применяются различные приемы охлаждения в зависимости от марки стали, формы и размеров детали и технических требований к готовой детали.

Простая закалка в одном охладителе выполняется путем погружения детали в охладитель (чаще всего в воду или водные растворы), где она остается до полного охлаждения. При охлаждении необходимо освобождаться от слоя пара (паровой рубашки), производя энергичные движения детали в ванне, так как этот слой уменьшает скорость ее охлаждения. Такой способ закалки наиболее распространен.

Для получения высокой твердости и наибольшей глубины закалки углеродистой стали применяют душевое охлаждение, которое заключается в интенсивном обрызгивании.

Прерывистая закалка — это такая закалка, при которой охлаждение производится в двух средах: первой средой является охлаждающая жидкость (обычно вода), второй — воздух или масло. Резкость такой закалки меньше, чем предыдущей.

При ступенчатой закалке деталь быстро охлаждают в расплавленной соли до температуры несколько выше Мн, делают короткую выдержку и далее охлаждают на воздухе. Выдержка обеспечивает выравнивание температуры поверхности и сердцевины детали, что уменьшает величину напряжений при мартенситном превращении.

Способ погружения деталей в закалочную ванну должен быть таким, чтобы при закалке детали как можно меньше деформировались (коробились). Детали с большим отношением длины к диаметру или ширине (напильники, сверла и др.) следует погружать в охладитель вертикально.

Изотермическая закалка. Изотермическая закалка (закалка в горячих средах) основана на изотермическом распадении аустенит; она отличается тем, что охлаждение ведется не до комнатной температуры, а до температуры несколько выше начала мартенситного превращения (200—300°, в зависимости от марки стали). В качестве охладителя берутся расплавленные соли или нагретое до 200—250° масло. При температуре горячей ванны деталь выдерживается продолжительное время, пока пройдут инкубационный период и распадение аустенита; в результате получается структура игольчатого троостита, по твердости близкого к мартенситу, но более вязкого и прочного.

Последующее охлаждение до комнатной температуры производится на воздухе.

При изотермическои закалке вначале требуется быстрое охлаждение со скоростью не меньше критической, чтобы избежать распадения аустенита в месте перегиба С-образной кривой.

Следовательно, по этому методу можно закаливать только небольшие (в среднем, диаметром до 8 мм) детали из углеродистой стали, так как запас теплоты в более массивных деталях не позволит получить необходимой скорости охлаждения. Это не относится, однако, к большинству марок легированной стали, которая имеет значительно меньшую критическую скорость закалки. Большим преимуществом изотермической закалки является возможность рихтовки (исправление искривлений) изделий во время инкубационного периода распадения аустенита (который длится несколько минут), когда сталь еще мягка и пластична. После изотермической закалки детали свободны от внутренних напряжений и не имеют трещин.

Виды поверхностной закалки. При поверхностной закалке выше критической температуры нагревается только тонкий поверхностный слой детали, а внутренняя масса металла не нагревается и не закаливается. Поэтому получаются детали с твердым поверхностным слоем и вязкой сердцевиной.

Кислородно-ацетиленовое пламя газовой горелки, имеющее температуру около 3200°, направляется на поверхность закаливаемой детали и быстро нагревает ее до температуры выше критической. Вслед за горелкой из трубки на поверхность детали направляется струя воды, в результате чего нагретый слой стали закаливается. Этим способом достигается большая поверхностная твердость при вязкой сердцевине; он с успехом применяется, например, для закалки рабочих поверхностей зубьев больших шестерен, подверженных сильному износу.

Закалка токами высокой частоты по методу В. П. Вологдина нашла очень широкое применение в промышленности, так как отличается высокой производительностью, легко поддается регулированию и обеспечивает хорошее качество.

Закаливаемая деталь помещается в специальный индуктор (катушку), по которому пропускается ток высокой частоты. Ток поступает через трансформатор от машинного генератора, приводимого во вращение электродвигателем. Индуктирующийся (возбуждаемый) при этом в детали ток имеет наибольшую плотность у поверхности и производит сильный и быстрый нагрев поверхности детали. Когда нагрев закончен, на поверхность детали подается вода из индуктора, коюрый для этого делается полым и имеет отверстия, направленные к детали. Для улучшения коэффициента мощности установки включены конденсаторы.

Регулируя мощность тока и время выдержки, можно получить нагрев на толщину от долей миллиметра до десятков миллиметров.

Машинные генераторы обычно применяются для закалки на глубину свыше 2 мм они генерируют ток частотой до 10 000 гц . При закалке на глубину меньше 2 мм применяются высокочастотные ламповые генераторы, создающие ток весьма высокой частоты, которая может регулироваться в зависимости от особенностей закаливаемых деталей.

Обработка холодом. Обработка холодом — новый вид термической обработки. Этот метод разработан в Советском Союзе (работы С. С. Штейнберга, А. П. Гуляева и Н. А. Минкевича).

Рис. 2. Схема заАлки с помощью газовой горелки

Обработка холодом применяется для углеродистой стали, содержащей более 0,5% С, у которой точка Мк находится ниже 0°, а также для легированной стали, например, быстрорежущей.

Отпуск стали. Целью .операции отпуска является смягчение действия закалки — уменьшение или снятие остаточных напряжений, повышение вязкости, уменьшение твердости и хрупкости стали. Отпуск производится путем нагрева деталей, закаленных на мартенсит, до температуры ниже критической. При этом в зависимости от температуры нагрева могут быть получены состояния мартенсита, троостита или сорбита отпуска. Эти состояния несколько отличаются от соответственных состояний закалки по структуре и свойствам: при закалке цементит (в троостите и сорбите) получается в форме удлиненных пластинок, как в пластинчатом перлите, а при отпуске он получается в форме зернышек, или точек, как в зернистом перлите. Преимущества точечной структуры заключаются в более благоприятном сочетании прочностных и пластических свойств. При одинаковом химическом составе и одинаковой твердости точечная структура имеет значительно более высокое относительное сужение (4>) и ударную вязкость (ан), повышенное удлинение (6) и предел текучести (стг) по сравнению с пластинчатой структурой.

Рис. 3. Схема индукционной закалки

Мартенсит закалки имеет неустойчивую тетрагональную решетку, а мартенсит отпуска — устойчивую центрированную кубическую решетку а-железа.

Отпуск разделяют на низкий, средний и высокий в зависимости от температуры нагрева.

При низком отпуске (нагрев до температуры 200—300°) в структуре стали в основном остается мартенсит, который, однако, изменяет решетку. Кроме того, начинается выделение карбидов железа из твердого раствора углерода в а-железе и начальное скопление их в небольшие группы, что влечет за собой некоторое уменьшение твердости и увеличение пластических и вязких свойств стали, а также уменьшение внутренних напряжений в деталях.

Низкий отпуск обычно производят в масляных или соляных ваннах, где детали выдерживаются в течение определенного времени. Если низкий отпуск производится в атмосфера воздуха, то для контроля температуры нагрева часто пользуются цветами, появляющимися на поверхности детали. Появление этих цветов связано с интерференцией белого света в пленках окислов железа, возникающих на поверхности детали при ее нагреве. В интервале температур от 220 до 330° в зависимости от толщины пленки цвет изменяется от светло-желтого до серого.

Низкий отпуск применяется для режущего, измерительного инструмента, зубчатых колес.

При среднем (нагрев в пределах 300—500°) и высоком (500—700°) отпуске сталь из состояния мартенсита переходит соответственно в состояние троостита или сорбита. Чем выше отпуск, тем меньше твердость отпущенной стали и тем больше ее пластичность и вязкость. Происходящее при этом изменение свойств стали можно проследить по кривым диаграммы, приведенной на рис. 83. При высоком отпуске сталь получает наилучшее сочетание механических свойств — повышенные прочность, пластичность и вязкость, поэтому высокий отпуск стали после закалки ее на мартенсит называют улучшением стали.

Средний отпуск применяется при производстве кузнечных штампов, пружин, рессор; высокий — для многих деталей, подверженных действию высоких напряжений (например, осей автомобилей, шатунов двигателей).

Для некоторых марок стали отпуск производят после нормализации. Это относится к мелкозернистой легированной доэвтектоидной стали (особенно никелевой), имеющей высокую вязкость и поэтому плохую обрабатываемость режущим инструментом. Для улучшения обрабатываемости производят нормализацию стали при повышенной температуре (до 950—970°), в результате чего она приобретает крупную структуру (определяющую лучшую обрабатываемость) и одновременно повышенную твердость (ввиду малой критической скорости закалки никелевой стали). С целью уменьшения твердости производят высокий отпуск этой стали.

Дефекты закалки. Дефектами закалки являются трещины, поводка или коробление и обезуглероживание.

Главная причина трещин и поводки — неравномерное изменение объема детали при нагреве и особенно при резком охлаждении; другая причина — увеличение объема при закалке на мартенсит.

Трещины являются результатом того, что напряжения, возникающие при неравномерном изменении объема в отдельных местах детали, превышают прочность металла в этих местах.

Наиболее эффективным способом уменьшения напряжений является медленное охлаждение у точки мартенситного превращения (точка Мн). При конструировании деталей необходимо учитывать, что наличие острых углов и резких изменений сечения увеличивает внутренние напряжения* вызываемые закалкой.

Коробление (или поводка) возникает также от напряжений в результате неравномерного охлаждения и Проявляется в искривлениях деталей. Если эти искривления невелики, они могут быть исправлены дальнейшей обработкой (шлифованием). Трещины и коробление могут быть предотвращены предварительным отжигом деталей, равномерным и постепенным нагревом их, а также применением ступенчатой и изотермической закалки.

Обезуглероживание стали с поверхности — результат выгорания углерода при высоком и продолжительном нагреве детали в окислительной среде. Для предотвращения обезуглероживания нагрев деталей нужно производить в восстановительной или нейтральной среде (восстановительное пламя, муфельные печи, нагрев в жидких средах).

Статьи по теме:

Отпуск металла после закалки – flagman-ug.ru

Технология закалки и отпуска стали

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.

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 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.

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:

выделение вредных газов при закалке;
образование налета на изделии;
склонность масла к воспламеняемости;
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.

Отпуск металла после закалки

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 повышается 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 температура нагрева и скорость охлаждения.
Температуру нагрева для закалки определяют по положению критических точек Ac₁ и Ас₃. Доэвтектоидные углеродистые стали при закалке нагревают на 30-50°С выше верхней критической точки Ас₃, а заэвтектоидные — на 30-50°С выше точки Ас₁ (рис. 41).

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 определяют 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 температуре необходимо проводить как можно быстрее. Чем меньше сталь будет находиться в условиях высоких температур, тем выше ее свойства после закалки. Однако время нагрева должно быть достаточным, чтобы сталь равномерно прогревалась по всему объему и получила аустенитную структуру. Поэтому наиболее эффективным по скорости нагрева и предупреждению окисления стали является нагрев в печах-ваннах, наполненных расплавленным металлом (свинец) или расплавленными солями: NaOH, ВаСl₂ или 50% КСl+50% NaC0₃. Нагрев в печах-ваннах с использованием расплавленного металла или солей происходит в 4-5 раз быстрее, чем в печах с газовой средой.
В качестве закалочных сред используют воду, водные растворы солей, щелочей, масло и расплавленные соли, имеющие различную охлаждающую способность. Если принять охлаждающую способность воды при 20°С за единицу, то охлаждающая способность масла будет равна 0,17-0,44, расплавленного свинца (при 335°С) — 0,05, воздуха — 0,03. При нагреве воды с 20 до 99°С охлаждающая способность ее изменяется от 1 до 0,07. В зоне перлитных превращений (650°С) вода охлаждает в 5-6 раз быстрее, чем масло. Воду применяют в основном для охлаждения углеродистых сталей. В масле охлаждают легированные стали.
Закалочные среды (вода, масло) действуют следующим образом. На первом этапе, в момент погружения изделия в закалочную среду, вокруг изделия образуется пленка перегретого пара (паровая рубашка). Через слой паровой рубашки охлаждение изделия происходит относительно медленно. Это этап пленочного кипения. Затем паровая рубашка разрывается и охлаждающая жидкость начинает кипеть на поверхности изделия. Это этап пузырчатого кипения. На этом втором этапе охлаждение изделия происходит быстро. Когда температура поверхности изделия станет ниже температуры кипения жидкости, жидкость не кипит и охлаждение изделия замедлится. Это третий этап — этап конвективного теплообмена. Чем шире интервал этапа пузырчатого кипения, тем интенсивнее охлаждает сталь закалочная жидкость.
Закалка в одной среде – наиболее простой и распространенный способ (рис. 42, кривая а). Деталь или инструмент, нагретые до температуры закалки, погружают в закалочную жидкость (вода, масло и т. д.), в которой она находится до полного охлаждения.
Этот способ используют 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 (рис. 42, кривая б), 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. При этом способе закалки трудно определить точное время пребывания детали в каждой из сред.
Ступенчатая закалка (рис. 42, кривая в) заключается в том, что нагретые детали сначала охлаждают до температуры несколько выше мартенситной точки М_н в горячем масле или расплавленной соли, а затем после короткой изотермической выдержки, необходимой для выравнивания температуры по всему сечению изделия, охлаждают на воздухе. Длительность изотермической выдержки по времени должна быть меньше времени устойчивости аустенита при этой температуре. На второй стадии охлаждения сталь закаливается. При таком виде закалки уменьшаются термические напряжения, коробление и предотвращается образование трещин.
Изотермическая закалка (рис. 42, кривая г) выполняется так же, как и ступенчатая, но выдержка в закалочной среде более продолжительная. При такой выдержке происходит изотермический распад аустенита с образованием бейнита. В качестве закалочной среды используют расплавленные соли или щелочи (20% NaOH и 80% КОН) с добавками 5-10% воды для увеличения скорости охлаждения. Изотермической закалке подвергают детали и инструмент из легированных сталей марок 6ХС, 9ХС, ХВГ и др.
Закалку с подстуживанием применяют для уменьшения разницы в температурах металла и закалочной среды, если деталь нагрета до температуры, значительно превышающей температуру закалки данной стали. Нагретую деталь перед погружением в закалочную среду выдерживают (подстуживают) на спокойном воздухе. Этот способ закалки обеспечивает уменьшение внутренних напряжений и предотвращает коробление деталей, особенно деталей, подвергнутых цементации
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 температур ниже комнатной, но в интервале начала (М_н) и окончания (М_к) мартенситного превращения (см. рис. 38), для дополнительного более полного превращения остаточного аустенита в мартенсит и повышения твердости. Высокоуглеродистые и легированные стали после закалки при комнатной температуре содержат до 12% остаточного аустенита, а быстрорежущие — более.35%. В результате обработки холодом повышается твердость и стабилизируются размеры деталей. Наиболее распространенной охлаждающей средой служит смесь ацетона и твердой углекислоты (-78°С).
Закаливаемость — это способность стали приобретать максимально высокую твердость после закалки. Закаливаемость зависит главным образом от содержания углерода в стали: чем больше углерода, тем выше твердость. Это объясняется тем, что с повышением содержания углерода увеличивается число атомов углерода, удерживаемых в атомной решетке железа при закалке, т. е. увеличивается степень пересыщения твердого раствора углерода в железе.
Углеродистые стали с содержанием углерода менее 0,3% (сталь 20, СтЗ) не способны принимать закалку, так как не происходит образования мартенситной структуры. Образование мартенситной структуры связано с перестройкой атомной решетки железа из гранецентрированной в объемно-центрированную. Температура, при которой происходит такая перестройка, зависит от содержания углерода (см. рис. 38). Чем больше содержание углерода, тем ниже температура образования мартенситной структуры.
При выборе охлаждающей среды для того или иного способа закалки необходимо учитывать закаливаемость и прокаливаемость данной стали.
Прокаливаемость — это глубина проникновения закаленной зоны, т. е. способность стали закаливаться на определенную глубину. За глубину закаленной зоны принимают расстояние от поверхности до слоя, где в структуре будет примерно одинаковое количество мартенсита и троостита. Прокаливаемость зависит от химического состава стали, размеров деталей и условий охлаждения. С увеличением содержания углерода до 0,8% прокаливаемость стали увеличивается. При дальнейшем увеличении углерода прокаливаемость несколько снижается. Увеличению прокаливаемости также способствует укрупнение зерен аустенита при нагреве под закалку. Нерастворимые частицы, неоднородность аустенита и другие факторы, которые уменьшают устойчивость переохлажденного аустенита, уменьшают прокаливаемость. Все легирующие элементы, за исключением кобальта, увеличивают прокаливаемость. При комплексном легировании полезное влияние отдельных элементов на прокаливаемость взаимно усиливается.
При закалке скорость охлаждения по сечению изделия распределяется неравномерно. У поверхности она максимальная, в центре — минимальная, т. е. скорость охлаждения уменьшается по некоторому закону от поверхности изделия к его центру. Характеристикой прокаливаемости является критический диаметр, т. е. диаметр максимального сечения, которое прокаливается полностью в данной охлаждающей среде.
Отпуск — процесс термической обработки, состоящий в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической точки Ас₁), выдержке при этой температуре и последующем охлаждении (обычно на воздухе). Цель отпуска — получение более устойчивого структурного состояния, устранение или уменьшение напряжений, повышение вязкости и пластичности, а также понижение твердости и уменьшение хрупкости закаленной стали (рис. 43). 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. В сорбите отпуска цементит приобретает зернистую форму в отличие от сорбита, полученного после нормализации, в котором цементит имеет пластинчатое строение. Благодаря этому существенно повышается ударная вязкость при одинаковой или даже более высокой твердости, по сравнению с нормализованной сталью. 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. Недоотпущенная сталь сохраняет хрупкость. Устраняют этот дефект повторным, дополнительным отпуском. Сущность старения заключается в изменении растворимости углерода и азота в α-Fe, оно может быть связано также с выделением из твердого раствора частиц нитрида.
Различают искусственное и естественное старение. Отпуск, выполняемый при невысоком нагреве, называют искусственным старением. Процесс искусственного старения состоит в том, что закаленные детали нагревают до 120-150°С и выдерживают при этой температуре в течение 18-35 ч. Искусственное старение осуществляют в масляных ваннах с автоматическим регулированием температуры. При старении закаленных деталей и инструмента стабилизируются размеры, а твердость и структура стали практически не изменяются.
Отпуск, если он происходит при комнатной температуре, называют естественным старением. При естественном старении детали и инструмент выдерживают при комнатной температуре три и более месяцев, так как процесс, вызывающий изменение размеров детали, протекает значительно медленнее, чем при искусственном старении.

Отпуск металла после закалки

§ 6. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ЗАКАЛКА И ОТПУСК)

Назначение закалки заключается в том, чтобы придать изделию высокую твердость и прочность. Однако при закалке с повышением твердости сталь становится более хрупкой.

Для закалки изделия нагревают до высокой температуры, а затем быстро охлаждают в специальных охлаждающих средах. В зависимости от режима закалки одна и та же сталь получает различные структуры и свойства. Для получения наилучших результатов изделие равномерно нагревают до температуры 740—850°С и затем быстро охлаждают до 400-450°С. Скорость охлаждения должна быть не менее 150°С в секунду, т. е. охлаждение должно произойти в течение всего 2—3 с. Дальнейшее охлаждение, ниже 300°С, может протекать при любой скорости, так как полученная при закалке структура достаточно устойчива и скорость дальнейшего охлаждения на нее не оказывает влияния.

В качестве охлаждающих сред чаще всего употребляются вода и трансформаторное масло. Скорость охлаждения в воде больше, чем в масле. При температуре воды 18°С скорость охлаждения достигает 600°С в секунду, а в масле — до 150°С в секунду.

Для придания изделию большей твердости закалку производят в проточной воде. При охлаждении горячей поковки в стоячей воде между водой и поковкой возникает слой пара, который изолирует нагретую поковку от охлаждающей среды. Поэтому во избежание этого пользуются проточной водой.

Иногда для повышения закаливающей способности в воду добавляют поваренную соль (до 10%) или серную кислоту (до 10—12%).

Нагрев изделия выше критической точки придает металлу крупнозернистое строение, а это приводит к нежелательным последствиям: короблению, деформации и появлению трещин. К этому же приводит и быстрое охлаждение.

При закалке инструментов применяются закалочные печи, которые делятся на камерные, или пламенные, где изделие нагревается открытым пламенем; электрические муфельные; печи-ванны, представляющие собой тигли, наполненные расплавами солей, например хлористым барием.

Нагревание в ваннах наиболее удобно, вследствие того что температура ванны всегда постоянная и закаливаемый инструмент не может нагреться выше этой температуры. Кроме того, нагрев в жидких средах идет в два раза быстрее, чем в воздушной среде, а в расплавленном металле—в четыре раза быстрее. Например, для закалки мелких стальных изделий используют расплавленный свинец. Мелкие заготовки погружают в ванны и сверху кладут древесный уголь, который при горении на поверхности свинца создает восстановительное пламя — свинец не окисляется. Чтобы свинец не оседал на стальных изделиях, их смазывают мучным клейстером с поваренной солью.

В табл. 14 приведены составы закалочных солевых ванн.

При нагревании инструмента в муфелях применяются следующие режимы.

1. Изделия загружают в холодную печь. Нагревают постепенно, вместе с печью. Время нагрева продолжительное, но температурное напряжение, возникающее в изделиях, наименьшее.

2. Изделия загружают в печь, нагретую до заданной температуры, и прогревают при этой температуре. Время нагрева здесь меньше, но температурные напряжения больше, чем при предыдущем режиме.

3. Изделия загружают в печь, температура которой выше необходимой для закалки, в процессе нагрева температуру снижают до заданной. В этом случае скорость нагрева высокая, но и напряжение, возникающее в изделиях, очень велико.

4. Изделия загружают в печь, температуру которой непрерывно поддерживают выше необходимой. Изделия нагревают до заданной температуры, но ниже температуры печи. Это наиболее форсированный режим, напряжение достигает максимальных величин.

В последнее время для нагрева под закалку применяют токи высокой частоты. Закаливаемую деталь помещают в специальный индуктор, по которому пропускают ток высокой частоты, и деталь очень быстро нагревается до необходимой температуры.

После закалки необходимо произвести отпуск. Он смягчает действия закалки, повышает вязкость и уменьшает хрупкость и твердость изделия. Кроме того, отпуск устраняет или снижает напряжение, вызванное закалкой.

Для определения температуры отпуска очень часто до сих пор пользуются цветами побежалости. Если очищенное от окалины стальное изделие нагревать, то начиная с температуры 220°С на нем образуется тонкая пленка оксидов железа, придающая изделию различные цвета — от светло-желтого до серого. С повышением температуры или увеличением времени пребывания изделия при данной температуре оксидная пленка утолщается и цвет ее изменяется.

В табл. 15 приведены температуры нагрева и соответствующие им цвета побежалостей.

Цвета побежалости одинаково появляются как на сырой, так и на закаленной стали.

При отпуске закаленных инструментов применяют два способа.

1. Поверхность закаленного инструмента хорошо отшлифовывают мелкой шкуркой и затем нагревают. По мере того как температура нагрева повышается, на чистой поверхности инструмента появляются цвета побежалости. Когда появится нужный цвет и, следовательно, изделие будет нагрето до определенной температуры, его быстро охлаждают в воде. За цветами нужно следить внимательно, некоторые из них, как, например, светло-красный, сменяются быстро.

2. При закалке многих инструментов, например чеканов, щтихилей, резцов, молотков и т. д., требуется, чтобы закаленной была только рабочая часть, а сам инструмент оставался незакаленным, сырым. В этом случае инструмент нагревают немного выше режущего (рабочего) конца до требуемой температуры, после чего охлаждают в воде только рабочую часть, а место выше рабочей части остается горячим. Быстро вынув инструмент из воды, зачищают рабочую часть (шкуркой или трением о землю). Теплота, оставшаяся в неохлажденной части, поднимает температуру охлажденного конца, и после появления на нем нужного цвета побежалости инструмент окончательно охлаждают.

При закалке инструмента с двумя концами, например кирки, молотка и т. д., трудность заключается в том, что в изделии только два рабочих конца должны быть закалены, а середина должна быть незакаленной. Закалку производят за один нагрев. Изделие равномерно нагревают до нужной температуры и в воду опускают в первую очередь конец, имеющий меньшую массу, т. е. тот, который может быстрее охладиться. При охлаждении в воде конца только рабочей части нужно внимательно следить за нагретым вторым концом, чтобы он не охладился. Быстро вынув первый конец и зачистив его шкуркой, второй (только рабочую часть) погружают в воду. При этом следят за цветами побежалости первого конца; когда появляется нужный цвет, снова опускают первый конец в воду, второй быстро зачищают и следят за цветами на втором конце. При появлении нужного цвета также замачивают в воде. Так, периодически меняя положение концов, изделие остужают.

Запас температуры должен оставаться в средней части

инструмента, поэтому при закалке пользуются клещами с узкими губками. Большие плоскости холодных губок клещей отбирают теплоту в зоне прикосновения. «Для закалки более мелких изделий можно использовать клещи с массивными губками, изделие в этом случае нагревают вместе с клещами. Прием с клещами применяется при местном отпуске, когда в каком-то участке стального закаленного изделия нужно сделать отверстие, а его твердость не позволяет это сделать. Для этого берут клещи нужного размера, нагревают их до красного или светло-красного каления и захватывают металл в зоне будущего отверстия.

За отпуском металла можно следить по цветам побежалости. Этот прием используется при отпуске тонких стальных изделий — кос, пил и т. д.

Температура отпуска и цвета побежалости для некоторых инструментов приведены в табл. 16.

В процессе нагрева стальных изделий происходит их окисление и обезуглероживание. Получение на поверхности окалины идет за счет образования оксидов железа.

Образование на поверхности окалинйг приводит к угару металла, искажению геометрической формы изделий, уменьшению теплопроводности, что понижает скорость нагрева изделия. Кроме того, повышается твердость и затрудняется механическая обработка. Окалина удаляется с изделий либо механическим, либо химическим путем (травлением).

85. Железный кронштейн (XVII в.)

86. Декоративный элемент с использованием скручивания и горновой сварки

Особенности и виды отпуска стали как способа термообработки металла

Отпуском металла называется технологический процесс термообработки закалённого стального сплава. Он даёт возможность завершить фазовые превращения в микроструктуре (мартенсите), которая приобретает наиболее устойчивое состояние. Дело в том, что в процессе закалки в металле возникают внутренние напряжения — осевые, радиальные, тангенциальные. Чтобы устранить их негативные последствия такие как хрупкость и низкая пластичность, изделия нагревают в печах при различных температурах (от 250 °C до 650 °C), выдерживают заданное время (от 15 минут до 1,5 часа), а потом медленно охлаждают.

Комплекс этих мероприятий приводит к выделению лишнего углерода, перестройке и упорядочиванию структуры металла, устранению дефектов его кристаллического строения. Обработанные материалы приобретают заданный комплекс механических свойств, среди которых основные — увеличение пластичности и снижение хрупкости при сохранении достаточного уровня прочности.

Виды отпуска стали

Низкий.
Средний.
Высокий.

Понятие низкого отпуска.

Для снижения внутренних напряжений низкий отпуск стали обычно проводят нагреванием до 250 °C в течение от 1 до 2,5 часа. Из металла в процессе диффузии выделяется часть излишков углерода, из них образуются карбидные частицы в виде пластин и стержней. Неравновесная структура мартенсита закалки превращается в равновесный отпущенный мартенсит. Этим достигается стабилизация размеров изделий, повышаются вязкость и прочность, а показатели твёрдости практически не изменяются.

Низкотемпературному отпуску подвергают железоуглеродистые и низколегированные стали для производства режущего и измерительного инструмента, который не испытывает динамических нагрузок. В основном его выполняют для сталей, закалённых токами высокой частоты, а также для сплавов, поверхность которых ранее насыщалась углеродом и азотом.

Особенности среднего отпуска.

Он проводится при температурах от 350 °C до 500 °C и обеспечивает высокую упругость и релаксационную стойкость. Из стали выделяется весь избыточный углерод, а карбид переходит в цементит. Мартенсит уже полностью разложился, а перестройка структуры металла (полигонизация) и её совершенствование (рекристаллизация) ещё не начались. Новая комбинация называется троостомартенсит и характеризуется ускорением процессов диффузии. Кристаллическая решётка сплава при этом превращается в кубическую, а внутренние напряжения ещё больше уменьшаются.

Охлаждение металла осуществляют в воде, что тоже увеличивает предел выносливости. Среднетемпературный отпуск необходим при производстве упругих деталей: рессор, ударного инструмента и пружин.

Технология высокого отпуска.

При температурах свыше 500 °C в углеродистых сплавах происходят структурные преобразования, которые уже не относятся к фазовым превращениям. Претерпевают изменения конфигурация и габариты частиц кристаллов, их зёрна укрупняются, а форма стремится к равноосной. Комплексная термообработка, включающая закалку и высокий отпуск стали, в материаловедении называется улучшением, а кристаллическая структура металла после этого — сорбитом отпуска. Она считается наиболее эффективной, так как достигается идеальное сочетание вязкости, пластичности и прочности сплава. Однако несколько снижается твёрдость, поэтому не приходится надеяться на улучшение износостойкости.

Продолжительность высокого отпуска варьируется в пределах от 1 до 6 часов и зависит от размеров зубчатых передач, опор, коленчатых валов, втулок, болтов и винтов, изготовленных из конструкционных и среднеуглеродистых сталей. Эти изделия в процессе эксплуатации воспринимают ударные нагрузки и работают на сжатие, растяжение и изгиб, а к их прочности, выносливости, текучести и ударной вязкости предъявляются особые требования.

Явление отпускной хрупкости

Изучая сущность процесса, можно было бы сделать вывод, что при любом увеличении температуры отпуска станет повышаться и ударная вязкость. Но при обработке стальных сплавов в определённых температурных интервалах возникает внезапное падение ударной вязкости без изменения прочих механических характеристик. Это явление обозначается термином «отпускная хрупкость» и объясняется следующим образом:

Отпускная хрупкость Ι рода — необратимый процесс. При температурах от 250 °C до 300 °C карбиды из мартенсита начинают выделяться неравномерно, что приводит к резкому различию прочности на поверхности зёрен кристаллов и внутри их. Этому подвержены все виды стальных сплавов вне зависимости от состава и скорости охлаждения по окончании отпуска. Это явление невозможно устранить и для его предотвращения стараются просто не выполнять обработку при данных температурах.
Отпускная хрупкость ΙΙ рода — обратимый процесс. Возникает при замедлении охлаждения некоторых легированных хромом, марганцем и никелем сталей, которые отпускались при температурах выше 500 °C. Причиной опять является выделение и диффузное перераспределение карбидов, а также фосфидов и нитридов. Чтобы подавить развитие обратимой хрупкости, применяют повторный отпуск с масляным охлаждением, при этом скорость последнего должна быть как можно более высокой. Добавки в легированную сталь до 1% вольфрама или до 0,3% молибдена тоже помогают решить эту проблему. Интересно, что если во время эксплуатации детали будут снова подвергаться нагреву до температуры выше 500 °C, отпускная хрупкость возникнет повторно, почему она и получила название обратимой.

Термообработка инструментальных сплавов

Практически для всех металлов справедливо утверждение: с повышением температуры отпуска снижается прочность и увеличивается пластичность. Исключение составляют только быстрорежущие стали, применяющиеся в производстве инструментов. Для обеспечения лучших характеристик теплостойкости и износостойкости их легируют карбидообразующими элементами: молибденом, кобальтом, вольфрамом и ванадием. А для закалки используют нагрев до температур свыше 1200 °C, что позволяет наиболее полно растворить образовавшиеся карбиды.

Теплопроводности самого железа и легирующих его элементов значительно различаются, поэтому для предотвращения деформации и растрескивания при нагреве следует выполнять температурные паузы. Это происходит при достижении 800 °C и 1050 °C, а для больших предметов первый интервал назначают при температуре 600 °C. Длительность остановки лежит в пределах от 5 до 20 минут, что позволяет обеспечить наилучшие условия для растворения карбидов. Охлаждение чаще всего проводят в масле.

Существенно уменьшить деформацию позволяет ступенчатая термообработка стали в расплавах солей, где закалка выполняется при температуре около 500 °C. Для увеличения твёрдости изделий далее следует двукратный отпуск при 570 °C. Длительность процесса составляет 1 час, а на его режим влияют химические свойства легирующих элементов и температура, определяющая скорость выделения карбидов.

Отпуск стали – режимы, виды, температура отпуска и свойства стали после процесса

Отпуск стали – это процесс нагрева стали до определенной температуры и последующее охлаждение изделия. Процесс осуществляется для ликвидация внутренних напряжений, отрицательно влияющих на технические параметры металлоизделий.

Отпуск стали –это чаще всего финальная термическая обработка после закалки, представляющая собой процесс нагрева полуфабрикатов и изделий до определенной температуры с последующим охлаждением. Ее основное назначение – ликвидация внутренних напряжений, отрицательно влияющих на технические параметры металлоизделий.

Общее описание процесса

Основные этапы проведения отпуска стали:

нагрев сплава до температур начала фазовых превращений;
выдержка при требуемой температуре;
охлаждение с установленной скоростью.

В результате этого вида т/о получают требуемые технические характеристики изделий, сводят к минимуму внутренние напряжения. Чем выше температура термообработки и чем ниже скорость остывания, тем эффективнее устраняются остаточные напряжения.

Скорость охлаждения зависит от химического состава сплава и запланированного результата:

интенсивное охлаждение после отпуска при +550…+650°Cповышает предел выносливости стали за счет сохранения в приповерхностном слое остаточных напряжений сжатия;
металлоизделия сложной конфигурации после высокотемпературного отпуска охлаждают медленно, что позволяет избежать коробления;
полуфабрикаты из легированных сталей, для которых характерна отпускная хрупкость, после отпуска при +550…+650°C охлаждают только в ускоренном темпе.

В зависимости от температуры нагрева выделяют три вида отпуска стали – высокий, средний и низкий.

Особенности низкого отпуска стали

Этот вид термообработки подразумевает нагрев заготовок и полуфабрикатов до +250°C. Результаты процесса: уменьшение закалочных напряжений, улучшение вязкости без падения твердости.

Средне- и высокоуглеродистые закаленные стали с содержанием углерода 0,6-1,3% после низкого отпуска имеют твердость, равную 58-63 HRC, и высокую износостойкость. Но изделия из таких сплавов при отсутствии вязкой сердцевины неустойчивы к динамическим нагрузкам.

Чаще всего низкий отпуск применяется для режущего и мерительного инструмента, изготовленного из углеродистых и низколегированных марок, металлопродукции после цементации, нитроцементации, цианирования.

Режимы среднего (среднетемпературного) отпуска стали

Температуры среднетемпературного отпускного процесса – +350…+500°C. Этот вид т/о, применяемый в основном для пружин, рессор, штампов, обеспечивает значительные пределы выносливости и упругости, хорошую релаксационную стойкость. Получаемые структуры: троостит или тростомартенсит, твердость – 45-50 HRC.

Охлаждение в воде после нагрева до температур +400…+450°C применяется для пружин с целью появления на поверхности остаточных напряжений сжатия, повышающих прочностные характеристики металла.

Высокотемпературный отпуск стали – режимы, цели

Температуры высокого отпуска – +500…+650°C, получаемая структура стали – сорбит отпуска. Задача, решаемая этим видом т/о, – получение оптимального соотношения между прочностью и вязкостью. Комплексная термообработка, включающая закалку и высокий отпуск, называется улучшением. Ее преимущество по сравнению с различными видами отжига и нормализацией – повышение временного сопротивления, предела текучести, ударной вязкости, относительного сужения.

Закалка и отпуск закаленной стали применяются для среднеуглеродистых сталей с содержанием C 0,3-0,5%, к которым предъявляются повышенные требования к ударной вязкости и пределу выносливости. С их помощью повышают прочность материала, снижают чувствительность к концентраторам напряжений, температуру порога хладоломкости, склонность к трещинообразованию.

Длительность высокого отпуска – 1-6 часов. Конкретное время зависит от габаритов металлоизделия.

Виды отпускной хрупкости

Повышение температуры отпуска в большинстве случаев улучшает характеристики металлоизделия, способствует эффективному снятию остаточных напряжений. Но есть ситуации, приводящие к ухудшению характеристик сплава. Ученые-металлурги разработали несколько действенных технологий устранения проблемы отпускной хрупкости, которая может быть низко- или высокотемпературной.

Хрупкость I рода – низкотемпературная

Эта разновидность хрупкости возникает при длительной выдержке материала при температурах +250…+350°C. Скорость охлаждения на вероятность ее появления не влияет. Распространяется эта проблема на все марки сталей. Причина возникновения хрупкости I рода – активное, но неравномерное распространение углерода по поверхности кристаллической решетки. Следствие этого процесса – искажение кристаллической структуры сплава, а, следовательно, существенное увеличению хрупкости.

Отпускная хрупкость I рода является необратимым процессом, и она резко снижает эксплуатационные характеристики сплава, который становится пригодным только для переплавки. Технология борьбы с этой проблемой – выполнение низко- либо среднетемпературного отпуска. Нагрев до промежуточных температур – не допускается. Склонность к низкотемпературной отпускной хрупкости снижает высокотемпературная ТМО.

Отпускная хрупкость II рода – высокотемпературная

Проблема высокотемпературной отпускной хрупкости возникает при совпадении трех факторов. Это:

нагрев сплава до температур, превышающих +500°C;
наличие в стали высокого процентного содержания Cr, Mn, Ni;
медленное охлаждение.

Последствие сочетания этих параметров – неравномерность распределения атомов углерода, хрома, марганца, никеля, нарушающая кристаллическую решетку стали. Высокотемпературная отпускная хрупкость усиливается при выдержке в течение 8-10 часов изделий в опасном температурном диапазоне. Определить эту проблему можно только при травлении шлифов поверхностно-активными реагентами, выявляющими границы аустенитных зерен, по которым происходит хрупкое разрушение.

Существует два наиболее эффективных варианта решения этой проблемы. Первый способ: после появления признаков отпускной хрупкости нагреть металлоизделие еще раз до заданной температуры в масляной среде и быстро охладить. Второй метод –легирование сплава вольфрамом (примерно в количестве 1%) или молибденом – 0,3-0,4%.

Закалка и отпуск в кустарных условиях – Кузнечное дело

Существует несколько способов закалки,один из них закалка с сомоотпуском,применяется она когда нужно закалить только часть детали или инструмента,например лезвие топора,стамески,зубила,боёк молотка.Производится она следующим образом- Нагреваем под закалку часть подлежащая закалке на длинне 30-40мм,выдержка в огне при достижении закалочной температуры небольшая и опускается в воду или масло примерно на длине 15-20мм на 5-10 секунд(возможно и больше для крупного инструмента),затем действуя быстро вынимаем из охладителя и быстро за 2-3 секунды не дольше куском наждачного камня зачищаем охлаждённую часть,тепло двигаясь из неохлаждённой части инструмента начинает производить отпуск и соответственно появляются цвета побежалости,дождались нужный цвет(на это требуется как правило от 3х до 30секунд) охлаждаем окончательно.Вся эта процедура проделывается в темпе,зевать некогда,поэтому вода,брусок наждака и тому подобное должно находиться на расстоянии вытянутой руки.Зубило и кернер перед закалкой затачивается окончательно плюс зачищается на точиле начисто та часть что будет греться(то есть 30-40мм),чтобы легче и быстрее после закалки зачистить .Топор и стамеску перед закалкой затачиваем не до остроты ,а что бы осталась тупая кромка примерно в 1мм,кроме того на лезвии не должно быть зазубрин.Отвёртку , шило,нож подобным образом отпустить не получится,поэтому их закаливают полностью ,а для отпуска применяют другие приёмы,делается это так-В горне греется подходящий брусок металла до 600-700 градусов ,на наковальню ложится кирпич,сверху него разогретый брусок ,клещами берём шило ,отвёртку или нож(предварительно закаленные и зачищеные до блеска) и перемещаем предмет предназначенный для отпуска по разогретому,следить нужно внимательно за цветами побежалости,чтобы отпуск(цвет побежалости) по всей длинне был равномерным.Этим же приёмом пользуемся в случае если при закалке с самоотпуском не удалось равномерно по всей длине отпустить лезвие топора например.Ещё одно замечание,предметы(особенно длинные ,тонкие и плоские) при закалке следует охлаждать погружая их в воду или масло стого вертикально,иначе будет изгиб.Вот пример соломенного цвета побежалости полученного на лезвии при отпуске на разогретом бруске-

Изменено 19 октября, 2013 пользователем sanek66

Как осуществляется закалка и отпуск стали

Закалка и отпуск стали проводятся с целью придания сплаву максимальной твердости, прочности и упругости. Обработанный металл обладают лучшими свойствами, чем обыкновенный материал, лучше переносит работу в неблагоприятных условиях и в агрессивных средах. Основной способ закалки состоит в нагревании стали до определенной температуры и поддержании достигнутого уровня в течение установленного времени, а затем резком охлаждении материала. Это позволяет подготовить металл к последующей эксплуатации.

Структура стали после закалки приобретает аустенитный вид. Это означает, что атомы углерода внедряются в кристаллическую решетку железа, что придает сплаву максимальную устойчивость связей и, как следствие, повышенную прочность на износ. Такой способ обработки является одним из самых дешевых методов продления эксплуатационного цикла использования стальных изделий. Он не требует применения дорогостоящих материалов, которые внедряют в сплав для улучшения физических и химических свойств.

Закалка стали производится на том же оборудовании, что и выплавка, поэтому нет необходимости в покупке новых производственных линий или открытии дополнительных заводов. Этот метод был открыт человечеством еще в древние времена. Кузнецы, изготавливая различные изделия, нагревали их при помощи простейших плавильных печей, а затем резко опускали в емкость с холодной водой. Это делало продукцию намного прочнее. Современные виды закалки стали сделали огромный скачок в плане технологий, но суть осталась прежней.

Режимы закалки сталей

Существует несколько режимов закалки сталей. Каждый режим используется для обработки металла под конкретную отрасль производства. Все способы имеют свои достоинства и недостатки, и на текущий момент нет какого-либо универсального метода, лишенного слабых сторон. Поэтому рассмотрим все варианты. Первый подразумевает закалку углеродистой стали с применением одного охладителя. Это самый простой способ, так как не требует соблюдения каких-либо особых условий. Его недостатком является очень сильное закалочное напряжение, которое испытывает металл при обработке. Если неправильно рассчитать температурный режим, то закалка может привести к разрушению сплава.

Второй метод подразумевает охлаждение металла в двух разных средах. Сначала нагретую сталь кладут в воду, где охлаждают до 300 градусов по Цельсию, а затем переносят в масло, где она проходит окончательное охлаждение. Это позволяет значительно снизить напряжение, но метод имеет сложную реализацию, так как трудно рассчитать, когда именно необходимо менять среду охлаждения.

Ступенчатая закалка применяется для небольших предметов. Она делается в несколько этапов. На первом горячее изделие помещают в расплав солей или металлов, который имеет температуру на 50 градусов выше точки начала мартенситного превращения. А когда температуры сплава и среды уравняются, сталь переносят в воду, где она окончательно остывает. Этот метод дает очень хорошие результаты, но требует дополнительных затрат на создание технологических условий.

Изотермическая закалка также подразумевает использование в качестве охлаждающей среды не воды или масла, а расплава солей или щелочей. Но в отличие от предыдущего метода здесь материал проходит полный цикл охлаждения в расплаве. Твердость стали после закалки такого типа является наивысшей, так как аустенит переходит в состояние цементита. Это означает, что атомы углерода еще более глубоко внедряются в структуру железа, создавая очень прочные межмолекулярные связи.

Последний способ – закалка с самоотпуском. Он подразумевает, что нагретую деталь помещают в охлаждающую среду, но не дают ей полностью остыть. Изделие вынимают из охладителя, вследствие чего поверхность снова нагревается за счет сохраненной внутренней теплоты. Такой способ позволяет получать особый вид стали, который сочетает твердость на поверхности и вязкость внутри. Все перечисленные режимы закалки стали используются в равной мере в зависимости от необходимости.

Частичная закалка стали

Также существуют методы частичной закалки одного изделия, когда определенная часть должна быть тверже остального металла. В частности такой обработке подвергается лезвие катаны и многих других режущих инструментов. Для правильной закалки очень важным условием является соблюдение правильного температурного режима на всех технологических этапах. Его выбор зависит от марки обрабатываемой стали и процентном соотношении различных примесей в сплаве.

Температура закалки стали должна быть на 30-50 градусов выше точки мартенситного превращения. Такой уровень позволяет достичь оптимальной активности атомов углерода, которые начинают перемещаться и внедряться в железо на межмолекулярном уровне. Быстрое охлаждение используется, чтобы сохранить этот эффект, так как при постепенной потере температуры углерод постепенно возвращается в исходное состояние и закалка не сохраняется.

Кроме перечисленных режимов существуют также отдельные виды обработки. Один из них – это поверхностная закалка стали. Она подразумевает обработку лишь верхних слоев металла без манипуляций с внутренним строением. Технология абсолютно идентична полной закалке, но необходимость нагрева лишь поверхностного слоя заставляет корректировать способы.

Способы повехностной закалки стали

Существует 4 основных метода поверхностной закалки: с индукционным нагревом при помощи высокочастотного тока, с электроконтактным нагревом, с нагревом при помощи газопламенных горелок и закалку при помощи использования электролитического раствора. Для обработки мелких деталей зачастую используют последний метод.

Для средних изделий применяются первые два, а для крупногабаритных элементов лучше всего подходит нагрев при помощи газовых горелок. Для охлаждения используют те же жидкости, что и при полной закалке. В редких случаях, для особо крупных конструкций применяются газовые холодильные установки. И последний вид обработки называется неполной закалкой стали. Он подразумевает медленное охлаждение нагретого материала, в результате чего часть атомов углерода успевают покинуть молекулярную сетку железа и вернуться к нормальному состоянию.

Таким образом, образуется частично закаленный металл. Такой тип обработки применяется, когда необходимо специально оставить в структуре материала слабые места. Этот подход используется в автомобильной промышленности для создания так называемой контролируемой деформации при аварии. Он разработан специально для уменьшения травматизма пассажиров и снижения количества смертельных случаев.

Термическая обработка 101 – Печная лягушка

Процедуры термообработки обычно просты с точки зрения процедуры и применения. Но иногда описания неадекватны, потому что один и тот же метод может использоваться для достижения разных целей. Лучшим примером для этого может служить снятие стресса и закалка. Оба процесса выполняются на одном и том же оборудовании и используют одинаковые циклы время / температура, однако цели для двух процессов по своей сути различны. С учетом этого ниже описаны основные процессы термообработки…

Классификация процессов термообработки

Нормализация

Нормализующая сталь позволяет восстановить кристаллическую структуру и восстановить однородность карбидов. Сталь не любит неровную структуру. Если карбиды сгруппировались и стали слишком большими из-за ковки, сталь не будет удерживать лезвие, как это могло бы потенциально. Пруток с завода, вероятно, не нужно нормализовать, особенно если он был отожжен. Подделанный материал, вероятно, выиграет.Обычно нагрейте его в кузнице или духовке и дайте ему остыть. Выполнено.

Отжиг

Как правило, большинство людей нагревают свою кузницу до температуры в качестве последней жары дня, выключают кузницу и дают стали остыть в кузнице на ночь. Если у вас есть другая работа, вы можете использовать половинную корзину для мусора, полную вермикулита, и нагреть пару больших брусков стального лома, чтобы добавить массы / тепла. Нагрейте сталь до температуры и положите все в вермикулит, чтобы он медленно остыл, используя вермикулит в качестве изолятора.Более медленное охлаждение в кузнице работает лучше, но приготовление в вермикулите также работает неплохо. Некоторые люди предпочитают использовать известь вместо вермикулита.

Закалка

Как правило, в кузнице это означает нагревание до тех пор, пока магнит не перестанет прилипать, а затем «еще немного», чтобы получить дополнительное тепло в стали, минуя немагнитные свойства. Несколько минут при этой температуре не приведут к росту зерна, но позволят углю «раствориться». Перегрев стали до диапазона от 1550F до 1600F и выше и замачивание ее приведет к росту зерна.Просто, нагрейте его до немагнитного состояния, дайте еще минуту или около того, чтобы он нагрелся еще немного, закалите.

Закалочная

Закалочное масло очень сложное по конструкции и применению. Если вы не можете себе этого позволить, используйте моторное масло с низкой вязкостью или даже рапсовое, растительное или арахисовое масло. Это не будет идеально, но это сработает. Опытные производители ножей посоветуют вам использовать специальное закалочное масло для термической обработки, чтобы получить лучшие результаты.

Большинство согласны с тем, что сталь действительно нужно охлаждать с высокой скоростью, например, 1-2 секунды, и это абсолютно верно.Однако это не означает, что у вас есть только 1 секунда, чтобы добраться от источника тепла до закалки. Перемещение пылающего горячего куска стали с огня на масло – вот где начинается много пожаров. Опрокиньте масло, бросьте раскаленную сталь в масло и мгновенно загорится! Так что будь осторожен! Сталь сохранит тепло и выдержит несколько секунд на воздухе, пока вы переходите от высокой температуры к закалке. Делайте это осторожно и будьте готовы к возгоранию и появлению большого количества дыма. И всегда будьте готовы к пожару.

Закалка

Если вы правильно сделали закалку, ваша сталь хрупкая, как стекло.Если вы уроните его сейчас, он разобьется. Вы хотите закалить его, как только он достигнет комнатной температуры. Выполняйте отпуск дважды по 2 часа каждый, давая стали остыть до комнатной температуры между циклами.

450F дает примерно 62RC
500F дает примерно 59-60RC, и именно здесь больше всего будет нужна эта сталь.
600F дает примерно 58RC

Криотерапия

Криообработка – это выдержка стали после закалки, но перед отпуском при температурах от минус -90F (диапазон сухого льда) до минус -290F (диапазон жидкого азота) в течение восьми часов.Большинство высокоуглеродистых сталей не подвергаются криогенной обработке, так как преимущества углеродистых сталей обычно не столь значительны, как для более новых супер нержавеющих сталей. Замочите его в жидком азоте на ночь или даже в холодильнике с сухим льдом. Некоторые добавляют в сухой лед ацетон. Ацетон безумно легко воспламеняется, и это не рекомендуется. Используйте керосин или даже дизельное топливо, если чувствуете, что вам нужна жидкая среда, но достаточно просто положить лезвие под кусок сухого льда. Некоторые решили сделать один низкотемпературный нагрев при температуре от 300F до 350F, называемый «мгновенным отпуском», чтобы снять часть напряжения с закаленного лезвия перед крио.Добавление этого шага снижает вероятность поломки лезвия.

Вот некоторая информация о формулах термообработки для инструментальной стали .

Но если вы ищете более подробную информацию об этих процессах, а также о связанной с ними терминологии, обратитесь к этому руководству: Электронная книга «Данные по термообработке» , опубликованная SECO / WARICK Corporation.

Тигельная инструментальная сталь и специальные сплавы Общая информация

Инструментальная сталь

обычно поставляется в отожженном состоянии, примерно 200/250 по Бринеллю (около 20 HRC), для облегчения обработки.В этом состоянии большая часть сплава находится в виде карбидов сплава, диспергированных по всей мягкой матрице. Эти стали необходимо подвергать термообработке для достижения их характерных свойств. Процесс термообработки изменяет распределение сплава и превращает мягкую матрицу в твердую, способную выдерживать давление, истирание и удары, присущие обработке металлов давлением. Каждый этап цикла термообработки предназначен для выполнения определенной функции, и, как звенья цепи, конечный продукт хорош настолько, насколько хорош его самый слабый компонент.Хотя это может составлять только 10% или меньше стоимости инструмента, процесс термообработки, вероятно, является самым важным фактором, определяющим производительность инструмента. При термической обработке инструментальных сталей не существует приемлемого ярлыка.

Предварительный нагрев

Предварительный или медленный нагрев инструментальной стали дает два важных преимущества. Во-первых, большинство инструментальных сталей чувствительны к термическому удару. Внезапное повышение температуры на 1500/2000 ° F может вызвать растрескивание инструментальной стали.Во-вторых, инструментальные стали претерпевают изменение плотности или объема, когда они трансформируются из отожженной микроструктуры при поставке в высокотемпературную структуру, аустенит. Если это изменение объема происходит неравномерно, это может вызвать ненужное искажение инструментов, особенно если различия в сечении приводят к тому, что некоторые части инструмента трансформируются до того, как другие части достигают требуемой температуры. Инструментальную сталь следует предварительно нагреть до температуры чуть ниже этой критической температуры превращения, а затем выдержать достаточно долго, чтобы позволить всему поперечному сечению достичь однородной температуры.После того, как вся деталь выровнена, дальнейший нагрев до температуры аустенизации позволит материалу трансформироваться более равномерно, вызывая меньшее искажение.

Аустенизация

Полезное содержание сплава в большинстве инструментальных сталей существует в виде частиц карбида в отожженной стали. Этот сплав, по меньшей мере, частично диффундирует в матрицу при температуре закалки или аустенизации. Фактическая используемая температура в основном зависит от химического состава стали.Температуру можно несколько варьировать, чтобы адаптировать полученные свойства к конкретным применениям. Высокие температуры позволяют большему количеству сплава диффундировать, что обеспечивает немного более высокую твердость или прочность на сжатие. При более низких температурах меньше сплава диффундирует в матрицу, и поэтому матрица становится более жесткой или менее хрупкой, хотя, следовательно, она может не развиваться до такой высокой твердости. Используемое время выдержки зависит от температуры. Распространение сплава происходит быстрее при более высоких температурах, и соответственно уменьшается время выдержки.

Для наилучшего сочетания свойств мы обычно рекомендуем использовать самую низкую температуру отверждения, которая обеспечит адекватную твердость для вашего применения.

Время, указанное в таблице, типично для относительно небольших секций (менее 2 дюймов) и представляет собой общее время выдержки после того, как материал достиг заданной температуры. Большие секции необходимо выдерживать дольше, чтобы центр мог нагреться до температуры. Увеличенное время выдержки время зависит от печного оборудования, размера загрузки и опыта термообработки.

Термическая обработка инструментальной стали
AISI	Температура предварительного нагрева. (1)	Температура аустенизации. ⁽² ⁾	Время удержания (минуты) ⁽³ ⁾	Оуэнч	Temper Temp.⁽⁶⁾	Типичная твердость HRC
S7	1350/1400	1725/1750	15–45	ВОЗДУХ ⁽⁴⁾	350/600	54/58
O1	1250/1300	1450/1500	15-30	МАСЛО	350/500	58/63
A2	1350/1400	1750/1800	20–45	ВОЗДУХ	400/1000	56/62
D2	1400/1450	1825 / l875	15 45	ВОЗДУХ	400/1000	55/62
CRUWEAR	1400/1550	1850/2050	15–45	ВОЗДУХ	900/1050	58/64
3 В	1450/1550	1875/2050	20–45	ВОЗДУХ	950/1050	56/62
M2	1500/1550	2050/2200	3-10	ВОЗДУХ ⁽⁵⁾	1000/1100	58/65
M4	1500/1550	2050/2200	5-10	ВОЗДУХ ⁽⁵⁾	1000/1100	58/65
9В	1500/1550	1950/2050	15–45	AlR ⁽⁵⁾	1000/1150	44/56
10 В	1500/1550	1950/2150	5-45	AlR ⁽⁵⁾	1000/1100	56/63
15 В	1500/1550	2050/2150	10-20	AlR ⁽⁵⁾	1000/1100	56/63

(1) Инструменты должны находиться в диапазоне предварительного нагрева ровно столько, чтобы температура выровнялась по всему материалу.Второй этап предварительного нагрева при 1850/1900 ° F рекомендуется для вакуумных или атмосферных печей, когда температура отверждения превышает 2000 ° F.
(2) более высокие температуры аустенизации используются для немного большей твердости; более низкие температуры могут немного улучшить ударную вязкость.
(3) Время выдержки – это типичное время выдержки после того, как материал достиг заданной температуры. Более продолжительное время – для низких температур аустенизации; высокие температуры требуют более коротких выдержек. Различия в типе печи, загрузке или размере детали и т. Д., могут потребоваться различные припуски на детали для достижения заданной температуры.
(4) Для очень больших участков может потребоваться прерывистая закалка в масле.
(5) Хотя быстрорежущие стали можно закаливать на воздухе, для достижения максимальной твердости требуется соляная ванна или другое подобное оборудование.
(6) Для большинства степеней обязательны множественные заклинания. Обратитесь к индивидуальным таблицам данных для конкретных требований.

Закалка

После того, как содержание сплава было перераспределено по желанию во время аустенизации, сталь необходимо охладить достаточно быстро, чтобы полностью затвердеть до мартенсита, что обеспечит прочность материала.Скорость охлаждения стали до полного затвердевания зависит от химического состава. Как правило, низколегированные стали (O1) необходимо закаливать в масле, чтобы они достаточно быстро остыли. Сильная закалка может охладить некоторые части инструмента значительно быстрее, чем другие части, вызывая деформацию или даже растрескивание в тяжелых случаях. Более высокое содержание сплава позволяет стали развивать полностью закаленные свойства при более медленной скорости закалки. Стали, закаливаемые на воздухе, охлаждаются более равномерно, поэтому деформация и риск растрескивания меньше, чем при закалке в масле.

Для высоколегированных инструментальных сталей, температура закалки которых превышает 2000 ° F, скорость закалки от примерно 1800 ° F до температуры ниже 1200 ° F является критической для оптимального отклика на термообработку и ударной вязкости материала.

Независимо от закалки инструментальной стали, получаемая в результате структура, мартенсит, чрезвычайно хрупкая и подвергается большим нагрузкам. При вводе в эксплуатацию в таком состоянии большинство инструментальных сталей разрушится. Некоторые инструментальные стали в таких условиях могут самопроизвольно треснуть, даже если их не трогать при комнатной температуре.По этой причине, как только инструментальные стали были закалены любым методом до нагрева вручную (около 125/150 ° F), их следует немедленно отпустить.

Отпуск

Отпуск выполняется для снятия напряжений с хрупкого мартенсита, образовавшегося во время закалки. Большинство сталей имеют довольно широкий диапазон допустимых температур отпуска. Как правило, следует использовать самую высокую температуру отпуска, которая обеспечивает необходимую твердость инструмента. Скорость нагрева до температуры отпуска и охлаждения от температуры отпуска не является критичной.Следует избегать резких резких перепадов температуры. Материал должен полностью остыть до комнатной температуры (50/75 ° F) или ниже между и после закаливания. Большинство сталей необходимо выдерживать при температуре не менее двух-четырех часов для каждого отпуска. Практическое правило – выдерживать отпуск в течение одного часа на дюйм самой толстой секции, но ни в коем случае не менее двух часов независимо от размера.

Изменение размера

Процесс термической обработки приводит к неизбежному увеличению размера инструментальных сталей из-за изменений в их микроструктуре.Большинство инструментальных сталей вырастают между 0,0005 и 0,002 дюйма на дюйм исходной длины во время термообработки. Это несколько варьируется в зависимости от ряда теоретических и практических факторов. Большинство специалистов по термообработке знают, чего ожидать от типичных процессов.

В определенных случаях комбинация переменных, включая высокое содержание сплава, длительное время аустенизации или высокую температуру, слишком раннее прекращение процесса закалки, недостаточное охлаждение между температурами или другие факторы в процессе, могут вызвать некоторые из высокотемпературных структура, аустенит, сохраняется при комнатной температуре.Другими словами, при нормальной закалке структура не полностью трансформируется в мартенсит.

Это состояние остаточного аустенита обычно сопровождается неожиданным уменьшением размера, а иногда и меньшей способностью удерживать магнит. Это состояние часто можно исправить, просто подвергнув инструменты воздействию низких температур, например, при криогенной или холодильной обработке, чтобы ускорить завершение превращения в мартенсит.

Криогенная обработка

Большинство инструментальных сталей фактически приобретают свою закаленную структуру (мартенсит) во время закалки, примерно от 600 ° F до 200 ° F.Однако по разным причинам в некоторых случаях превращение в мартенсит может быть неполным даже при 125/150 ° F. В таких случаях некоторая высокотемпературная микроструктура, аустенит, может сохраняться после нормальной термической обработки. A2 и D2 – это две распространенные марки, которые могут содержать значительное количество (20% или более) остаточного аустенита после нормальной термической обработки. Остаточный аустенит может быть нежелательным по ряду причин. При охлаждении стали до криогенных (минусовых) температур этот остаточный аустенит может быть преобразован в мартенсит.Вновь образованный мартенсит похож на исходную структуру после закалки и должен быть отпущен. Криогенная обработка должна включать закалку после замораживания. Часто замораживание может выполняться между обычно запланированными несколькими температурами. Технически криогенная обработка является наиболее эффективной как неотъемлемая часть первоначальной закалки, но из-за высокого риска растрескивания, как обсуждалось в разделе «Закалка» выше, мы рекомендуем обычно отпускать материал по крайней мере один раз перед выполнением любых криогенных обработок.

Рекомендации по оборудованию

Воздействие кислорода при температурах аустенизации вызывает образование накипи и обезуглероживание поверхностей инструмента. Обезуглероживание приводит к необратимой потере достижимой твердости на поверхности инструмента. По этой причине требуется некоторая защита поверхности во время аустенизации. Вакуумные печи, печи с контролируемой атмосферой или нейтральные соляные ванны обеспечивают защиту поверхности. Если печи с нейтральной атмосферой недоступны, части могут быть завернуты в нержавеющую фольгу, чтобы свести к минимуму воздействие кислорода.

Соляные печи обычно обеспечивают самый быстрый и равномерный нагрев, но оставляют остатки, которые необходимо удалить с поверхности инструмента. Термическая обработка в соляной ванне традиционно использовалась для режущих инструментов из быстрорежущей стали и часто не подходит для больших инструментов или для закалки в больших объемах.

Вакуумные печи обеспечивают лучшую защиту поверхности, но обычно требуют более длительных технологических циклов. Скорость закалки может быть ограничена из-за невозможности отвода тепла от горячей детали достаточно быстро, чтобы получить максимальную твердость.Вакуумная термообработка может привести к несколько меньшей жесткости, чем в солевой ванне. Обертывание деталей фольгой также может снизить скорость закалки из-за небольшого изолирующего эффекта слоя фольги. Кроме того, необходимо выбрать тип фольги, выдерживающий используемую температуру аустенизации.

При термообработке нескольких деталей важно загружать печи так, чтобы вокруг каждой детали была свободная циркуляция. Во время аустенизации необходимо дать каждой части возможность нагреться относительно равномерно, чтобы избежать чрезмерного времени выдержки.Чрезмерное время выдержки может снизить ударную вязкость материала. Кроме того, хорошая циркуляция вокруг инструментов способствует более быстрой закалке, что хорошо для металлургических свойств, а также способствует более равномерному охлаждению, что помогает контролировать деформацию.

Рекомендуемые термические обработки для определенных инструментальных сталей подробно описаны в отдельных технических паспортах. Однако многие практические проблемы могут повлиять на процесс термообработки. Заинтересованные производители инструментов должны обсудить термическую обработку со своими специалистами по термообработке, чтобы найти лучший процесс, подходящий для их инструментов и областей применения.

Закалка в масле | Закалка металла и стали

Закалка в масле

Когда дело доходит до термической обработки стали, очевидно, что термически обработанные металлические детали работают лучше. Они устойчивы к износу и сохраняют форму под давлением. Духовка нагревает металлические детали до экстремальных температур, а затем погружает их в жидкую баню для быстрого охлаждения. Традиционной закалочной средой была вода. Однако закалка в масле обеспечивает превосходное качество.

Преимущества закалки в масле

Масло кипит не так быстро, как вода. Это позволяет деталям поглощать больше первоначального тепла и дольше остывать. Это превосходная закалочная термообработка, и включение в масла определенных присадок позволяет настроить результаты.

Процесс начинается с тепла. Металлические детали помещают в духовку. Температура может достигать 2000 градусов. После достижения желаемого тепла детали переносятся в погружной резервуар.Металл покрывается маслами и проходит три фазы охлаждения:

Фаза паровой подушки – Высокая температура испаряет масло, образуя изолирующее облако вокруг металла.
Ячеистое кипение – пары рассеиваются, а тепловая энергия передается маслу от металла.
Конвекция – масло нагревается до точки кипения, и тепловая энергия быстро рассеивается.

В идеале паровая фаза должна быть как можно короче. Пары, образующиеся при обжигании горячих металлов, действуют как изолятор, сопротивляющийся охлаждению.Продолжительный период пузырькового кипения является ключевым преимуществом закалки стали в масле перед традиционными методами закалки. Чем дольше детали остаются на втором этапе процесса охлаждения, тем лучше результат.

Нефть имеет гораздо более высокую температуру кипения, чем вода. Металлы не достигают фазы конвекции, пока температура масла не достигает 450 градусов и более. Обработанный таким образом металл быстро и равномерно остывает. Это снижает риск растрескивания, деформации и неровностей мягких пятен.

Различные типы масел

Различные типы масла, используемого при закалке, могут давать разные результаты, и тип используемого масла частично зависит от типа металла, подвергаемого термообработке.Некоторые масла контролируют деформацию и снижают риск растрескивания высокотвердеющего сплава, гарантируя, что не будет больших колебаний между температурой поверхности и температурой ядра во время закалки. Эти масла называются горячими маслами, потому что они хранятся при гораздо более высоких температурах.

Масла

Fast Oil обычно используются для сплавов с низкой закалкой и низкоуглеродистой стали и называются так потому, что обладают особыми свойствами, которые ускоряют охлаждение деталей за счет изменения продолжительности различных стадий процесса охлаждения.

Процесс термической закалки в масле

Процесс закалки термически обработанного металла состоит из трех этапов. Самая короткая стадия – это стадия кипения, которая наступает после стадии пара и перед стадией конвекции. На начальной стадии паровой подушки горячий металл погружается в закалочное масло. Разница температур горячего металла и холодной жидкости вызывает испарение масла. Охлаждению металла препятствуют пары, которые окружают металл, как одеяло, и препятствуют передаче тепла.На втором этапе масло кипятится, в результате чего паровая оболочка рассеивается и передается тепловая энергия от металла к маслу. Когда масло достигает точки кипения, тепловая энергия рассеивается на стадии конвекции.

Различные типы закалки в масле

Дополнительные преимущества

Масло предпочтительнее традиционной закалочной среды, состоящей из воды, поскольку оно снижает риск деформации или растрескивания за счет более равномерного и более быстрого охлаждения металлов.

Наши ведущие специалисты в отрасли

Компания Specialty Steel Treating занимается термической обработкой металлов уже 60 лет. Мы улучшили металлы для производства аэрокосмического, автомобильного и промышленного оборудования. Наши системы контроля качества являются ведущими в отрасли.

Мы начинаем с оценки профиля ваших металлических компонентов. Различные сплавы требуют особых решений. Начальная температура и реакции с маслами дают разные результаты.Мы отслеживаем и контролируем точное количество тепла, которое получают ваши металлические детали.

Масла тоже важны. Добавки изменяют температуру кипения и фазы закалки масла. Масла также могут оставлять остатки, которые взаимодействуют с вашими металлами. Мы оптимизируем наши процедуры для достижения наилучших результатов для каждого проекта.

Получить предложение на закалку

Закалка металлических деталей – это точный процесс. Ваши критически важные компоненты заслуживают нашего опыта и превосходных результатов.Чтобы узнать, чем мы можем помочь, свяжитесь с SST. Опишите свой запрос на проект в форме цитаты.

Что такое тушение? | Металл Супермаркеты

Термическая обработка – популярный способ изменить механические свойства некоторых металлов. Возможность изменять твердость, ударную вязкость и прочность металла, сохраняя при этом его химический состав неизменным и практически неизменным, – отличный способ приспособить металл к потребностям окружающей среды и требованиям работы, в которой металл используется. .Есть много разных способов термической обработки металла, один из самых популярных – метод, известный как закалка.

Закалка – это один из видов термической обработки металла. Закалка включает быстрое охлаждение металла для восстановления механических свойств его исходного состояния. Для выполнения процесса закалки металл нагревают до температуры, превышающей температуру нормальных условий, обычно где-то выше его температуры рекристаллизации, но ниже его температуры плавления. Металл можно выдерживать при этой температуре в течение заданного времени, чтобы тепло «пропитало» материал.После того, как металл выдержал при желаемой температуре, его закаливают в среде до тех пор, пока он не вернется к комнатной температуре. Металл также можно закаливать в течение длительного периода времени, чтобы охлаждение от процесса закалки распределялось по толщине материала.

Среда для закалки

Существуют различные закалочные среды, которые могут выполнять закалку. Каждая среда обладает своими уникальными тушащими свойствами. При выборе типа используемой среды необходимо учитывать скорость закалки, экологические проблемы с закалочной средой, замену закалочной среды и стоимость закалочной среды.Вот основные типы закалочных сред:

Воздух

Air – это популярная закалочная среда, используемая для охлаждения металлов при закалке. Доступность по цене – одно из главных преимуществ воздуха; его доступность является результатом его изобилия на Земле. Фактически, любой материал, который нагревают и затем оставляют для охлаждения до комнатной температуры, считается закаленным на воздухе. Закалка воздухом также более преднамеренно выполняется, когда она сжимается и нагнетается вокруг закаленного металла.Это охлаждает деталь быстрее, чем неподвижный воздух, хотя даже сжатый воздух может охладить многие металлы слишком медленно, чтобы изменить механические свойства.

Нефть

Масло способно закаливать нагретые металлы намного быстрее, чем сжатый воздух. Для закалки маслом нагретую деталь опускают в резервуар, наполненный каким-либо маслом. Масло также можно промыть через деталь. В зависимости от области применения часто используются разные типы масла из-за разной скорости охлаждения и температуры вспышки.

Вода

Вода также способна быстро закалить нагретые металлы. Оно может охладить металл даже быстрее, чем масло. Подобно закалке в масле, резервуар заполняется водой, и в него погружается нагретый металл. Его также можно промыть через деталь. Одно из преимуществ воды заключается в том, что воспламеняемость среды не вызывает беспокойства.

Рассол

Рассол – это смесь воды и соли. Рассол остывает быстрее, чем воздух, вода и масло. Причина этого в том, что смесь соли и воды препятствует образованию воздушных шариков при контакте с нагретым металлом.Это означает, что большая часть поверхности металла будет покрыта жидкостью, а не пузырьками воздуха.

Закалочная сталь

Сталь

заслуживает особого упоминания при обсуждении процесса закалки, поскольку ее механические свойства очень чувствительны к закалке. Посредством процесса закалки, известного как закалочная закалка, сталь нагревают до температуры, превышающей ее температуру рекристаллизации, и быстро охлаждают в процессе закалки. Быстрая закалка изменяет кристаллическую структуру стали по сравнению с медленным охлаждением.В зависимости от содержания углерода и легирующих элементов в стали она может остаться с более твердой и хрупкой микроструктурой, такой как мартенсит или бейнит, когда она подвергается процессу закалочного упрочнения. Эти микроструктуры приводят к увеличению прочности и твердости стали. Однако они делают сталь уязвимой к растрескиванию и значительно ухудшают пластичность. По этой причине некоторые стали подвергаются отжигу или нормализации после процесса закалки.

Metal Supermarkets – крупнейший в мире поставщик металла небольшими партиями, насчитывающий более 90 обычных магазинов в США, Канаде и Великобритании.Мы эксперты по металлу и обеспечиваем качественное обслуживание клиентов и продукцию с 1985 года.

В Metal Supermarkets мы поставляем широкий ассортимент металлов для различных областей применения. В нашем ассортименте: нержавеющая сталь, легированная сталь, оцинкованная сталь, инструментальная сталь, алюминий, латунь, бронза и медь.

Наша горячекатаная и холоднокатаная сталь доступна в широком диапазоне форм, включая пруток, трубы, листы и пластины. Мы можем разрезать металл в точном соответствии с вашими требованиями.

Посетите одно из наших 80+ офисов в Северной Америке сегодня.

Термическая обработка – производственные процессы 4-5

После завершения этого раздела вы сможете:

Правильно закалите кусок инструментальной стали и оцените свою работу.
Правильно отпустите закаленную часть инструментальной стали и оцените свою работу.
Опишите надлежащие процедуры термообработки других инструментальных сталей.

Для безопасной термообработки предлагаются следующие процедуры.

1. Надевайте термостойкую защитную одежду, перчатки, защитные очки и маску для лица, чтобы предотвратить воздействие горячих масел, которые могут вызвать ожоги кожи.

2. Перед зажиганием печи убедитесь в наличии воздушных выключателей, вытяжных вентиляторов, автоматических запорных клапанов и других мер безопасности.

3. Убедитесь, что охлаждающей жидкости достаточно для работы. Охлаждающая жидкость будет поглощать тепло, выделяемое металлом во время охлаждения, но если охлаждающей жидкости недостаточно, металл не будет охлаждаться с оптимальной скоростью.

4. Убедитесь, что в зонах закалки достаточно вентиляции для поддержания желаемого уровня масляного тумана.

5. При розжиге печи соблюдайте инструкции производителя.

6. Во время розжига печи, работающей на жидком топливе или газе, НЕ стойте прямо перед ней.

7. Убедитесь, что закалочное масло не загрязнено водой. Взрыв может быть результатом контакта влаги с охлаждающим маслом.

8. Перед извлечением материала из емкости для науглероживания убедитесь, что клещи не мокрые и подходят для работы.

9. Убедитесь, что в охлаждающую жидкость добавлен соответствующий фунгицид или бактериальный ингибитор.

10. Когда резервуары для закалки не используются, всегда закрывайте их.

11. Используйте негорючий абсорбент для очистки утечек и разливов масла. Это нужно сделать немедленно.

12. По возможности не допускайте попадания масла на инструменты, корзины, приспособления и рабочие места.

13. Перед перерывом и перед тем, как перейти к следующему заданию, тщательно вымойте руки.

14. При обнаружении или подозрении на кожное заболевание сообщите об этом своему инструктору и обратитесь за медицинской помощью.

15. Запрещается вдыхать пары ванны с расплавленной науглероживающей солью, поскольку окись углерода является продуктом процесса науглероживания.

16. Убедитесь, что в рабочей зоне есть хорошая вентиляция.

17. Остерегайтесь загрязнения от кусков науглероженного металла.

18. Не приносите пропитанную маслом одежду или оборудование в места, где есть еда или напитки.

19. Не принимайте еду и напитки в местах, где используются или хранятся масла.

Первое, что нужно знать при термообработке стали, – это температура ее закалки. Многие стали, особенно обычные инструментальные стали, имеют хорошо установленный температурный диапазон для закалки. O-1 имеет температуру застывания 1450-1500 градусов по Фаренгейту.

Чтобы начать процесс:

1. Безопасность превыше всего. Температуры термообработки очень высокие. Одевайтесь правильно для работы и поддерживайте чистоту вокруг печи, чтобы не было риска поскользнуться или споткнуться.Кроме того, предварительно нагрейте щипцы, прежде чем брать нагретую часть образца.

2. Разогрейте печь до 1200 градусов по Фаренгейту.

3. Когда температура печи достигнет 1200 градусов по Фаренгейту, поместите образец в печь. Поместите образец в центр духовки, чтобы обеспечить равномерный нагрев. Закройте и ждите.

4. После того, как образец помещен в печь, нагрейте его до 1500 градусов по Фаренгейту. По достижении этой температуры немедленно начните выдержку от 15 минут до часа (время выдержки будет сильно зависеть от толщины стали).

Таблица 1: Приблизительное время выдержки для упрочнения, отжига и нормализации стали

Толщина металла (дюймы)	Время нагрева до требуемой температуры (час)

Время выдержки – это время, в течение которого сталь выдерживается при желаемой температуре, которая в данном случае составляет 1500 градусов по Фаренгейту.

5. По истечении времени выдержки очень быстро, но осторожно извлеките образец щипцами. Поместите образец в емкость с маслом для закалки. Как можно больше перемещайте образец во время закалки.

6. После того, как образец закаливается примерно до 125 градусов по Фаренгейту, начинайте процесс отпуска. Чтобы закалить образец, его необходимо поместить в печь при температуре 375 градусов по Фаренгейту. Дайте ему впитаться в течение 2 часов, затем удалите часть образца и дайте ему остыть до комнатной температуры.Теперь образец должен иметь твердость примерно 60 RC.

Аустенизация и воздушное охлаждение:

Эта термообработка обычно выполняется производителем, в результате чего она называется состоянием поставки
Для достижения этого состояния выполняется процесс, называемый нормализацией (также называемый тепловой историей). Нормализация стали 1045 обычно состоит из следующих этапов:
1. Аустенизация: Поместите сталь в печь при температуре 1562 ° F в диапазоне аустенита и держите ее там в течение часа, пока металл не достигнет своей равновесной температуры и соответствующей структуры твердого раствора.
2. Охлаждение на воздухе: достаньте сталь из печи и дайте ей остыть на воздухе до комнатной температуры.

Аустенизация и охлаждение в печи (отжиг):

Этот процесс также называют отжигом. Во время отжига сталь претерпевает следующие изменения температуры:
1. Аустенизация: Поместите сталь в печь при температуре 1562 ° F в диапазоне аустенита и держите ее там в течение часа, пока металл не достигнет своей равновесной температуры и соответствующей структуры твердого раствора.
2. Furnace-Cool: медленное охлаждение стали в печи. Дайте температуре упасть с 1562 ° F до 1292 ° F в течение десяти часов.
3. Охлаждение на воздухе: достаньте сталь из печи и дайте ей остыть на воздухе до комнатной температуры.

Аустенизация и закалка:

Аустенизация: Поместите сталь в печь при температуре 1562 ° F в диапазоне аустенита и держите ее там в течение часа, пока металл не достигнет своей равновесной температуры и соответствующей структуры твердого раствора.
Закалка: быстро достаньте сталь из печи, погрузите ее в большую емкость с водой комнатной температуры и энергично перемешайте. При использовании стали 1045 в качестве закалочной среды используется вода комнатной температуры.

Закалка: быстро удалите материал из печи, погрузите его в большой резервуар с водой при температуре окружающей среды и энергично перемешайте.

Для стали 1045 закалочной средой является вода при комнатной температуре (для других сталей используются другие закалочные среды, такие как масло или рассол).

4. Аустенизация, закалка и отпуск:

Аустенизация: Поместите сталь в печь при температуре 1562 ° F в диапазоне аустенита и держите ее там в течение часа, пока металл не достигнет равновесной температуры.
Закалка: быстро выньте сталь из печи, погрузите ее в большую емкость с водой комнатной температуры и энергично перемешайте.
Характер:
1. Доведите сталь до температуры отпуска и подержите там около 2 часов.
2. Существует ряд различных температур отпуска. Для стали 1045 диапазон составляет от 392 до 932 ° F.
3. Разные температуры приводят к различиям в механических свойствах.
4. Более низкие температуры дают более высокий предел текучести, но меньшую вязкость и пластичность.
5. Более высокие температуры дают более низкую прочность, но повышают ударную вязкость и пластичность.
Охлаждение на воздухе: достаньте сталь из печи и дайте ей остыть на воздухе до комнатной температуры.

Терминология и определения термической обработки

Старение: Закалка старением, обычно после быстрого охлаждения или холодной обработки.

Размягчение при старении: Самопроизвольное снижение прочности и твердости, которое происходит при комнатной температуре в некоторых деформационно-упрочненных сплавах, особенно в сплавах алюминия.

Старение: Процесс выдержки металлов при комнатной или заданной температуре с целью повышения их твердости и прочности за счет осаждения; старение также используется для повышения стабильности размеров металлов, таких как отливки.

Сталь для закалки на воздухе: Легированная сталь, не требующая закалки от высокой температуры для затвердевания, но закаленная простым охлаждением на воздухе свыше ее критического диапазона температур.

AISI: Сокращение от American Iron & amp; Институт стали.

Аллотропия: Способность материала существовать в нескольких кристаллических формах.

Сплав: Вещество с металлическими свойствами, состоящее из двух или более химических элементов, из которых по крайней мере один является металлом.Пайка алюминия погружением: соединение алюминиевых деталей с использованием алюминиевого сплава при температуре выше 450 ° C и в соляной среде. Соль действует как флюс или чистящее средство для соединяемых поверхностей.

Отжиг: Для нагрева и последующего охлаждения материала или для обработок, направленных на изменение механических или физических свойств для получения определенной микроструктуры. Изменения свойств включают снятие напряжения, придание мягкости, изменение пластичности или ударной вязкости или изменение электрических или магнитных свойств.

ASMi: Аббревиатура от American Society of Metals International.

ASTM: Аббревиатура Американского общества испытаний материалов.

Атмосфера: Газовая среда, в которой обрабатываемый металл нагревается для обработки. Атмосферы используются для защиты от химических изменений или для изменения химического состава поверхности стали путем добавления или удаления углерода, азота, водорода и кислорода, а также для добавления определенных металлических элементов, таких как хром, кремний, сера и т. Д.

Austempering: Закалка стали путем закалки от температуры аустенизации до соли и превращения аустенита в бейнит. Аустемперинг часто увеличивает пластичность и вязкость.

Аустенит: Твердый раствор железа и углерода (а иногда и других элементов), полученный нагреванием материала до температуры выше верхней критической температуры (или температуры превращения).

Аустенизация: Процесс образования аустенита путем нагрева сплава железо / углерод выше температуры его превращения.Температура аустенизации варьируется для разных марок углеродистых, легированных и инструментальных сталей.

AWS: Аббревиатура американского сварочного общества.

Закалка – обзор | Темы ScienceDirect

2.12.2.5 Снятие напряжений

Закалка неизбежна для упрочнения большинства промышленных алюминиевых сплавов. В большинстве случаев для улучшения механических свойств предпочтительнее быстрое охлаждение. К сожалению, быстрое охлаждение может привести к возникновению остаточных напряжений в деталях из-за неоднородного пластического течения (неупругих деформаций) из-за сильных температурных градиентов.⁷³ Эти остаточные напряжения могут привести к короблению во время закалки, ухудшению стабильности размеров во время обработки и уменьшению усталостной долговечности во время эксплуатации. ⁷⁴ Следствием остаточного напряжения является деформация. Например, во время обработки детали с остаточным напряжением равновесное напряженное состояние искажается, и возникает новое равновесие; при этом неизбежна локальная пластическая деформация.

Уровень остаточного напряжения зависит от таких свойств, как модули упругости и коэффициент теплового расширения используемых материалов.Кроме того, температурный градиент между поверхностью и внутренней частью детали важен, потому что поверхность охлаждается намного быстрее, чем внутренняя часть, вызывая растягивающие напряжения на поверхности; очевидно, что сжимающее напряжение будет развиваться внутри (рис. 20 (а)). ⁷⁵ Поскольку температура поверхности все еще достаточно высока, она остается пластичной и может выдерживать любые возникающие напряжения. В результате не возникает остаточного напряжения. На втором этапе внешний слой холоднее внутреннего и восстанавливает прочность.Соответственно, эластичная поверхность может противостоять любой пластической деформации внутри (рис. 20 (б)). Остаточного напряжения не возникает. По мере дальнейшего увеличения температурного градиента скорость охлаждения сердечника становится больше, чем у поверхности; следовательно, эластичная внутренняя часть попытается изменить свои размеры. Однако это будет ограничиваться упругой поверхностью. В результате интерьер будет пытаться втянуть поверхность внутрь. То есть растягивающее напряжение возникает в сердечнике, а сжимающее напряжение образуется на поверхности (рис. 20 (c)).Это сбалансированное напряжение и есть остаточное напряжение.

Рис. 20. Упрощенная диаграмма, показывающая эволюцию напряжения в образце во время закалки (стрелки представляют силы, действующие на каждую секцию). (а) Шаг 1: внешний слой и сердцевина находятся в пластичном состоянии. (b) Шаг 2: внешний слой находится в упругом состоянии, но сердцевина все еще находится в пластическом состоянии. (c) Шаг 3: и внешний слой, и сердцевина находятся в упругом состоянии.

По материалам Ref. [75], используется с разрешения.

Остаточные напряжения можно снимать термическими или механическими методами.

Термические методы включают модификации графика термообработки путем изменения температуры, а время охлаждения используется для снижения напряжений. Например, использование состояния T7 (перезарядка) для литья вызывает потерю свойств по сравнению с состоянием T6, но такая жертва жизненно важна по сравнению с улучшением механических свойств. Кроме того, чтобы уменьшить величину остаточного напряжения, можно применять менее строгий метод закалки. Например, в качестве охлаждающей жидкости можно использовать кипящую воду или органическую охлаждающую жидкость.Однако, поскольку эти охлаждающие вещества замедляют скорость охлаждения, конечные механические свойства могут не достигать желаемого уровня ⁷⁶, поскольку развитие микроструктуры будет нарушено. Это интуитивно предполагает прерывистую закалку различными закалочными веществами. Тем не менее, были проведены некоторые работы по снижению стресса. ⁷⁷

Механический метод включает растяжение или сжатие термообработанных деталей, что обеспечивает небольшую и контролируемую пластическую деформацию при комнатной температуре или повышенной температуре.Примечательно, что обозначение состояния сплавов несколько отличается, что снижает остаточные напряжения за счет пластической деформации. Например, если остаточное напряжение снимается путем растяжения, то обозначение состояния становится Tx51 (x обозначает цифру стандартного состояния). Точно так же Tx52 используется, когда остаточное напряжение снимается сжатием. Для аэрокосмического сплава AA7010 было замечено, что 1% холодное сжатие может снять большую часть остаточного напряжения, возникающего во время закалки. ⁷⁸ Однако это не может уменьшить растягивающие напряжения в сердечнике, и восприимчивость к SSC остается.Еще 2% холодного сжатия в конечном итоге сняли большую часть остаточных напряжений, и напряжение сжатия возникло внутри детали. Однако механический метод не подходит для большинства литых изделий, поскольку литые изделия обычно имеют сложную форму. Следовательно, для снятия остаточных напряжений путем сжатия потребуются специальные штампы. Растяжка может вообще не подходить для литых изделий.

Остаточное напряжение также можно уменьшить с помощью обработки и стабилизации при отрицательных температурах.Это просто включает в себя воздействие на детали температур ниже и выше RT после обработки раствором. Для достижения температуры ниже комнатной можно использовать сухой лед, смешанный со спиртом, до температуры -70 ° C. Также задействовано несколько циклов закалки деталей при минусовых температурах с последующим нагревом в кипятке. Один из таких методов известен как метод закалки в гору. ⁷⁹ Этот процесс включает сначала охлаждение детали в охлаждающей жидкости с кипящей водой в течение заданного периода времени, а затем в жидком азоте в течение определенного периода времени.После извлечения из бака с жидким азотом деталь опрыскивают кипящей водой или водяным паром или снова погружают в бак с кипящей водой. Затем применяется процесс естественного или искусственного старения.