Режимы термообработки стали 40х: Сталь 40Х - Термообработка

Режимы термообработки стали 40х: Сталь 40Х – Термообработка – Металлический форум

alexxlab | 11.10.1979 | 0 | Разное

Содержание

Термическая обработка, закалка сталь 45, сталь 40Х.

Описание и история сплава

Название сплава расшифровывается как хромоникелевая конструкционная легированная сталь. За качество стали 40ХН отвечает ГОСТ 4543-71, который относит его к классу высокопрочных сталей для применения в конструкционных целях (хромоникелевый стальной сплав с легирующими элементами). То есть для получения изделий, применяемых при машиностроении и строительстве. Внедрение никеля в состав сплава — улучшает показатель химической устойчивости.

Скачать ГОСТ 4543-71

Данный факт впервые был представлен общественности во Франции химиком Жозефом Луи Прустом в 19-ом веке. Он выдвинул теорию о том, что железные метеориты практически не поддаются процессу коррозии из-за входящего в их состав никеля.

Механические свойства стали 40ХН

Спустя два десятка лет с того момента, Майкл Фарадей впервые изготовил сплав с соединениями железа и никеля, который отличался высокой устойчивостью к процессу коррозии. Однако получить сплав с улучшенными характеристиками по упругости, антикоррозийными свойствами и прочностью к механическому воздействию удалось лишь после химического вывода ковкого никеля. По характеристикам 40ХН имеет большую устойчивость к коррозийному процессу за счет добавления в состав хрома, который также усиливает прочностные свойства стали.

Отпуск и нормализация

Отпуск проводится непосредственно сразу после завершения закалки, так как есть большая вероятность возникновения трещин в структуре. Разогревается изделие в этом случае до точки ниже критической, проводится выдерживание на протяжении определенного промежутка времени и выполняется охлаждение. Отпуск обеспечивает улучшение структуры, устраняет напряжение и повышает пластичность, устраняет хрупкость стали 40Х.

Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска

Различают три вида рассматриваемой термообработки:

Низкий отпуск определяет разогрев поверхности до 250 °С с выдержкой и охлаждение на воздухе. Применяется для снятия напряжений и незначительного повышения пластичности практически без потери твердости. В случае конструкционного сплава применяется крайне редко.
Средний отпуск позволяет нагревать изделие до 500 °С. В этом случае вязкость значительно повышается, а твердость снижается. Используют этот метод термообработки при получении пружин, рессор и некоторого инструмента.
Высокий позволяет раскаливать деталь до 600 °С. В этом случае происходит распад мартенсита с образованием сорбита. Подобная структура представлена лучшим сочетанием прочности и пластичности. Также повышается показатель ударной вязкости. Используют этот метод термообработки для получения деталей, применяемых при ударных нагрузках.

Еще одним видом распространенной термообработки является нормализация. Зачастую нормализация проводится путем разогрева металла до верхней критической точки с последующей выдержкой и охлаждением в обычной среде, к примеру, на открытом воздухе. Проводят нормализацию для придания мелкозернистой структуры, что приводит к повышению пластичности и ударной вязкости.

Читать также: Как натянуть сварную сетку без провисания

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Состав 40ХН

40 ХН – сталь, имеющая в составе такие элементы как углерод – в процентном соотношении от 0,36% до 0,44% (один из самых важных элементов), марганец от 0,5% и вплоть до 0,8%, вкрапления никеля в соотношении от 1% до 1,4%, порошок кремния от 0,17% до 0,37%, элементы серы и фосфора – каждый из которых не превышает 0,035%, также соединения хрома от 0,45 до 0,75% и добавление 0,3% меди. Сталь 40ХН относится к высококачественным легированным сталям в первую очередь из-за содержания фосфора и серы менее 0,36% в процентном соотношении.

Химический состав стали 40ХН

Сталь 40Х

Общие данные

Заменитель

Сталь 40ХФ, Сталь 40ХР, Сталь 45Х, Сталь 38ХА, Сталь 40ХН, Сталь 40ХС,

Вид поставки

Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 10702-78. Калиброванный пруток ГОСТ 7414-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73.
Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77.

Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74.

Полоса ГОСТ 82-70, ГОСТ 103-76, ГОСТ 1577-81.

Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8733-87, ГОСТ 13663-68.

Назначение

Оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, зубчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.

Химический состав (по ГОСТ 4543-2016)

Химический элемент	%
Углерод (C)	0.36-0.44
Кремний (Si)	0.17-0.37
Медь (Cu), не более	0.30
Марганец (Mn)	0.50-0.80
Никель (Ni), не более	0.30
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr)	0.80-1.10
Сера (S), не более	0.035

Механические свойства

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2	HB
Пруток. Закалка 860 °С, масло. Отпуск 500 °С, вода или масло	25	780	980	10	45	59
Поковки. Нормализация. КП 245	500-800	245	470	15	30	34	143-179
Поковки. Нормализация. КП 275	300-500	275	530	15	32	29	156-197
Поковки. Закалка, отпуск. КП 275	500-800	275	530	13	30	29	156-197
Поковки. Нормализация. КП 315	<100	315	570	17	38	39	167-207
Поковки. Нормализация. КП 315	100-300	315	570	14	35	34	167-207
Поковки. Закалка, отпуск. КП 315	300-500	315	570	12	30	29	167-207
Поковки. Закалка, отпуск. КП 315	500-800	315	570	11	30	29	167-207
Поковки. Нормализация. КП 345	<100	345	590	18	45	59	174-217
Поковки. Нормализация. КП 345	100-300	345	590	17	40	54	174-217
Поковки. Закалка, отпуск. КП 345	300-500	345	590	14	38	49	174-217
Поковки. Закалка, отпуск. КП 395	<100	395	615	17	45	59	187-229
Поковки. Закалка, отпуск. КП 395	100-300	395	615	15	40	54	187-229
Поковки. Закалка, отпуск. КП 395	300-500	395	615	13	35	49	187-229
Поковки. Закалка, отпуск. КП 440	<100	440	635	16	45	59	197-235
Поковки. Закалка, отпуск. КП 440	100-300	440	635	14	40	54	197-235
Поковки. Закалка, отпуск. КП 490	<100	490	655	16	45	59	212-248
Поковки. Закалка, отпуск. КП 490	100-300	490	655	13	40	54	212-248

Механические свойства при повышенных температурах

t испытания, °C	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2
Закалка 830 °С, масло. Отпуск 550 °С,
200	700	880	15	42	118
300	680	870	17	58
400	610	690	18	68	98
500	430	490	21	80	78
Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм кованый и отожженный. Скорость деформирования 5 мм/мин, скорость деформации 0,002 1/с.
700	140	175	33	78
800	54	98	59	98
900	41	69	65	100
1000	24	43	68	100
1100	11	26	68	100
1200	11	24	70	100

Механические свойства в зависимости от температуры отпуска

t отпуска, °С	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2	HB
Закалка 850 °С, вода
200	1560	1760	8	35	29	552
300	1390	1610	8	35	20	498
400	1180	1320	9	40	49	417
500	910	1150	11	49	69	326
600	720	860	14	60	147	265

Механические свойства в зависимости от сечения

Сечение, мм	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, Дж/м2	HB
Закалка 840-860 °С, вода, масло. Отпуск 580-650 °С, вода, воздух.
101-200	490	655	15	45	59	212-248
201-300	440	635	14	40	54	197-235
301-500	345	590	14	38	49	174-217

Технологические свойства

Температура ковки

Начала 1250 °С, конца 800 °С. Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.

Свариваемость

трудносвариваемая. Способы сварки: РДС, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка. КТС — необходима последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием

В горячекатаном состоянии при НВ 163-168, σB = 610 МПа Ku тв.спл. = 0.20, Ku б.ст. = 0.95.

Склонность к отпускной способности

склонна

Флокеночувствительность

чувствительна

Температура критических точек

Критическая точка	°С
Ac1	743
Ac3	815
Ar3	730
Ar1	693
Mn	325

Ударная вязкость

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Состояние поставки, термообработка	+20	-25	-40	-70
Закалка 850 °С, масло. Отпуск 650 °С.	160	148	107	85
Закалка 850 °С, масло. Отпуск 580 °С.	91	82	54

Предел выносливости

σ-1, МПа	τ-1, МПа	n	σB, МПа	σ0,2, МПа	Термообработка, состояние стали
363	1Е+6	690
470	1Е+6	940
509	960	870
333	240	5Е+6	690
372	Закалка 860 °С, масло, отпуск 550 °С.

Прокаливаемость

Закалка 850 °С. Твердость для полос прокаливаемости HRCэ.

Расстояние от торца, мм / HRC э
1.5	4.5	6	7.5	10.5	13.5	16.5	19.5	24	30
50.5-60.5	48-59	45-57.5	39-5-57	35-53.5	31.5-50.5	28.5-46	27-42.5	24.5-39.5	22-37.5

Термообработка	Кол-во мартенсита, %	Крит.диам. в воде, мм	Крит.диам. в масле, мм	Крит. твердость, HRCэ
Закалка	50	38-76	16-48	43-46
90	23-58	6-35	49-53

Физические свойства

Температура испытания, °С	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа	214	211	206	203	185	176	164	143	132
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа	85	83	81	78	71	68	63	55	50
Плотность, ρn, кг/см3	7850	7800	7650
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)	41	40	38	36	34	33	31	30	27
Уд. электросопротивление (ρ, НОм · м)	278	324	405	555	717	880	1100	1330
Температура испытания, °С	20- 100	20- 200	20- 300	20- 400	20- 500	20- 600	20- 700	20- 800	20- 900	20- 1000
Коэффициент линейного расширения (α, 10-6 1/°С)	11.8	12.2	13.2	13.7	14.1	14.6	14.8	12.0
Удельная теплоемкость (с, Дж/(кг · °С))	466	508	529	563	592	622	634	664

Зарубежные аналоги Стали 40Х

США	Германия	Япония	Франция	Англия	Евросоюз	Италия	Бельгия	Испания
—	DIN,WNr	JIS	AFNOR	BS	EN	UNI	NBN	UNE
5135	1,7034	SCr435	37Cr4	37Cr4	1.7034	36CrMn4	37Cr4	37Cr4
5140	1,7035	SCr435H	38C4	41Cr4	1.7035	36CrMn5	41Cr4	38Cr4
5140H	1,7045	SCr440	38C4FF	530A36	1.7039	37Cr4	45C4	38Cr4DF
5140RH	37Cr4	SCr440H	41Cr4	530A40	37Cr4	38Cr4KB	41Cr4
G51350	41Cr4	42C4	530h46	37Cr4KD	38CrMn4KB	41Cr4DF
G51400	41CrS4	42C4TS	530h50	41Cr4	41Cr4	42Cr4
H51350	42Cr4	530M40	41Cr4KD	41Cr4KB	F.1201
H51400	41CrS4	F.1202
F.1210
F.1211
Китай	Швеция	Болгария	Венгрия	Польша	Румыния	Чехия	Австралия	Юж.Корея
GB	SS	BDS	MSZ	PN	STAS	CSN	AS	KS
35Cr	2245	37Cr4	37Cr4	38HA	40Cr10	14140	5132H	SCr435
38CrA	40Ch	41Cr4	40H	40Cr10q	5140	SCr435H
40Cr	41Cr4	Cr2Z	SCr440
40CrA	Cr3Z	SCr440H
40CrH
45Cr
45CrH
ML38CrA
ML40Cr

Условные обозначения

Механические свойства
σB	временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа
σ0,2	предел текучести условный, МПа
σсж	предел прочности при сжатии, МПа
σсж0,2	предел текучести при сжатии, МПа
σ0,05	предел упругости, МПа
σизг	предел прочности при изгибе, МПа
σ-1	предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
δ5 , δ4 , δ10	относительное удлинение после разрыва, %
ψ	относительное сужение, %
ν	относительный сдвиг, %
ε	относительная осадка при появлении первой трещины, %
τК	предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
τ-1	предел выносливости при испытании на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
KCU и KCV	ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами вида U и V, Дж/см2
HRCэ и HRB	твёрдость по Роквеллу (шкала C и B соответственно)
HB	твёрдость по Бринеллю
HV	твёрдость по Виккерсу
HSD	твёрдость по Шору
Физические свойства
E	модуль упругости нормальный, ГПа
G	модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа
ρn	плотность, кг/м3
λ	коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙°C)
ρ	удельное электросопротивление, Ом∙м
α	коэффициент линейного теплового расширения, 10-61/°С
с	удельная теплоёмкость, Дж/(кг∙°С)

Поделиться:
Post Views: 880

Применение

Основной областью применения стали 40ХН является производство деталей для механизмов, эксплуатируемых в условиях постоянной нагрузки, когда механизмы работают при больших скоростях скольжения и высокой вибрации. К примеру, такие как: соединительные трубки и муфты для механизмов в нефтедобывающей промышленности, поршневые шатуны, оси, и валы. Зубчатые колеса, гидроцилиндровые штоки и тому подобные детали также изготавливают из стали 40ХН, так как она обеспечивает высокое качество конечного продукта.

Буровой вал из стали 40ХН

Цильпебс стальной, произведенный из марки 40ХН

И даже такие серьезные детали, как трубопроводная арматура, роторные, коленчатые и редукторные валы, применяющиеся при авиастроении, детали двигателей воздушного охлаждения и исполинских деталей, работающих при температурах свыше 500 градусов по Цельсию, изготавливаются из этого материала.

Если проще, то особенности стали 40ХН делают ее пригодной для изделий, одними из свойств которых должны быть прочность и вязкость материала.

Толщина у стенок изделия, состоящего из этого материала, не должна превышать порог в 120 миллиметров.

Процесс сварки

Сварочная деятельность с легированными сталями довольно трудна, в связи с особенностями, вызывающими образования хрупких элементов в околошовной зоне из-за закалки (то есть сварка должна исполняться по определенной технологии). В лучшем случае проводить сварочные работы лучше перед отпуском изделия при прогреве или перед отжигом, но исключительно после сварки. Температурное воздействие на сплав 40ХН заключается в закаливание сплава, сопровождающееся дальнейшим отпуском изделия. После таких манипуляций свойства стали приобретают удвоенную выносливость к образованию трещин по сравнению с состоянием до сварочных работ. Предел выносливости стали же возрастает в 6 раз.

Для сварки элементов, изготовленных из этой стали, требуется первоначально добиться твердости Н=2860-3020 МПа. В этом помогает термообработка стали 40ХН, с последующим отпуском в температурах от 550 до 860 градусов Цельсия. Далее изделие подвергается повторному нагреву в электропечи при температурах от 350 до 400 градусов Цельсия.

Лист стали 40ХН

Затем производится сам процесс сварки в два слоя с обязательной зачисткой от шлака швов в режиме силы сварочного тока от 160 до 200 А. Не мало важно чтобы ток был постоянным с обратной полярностью. Для сварки обычно применяются высококачественные электроды с маркировкой УОНИ 13/55 типа Э50А с диаметром в 4 миллиметра и катетом шва в 8 миллиметров.

Процесс закалки

Процесс обработки высокой температурой стали 40Х и иного сплава называют закалкой. Стоит учитывать, что нагрев выполняется до определенной температуры, которая была определена путем многочисленных испытаний. Время выдержки, после которого проводится охлаждение, а также другие моменты можно узнать из специальных таблиц. Провести нагрев в домашних условиях достаточно сложно, так как в рассматриваемом случае нужно достигнуть температуры около 800 градусов Цельсия.

Химический состав стали 40Х

Результатом сильного нагрева и выдержки металла 40Х на протяжении определенного времени с последующим резким охлаждением в воде становится повышение твердости и уменьшение пластичности. При этом результат зависит от нижеприведенных показателей:

скорости нагрева металла 40Х;
времени выдержки;
от скорости охлаждения.

При проведении работы в домашних условиях следует учитывать температуру обработки и время охлаждения.

Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска

При выборе метода разогрева поверхности следует обратить внимание на ТВЧ. Этот метод более популярен, чем обычная объемная обработка по причине достижения необходимой температуры за более короткое время.

В домашних условиях ТВЧ используется крайне редко. После проведения работы при использовании ТВЧ повышается эксплуатационная прочность детали, что связано с появлением поверхностных сжимающих напряжений.

Провести закалку 40Х на примере изделия болта М24 можно следующим образом:

разогревается электропечь;
следует провести разогрев до 860 °C, для чего в некоторых случаях необходимо 40 минут;
время, необходимое для аустенизации, после которого проводится охлаждение, составляет 10-15 минут. Равномерный желтый цвет изделия – признак правильного прохождения процесса закалки 40Х;
завершающим этапом становится охлаждение в ванной с водой или другой жидкостью.

Определить самостоятельно момент, после которого следует охладить металл, в промышленных и домашних условиях невозможно. Именно поэтому по проведенным исследованиям было принято, что для нагрева металла в электропечах необходимо 1,5-2 минуты на один миллиметр, после чего структура может быть перегрета.

Определение твердости проводится по методу Роквелла. Улучшение, проведенное путем отпуска или закалки, можно измерить при помощи обозначения HRC. Стандартное обозначение HR, к которому проводится добавление буквы в соответствии с типом проведенного испытания. Обозначение HRC наиболее часто встречается, последняя буква означает использование алмазного конуса с углом 1200 при испытании.

Обработка и закалка

После сварочных работ готовая деталь охлаждается за счет понижения температуры при отключении печи, при этом находясь под чутким контролем. В результате таких манипуляций полученный на изделии шов при рентгеновском облучении покажет отсутствие дефектов. Наличие поверхностных трещин проверяется зачисткой и шлифовкой швов с последующим нанесением слоя кислоты.

Также качество сварочного соединения проверяется современными макрошлифами.

Изготовленные с применением подобной технологии изделия успешно проходят макроисследования при котором выявляются плотность строения наплавленного металла в зоне сварочного шва и ближайших к нему зон. Микроструктура в этих местах изменяется от ферритно-перлитной до сербитообразной перлитной. Также образцы деталей из стали 40ХН проходят испытание на твердость, смысл которой в том, чтобы подтвердить неизменность структуры стали в зоне шва после сварки.

Закалка изделий из данного материала происходит в процессе погружения в масло, однако детали крупных габаритов иногда закаливают в воде после чего, как можно скорее, перемещаются в масло или подвергаются воздействию низкий отпуска. Не редкостью является и процесс закаливания высокочастотными токами, после нагрева которыми производится отпуск. В конечном итоге, такие манипуляции повышают твердость поверхности изделия.

Закалка стали в домашних условиях

Бывают ситуации, когда домашний мастер сталкивается с проблемой повышения прочностных характеристик бытового инструмента. Причем для решения этой задачи нет необходимости обращаться к специалистам, поскольку он сам может все сделать самостоятельно. Справиться с этой задачей можно, обладая минимум оборудования и знаний.
Рассмотрим более подробно ситуацию на топоре. Если рассматривается инструмент советского производства, то можно не сомневаться в его высоком качестве изготовления. В то же время подобного нельзя сказать об изделиях, которые продаются сегодня. Если присутствуют признаки заминания или выкрашивания, то из этого можно сделать вывод о нарушении требований технологии закалки. Однако в силах каждого мастера исправить эту ситуацию.

Первое, что нужно сделать — разжечь костер с углями. Желательно довести его до такого состояния, чтобы угли имели как можно более белый цвет. Так можно будет понять, что они нагрелись до максимально высокой температуры. Помимо этого, нам понадобятся две емкости. В первую мы нальем масло, в качестве которого можно использовать обычное машинное. Другой же резервуар следует наполнить чистой холодной водой.

Дождавшись момента, когда кромка инструмента приобретет малиновый цвет, топор извлекают из костра. Чтобы избежать ожога вследствие взаимодействия с высокой температурой, рекомендуется использовать кузнечные клещи или любую иную альтернативу им. После этого нужно быстро поместить топор в емкость с маслом и держать его там в течение 3 секунд. По истечении этого времени топор извлекают, дают остыть ему в течение тех же 3 секунд, после чего операцию повторяют. Проводить процедуру погружения топора в масло нужно до тех пор, пока инструмент не лишится своего яркого света.

Далее нам предстоит погружать топор в емкость с водой, при этом важно периодически мешать жидкость. Этой операцией завершается закалка стали в домашних условиях.

Металловедение и программирование – Разработка технологического процесса изготовления медицинского скальпеля

1. Выбор материала

Скальпели предназначены для рассечения мягких биологических тканей при хирургических вмешательствах.

В зависимости от назначения инструмент изготавливается:

– скальпель многоразовый;

– скальпель одноразовый стерильный;

– съемное лезвие для скальпеля;

– съемное лезвие для скальпеля одноразовое стерильное;

Для изготовления скальпелей и съемных лезвий применяется сталь нержавеющая марок 40Х13 ГОСТ 5582, 95Х18 ГОСТ 5949.

Выбранная для изготовления скальпеля сталь должна быть коррозиостойкой и позволять не только производить первоначальную острую заточку, но и длительно сохранять ее при пользовании.

Рассмотрим технологию изготовления скальпелей из стали 40Х13.

Химический состав и механические свойства данной стали приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 Химический состав стали 40Х13

C	Cr	Fe	Mn	P	S	Si
0,36-0,45	12-14,0	Осн.	≤0,8	≤0,030	≤0,025	≤0,8

Таблица 2 Нормированные механические свойства при 20 °С

ГОСТ	Вид продукции	Режим термической обработки	Сталь	σ_в, Н/мм²	δ₅, %	HRC	НВ
ГОСТ	Вид продукции	Режим термической обработки	Сталь	не менее
ГОСТ 5582-75	Лист тонкий	Отжиг или отпуск при 740-800 °С	40Х13	550	15	–	–
ГОСТ 5949-75	Сорт Ø, ¤ до 200 мм Калиброванная сталь	Отжиг или отпуск	40Х13	–	–	–	229-143
ГОСТ 5949-75	Сорт Ø, ¤ до 200 мм Калиброванная сталь	Закалка: с 950-1050°С; отпуск при 200-300°С, охлаждение на воздухе или в масле	40Х13	–	–	50	–

Содержание хрома в количестве 12-14% обеспечивает необходимую коррозиостойкость стали. Благодаря высокому содержанию углерода стали имеют мартенситную структуру с наличием карбидов и остаточного аустенита, что обеспечивает необходимую твердость и износостойкость. Мартенситные стали обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабоагрессивных средах (в слабых растворах солей, кислот) и имеют высокие механические свойства.

2. Термообработка

Эти стали применяют после закалки и отпуска на заданную твердость. Благодаря малой критической скорости закалки стали 40X13 закаливаются на мартенсит при охлаждении на воздухе (рис. 1). Закалку изделий из этих сталей проводят от температур 950—1020°С, так как только выше этих температур происходит полное растворение в аустените карбидов Сr₂₃С₆. После закалки стали отпускают на требуемую твердость. Так, после закалки сталь 40Х13 имеет твердость HRC 56-58, после отпуска при 200—300 °С HRC 50, а после отпуска при 600 °С HRC 32-34. В интервале 480-520 °С наблюдается существенное снижение пластичности и ударной вязкости сталей из-за развития отпускной хрупкости.

Рис. 1 Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита стали 40Х13. 1 – закалка в масле, 2 – охлаждение на воздухе, 3- охлаждение в печи

После закалки стали имеют высокую коррозионную стойкость. Отпуск при 200—400 °С проводят для снятия внутренних напряжений; он не оказывает влияния на коррозионную стойкость. При отпуске выше 500 °С происходит распад мартенсита на феррито-карбидную смесь и выделение карбидов типа Ме₂₃С₆, структура стали становится гетерогенной, ферритная матрица обедняется хромом, коррозионная стойкость резко снижается. Отпуск при более высоких температурах повышает коррозионную стойкость.

Термообратка скальпеля из стали 40Х13 проводится путем закалки при температуре 950—1020°С с охлаждением на воздухе и низкого отпуска при 200 °С, что дает возможность сохранить Мартенситную структуру.

Литература:

– ГОСТ 30208-94 (ИСО 7153-1-88)/ГОСТ Р 50328.1-92 (ИСО 7153-1-88) Инструменты хирургические. Металлические материалы. Часть 1. Нержавеющая сталь.

– Специальные стали. Учебник для вузов. Гольдштейи М. И., Грачев С. В., Векслер Ю. Г. М.: Металлургия, 1985. 408 с.

Режимы термообработки стали

Термическую обработку применяют для устранения напряжений, оставшихся в изделии после сварки, а также для улучшения структуры металла сварного шва. После сварки или в процессе сварки применяют такие виды термической обработки, как отжиг, нормализация, отпуск.

Нагрев при отжиге изделия в предварительной печи ведут постепенно. Для низко и среднеуглеродистых сталей температура достигает 600-680°С. При этой температуре сталь становится пластичной, и напряжения снижаются. После нагрева следует выдержка при достигнутой температуре из расчета 2,5 минуты на 1 мм толщины свариваемой детали, но не менее 30 минут. Затем изделие охлаждается вместе с печью.

Существуют и другие виды отжига: местный и полный отжиг. Режимы отжигов выбирают согласно справочной литературе. Для разных сталей применяют свои технологические параметры отжига.

Нормализация отличается от отжига тем, что после отжига сваренную конструкцию охлаждают на спокойном воздухе. После нормализации сохраняется мелкозернистая структура металла, что позволяет обеспечить его относительно высокую прочность и твердость, но без напряженного состояния.

Стали с высоким содержанием углерода в процессе сварки закаливаются, возрастает их твердость и хрупкость. Такие изделия из углеродистых сталей подвергают нормализации с последующим отпуском. В этом случае нагревание производят до 400-700°С, и после этого сваренные детали медленно охлаждают.

При газовой сварке сталей термическая обработка служит средством повышения пластичности металла шва. В некоторых случаях участки шва нагревают до светло-красного цвета каления и в этом состоянии проковывают. Зерна металла измельчаются, пластичность и вязкость повышаются. Во избежание появления наклепа (новое напряженное состояние) проковку следует прекратить при остывании металла до темно-красного цвета. После проковки необходимо провести повторную нормализацию.

Режимы термообработки стали

Термическая обработка для конструкций из углеродистых и низколегированных сталей марок СТЗсп, Ст3пс, 20, 25, 30, 25Л, ЗОЛ, 20К, 22К, 09Г2С, 15ГС, 16ГС, 20ГСЛ, 1 ОХСНД, О8ГДНФЛ

Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т=200°С.
Нагрев с производственной скоростью до Т=300°С.
Выдержка при температуре 300+25°С на протяжении 1-2 часов.
Нагрев со скоростью не более 70°С в час до Т=590°С.
Выдержка при температуре 590°С ± 15°С назначается из расчета 1 час на каждые 25 мм наибольшего сечения сварного шва конструкции с округлением в большую сторону до целого часа.

В случае заварки выборок выборка берется из расчета 1 час на 25 мм глубины выборки. Началом выдержки следует считать время, когда показания печных или подставных термопар будут находиться в интервале 590°С ± 15°С. Примечание: При наличии в садке конструкций разных толщин выдержка назначается по максимальной толщине.

Термическая обработка аустенитных сталей, типа Х18Н10Т после сварки, для которых требуется испытание на МКК

Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т=300°С.
Нагрев со скоростью не более 100-120°С в час до Т=850°С.
Выдержка при температуре 850°С для толщин:

⌀ = 10 мм – 2 часа,

⌀ = 20 мм – 4 часа,
⌀ = 30 мм – 6 часов,
⌀ = 50 мм – 8 часов,
свыше 50 мм – 10 часов,

Охлаждение со скоростью не более 40°С в час до Т=200°С, дальнейшее охлаждение на воздухе.

Примечание: Время выдержки выбирается по наибольшей толщине в конструкции.

Термическая обработка для конструкций из углеродистых стали и сталей 08Х13 после сварки электродами ЭА-39519

Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т-300°С.
Нагрев с производственной скоростью до Т=300°С.
Выдержка при температуре 300°С — 1 час.
Нагрев со скоростью не более 50°С в час до Т=680°С.
Выдержка при температуре 680°С ± 10°С для толщин:

⌀ = 4-50 мм – 3 часа,
⌀ = 60-80 мм – 5 часов,
⌀ = 90 мм – 8 часов.

Охлаждение со скоростью не более 40°С в час до Т=200°С, дальнейшее охлаждение на воздухе.

Примечание: Время выдержки выбирается по наибольшей толщине в конструкции.

Термическая обработка для конструкций из углеродистых и низколегированных сталей марок СТ3сп, Ст3пс, 20, 25, 30, 25Л, ЗОЛ, 20К, 22К, 09Г2С, 15ГС, 16ГС, 20ГСЛ, 10ХСНД, 08ГДНФЛ

Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т=200°С.
Нагрев с производственной скоростью до Т=300°С.
Выдержка при температуре 300°С ± 25°С на протяжении 1-2 часов.
Нагрев со скоростью не более 70°С в час до Т=590°С.
Выдержка при температуре 590°С ± 15°С назначается из расчета 1 час на каждые 25 мм наибольшего сечения сварного шва конструкции с округлением в большую сторону до целого часа.

В случае заварки выборок выборка берется из расчета 1 час на 25 мм глубины выборки. Началом выдержки следует считать время, когда показания печных или подставных термопар будут находиться в интервале 590°С ± 15°С. Примечание: При наличии в садке конструкций разных толщин, выдержка назначается по максимальной толщине.

Промежуточная термическая обработка для конструкций из стали ОбХ12НЗД и О6Х12НЗД-Л, после сварки электродами ЦЛ-51

Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т=200°С.
Нагрев со скоростью не более 70°С в час до Т=620°С ± 10°С.
Выдержка при температуре 620°С ± 10°С для толщин:

⌀ = 40-70 мм – 4 часа,
⌀ = 80 мм – б часов,
⌀ = 100 мм – 8 часов,
⌀ = 200 мм 10 часов,
⌀ = З00 мм – 18 часов.

Охлаждение со скоростью не более 40°С в час до Т=150°С, дальнейшее охлаждение на воздухе.

Примечание: Время выдержки выбирается по наибольшей толщине в конструкции.

Окончательная термическая обработка для конструкций из стали ОБХ12НЗД и О6Х12НЗД-Л, после сварки электродами ЦЛ-51

Посадка в «холодную» или нагретую печь до Т=200°С.
Нагрев со скоростью не более 70°С в час до Т=630°С ± 10°С.
Выдержка при температуре 630°С ± 10°С для толщин:

⌀ = 40-70 мм – 4 часа,
⌀ = 80 мм – 5 часов,
⌀ = 100 мм – 6 часов,
⌀ = 200 мм – 10 часов,
⌀ = 300 мм – 18 часов.

Охлаждение со скоростью не более 40°С в час до Т=150°С, дальнейшее охлаждение на воздухе.

Примечание: Время выдержки выбирается по наибольшей толщине в конструкции.

Термическая обработка для конструкций из стали 08Х13 и 12Х13, после сварки электродами марки Э-12Х13

Посадка в нагретую печь до Т=300°С.
Нагрев со скоростью не более 70°С в час до Т=710°С.
Выдержка при температуре 710°С ± 10°С для толщин:

⌀ = 4-8 мм – 3 часа,
⌀ = 10-15 мм – 4 часа,
⌀ = 20-30 мм – 5 часов,
⌀ = 40 мм – 6 часов,

Охлаждение со скоростью не более 40°С в час до Т=200°С, дальнейшее охлаждение на воздухе.

Примечание: Время выдержки выбирается по наибольшей толщине в конструкции.

Термообработка ТВЧ партий деталей

Сталь 40Х

Как ранее было отмечено, для правильного проведения закалки и отпуска стали следует учитывать ее состав и многие другие особенности. Выбрать правильно режимы термической обработки можно с учетом следующей информации:

Рассматриваемая сталь относится к конструкционной легированной группе. Легированная группа характеризуется содержанием большого количества примесей, которые определяют изменение эксплуатационных качеств, в том числе твердости.
Используется в промышленности при создании валов, осей, штоков, оправок, реек, болтов, втулок, шестерней и других деталей.
Показатель твердости до проведения термической обработки HB 10 -1 = 217 Мпа.
Температура критических точек определяет момент, при котором сталь 40Х начинает терять свои качества из-за термической обработки: c1= 743 , Ac3(Acm) = 815 , Ar3(Arcm) = 730, Ar1 = 693.
При температуре отпуска 200 °С HB = 552.

Расшифровка стали 40Х говорит о том, что в составе материала находится 0,40% углерода и 1,5% хрома.

Скачать ГОСТ 4543-71 «Прокат из легированной конструкционной стали 40Х»

Закалка стали 40Х

При сильном нагреве практически все материалы изменяют свои физические характеристики. В некоторых случаях нагрев проводится целенаправленно, так как подобным образом можно улучшить некоторые эксплуатационные качества, к примеру, твердость. Термическая обработка на протяжении многих лет используется для повышения твердости поверхности стали. Выполнять закалку следует с учетом особенностей металла, так как технология повышения твердости поверхности создается на основании состава материала. В некоторых случаях провести закалку можно в домашних условиях, но стоит учитывать, что сталь относиться к труднообрабатываемым материалам и для придания пластичности нужно проводить сильный нагрев до высоких температур при помощи определенного оборудования. В данном случае рассмотрим особенности нагрева стали 40Х для повышения пластичности и проведения закалки или отпуска.

Процесс закалки

Химический состав стали 40Х

скорости нагрева металла 40Х;
времени выдержки;
от скорости охлаждения.

При проведении работы в домашних условиях следует учитывать температуру обработки и время охлаждения.

Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска

При выборе метода разогрева поверхности следует обратить внимание на ТВЧ. Этот метод более популярен, чем обычная объемная обработка по причине достижения необходимой температуры за более короткое время.

Читать также: Переделка топора своими руками фото

Провести закалку 40Х на примере изделия болта М24 можно следующим образом:

разогревается электропечь;
следует провести разогрев до 860 °C, для чего в некоторых случаях необходимо 40 минут;
время, необходимое для аустенизации, после которого проводится охлаждение, составляет 10-15 минут. Равномерный желтый цвет изделия – признак правильного прохождения процесса закалки 40Х;
завершающим этапом становится охлаждение в ванной с водой или другой жидкостью.

Этапы термообработки стали.

Термообработкой стали называется совокупность этапов нагрева, выдержки и охлаждения твёрдых металлических сплавов. В результате в металле происходят изменения внутреннего строения и структуры, что в свою очередь приводит к получению заданных свойств стали. Твердость металла после термообработки измеряется по шкале Роквелла, подробно описанной в нашей статье «Методы определения твердости».

Процесс термической обработки стали включает в себя нагрев заготовки до требуемой температуры с определенной скоростью, выдержки при этой температуре в течении требуемого времени и охлаждение с заданной скоростью. В рамках этих процессов, можно выделить такие этапы, как: отжиг, нормализация, закалка, отпуск, обработка холодом. При изготовлении ножей из кованной стали термообработка занимает большее количество этапов: ковка, отжиг, шлифовка, повторный отжиг, правка остаточных искривлений, закалка, отпуск. В данной статье мы коснемся общих понятий процесса термообработки стали, выпущенной промышленным методом, когда заготовка клинка вырезается из уже готовой полосы металла.

1. Отжиг

Отжиг применяется для заготовок из углеродистой и легированной стали с целью снижения твердости или уменьшения внутренних напряжений. Отжиг также готовит структуру к последующей термообработке и улучшению неоднородности. Технологически отжиг представляет из себя медленное охлаждение раскаленной заготовки. Может применятся и так называемый изотермический отжиг при 760 ºС с быстрым охлаждением до 635 ºС, нахождением заготовки при этой температуре в течении 4-6 часов и дальнейшим охлаждением на воздухе.

2. Нормализация

Нормализация отличается от полного отжига способом охлаждения, которой после выдержки заготовки при температуре процесса производится на воздухе. При этом изменяется структура стали, она приобретает более высокую твердость и мелкозернистую структуру, чем при отжиге. Нормализация стали представляет собой нагрев до температур, на 50 °C выше точки завершения превращения избыточного цементита в аустенит. Нагревание ведется до полной перекристаллизации. Охлаждение производится в воздушной среде, чаще всего просто на месте термообработки. В результате сталь приобретает мелкозернистую, однородную структуру. Характеристики твердости и прочности стали после нормализации увеличиваются 10-15 %, чем после отжига. В так называемых заэвтектоидных инструментальных сталях, с содержанием углерода более 0,8% (именно такие стали в основном применяются в ножах), разрушается цементитная сетка, окружающая перлитные зерна. Это снижает хрупкость стали, подготавливает ее к закалке.

3. Закалка стали

— это этап термообработки, который заключается в нагреве стали выше критической температуры с последующим резким охлаждением в жидких средах. Критической в данном случае будет температура, при которой произойдет изменение типа кристаллической решетки, то есть осуществится полиморфное превращение. Технологически закалка представляет собой форсированное охлаждение раскаленной стали. Она уменьшает структуру зерна, повышает твердость, прочность, износоустойчивость. Закалка состоит из нагрева стали до температуры выше или в интервале превращений, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения обычно с большой скоростью (в водных растворах солей гидроксида натрия или хлорида натрия в воде, масле, в расплавленных солях, на воздухе). В процессе закалки сталь нагревается до высокой температуры порядка 750–1150 °C с последующим резким охлаждением, чтобы произошедшие фазовые превращения не успели вернуться к исходному состоянию.

Закалка делится на несколько видов:

1) Ступенчатая закалка

В некоторых случаях, для небольших заготовок, применяют закалку ступенчатым методом. Изделия нагревают, а затем помещают в щелочной расплав (от 3500 до 4000 С). Заготовку выдерживают определённый период времени, достаточный для выравнивания температуры внутри изделия. Легированные стали охлаждают в масле, нелегированные в воде. Данный способ обеспечивает необходимую твердость, а вероятность появления трещин и напряжений будет резко сокращаться.

2) Изотермическая закалка

Изотермическая закалка проходит в режиме ступенчатой, но при этом металл выдерживается в щелочи до тех пор, пока полностью не освободится от напряжений. После изометрической закалки не требуется проводить отпуск. Метод пригоден для обработки сложных деталей, подверженных деформациям и трещинам.

3) Закалка в одном охладителе

Закалка в одном охладителе применяется при работе с заготовками из углеродистых и легированных сталей. Обычно это достаточно «простые» ножевые стали, не требующие сложной обрабоки.

4) Прерывистая закалка в двух средах

Прерывистая закалка в двух средах применяется для обработки высокоуглеродистых сталей, при котором первоначально происходит быстрое охлаждение в воде, а затем медленное охлаждение в масле.

5) Струйчатая закалка

Струйчатая закалка– метод применяется при частичной (зонной) закалке изделия, реализуется в установках ТВЧ (установка нагрева токами высокой частоты) и индукторах обрызгиванием детали мощной струей воды.

Закалка является критически важным этапом термообработки. При нарушении технологии закалки могут возникнуть следующие дефекты:

1) Недостаточная твердость закаленной детали, в следствии низкой температуры нагрева, малой выдержки при рабочей температуре или недостаточной скорости охлаждения.

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

3) Пережог возникает при нагреве стали до весьма высоких температур, близких к температуре плавления (1200—1300° С) в окислительной атмосфере. Кислород проникает внутрь стали, и по границам зерен образуются окислы. После этого сталь приобретает высокую хрупкость и становится не пригодной к использованию под большими нагрузками, в первую очередь поперечными.

4) Окисление и обезуглероживание стали характеризуются образованием окалины (окислов) на поверхности деталей и выгоранием углерода в поверхностных слоях. Такая сталь может стать полностью непригодной к эксплуатации на клинке ножа.

5) На поверхности заготовки могут образовываться коробления и трещины, что бывает связано с возникновением внутренних напряжений. Во время нагрева и охлаждения стали происходят объемные изменения, зависящие от температуры и структурных превращений. Естественно, такие изменения приводят к полной непригодности заготовки.

Таким образом именно нарушения технологии на этапе закалки могут приводить к излишней хрупкости клинка, обычно называемой «перекалом», или же наоборот недостаточная твердость — «недокал». А также к скрытым внутренним напряжениям, из-за которых клинки ломаются под нагрузкой. Для улучшения рабочих качеств стали после закалки применяется так называемый «отпуск».

4. Отпуск

Отпуском стали называется процесс термообработки предварительно закаленной стали, способствующий повышению равновесия ее структуры. Отпуск применяется после закалки стальных заготовок, при этом повышаются вязкие свойства, уменьшается хрупкость и внутреннее напряжение.

Отпуск производится немедленно после закалки, путем нагрева стали до температуры 150–550 °C (в зависимости от марки стали) и охлаждения в воздушной среде, либо в воде или масле. Высокоуглеродистые стали отпускают в воде, при этом происходит достаточно быстрое охлаждение. Если оно будет замедленным, это может привести к «недокалу», сталь не приобретет необходимых прочностных свойств. Легированные нержавеющие стали отпускают в масле, в котором процесс охлаждения происходит медленней. К таким сталям, в частности, относятся современные порошки S30V, S35VN, Elmax, и т.п. Чаще всего отпуск таких сталей происходит при температурах от 175 до 220 градусов. Использование масла в данном случае обязательно, так как при увеличении скорости охлаждения, легированная сталь может растрескаться и станет не пригодной к использованию. Также большую роль в охлаждении играет и разновидность масла, в частности степень его плотности и текучести. Для некоторых марок высоколегированных сталей вместо масла применяется охлаждение воздушной струей после предварительного нагрева до 1050–1100 °C.

Очень важным фактором качественного отпуска является траектория движения и угол погружения клинка в охлаждающую среду. Нарушение технологии может привести к искривлению клинка. Важную роль здесь играет качественный отжиг, который и необходим для снятия внутренних напряжений, приводящих к искривлениям клинка.

Чаще всего для ножевых изделий используется низкотемпературный отпуск (до 2500 С). Он позволяет добиться повышения прочности и вязкости при сохранении твердости сплава (HRC остается в пределах от 58 до 63).

Для определения температуры при отпуске изделия, используется визуальное наблюдение цветов побежалости. В частности, ослепительно бело-голубой цвет заготовки, соответствует температуре порядка 1600 °С, желто-белый – 1200 °С, ярко-красный – 500 °С и т.п. Цвета побежалости одинаково проявляются и на сырой, и на закаленной стали.

5) Криообработка

Достаточно часто последним этапом термообработки клинков ножей становится криогенная обработка. Криообработка — это процесс обработки металлических заготовок при сверхнизких температурах (ниже −153°С (-243,4 °F)). Она производится в целях снятия остаточных напряжений и повышения износостойкости деталей. Она также способствует увеличению твёрдости, износостойкости, прочности и пластичности металлов. В среднем улучшение этих характеристик происходит в пределах 20 %, но такие показатели относятся в основном к хорошим легированным сталям, в том числе и порошковым быстрорезам. Среди них может быть качественная американская D2, а также ELMAX, VANADIS 10, K340. Специальное оборудование для проведения криогенной обработки называется «криогенный процессор». Он представляет собой низкотемпературную камеру, оснащенную системой управления процессом криогенной обработки. Общий цикл обработки в современных криопроцессорах происходит в течение трех суток: 24 часа происходит промораживание до минимальной температуры, 24 часа идёт выдержка заготовки при этой температуре и 24 часа происходит нагрев до изначальной температуры. В некоторых криопроцессорах существует технологическая возможность для нагнетания температуры до 200 градусов по Цельсию и это дает возможность производить отпуск металла.

Термообработка стали на клинке является одним из важнейших факторов, отвечающих за рабочие качества ножа и его эффективность в работе. Только при максимальной точности технологических процессов возможно получить максимальное качество закаленной стали. В свою очередь качество термической обработки сильно влияет на заточку ножа. Любые проблемы, возникавшие в этом процессе, обязательно проявят себя при заточке и не позволят качественно заточить нож. Только на ножах с отличной «термичкой» мы можем достичь максимального уровня остроты.

Отпуск и нормализация

Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска

Различают три вида рассматриваемой термообработки:

Низкий отпуск определяет разогрев поверхности до 250 °С с выдержкой и охлаждение на воздухе. Применяется для снятия напряжений и незначительного повышения пластичности практически без потери твердости. В случае конструкционного сплава применяется крайне редко.
Средний отпуск позволяет нагревать изделие до 500 °С. В этом случае вязкость значительно повышается, а твердость снижается. Используют этот метод термообработки при получении пружин, рессор и некоторого инструмента.
Высокий позволяет раскаливать деталь до 600 °С. В этом случае происходит распад мартенсита с образованием сорбита. Подобная структура представлена лучшим сочетанием прочности и пластичности. Также повышается показатель ударной вязкости. Используют этот метод термообработки для получения деталей, применяемых при ударных нагрузках.

Читать также: Из какого металла лучше делать ножи

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Термообработка, отжиг и термическая обработка стали в СПб

Три основные вида термической обработки стали:

отжиг;
закалка;
отпуск.

Первичной операцией по термической обработке стали является отжиг. Во время этой процедуры материал нагревается до определенной температуры, выдерживается некоторое время, а затем медленно охлаждается вместе с нагревательной печью. Цель и выполнение операции отжига стали могут быть различными. Обычно его применяют для снятия внутреннего напряжения, улучшения механических свойств, облегчения обрабатываемости различными режущими инструментами, уменьшения твердости и подготовки к последующим видам термической обработки стали. В зависимости от применяемой температуры для термического нагрева и назначения разделяют несколько процессов отжига стали:

полный;
неполный;
диффузионный;
изотермический;
на зернистый перлит.

Полный отжиг стали проводится после горячей механической обработки и литья легированных и углеродистых сплавов. Его основной целью является измельчение зерна металла и смягчения для улучшения дальнейшей механической обработки режущим инструментом, а также для ликвидации внутреннего напряжения. Неполный отжиг применяют при удовлетворительных свойствах сплава для снижения повышенной твердости и снятия внутреннего напряжения. Получаемая сталь становится пригодной для механической обработки и не имеет внутреннего напряжения.

Термообработка стали 40х проводится методом отжига на зернистый перлит. Такая группа высокоуглеродистых сталей со структурой пластинчатого перлита обладают плохой обрабатываемостью режущими инструментами. Этот вид термической обработки позволяет изменить структуру кристаллической решетки, преобразовав перлит в зернистый. Для этого применяют циклический или маятниковый термический нагрев, чередуя его с охлаждением. Изотермический отжиг применяют для марок материала с высоким содержанием хрома, при этом происходит полное преобразование аустенита в однородную структуру. Диффузионный отжиг проводится для уменьшения или полного устранения химической неоднородности стали, получаемой при кристаллизации слитков.

Компания Феррополис проводит любой вид термической обработки стали на современном оборудовании со строжайшим соблюдением всех моментов технологического процесса. Наши высокопрофессиональные работники придадут готовой продукции любые нужные свойства, позволяющие получаемым деталям значительно повысить свои физические и эксплуатационные характеристики.

Отличные свойства при правильной термообработке. Блог о заточке Механические свойства стали 40х13

Любая марка стали обладает своим набором характеристик и свойств. При производстве любого изделия металлурги пытаются сделать так, чтобы все требуемые характеристики были на максимальном уровне. Однако произвести сплав, который будет подходить для любых целей невозможно. По этой причине приходится выбирать, какие именно параметры нужно улучшить, чтобы успешно применять сплав в определенном направлении.

Общее описание сталей

Сталь 40 х 13 является наиболее востребованной при производстве ножей. Характеристики этого продукта лучше всего подходят для создания именно такого товара. Здесь стоит понимать, что чем сложнее химический состав, тем сложнее и дольше будет процесс обработки. Кроме того, значительно будет увеличиваться и стоимость готового изделия. Важно также знать, что наилучшая сталь для изготовления ножей, к примеру, получается только после термической обработки.

Основные качества сплава

Один из первых и очень важных параметров – это высокая жаропрочность материала.
Второй параметр, который также играет очень важную роль – это стойкость к разным видам коррозии. Это значительно увеличивает срок службы всех изделий, который изготовлены из этой марки.
Сталь 40 х 13 относится к составам, которые практически никогда не ржавеют.

Подобный продукт во многом обязан своими высокими антикоррозионными качествами сложному и длительному технологическому процессу производства, куда обязательно входит такой этап, как закалка материала. Результатом подобной процедуры стало полное растворение такого вещества, как карбид. Именно это и дает высокую защиту от коррозии.

Может случиться так, что стойкость к этому дефекту может быть снижена. Чаще всего это происходит в том случае, если количество карбида в хроме слишком маленькое или если температура плавки стали снижается до 600 градусов. Однако при правильном технологическом процессе этого обычно не происходит.

Сталь 40 х 13 проходит плавку в специальных печах открытого типа. Для проведения этой процедуры можно использовать печи индукционного типа. Сам процесс плавки металла происходит при температуре от 850 до 1100 градусов по Цельсию. Для того чтобы избежать трещин при сильном нагреве, технологическая операция происходит поэтапно, где чередуется нагрев и охлаждение материала.

Обработка материала

Термообработка стали 40 х 13 – это процедура, которая во многом определяет наличие положительных характеристик у сплава. После прохождения этого этапа, материал состоит из таких частиц, как карбиды, мартенситы, остаточные аустениты. Если во время температура будет превышать 1050 градусов по Цельсию, то будет образовываться больше аустенитных частиц. Это приведет к тому, что твердость стали 40х13 будет снижаться. Если понизить температуру плавки металла до 450-550 градусов по Цельсию, то можно получить такой эффект, как вторичная твердость. Это происходит из-за того, что при такой температуре начинает выделяться вещество, которое называется мелкодисперсным карбидом.

Применение сплава

Основное предназначение использования стали 40 х 13 – это изготовление недорогих, но достаточно прочных кухонных ножей. Все товары из такого сплава отлично подходят для применения в бытовых условиях, так как он практически никогда не покроется ржавчиной. Кроме того, достаточно просто точить ножи, которые сделаны из такой марки стали. Их очень удобно использовать, а также ухаживать за ними.

Преимуществом сплава стало еще и то, что он не только достаточно острый, чтобы успешно резать любые продукты питания, но он еще и полностью безопасен в экологическом плане, что и позволяет применять его на кухне.

Еще одно направление использования такой стали – это изготовление скальпелей медицинского типа. Возможно производство также других деталей, таких как пружины, подшипники и другие. Единственное отрицательное качество этого материала – это низкая устойчивость к воздействию агрессивной окружающей среды, а также высокой температуры. По этим причинам такая сталь не подходит для применения при сварке, к примеру.

Любой материал, в том числе и сталь, обладает определёнными свойствами, которые присущи только ему. Специалисты, занимающиеся разработкой новых сортов стали, прилагают максимум усилий для получения оптимальных свойств и характеристик. Это в полной мере относится и к стали 40Х13.

Основные характеристики

Сталь 40Х13, иногда её обозначают как 4Х13, относят к коррозионно-стойким, жаропрочным маркам. Отечественным заменителем является сталь 30Х13. В химический состав этого материала входят:

углерод до 0,45%;
хром до 14%;
остальные материалы (кремний, марганец и пр.) до 0,8%.

Такой состав позволяет изготавливать из этой стали следующую продукцию:

режущий и мерительный инструмент;
медицинский, в том числе и хирургический инструмент;
элементы конструкций, работающих в слабых агрессивных средах.
пружины, крепёжные изделия, валы подшипники, способные работать в агрессивных средах, в том числе и при температурах до 450 ºC.

Этот материал получают в открытых печах. Чаще всего применяют индукционные печи. Плавку стали производят при температурах от 850 до 110 градусов цельсия. Такой режим обеспечивает её полную деформацию. Для предотвращения образования трещин и других дефектов применяют различные температурные режимы, применяемые попеременно. Кстати, для применения деталей из марки 40Х13 в агрессивных средах, в целях повышения её стойкость к коррозионному воздействию, рекомендуется шлифовать их поверхность.

Сталь этой марки недопустимо применять для создания конструкций с применением любых видов сварки.

Аналоги

Среди импортных аналогов стали марки 40х13 можно назвать следующие:

США – 420;
Германия – 1.4031;
КНР – 4С13.

ГОСТ

Металлургическая промышленность выпускает следующий сортамент — лист (ГОСТ 5582-75), пруток ГОСТ 18907-73, проволоку (ГОСТ 18143-72).

Термообработка стали

Свои уникальные свойства, в частности, повышенную стойкость к коррозии, марка 40Х13 получает в результате сложной термической обработки.

После закалки, составляющими компонентами стали 40Х13 являются:

карбиды;
мартенситы;
остатки аустенитов.

Надо отметить, что при температуре порядка 1050 ºC сталь теряет свою твердость. Это вызвано в первую очередь тем, при таком режиме растёт количество аустенита. Но при понижении температуры до 500 ºC твёрдость возвращается. Это обусловлено тем, что происходит удаление карбидов из структуры стали.

Финишная термообработка (закалка) производится при температуре 950 – 1000 ºC, с последующим охлаждением в масле или на воздухе. При соблюдении всех технологических режимов сталь получить требуемую твёрдость и коррозионную стойкость.

Технологические свойства стали 40Х13

Марка 40Х13 обладает хорошей технологичностью при проведении пластической деформации в горячем состоянии. Ее проводят при температуре от 850 до 1100 ºC. Но надо помнить что при резком нагреве, сталь может потерять ряд своих уникальных свойств, например, твердость. Именно поэтому процедуру нагрева необходимо проводить с небольшой скоростью. По достижении температуры 830 ºC можно выполнять прокат или ковку. Охлаждение стали необходимо также проводить медленно.

Сталь 40Х13 плохо подвергается холодной деформации.

Ряд характеристик коррозионно-стойкой и углеродистой стали во многом схожи, в частности, в твёрдости. Но они имеют различную микроструктуру и это приводит к появлению определённых сложностей в процессе механической обработки.

Основные сложности, возникающие при точении и фрезеровании стали марки 40Х13 это:

упрочнение, возникающие в процессе резания;
удаление отходов обработки;
ускоренный износ режущего инструмента.

Дело в том, что при обработке 40х13 резанием, стружка не ломается как у большинства углеродистых сталей, а завивается в виде длинной стружки. Для решения этой проблемы на режущий инструмент устанавливают специальные приспособления – стружколомы.

Низкая теплопроводность хороша при использовании 40Х13 на практике, но создаёт определённые сложности при точении. То есть в месте обработки резко поднимается температура, вследствие чего происходит образование наклёпа и неравномерное упрочнение поверхности. Такое свойство стали приводит к снижению ресурса режущего инструмента и увеличению обработки детали.

Еще одно свойство 40Х13 – это наличие в ее составе карбидных и других соединений, имеющих микроскопический размер. Их наличие делает сталь неким подобием абразива, который выводит режущий инструмент из строя и это приводит к замедлению обработки.

Для эффективной обработки нержавейки применяют режущий инструмент, на поверхность которого наносят карбид вольфрама и другие упрочняющие покрытия.

Применение стали 40Х13

Уникальные свойства стали этой марки позволили применять её в авиастроении. Дело в том, что эта отрасль постоянно нуждается в материалах, которые обладают высокой прочностью во время работы при высоких температуре, например, в авиационном двигателе. Кроме того, в современной авиационной технике детали, выполненные из этой стали, применяют в силовых элементах конструкции фюзеляжа и пр.

Материал для ножей должен иметь определенные свойства. Быть достаточно мягким, чтобы заточить, твердым, чтобы при резании не затупился. Не ржаветь, противостоять перепадам температуры, достаточно безопасным для пищевой промышленности. Необходимые качества достигаются составом и обработкой. Популярный сплав для производства ножей нержавеющий 40Х13 . Он применяется в быту, промышленности, у рыболовов, охотников. Эта сталь отличается от других – невысокой стоимостью и легкостью в обслуживании. Качество материала зависит от страны производителя, чистоты сплава.

Характеристики стали

Сталь – мартенситного класса, предназначена для деталей, работающих при температурном диапазоне до 450 градусов , а также в коррозионных средах. Относится к группе Х13 . Отсутствие никеля уменьшает образование карбидов, что способствует стабильности механических свойств. Количественный состав дополнительных легирующих элементов одинаков по группе. Это позволяет иметь ряд механических и химических свойств в результате применения технологии термообработки:

Коррозионная устойчивость.
Жаропрочность.
Жаростойкость.
Износостойкость.

Стойкость к коррозии обеспечивает содержание мартенсита , карбидов и остаточного аустенита в закаленном состоянии микроструктуры. Отличается повышенной устойчивостью к вибрации и знакопеременным нагрузкам, которые возникают у изделий, работающих до температуры выше 300 градусов Цельсия .

Для материала такого класса получить сочетание прочности и твердости – не просто. Чем выше твердость, тем более хрупкие становятся детали, а при нагрузках на удар они будут склонны к образованию трещин.

Термическую обработку применяют в зависимости от условий работы изделия. Для валов и осей, работающих в условиях механического и коррозионного износа во влажной среде, применяют нормализацию с выдержкой и высоким отпуском. Для изделий, подвергающихся ударным нагрузкам при эксплуатации, применяют ступенчатую закалку с высоким отпуском, количество циклов зависит от требуемой твердости поверхности.

Показатель твердости поверхности для ножа 40-60 HRC . Рабочий диапазон 52-58 HRC . Сталь 40Х13 трудно поддается закалке . Но можно добиться 57 HRC . Состояние поставки обеспечивает твердость проката до 229 HB .

Хорошо подвергается горячей деформации – ковке при режиме медленного нагрева и охлаждения. Холодная деформация ограничена.

Сплав выпускается в горячекатаном виде. Бывает листовой, фасонный, сортовой прокат, калиброванный пруток, полоса, лента, проволока.

Аналоги стали и область применения

4Х13 – старое название. Существуют зарубежные аналоги, отличающиеся чистотой сплава, отсутствием или наличием примесей.

Зарубежные аналоги разных поставщиков: американские AISI420, японские SUS420J2, французские X40Cr14, английские 420S45, итальянские X40Cr14, испанские F.3404, китайские 4C13, польские 4h33, чешские 17024. Все аналоги имеют похожие характеристики.

Область применения:

Мерительный инструмент.
Режущий инструмент.
Предметы домашнего обихода.
Медицинские инструменты.
Валы.
Пружины.
Подшипники.
Мерительные приспособления для ковочного производства.
Детали компрессорных установок.
Режущие ножи аппаратов для горячей штамповки.

Преимущества применения стали

Преимущества эксплуатации деталей из сплава 40Х13:

Срок службы деталей из 40Х13 неограничен.
Изделия показывают устойчивость к коррозии.
Относительно невысокая стоимость сырья и готового изделия.
Нож, изготовленный из этого материала, будет обладать достаточной гибкостью.
Не требует регулярной заточки.
Не тупится кромка при правильном применении.

Недостатки использования

К недостаткам деталей, изготовленных из 40Х13 можно отнести:

Неустойчивость к агрессивным средам.
Плохая свариваемость деталей.
Для достижения необходимого показателя твердости необходимо применять многоступенчатую закалку с отпуском.
Не использовать на твердой поверхности.
Не рекомендовано хранить в сырых условиях, деталь подвергается точечной коррозии.

Появление коррозионных точек, из-за неправильного хранения, уберет повторная заточка, что относят к недостаткам и преимуществам стали.

Как изготовить нож из стали 40Х13

Технология изготовления ножа из стали 40Х13 такая же, как для других марок сталей. Если делать свой первый клинок, то сталь 40Х13 нужна, чтобы освоить технологический процесс .

Заготовка должна быть откована, желательно заданной конфигурации . Процесс ковки упрочняет структуру, что хорошо скажется на свойствах режущей части.

На поковку наносится шаблон будущего лезвия, вырезается по контуру. Резка производится только в отпущенном состоянии заготовки, с одновременным охлаждением. Нельзя допускать перегрева при резании.

Предварительно обрабатываются и затачиваются кромки, плоскость до нужных размеров, сверлятся отверстия в рукоятке для установки крепления штифтов. Производится термообработка (закалка, отпуск) для придания твердости и пластичности.

Заготовка шлифуется с обязательным охлаждением. Перегрев отпустит сталь, уменьшит прочность. Полируется до блеска.

Изготовленная деревянная ручка устанавливается на штифтах. Ее клеят на эпоксидный клей, шлифуют до гладкости, чтобы хорошо сидела в руке, обрабатывают маслом. Масло защищает от влажности, придает деревянной ручке красивый вид. Окончательная шлифовка режущей кромки лезвия. Удобный и практичный нож готов.

Вывод

Безопасная и широко применяемая сталь подходит для обычных кухонных ножей . Без них не обойтись в хозяйстве – простота ухода, легкость в заточке, нержавеющие свойства. Нарезка любых продуктов не составляет никакой трудности. Достаточная твердость тела ножа, острота кромки, не слишком широкий нож – позволит тонко нарезать любой продукт.

Широко применяется для повседневной жизни – нож на кухонном столе, скальпель в руках хирурга, измерительные приспособления, пружины, валы, изделия домашнего обихода, и промышленности.

Многие мастера задумываются о том, как . В первую очередь речь идет, конечно же, о стали. В последнее время российский рынок наводнила дешевая китайская продукция. Металл низкого качества часто красиво выглядит, но отличается мягкостью. Для того чтобы металлический инструмент был пригоден к применению, сталь должна быть твердой. Эта проблема обычно успешно решается при помощи соответствующей термической обработки – закалки.

Для чего нужна закалка и отпуск стали

Главный минус этих методов заключается в том, что они непригодны для использования дома. Тем не менее часто возникают ситуации, когда изделия из стали, купленные в специализированном магазине, нуждаются в дополнительной обработке, а именно в укреплении. с последующим отпуском необходима, потому что:

Чаще всего для изготовления изделий, необходимых в быту, используется металл марки АЦ40ХМ. Для машиностроения чаще всего применяется марка 40ХГМ. Для изготовления хирургических инструментов – металл марки 40х. Закалка металла в домашних условиях, при соблюдении всех технологий, не менее эффективна, чем укрепление стали на производстве.

Во время работы с металлом, особенно при высоких температурах и при наличии источников открытого огня, следует безукоризненно соблюдать технику безопасности. Это касается как рабочего в сталелитейном цехе, так и домашнего мастера.

Эксперты категорически не рекомендуют закалять сталь с использованием химических веществ, так как есть риск получить серьезные ожоги или тяжелое отравление. Дома лучше всего использовать термический способ укрепления стальных изделий, когда молекулы металла плотнее притягиваются друг к другу благодаря активному выделению тепловой энергии. Все работы нужно проводить на открытом воздухе или в специально оборудованном помещении.

Основные преимущества

Закалять металл можно и самостоятельно. Главное – не забыть об отпуске металла, который нужно обязательно провести после закалки и нормализации температуры. Иногда эта процедура также называется «отжиг». Большой популярностью пользуется процедура укрепления металла при помощи масла или так называемая «закалка в двух средах» – в воде и масле. Но человеку, не имеющему опыта, не стоит браться за закалку с использованием горячих жидкостей, так как при нарушениях техники безопасности можно получить серьезную травму.

Отсутствие отпуска металла после закалки часто приводит к тому, что из-за резкого перепада температур металл становится тверже, но более хрупким и ломким. Если закаливание происходит на заводе, процедура отпуска происходит в полном соответствии с нормативами ГОСТ.

Вот основные преимущества закаливания стали в домашних условиях:

Если в качестве источника открытого огня используется костер, закаливание стали нужно проводить в безветренную погоду, чтобы случайный порыв ветра не стал причиной пожара. Нужно обязательно защитить глаза специальными очками, так как длительное наблюдение за ярким пламенем может отрицательно сказаться на зрении. Также необходимо надеть спецодежду, сделанную из материала, устойчивого к возгоранию.

Как сделать крепче топор

Для улучшения качества металла, из которого сделано лезвие топора, можно легко закалить его в домашних условиях. Лучше всего поддаются закалке колюще-режущие изделия из . Также не должно возникнуть проблем с изделиями из металла марки 40×13. Повысить твердость лезвия можно, просто опустив его в костер. Опытные мастера легко определяют степень закалки по цвету опущенного в него топора. Обычно изделие из стали 40х сначала становится ярко-красным, а потом цвет постепенно начинает бледнеть. Окраска металлического лезвия меняется в зависимости от температуры нагревания примерно следующим образом:

Ярко-красный цвет, когда изделие нагрелось до 300 градусов;
Оранжевый цвет при температуре около 400 градусов;
Насыщенная желтая окраска при нагревании до 500−600 градусов;
Светло-желтый, почти белый цвет на заключительном этапе, когда температура накаливания достигает примерно 750−800 градусов.

Как закалить стальной нож

Термическая обработка стальных ножей, ножниц или хирургических инструментов может осуществляться в муфельной печи. Такая печь хорошо подходит для изделий небольшого размера из стали марки 40х. Некоторые умельцы также используют для этой цели газовую горелку, но такой способ не отличается безопасностью, так как может произойти возгорание.

Основное преимущество муфельной печи заключается в том, что в ней можно осуществлять не только закалку, но и отпуск. Сконструировать это несложное устройство для термообработки металла можно своими руками. Закалка стали в домашних условиях в муфельной печи является безопасным способом повышения твердости металла без применения химических веществ (например, азота). Чтобы закалить нож из стали 40х, его нужно поместить в печку, пока она еще не нагрелась.

Поставить печь на режим постепенного нагрева до необходимой температуры;
Несколько раз порезать сургуч стальным ножом;
Проделать то же самое, но при постепенном снижении температуры;
Когда нож остынет, аккуратно очистить его от остатков расплавленного сургуча.

Такой способ часто используют хирурги для закаливания стальных скальпелей в домашних условиях. Также муфельную печь нередко применяют для укрепления металлических деталей, используемых при сборке и ремонте легковых и грузовых автомобилей.

Закаливание металла – прекрасный способ продлить срок годности металлического изделия. Конечно, лучше сразу приобретать закаленные детали и инструменты. Но если такой возможности нет, можно легко повысить твердость материала самостоятельно. При наличии определенных навыков и базовых познаний в области металлургии хороший хозяин без труда справится с этой важной задачей. Главное – соблюдать технику безопасности и не забывать о таком важном этапе закаливания, как отпуск или отжиг.

Машиностроение, строительство, а также множество других отраслей нашей промышленности предполагают использование различных материалов, среди которых отдельное место занимает сталь. Она насчитывает большое количество различных марок, отличительной особенностью которых являются их характеристики. Одной из наиболее популярных видов стали является сталь инструментальная. При маркировке такой стали, как правило, ставят три символа. Первым всегда идет буква «У», означающая, что данная сталь является углеродистой. Затем идет цифра, обозначающая количество углерода в данной марке стали. И последним символом может быть буква «А», которая говорит о том, что данная сталь относится к группе качественных сталей.

Состав инструментальной стали у8

Одной из марок инструментальных сталей, является марка У8 . Это углеродистая инструментальная сталь, в состав которой входит порядка 0.83 процента углерода. Помимо этого, в состав данной марки стали входят до 0,33 процента кремния и столько же марганца, не выше 0,028 процентов серы и не больше 0,25 процентов никеля, не выше 0,25 процентов меди, до 0,03 фосфора и до 0,2 процентов хрома. В качестве аналогов стали марки У8 , выступают у7 и у 10.
Основное применение стали У8 – это изготовление инструментов, при работе которых отсутствует нагревание. Такими инструментами могут быть отвертки кернеры, фрезы, кусачки боковые, плоские и витые пружины, комбинированные плоскогубцы, накатные ролики, детали механических часов, монтажные, слесарные и деревообрабатывающие инструменты и такое прочее.
Изготавливается сталь данной марки в виде горячекатаных кругов, просто листов, кованых полос и квадратов и так далее. Среди положительных характеристик стали марки У8 , стоит выделить простоту обработки во время нагревания и стойкость к появлению внутренних трещин в процессе обработки.

Характеристики и продукция стали 40Х

Помимо инструментальной, популярностью пользуется и конструкционная легированная сталь, среди которой стоит выбелить марку 40Х . Данная сталь отличается сложной свариваемостью, поэтому сталь при сварке требуется прогревать до температуры порядка 300 градусов по Цельсию, а уже после сварки, осуществлять термообработку. Не менее важно и то, что сталь марки 40Х флокеночувствительна, иотличается отпускной способностью. Наиболее распространенными деталями из стали 40Х являются оси, валы, шпиндели, плунжеры, кольца, вал-шестерни, болты, полуоси, рейки, втулки и многое другое.

Описание такой марки стали, как 40х13

Если возникает необходимость в нержавеющей жаропрочной и коррозийно-стойкой стали, прекрасным решением будет 40х13 . Такую свою черту, так устойчивость к коррозии, марка стали 40х13 получила благодаря закалке, позволяющей полностью растворить карбид. Стоит сказать, что для изготовления такой марки как 40х13, применяются индукционные печи, а также дуговые открытого типа. Прекрасным качеством данной марки стали является ее способность к деформации при температурах от 850 до 1100 градусов Цельсия. С целью избежать трещин, нагрев и охлаждение такой стали проводится в медленном режиме.

Круг сталь 40ХН: термообработка

При изготовления различных модификаций валов, муфт, шпинделей, осей, штоков, болтов и рычагов применяют сталь 40ХН. Данный вид металла отлично работает в критических условиях, выдерживая сильные вибрационные и динамические нагрузки. Из него даже делают валы, которые устанавливаются на крупносортные и рельсо-балочные станы, необходимые при горячей обработке металлов. Круг сталь 40ХН используется в создании ответственных элементов механизмов, где требуется высокий уровень прочности и хорошая вязкость.

Свойства 40ХН

В этой стали концентрация углерода достигает 0.39-0.41%, что обеспечивает ее высокие показатели прочности после соответствующей термообработки и формирования карбидных структур. Легирующими элементами в данном сплаве железа выступает хром (0.45-0.75%) и никель (1-1.4%).

Эта легированная хромникелевая сталь демонстрирует отличные антикоррозионные свойства. Наличие хрома обеспечивает прекрасную сопротивляемость коррозионным процессам. Такой металл отличается высокой механической прочностью и значительным пределом упругости.

После термообработки сталь получает повышенный уровень твердости 310-350 НВ, отличную предельную прочность на разрыв, достигающую 780Н/кв.мм, а также прекрасную ударную вязкость до 60 Дж/кв.см. При этом показатели предела текучести в ненагруженном состоянии остаются в районе 630-640 Н/кв.мм.

Методы термообработки 40ХН

Для увеличения прочностных характеристик металла его подвергают разным видам термической обработки. Круги из такой стали диаметром до 25 мм закаливают при нагревании до 850-870°С, с последующим охлаждением в ванну с маслом. Для закалки крупногабаритных деталей из этого металла их вначале охлаждают водой. Потом раскаленные изделия опускают в масло, либо подвергают немедленному низкому отпуску, при доведении температуры до 500-540°С. В качестве альтернативы закаливания могут использоваться нагрев поверхностей деталей с помощью токов высокой частоты и последующий отпуск. Подобный вариант термообработки обеспечивает формирование особо твердых (53-56 RC) поверхностных слоев металла.

Сталь 40ХН очень трудно сваривается, поскольку в околошовной зоне формируется область с хрупкой структурой. Чтобы предотвратить такие негативные процессы, используются специализированные технологии сварки, с предварительным разогревом соединяемых деталей. После проведения сварочных работ изделия подвергают отжигу или отпуску.

Оптимальные эксплуатационные параметры изделий, изготовленных из данной марки металла, являются детали и элементы конструкций, толщиной не больше 120 мм.

(PDF) Повышение износостойкости стальных изделий с помощью нетрадиционных методов термообработки

МЕЖДУНАРОДНЫЙ ЖУРНАЛ НАУЧНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ТОМ 9, ВЫПУСК 02, ФЕВРАЛЬ 2020 ГОДА ISSN 2277-8616

2508

IJSTR. орг

15%.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ

Для повышения износостойкости деталей машин и инструмента

используют легированные стали и сплавы. Их эффективность подтверждена специальными испытаниями на износ

.В качестве эталона выбирается любая сталь, за единицу которой принимается износ образца

. В наших исследованиях была поставлена еще одна цель

– определить эффективность использования

нетрадиционных технологий термообработки. В данном случае эталон

представляет собой образец той же стали, прошедшей термическую обработку

в соответствии с общепринятыми условиями.

Как правило, твердость образцов в обоих случаях равна

.Даже в таких условиях эффективность

нетрадиционных режимов термообработки была значительной. При трении скольжения

по фиксированному абразивному материалу (абразивной корке) применяется очень жесткий метод испытаний

. Образцы стали 45, 65Г

и У8 прошли предварительную нормализацию при предельной температуре нагрева

. После многократной фазовой рекристаллизации

от температуры Ac3 (или Ac1) + 30 ÷ 50 ° С, закалки

и низкого отпуска снижение износа составило 16, 15 и 15%,

соответственно.При трении скольжения по рыхлому абразивному материалу

(кремнеземная пыль) уменьшение износа составило для сталей 45, 65Г, У8,

соответственно 32, 40, 50%. При трении скольжения металл по металлу

после использования нетрадиционной термообработки В режимах

снижение износа достигает от 40 до 60%. При трении качения с проскальзыванием

этот эффект находится в диапазоне 40-50%. Полученные выше данные

указывают на целесообразность использования нетрадиционного

режимов термообработки для упрочнения деталей машин и инструментов,

, следовательно, для повышения их износостойкости, что позволит исключить использование высоколегированных сталей

, снизить материальные затраты

и будет способствовать локализации производства.Альтернативой вышеуказанному

является создание и производство новых марок стали

. В частности, для повышения износостойкости рабочих органов

почвообрабатывающих сельскохозяйственных машин разработаны новые марки стали

с пределом текучести 1200, 1500 и 1700 МПа

. Такие высокие механические свойства

были достигнуты путем комплексного легирования среднеуглеродистой стали 0,3

÷ 0,45% углерода.Основными легирующими элементами являются Mn, Cr, Ni,

Cu, Mo, V,

Cu, а также небольшие добавки Nb, Al, Ti, Cu. Всего 12

регламентировано составом элементов. Предлагаемая термообработка

– закалка 900 ° С и низкий отпуск.

Оценка износостойкости при стендовых испытаниях на установке типа ПВ-7

(трение скольжения по рыхлому абразивному материалу)

проводилась в сравнении со стандартом – сталь 45

HRC 37-42.Испытания показали, что относительная износостойкость

новой стали В1200 составляет 1,2-1,25; B1500 – 1,36-

1,54; B1700 – 1,52-1,59. В исследованиях, проведенных авторами

, после двухфазной рекристаллизации закалки

и низкого отпуска были получены следующие результаты: относительная износостойкость стали 45

при твердости 47 HRC –

1,47; Сталь 65Г с твердостью 60 HRC -1,66, сталь У8

с твердостью 59 HRC-2.0. Когда металл скользит по металлу

и трение качения с проскальзыванием, эффективность

по снижению износа и увеличению относительной износостойкости

увеличивается.

4 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. При нагревании стали до высоких температур наблюдаются экстремальные температуры

, когда после охлаждения образуются структуры

с повышенным уровнем (после нормализации)

плотности дислокаций или с ее высокой уровень (после закалки

).Экстремальные значения плотности дислокаций наблюдаются при

температурах нагрева 1100, 1000, 900 ° C с выдержкой

в течение 20-30 минут, 2 часов и 5 часов соответственно,

при нагревании. Величина увеличения плотности дислокаций

зависит от содержания в нем углерода

и легирующих элементов.

2. При закалке стали с предельной температурой нагрева

при γ – α превращении происходит увеличение плотности

дислокаций за счет фрагментации блоков мозаики

и роста микроискажений кристаллической

строение.При этом наблюдается значительное перераспределение

атомов углерода между фазами: переход

части атомов из тетрагональных положений кристаллической структуры

мартенсита в дислокации и

остаточного аустенита.

3. Дислокационные структуры, полученные при закалке или нормализации

после нагрева до экстремальных температур,

термически очень стабильны, а при повторном нагреве у них

достигают докритических температур, а их плотность в десятки

раз превышает эту сталей после нагрева до

обыкновенных температур.

4. Многократная фазовая рекристаллизация сталей, предварительно нагретых до экстремальных температур

, приводит к резкому увеличению плотности дислокаций

с 32 до 100 и даже 150% после закалки

, охлаждения и низкого отпуска. В этом случае максимальная плотность дислокаций

смещается на 50–100 ° С в область более высоких температур предварительной термообработки

(1150–1200 ° С)

5. Термическая обработка с двухфазной рекристаллизацией также

приводит к перераспределению атомов углерода между

фазами закаленной стали – миграции

атомов углерода из решетки мартенсита к дислокациям и

остаточного аустенита.

6. Величина аустенитного зерна после окончательной закалки

зависит как от температуры предварительной закалки

или нормализации, так и от промежуточного отпуска закаленной стали

7. В результате исследования была решена проблема разработки теоретических основ

для максимальной реализации

структурных параметров конструкции из закаленной стали в

, повышающих их общий уровень износостойкости с использованием не

традиционного нагрева. режимы лечения решены.

5 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Степанова Элина Вячеславовна, Сотникова Яна

Александровна Мировой опыт производства металлоконструкций

// Век науки. 2015. №4.

[2] Гинне Светлана Викторовна О методах защиты

строительных металлоконструкций от коррозии, снижающих

агрессивность агрессивной среды // Эпоха науки

. 2019. №18.

[3] Кулак В.В. К вопросу защиты стали от коррозии

/ Наука и молодежь: проблемы, поиски,

Решения

: Материалы Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых

.-Новокузнецк: Издательство. Центр

СибГИУ, 2016. – Вып. 20. – Часть IV. Технические науки. –

1922 с.

[4] Косачев В.Б. Коррозия сталей / Новости тепла

Поставка. – 2002. – № 1. 34-39 с.

[5] Цивадзе А.Ю. Наука и технологии / Коррозия:

материалов, защита. – 2003. – № 10. 13-16 с.

[6] Шлугер М.А. Коррозия и защита сталей / М.А.

Шлюгер Ф.Ф. Ажогин, М.А. Ефимов. М., 1981. – 216

с.

Влияние термической обработки на коррозию микролегированной стали в растворе хлорида натрия

Микролегированные стали находят широкое применение в кузовах автомобилей и других конструкционных деталях благодаря своей высокой прочности, а также высокой прочности. пластичность. Очень мелкозернистая микроструктура – причина сочетания прочности и пластичности. Сообщалось, что повторная закалка приводит к дальнейшему измельчению микроструктуры. В настоящем исследовании свойства коррозионной стойкости микролегированной стали E34 изучались в 3.5% раствор NaCl в различных микроструктурных условиях, таких как режим однократной прокатки и трехкратная закалка. Были использованы методы потери веса, метод потенциодинамической поляризации и электрохимической импедансной спектроскопии (EIS). Чтобы выявить коррозионную стойкость различных обработанных сталей, были проанализированы и сопоставлены некоторые важные характеристические параметры, такие как,,, и кривые линейной поляризации и EIS. Обнаружено, что при повторной рекристаллизации зерна становятся мельче, а скорость коррозии увеличивается, что позволяет предположить, что необходимо найти компромисс между высокими механическими свойствами и скоростью коррозии.

1. Введение

Микролегированные стали

находят широкое применение, включая автомобильные рамы, газопроводы, судовые плиты, мостовые балки и опоры электропередач, благодаря своей высокой прочности, а также высокой пластичности. Микролегированные стали для трубопроводов широко используются в нефтегазовой промышленности и предъявляют жесткие механические требования к высокосернистым средам и глубоководным газовым скважинам. Микролегированная сталь имеет ферритную матрицу из мягкой стали, но с чрезвычайно мелкозернистой структурой.Очень мелкозернистая структура этой стали обусловлена сочетанием высокой прочности и пластичности. Эта комбинация достигается за счет добавления элементов микролегирования, таких как Mo, Ti, V, Ni и Nb; а также за счет термомеханических термических обработок [1–3]. Легирующие добавки этих легирующих элементов порядка микродобавок вносят это улучшение в микроструктуру. Эти микролегирующие элементы улучшают прочностные свойства из-за мелкодисперсного осаждения внутри зерен в дополнение к эффекту сопротивления растворенному веществу в закаливаемости сталей из-за уменьшения укрупнения зерен во время нагрева.С другой стороны, сообщалось, что без изменения других микроконструктивных свойств измельчение зерна ферритных микролегированных сталей осуществляется путем повторной закалки от температуры чуть ниже более низкой критической температуры, то есть в ферритной области, как указано в литература [4, 5]. Коррозионное поведение стали и влияние микроструктуры на такое поведение все еще остаются открытыми областями для исследования, чтобы связать металлургическую концепцию с параметрами коррозии.Из-за экологических и экономических последствий коррозия стали считается серьезной промышленной проблемой, которая стоит сотни миллиардов долларов [6]. Коррозия элементов конструкции является серьезной проблемой для любой отрасли из-за химической среды химической обработки. Некоторые отрасли промышленности использовали кислотные растворы для процессов очистки, травления, удаления окалины и кислотной обработки, при которых сталь вступает в контакт с кислотами. Лишь немногие авторы [7–9] исследовали влияние термической обработки на коррозионное поведение стали в различных растворах.

В настоящем исследовании коррозионные свойства прокатанных и многократно закаленных микролегированных сталей в 3,5% растворе NaCl были изучены с помощью методов потери веса, метода потенциодинамической поляризации и спектроскопии электрохимического импеданса (EIS).

2. Экспериментальная

2.1. Материалы

Эти материалы обычно называются коммерческой микролегированной сталью с содержанием ниобия марки Е-34 с химическим составом (мас.%) Fe, 0,060C, 0,57Mn, 0,008S, 0,012P, 0,020Si, 0.055Al и 0,012Nb.

2.2. Термическая обработка

Четыре ряда полос образца квадратного сечения размером (10 мм × 10 мм × 5 мм) были вырезаны с помощью ножовки из горячекатаного стального листа, сохраняя при этом длинную ось полос параллельной плоскости. направление прокатки, определяемое металлографическим анализом пластин из микролегированной стали в полученном виде, которые были подготовлены для термообработки после шлифования в круге.

Для измельчения зерна ферритных микролегированных сталей была принята повторная закалка от температуры чуть ниже нижней критической температуры [4].При термообработке сначала установите печь на температуру 600 ° C, что чуть ниже нижней критической температуры. Из 4 образцов 3 образца выдерживали в печи при температуре 600 ° C, чуть ниже нижней критической температуры, и нагревали при запланированной температуре в течение 45 минут, чтобы получить равномерный нагрев всего поперечного сечения. После этого образцы были вынесены на улицу и сразу же помещены в водяную баню. Образцы закаливали до тех пор, пока температура не опустилась до комнатной.Теперь был извлечен 1 образец, а 2 других были подвергнуты термообработке аналогичным образом, из которых 1 был извлечен, а еще 1 обработан таким же образом. Во время охлаждения в закалочной ванне непрерывное перемешивание ванны осуществлялось во всех циклах обработки для равномерного теплопереноса.

Все циклы термообработки проводились в муфельной печи в сочетании с пропорциональным регулятором температуры с уровнем точности ± 20 ° C. Атмосфера в печи не контролировалась.

2.3. Подготовка образца

Одна из поверхностей каждого металлографического образца в том виде, в котором он был получен (обозначен как AR), первая закалка (обозначена как Q1), вторая закалка (обозначена как Q2) и третья закалка (обозначена как Q3) каждого Эта марка была механически измельчена на абразивной бумаге из карбида кремния последовательно на бумаге из карбида кремния с зернистостью 60, 120, 240, 320, 400 и 600 и отполирована на ткани Сельвита с использованием крупной и мелкой суспензии Geosyn-Grade I Al ₂ O ₃. Образцы очищали, промывали водой, затем спиртом и сушили.Все полированные образцы были протравлены 2% раствором нитала (2% HNO ₃ в метаноле). С этими полированными и протравленными образцами были проведены оптическая микроскопия, измерение размера зерна и испытания на твердость.

2.4. Оптическая микроскопия, измерение размера зерен и проверка твердости

Протравленные образцы были протестированы один за другим с помощью оптического микроскопа. Фотографии микроструктуры были сделаны с помощью камеры, снабженной микроскопом.

Размер зерна каждого образца был измерен с помощью анализа реального изображения с помощью программного обеспечения для анализа изображений, Biovis Material Plus-версия 1.3.

Твердость по Виккерсу металлографических образцов определяли на стандартной машине для определения твердости по Виккерсу с использованием алмазной пирамиды с квадратным основанием в качестве индентора и нагрузки 30 кг согласно стандарту ASTM E92-72. Испытания проводились как минимум в трех различных местах на полированной поверхности образцов, и было указано среднее значение твердости по Виккерсу.

2.5. Приготовление раствора

Эксперименты проводились в стоячем 3,5% растворе NaCl. Раствор готовили из реактивов ЧДА и дистиллированной воды.Пока растворы электролитов находились в равновесии с атмосферой, все эксперименты проводились при термостатических условиях 25 ° C (± 0,1 ° C).

2.6. Методика эксперимента

2.6.1. Измерение потери веса

Образцы из микролегированной стали размером 10 мм × 10 мм × 5 мм были обработаны абразивом с использованием различных сортов бумаги из карбида кремния (200, 400, 600, 800 и 1000). Измеряли точную площадь и толщину каждого купона и промывали дистиллированной водой, содержащей моющее средство.Затем образцы снова обезжиривали ацетоном и окончательно сушили. После взвешивания на чувствительных электронных весах образцы погружали в 50 мл 3,5% раствора NaCl (без деаэрации) при комнатной температуре. Похудание металлических образцов отмечали через каждые 24 ч в течение пяти дней. Эксперименты проводились в двух экземплярах, и средние значения были сообщены. Мы провели испытание на погружение в соответствии с ASTM G31-72. Скорость коррозии () рассчитывается по следующему уравнению [10]; где – средняя потеря веса купона, – общая площадь образца, – время обработки.

2.6.2. Измерение линейной поляризации и EIS

Линейная поляризация и EIS были выполнены в обычной трехэлектродной ячейке, в которой Ag / AgCl был электродом сравнения, платиновая фольга была противоэлектродом, а стальная полоса была рабочим электродом (WE). Все потенциалы, указанные в этой статье, относятся к Ag / AgCl.

Как и ранее, в качестве рабочего электрода использовались полосы марки Э-34 с различными условиями обработки. Образцы были обработаны в форме куба с открытой площадью 1 см ².Изолированная медная проволока прикреплялась к одной из поверхностей каждого стального образца припоем при низкой температуре. Образцы закрепляли эпоксидной смолой таким образом, чтобы с раствором контактировала только другая плоская поверхность. Эта плоская поверхность каждого образца была отполирована механически с помощью шлифованной наждачной бумаги, и окончательная обработка была произведена на полировальном круге с использованием порошка оксида алюминия. Затем полированную поверхность перед использованием тщательно промыли и погрузили в этанол, а затем высушили при комнатной температуре.

Испытания на коррозию проводились с использованием потенциостата Autolab (компьютерное управление PGSTAT20), управляемого электрохимическим программным обеспечением общего назначения (GPES) версии 4.9. Потенциал свободной коррозии (по сравнению с Ag / AgCl) отслеживали после погружения рабочего электрода в испытательный раствор до стабилизации потенциала в пределах ± 1 мВ. После этого был проведен тест спектроскопии электрохимического импеданса; Данные EIS были записаны для стальных образцов при потенциалах коррозии () после 60 минут погружения в тестовый раствор.Частота сканировалась от 100 кГц до 100 мГц, с наложением амплитуды волны переменного тока ± 5 мВ от пика до пика на потенциал смещения постоянного тока, чтобы получить графики Найквиста и Боде. Наилучшая эквивалентная схема графиков Найквиста была рассчитана методом аппроксимации и моделирования. Кривые линейной потенциодинамической поляризации получали сканированием потенциала в прямом направлении от -0,1 до 0,1 В относительно Ag / AgCl со скоростью сканирования 1 мВ / с.

Все электрохимические эксперименты регистрировали после погружения электрода в исследуемый раствор на 60 мин при температуре (25 ± 1) ° C.Свежий раствор и свежие образцы стали использовали после каждой развертки. Для каждого условия эксперимента было выполнено от двух до трех измерений, чтобы гарантировать надежность и воспроизводимость данных.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Металлографические исследования микролегированной стали

На рис.1 показана микроструктура (а) в исходном состоянии, (б) при первой закалке, (в) во второй закалке и (г) в BSK 46 после третьей закалки (увеличение для всех образцов составляло 4 × 40x). ). Изменение размера зерна при изменении температуры закалки также приведено в таблице 1.Из рисунка 1 хорошо видно, что размер зерна больше для исходного образца и становится мельче при закалке и далее при повторении количества закалок до третьего раза. Численные значения размера зерна, записанные в таблице 1 в дополнение к изображениям, показанным на рисунке 1, подтверждают, что размер ферритного зерна уменьшается при повторении закалки от первой до третьей закалки. Здесь размер зерна ASTM полученного образца составил 10,0, увеличившись из-за первой закалки до 10.5, и затем увеличился до 10,8 для второй закалки и, наконец, зафиксировал самое высокое значение, 11,0, с повторением процесса до третьей закалки. Это связано с тем, что повторная закалка приводит к повторной рекристаллизации, которая, в свою очередь, приводит к получению новых зерен за счет других, а крупнозернистый материал (после прокатки) заменяет мелкозернистую рекристаллизованную структуру. Это приводит к выводу, что увеличение повторной закалки увеличивает размер зерна ASTM и, следовательно, уменьшает размер зерна.

9033 9033 9033 9033 9033 903 903


В исходном состоянии	Первая закалка	Вторая закалка	Третья закалка
10333

Изменение числа твердости по Виккерсу (VHN) для испытуемых образцов в зависимости от количества повторных закалок приведено в таблице 2.Из таблицы 2 видно, что значения твердости для полученного образца E-34 составили 146 VHN. Это значение увеличилось до 167 VHN, 170 VHN и 172 VHN, когда повторная закалка для испытанного образца была увеличена от первой закалки до второй закалки и далее до третьей закалки образца соответственно. Это увеличение значений твердости с увеличением повторной закалки объясняется измельчением зерна ферритной микролегированной стали Е-34. Таким образом, можно сделать вывод, что за счет многократной закалки может быть достигнуто измельчение зерна ферритных микролегированных сталей.

9033 9033 9033 9033


В исходном состоянии	Первая закалка	Вторая закалка	Третья закалка

3.2. Измерения потери веса

В таблице 3 представлены значения скорости коррозии (в мг · см ^-2 ч ^-1), полученные из измерений потери веса, для различных микролегированных сталей после 5 часов погружения в 3.5% растворы NaCl при комнатной температуре. Замечено, что образцы теряют вес с увеличением времени выдержки; Тенденция к потере веса заключается в увеличении порядка получения образцов после первой, второй и третьей закалки. Наблюдаемое увеличение совокупной потери веса образцов при постоянной температуре согласуется с ранее сделанным наблюдением, что скорость коррозии при постоянной температуре увеличивается с увеличением времени выдержки, в то время как наблюдаемое изменение потери веса образца может быть связано с различием в образцах. размер зерна [11].В равной степени было обнаружено, что термическая обработка влияет на скорость коррозии, и было установлено, что чем больше зерна материала, тем выше его устойчивость к коррозии [12]. Следовательно, полученный образец с наибольшим гранулометрическим составом показал меньшую потерю веса по сравнению с повторно закаленными образцами.


Скорости коррозии в (мг · см ^-2 ч ^-1) при 3,5% NaCl
В исходном состоянии	Первая закалка 3	Вторая закалка	Вторая закалка

6.33	9,72	11,21	13,84

3.3. Измерения потенциодинамической поляризации

Поляризационные кривые для образцов из микролегированной стали (в состоянии поставки (AR), первая закалка (Q1), вторая закалка (Q2) и третья закалка (Q3)) в 3,5% NaCl при комнатной температуре показаны на рисунке 2. Параметры поляризации, полученные из кривых, показаны в таблице 4. Эти параметры включают значения плотности тока коррозии (), потенциала коррозии (), катодного тафелевского наклона (), анодного тафелевского наклона () и поляризационного сопротивления ().Плотность тока коррозии определяли графически путем экстраполяции катодных и анодных наклонов Тафеля на (по сравнению с Ag / AgCl), как показано на рисунке 3, в случае образца в исходном состоянии (AR). Из анализа наклона линейных поляризационных кривых вблизи потенциала коррозии были получены значения поляризационного сопротивления () в 3,5% растворе NaCl.

9057 903 903 обнаружено, что (по сравнению с Ag / AgCl) значения сдвигаются в сторону более катодной (отрицательной) области, и значения увеличиваются по мере того, как мы идем для повторной закалки.Утончение зерна, достигнутое при повторной закалке, дает большую анодную площадь, чем более крупнозернистая структура [6]. Следовательно, скорость коррозии увеличивается, а сопротивление поляризации () уменьшается из-за многократной закалки.

В стали, когда присутствует кислород, железо окисляется на анодном участке и высвобождает электроны (см. (2)). На катоде кислород соединяется с влагой, и электроны высвобождаются на аноде с образованием гидроксильных ионов (см. (3)). В присутствии хлоридов железо на аноде окисляется, как и раньше (см. (2)), и ионы двухвалентного железа реагируют с ионами хлорида с образованием растворимого комплекса хлорид железа (см. (4)).Комплекс железа с хлоридом реагирует с гидроксильными ионами и образует гидроксид железа (см. (5)), который является зеленовато-черным продуктом; Гидроксид двухвалентного железа окисляется до гидроксида трехвалентного железа, который, в свою очередь, дегидратируется с образованием оксида трехвалентного железа, как показано в (6) и (7). На катоде гидроксильные ионы образуются, когда кислород соединяется с влагой, а электроны высвобождаются на аноде, как и раньше (см. (3)). Как показано (4) и (5), ионы хлора не расходуются и остаются доступными, чтобы продолжать вносить свой вклад в коррозию.Воздействие хлоридов на сталь обычно происходит в виде точечной коррозии. Точечная коррозия будет увеличиваться, если содержание хлоридов превысит определенную концентрацию. Считается, что этот порог хлорида зависит от концентрации гидроксильных ионов [13].

Потенциодинамические поляризационные кривые на рисунке 2 не показывают резкого наклона в анодной области, что означает, что на поверхности металла не образуются пассивные пленки [14]. Согласно теории коррозии, смещение катодных кривых показывает, что процесс коррозии в основном ускоряется катодными реакциями.

3.4. Измерения с помощью спектроскопии электрохимического импеданса (EIS)

Коррозионная реакция образцов из микролегированной стали в 3,5% растворе NaCl была исследована с помощью спектроскопии электрохимического импеданса при комнатной температуре, и графики Боде и Найквиста представлены на рисунке 4. Это видно из этого рисунка. что формы графиков Найквиста как для полученных, так и для закаленных образцов аналогичны для каждой концентрации с одним углубленным полукругом. Как видно из рисунка 4, графики Найквиста не дают идеальных полукругов, как ожидается из теории EIS.Отклонение от идеального полукруга обычно приписывалось частотной дисперсии [15], а также неоднородностям поверхности и сопротивлению массопереносу [16]. Из графиков видно, что импедансный отклик стальных образцов в том виде, в котором они были получены, заметно отличается от такового для закаленных образцов. Контур емкости пересекается с действительной осью на более высоких и низких частотах. На высокочастотном конце точка пересечения соответствует сопротивлению решения (), а на низкочастотном конце соответствует сумме и сопротивления переносу заряда ().Разница между двумя значениями дает. Величина – это мера переноса электронов через открытую площадь металлической поверхности, и она обратно пропорциональна скорости коррозии [17].

Поведение импеданса может быть хорошо объяснено с помощью чисто электрических моделей, которые могут проверять и позволять вычислять численные значения, соответствующие физическим и химическим свойствам исследуемой электрохимической системы [18]. Простая эквивалентная схема, которая подходит для многих электрохимических систем, состоящая из параллельной комбинации емкости двойного слоя () и сопротивления переносу заряда (), соответствующего реакции коррозии на границе раздела металл / электролит, и сопротивления раствора () между рабочим и эталонным. электрод [19, 20].Чтобы уменьшить эффекты из-за неровностей поверхности металла, в схему вводится элемент постоянной фазы (CPE) вместо чистой емкости двойного слоя, что дает более точное соответствие [21], как показано на рисунке 5.

Импеданс CPE может быть выраженным как где – величина CPE, – показатель степени (фазовый сдвиг), – угловая частота, – мнимая единица. CPE может быть сопротивлением, емкостью и индуктивностью в зависимости от значений [19].Во всех экспериментах наблюдаемое значение находится в диапазоне от 0,8 до 1,0, что свидетельствует о емкостном отклике CPE.

Параметры EIS, такие как, и CPE, перечислены в таблице 5, что указывает на то, что значения уменьшаются при повторном гашении. Эти наблюдения подтверждают идею о том, что коррозия стали контролируется процессом переноса заряда [22]. Графики Боде, показанные на рисунке 4, указывают на наличие одной постоянной времени, соответствующей одному вдавленному полукругу, который был получен в случае графиков Найквиста.

9033 9033 9033 9033 9033 9033 µA3 µA3


	Данные Tafel				Данные линейной поляризации
	/ мВ / декада	/ мВ / декада	µA3
При получении	64.68	36,35	−539	2,3645	973,9
Первая закалка	60,62	50,48	−629	4.8089	−664	5,0893	689,4
Третья закалка	62,64	49,37	−692	11,086	594,6

9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033 9033


	Данные EIS
	Ом	CPE µMho		Ω	0,863	775
Первая закалка	10	1020	0,864	490
Вторая закалка	8	859 0333	.815	440
Третья закалка	7	768	0,833	340

Тенденция к коррозии, рассчитанная на основе результатов EIS. по поляризационным измерениям. Различие в коррозионной стойкости этих двух методов может быть связано с различным состоянием поверхности электрода при двух измерениях. EIS выполнялась при потенциале покоя, в то время как при поляризационных измерениях потенциал электрода был поляризован до высокого перенапряжения, неоднородное распределение тока, вызванное геометрией ячейки, проводимостью раствора, размещением противоэлектрода и электрода сравнения и т. Д., Приведет к разнице между фактически поляризуемая площадь электрода и общая площадь [23].

4. Выводы

Исследовано влияние измельчения зерна на коррозию микролегированной стали Е-34 в растворах NaCl различной концентрации после различных микроструктурных условий. Благодаря многократной закалке от температуры чуть ниже нижней критической температуры было достигнуто измельчение зерна ферритной микролегированной стали. Повторение закалки до трех раз приводило к получению новых зерен за счет других, а крупнозернистый материал (после прокатки) заменялся мелкозернистой рекристаллизованной структурой.Скорость коррозии () увеличивается для образцов, подвергнутых повторной закалке, означает, что скорость коррозии увеличивается по мере увеличения измельчения зерна. Повторная закалка измельчает зерна, что дает большие анодные площади, чем более крупнозернистую структуру, и, таким образом, активирует коррозию стали. Потенциал коррозии () перемещается в более катодную область, что указывает на то, что процесс коррозии в основном ускоряется катодными реакциями. Коррозионная стойкость, рассчитанная на основе результатов EIS, показывает ту же тенденцию, что и результаты, полученные при поляризационных измерениях.Результаты, полученные с помощью методов потери веса, поляризации постоянного тока и импеданса переменного тока, достаточно хорошо согласуются.

Выражение признательности

Автор выражает свою признательность Центру передового опыта в области исследований инженерных материалов (CEREM) Института перспективного производства Университета Короля Сауда, Эр-Рияд, Саудовская Аравия, за финансирование работы.

Метод определения твердости диффузионного слоя с учетом конфигурации воздействия

(57) Реферат:

Метод определения твердости диффузионного слоя с учетом конфигурации воздействия соприкасающихся поверхностей металлических деталей, включающий химическую и термическую обработку образцов по разным режимам, позволяющий производить Microlife, поперечный к плоскости с диффузионным слоем, определение общей толщины диффузионного слоя Microlife, а затем определение микротвердости диффузионного слоя от толщины поверхности к сердцевине и через биссектрису угла и нормаль к одной из плоскостей за пределами эффект конфигурации, среднее значение микротвердости в обоих направлениях, расчет разницы средних значений твердости для большей части среды и выбор ее наименьшего значения оптимального режима химико-термической обработки.Техническим результатом способа является выбор оптимального режима химико-термической обработки. 1 ил., Табл. Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении химико-термической обработки (ХТО) деталей из сталей и других металлов, имеющих плоскость контакта с выступами и впадинами в частоту, а также предусматривает определение твердости или твердости определенной глубины. с поверхности (Р.П. Шубин, М.Л. Гринберг «Карбонитрирование деталей машин», И .: «Машиностроение», 1975, с.55, с. 118) или глубины диффузионного слоя на разном расстоянии от поверхности (Ю.М. Лахтин, Я.Д. Котан «Азотирование стали. – М .: Машиностроение, 1976, с. 56, с. 89, 103 с.). , либо с поверхности внутри образца (В., Самсонов, Е.П. Эпик. «Огнеупорное покрытие» М: Металлургия, 1973, с. 160). Однако все эти методы не учитывают «угловой эффект твердости». За прототип был принят способ определения свойств диффузионного слоя по концентрации диффундирующего вещества с учетом конфигурации эффекта выступа или вдавления (ГОСТ 20495-75) деталей.Недостатком прототипа является отсутствие методики определения твердости диффузионного слоя с учетом конфигурационного эффекта. Целью изобретения является расширение технологических возможностей метода определения свойств диффузионного слоя с учетом конфигурация влияния на твердость. Данная цель достигается тем, что проводят химическую и термическую обработку образцов по разным режимам, делают шлиф, поперечный к плоскостям с диффузионным слоем, определяют на микропрепарате общую толщину диффузионного слоя и затем определяют угол риса и нормаль к одной из плоскостей вне зависимости от конфигурации, средние значения микротвердости в обоих направлениях, вычисляют соотношение различий в средних значениях твердости для большей части среднего и выбирают его наименьшее значение, оптимальное химическое и термическая обработка.Отличие предлагаемого способа от ближайшего аналога состоит в том, что химико-термическую обработку проводят в разных режимах, на микротвердости определяют толщину диффузионного слоя, определяют микротвердость диффузионного слоя по его толщине к сердцевине и по биссектрисе угла. и перпендикулярно одной из плоскостей вне зависимости от конфигурации, значения микротвердости усредняются в обоих направлениях, рассчитывается разница средних значений твердости для большинства средних значений и ее наименьшего значения, выбирается оптимальный режим химико-термической обработки. .Для реализации способа выполнить операции:
1. Провести химико-термическую обработку.2. Выполнен поперечно контактным плоскостям микрошлифа 3. После травления определить общую толщину диффузионного слоя. 4. Задайте шаг сканирования толщины диффузионного слоя для SS = “ptx2″> 5. Измеряют микротвердость по биссектрисе угла выступа (впадины – угол зеркального отражения) от угла при вершине до сердечника включительно. (2-3 близких повторяющихся значения твердости).Значения микротвердости средние 6. Измерьте микротвердость слоя перпендикулярно одной из контактных плоскостей сердечника, включая влияние конфигурации. Средние значения микротвердости 7. По известным правилам прикладной математики оценивают значимость различия, например, в книге: Л. Х. Румсишкес, Математическая обработка эксперимента. М .: Наука, 1971. 8. Рассчитайте «угловой эффект» увеличения или уменьшения твердости, например, как отношение разности средних значений, максимального значения среднего, в процентах.9. Определить оптимальную химико-термическую обработку. Изобретение поясняется чертежом: диффузионный слой микротвердости с проекцией нормали и биссектрисы. Метод апробирован на практике при отработке режимов низкотемпературных восстановлений сталей MOI, 40X. Низкоуглеродистая (патент РФ N 2082820, 6 C 23 C 8/32) для деталей типа демпферов, гильотинных ножей и супердиффузионного слоя образца стали 40Х после повторения различных режимов закалки и отпуска. Необходимо было выбрать оптимальный режим ретрейсментов с учетом микротвердости «углового эффекта», которая определялась толщиной образцов барабана диффузионного слоя квадратного сечения (10х10 мм).Из таблицы видно, что для режимов 1, 2, 3 «угловой эффект» повышения микротвердости соответственно равняется 12,4; 4,2; 10,1%. Общая толщина диффузионного слоя практически одинакова во всех образцах от 0,75 до 1,1 мм, а также признаки карбидной сетки (1-2 балла). Имеются различия в структуре карбонитридов, наиболее грубые – после 3-го режима (5-6 баллов), 3-5 баллов после 1-го и 2-4 балла после 2-го ретрейсмента. Оптимально проголосовали ретрейсменты 2-го режима, где наименьшая твердость «углового эффекта» (4,2%) и благоприятная микроструктура карбонитридов (2-4 балла).Данный режим реализован в производстве. Техническим результатом предлагаемого способа является реальная возможность получить информацию о фактической твердости диффузионного слоя выступа или впадины различных деталей, подвергнутых химико-термической обработке (штампы, пресс-формы, режущий инструмент. , шестерни и другие детали машин). Твердость диффузионного слоя характеризует его свойства. Предлагаемый метастаз на «угловом эффекте» способствует повышению контактной выносливости изделий, усталостной прочности, так как именно на поверхности выступов деталей повышается вероятность разрыва связи. слой.Методика определения твердости диффузионного слоя с учетом конфигурации воздействия контактирующих поверхностей металлических деталей, включая химико-термическую обработку, изготовление микролайф, поперечных плоскостям с диффузионным слоем, и определение микротвердости из поверхности по толщине диффузионного слоя, при этом химико-термическая обработка проводится на образцах в разных режимах, на микротвердости определяют общую толщину диффузионного слоя, определяют микротвердость диффузионного слоя по его толщине до сердцевины и через биссектриса угла и нормали к одной из плоскостей вне зависимости от конфигурации, значения микротвердости усредняются в обоих направлениях, рассчитывается разница средних значений твердости для большей части среды и ее наименьшее значение, выбирается оптимальный режим химико-химического воздействия. термическая обработка.

Методы термической обработки для упрочнения металлических штамповок

Методы термической обработки для усиления металлических штамповок

Изготовленные по индивидуальному заказу штампованные металлические детали могут потребовать термообработки после штамповки для достижения спецификаций изготовителя комплектного оборудования относительно твердости или мягкости детали, коррозионной стойкости или срока службы. Специализированные поставщики термической обработки предоставляют ряд вариантов штампованных деталей, каждая из которых по-разному изменяет свойства металла.

Подавляющее большинство деталей, требующих термической обработки, изготовлено из стали.Термическая обработка включает в себя сложный процесс очистки, нагрева и охлаждения металлических штампованных деталей в контролируемой атмосфере, который изменяет микроструктуру материала, чтобы выявить физические и механические характеристики, необходимые для того, чтобы деталь работала, как указано. Точный период времени и температура нагрева, а также скорость последующего охлаждения влияют на свойства металла.

Наука о термообработке штампованных металлических деталей

«Термическая обработка – это в большей степени наука – выпечка детали и охлаждение детали», – говорит Джерри Белл, вице-президент Metals Technology Corporation в Кэрол Стрим, штат Иллинойс.«У каждого номера детали есть уникальный рецепт». Он объясняет, что при разработке процесса термообработки для каждой детали необходимо учитывать ряд переменных, в частности тип материала, например горячекатаную или холоднокатаную сталь, функцию детали и ее конечную рабочую среду. Кроме того, отрасли могут устанавливать особые стандарты термической обработки. Например, большинство процессов термообработки его фирмы соответствуют стандарту CQI-9 и соответствуют стандартам автомобильной промышленности.

Штампованные детали, такие как пружины и зажимы, требуют гибкости или мягкости, в то время как детали, которые подвержены сильному износу или имеют решающее значение для безопасности, например кронштейны, удерживающие высоковольтные тросы, требуют большей твердости и прочности.Термическая обработка также позволяет штамповщикам по металлу использовать более мягкие стальные сплавы для изготовления более сложных деталей и при этом обеспечивать прочность металла, необходимую для применения. Процесс, который лучше всего подходит для конкретной металлической штампованной детали, зависит от ряда факторов, включая ее сложность, различия в толщине детали, свойства материала, будет ли она покрыта металлическим покрытием и ее конечное использование.

Распространенное заблуждение, с которым сталкивается г-н Белл, – это представление о том, что «жесткость процессов одинакова.«Каждый процесс дает разные результаты, и каждый запуск включает некоторую вариативность и частичное искажение. «Мы обеспечиваем твердость или мягкость в определенном диапазоне, и мы делаем процесс максимально повторяемым и предсказуемым», – добавляет он. Во время и после термообработки качество контролируется с помощью графиков в реальном времени, испытаний на твердость и инспекций.

Как работает термообработка

При термообработке используется сочетание тепла и охлаждения для изменения металлургических свойств с целью упрочнения, размягчения или снятия напряжения с металла.

По словам г-на Белла, двумя основными подгруппами термообработки являются:

Процессы закалки или закалки , которые выполняются в печи и используют различные среды, такие как масло, соль или газ, чтобы сделать деталь более твердой, более устойчивой к износу и более прочной, за которыми может следовать отпуск
Процессы отжига или размягчения , которые нагревают и охлаждают деталь, чтобы сделать ее более податливой и уменьшить внутреннее напряжение и хрупкость

Процессы термообработки

Процессы закалки

Газовое азотирование
Индукционная закалка
Осадки возрастной закалки
Austemper
Marquench (соль-соль)
Масляная закалка
Цементная закалка
Карбонитрирование
Ферритно-нитроцементация (FNC) и FNC с чернением
Вакуумная закалка

Процессы размягчения

Процессы поддержки

До или после термообработки могут потребоваться различные процессы подготовки и методы очистки, чтобы штамповка металла была готова к использованию.

Химическая очистка / обезжиривание
Зажим для отпуска
Сплющивание
Механическая очистка, включая пескоструйную очистку стеклянных шариков и оксида алюминия, а также колесную абразивную очистку
Смазка для защиты от ржавчины
Правка

Виды металлических штамповок для термообработки

Штамповки из легированной стали
Штамповки из пружинной стали
Клеммы из бериллиевой меди
Кронштейны
Износостойкие пластины
Автомобильные компоненты безопасности

Выбор подходящей термообработки для штамповки

Термическая обработка приводит к необратимым изменениям металлической штампованной детали, поэтому предварительный выбор соответствующего процесса обработки имеет решающее значение для долгосрочного успеха.Тесное сотрудничество между инженерами производителя оригинального оборудования или его представителя, фирмы по штамповке металла и поставщика термической обработки – лучший способ определить подходящую термообработку для области применения детали и соответствовать строгим стандартам в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная и медицинская.