В зависимости от требований к изделиям, отпуск проводят при различных температурах:

Низкий отпуск (150÷200 °С)
Применяется для инструментальных сталей, деталей, работающих на истирание, структура – отпущенный мартенсит.

Средний отпуск (300÷500 °С)
Применяется для рессор, пружин, штампов, пил и сверл по дереву, структура – тростит отпуска.

Высокий отпуск (500÷680 °С) или улучшение
Применяется для сварных соединительных деталей трубопроводов и деталей из нержавеющих и прочих легированных сталей для оптимального соотношения прочности и ударной вязкости.

Нормализация
Нормализация – термическая обработка, при которой материал нагревают до температуры закалки, выдерживают при этой температуре, а потом охлаждают на воздухе. Сталь в итоге получается более мелкозернистая, а ударная вязкость, прочность и твердость выше, чем при отжиге.

Термическая обработка углеродистых и легированных сталей

При выборе материала для конструкции зубчатой ​​передачи наиболее важным решением является легкость обработки по сравнению с долговечностью материала. Большинство дизайнеров при выборе материала обращают внимание только на максимальную прочность на изгиб. Однако это касается только разрушения шестерни при сдвиге. Более важным для долговечности зубчатой ​​передачи является долговечность поверхности материала. Прочность поверхности шестерни следует рассматривать с точки зрения срока ее службы.Долговечность поверхности определяет количество циклов, в течение которых шестерня может оставаться в рабочем состоянии при определенной нагрузке, с надлежащей смазкой и минимальными вибрациями. Если нагрузка будет превышена, то срок службы сократится. Если за смазкой не ухаживать должным образом, срок ее службы сократится. Долговечность поверхности обычно влияет на шестерню в системе с наименьшим количеством зубьев, поскольку эта шестерня включается чаще, чем другие. Чтобы увеличить долговечность поверхности, необходимо применить соответствующий процесс термообработки, чтобы продлить срок службы этой шестерни.

Термическая обработка – это процесс, который контролирует нагрев и охлаждение материала, который выполняется для получения требуемых структурных свойств металлов. Способы нагрева включают нормализацию, отжиг, закалку, отпуск и поверхностную закалку.

Термическая обработка выполняется для улучшения свойств стали, поскольку твердость материала увеличивается при применении последовательных термообработок. Это приводит к увеличению прочности зубчатого колеса вместе с ним, поскольку резко возрастает поверхностная прочность зуба.Как показано в таблице 1, термическая обработка различается в зависимости от количества углерода (C), содержащегося в стали.

Ниже приведены некоторые из различных методов термообработки стали:

Нормализация – это процесс термообработки, применяемый к микроструктуре мелких кристаллов стали для унификации их общей структуры. Эта обработка выполняется для снятия внутренних напряжений или устранения противоречивой волокнистой структуры, которая возникла в процессе формования.

Отжиг – это процесс термообработки, применяемый для размягчения стали, корректировки кристаллической структуры, снятия внутреннего напряжения и модификации материала для холодной обработки и резки. В зависимости от области применения существует несколько типов отжига, например полный отжиг, разупрочнение, снятие напряжений, выпрямляющий отжиг и промежуточный отжиг.

• Полный отжиг – это отжиг, используемый для снятия внутренних напряжений без изменения структуры.
• Выпрямляющий отжиг – это отжиг, используемый для фиксации деформаций, возникших в стали. Это достигается за счет приложения нагрузки во время нагрева.
• Промежуточный отжиг – это отжиг, который применяется в процессе холодной обработки и применяется для смягчения закаленного материала, чтобы облегчить следующий процесс.

Закалка – это процесс термообработки стали, при котором быстрое охлаждение применяется после нагрева при высокой температуре. В зависимости от условий охлаждения существует несколько видов закалки: закалка в воде, закалка в масле и закалка в вакууме.После закалки обязательно провести отпуск.

Закалка – это процесс термообработки, при котором охлаждение применяется с надлежащей скоростью. После процесса закалки материал снова нагревают, затем проводят отпуск. После закалки необходимо проводить отпуск. Закалка применяется для регулирования твердости, увеличения прочности и снятия внутреннего напряжения. Существует два типа отпуска: один – это высокотемпературный отпуск, а другой – низкотемпературный.Применение отпуска при более высокой температуре позволяет получить большую ударную вязкость, хотя твердость уменьшается. Для термического рафинирования проводится высокотемпературный отпуск. Для индукционной закалки или науглероживания необходимый отпуск, выполняемый после поверхностной закалки, – это низкотемпературный отпуск.

Thermal Refing – это процесс термообработки, применяемый для регулирования твердости, прочности и ударной вязкости стали. Эта обработка включает в себя закалку и высокотемпературный отпуск в сочетании.После выполнения термического рафинирования твердость регулируется с помощью этих обработок, чтобы улучшить обрабатываемые свойства металла.

Целевая твердость для термического рафинирования:

• JIS S45C / AISI 1045 (Углеродистая сталь для использования в конструкции машин) 200 – 270 HB
• JIS SCM440 / AISI 4140 (легированная сталь для использования в конструкции машин) 230 – 270 HB

Науглероживание – это процесс термообработки, выполняемый специально для упрочнения поверхности материала, в котором присутствует углерод и проникает через поверхность.Поверхность низкоуглеродистой стали может быть науглерожена (подвергаться проникновению углерода под действием тепла и давления), в результате чего на внешней поверхности образуется слой с высоким содержанием углерода. Этот процесс требует закалки. После закалки применяется низкотемпературный отпуск для регулирования твердости. Не только поверхность, но и внутренняя структура материала также до некоторой степени упрочнены из-за науглероживания, однако он не такой твердый, как поверхность. Если на часть поверхности нанести маскирующий агент, проникновение углерода предотвращается, а твердость не изменяется.Целевая твердость на поверхности и глубина закалки:

• Твердость закалки 55-63 HRC
• Эффективная глубина закалки 0,3 – 1,2 мм

Шестерни деформируются из-за науглероживания, и из-за этого всегда снижается класс точности шестерни. После науглероживания рекомендуется выполнять шлифовку зубьев и других критических поверхностей, чтобы повысить точность.

Индукционная закалка – это процесс термообработки, выполняемый для упрочнения поверхности шестерни путем индукционного нагрева стали с минимальным составом 0.3 процента углерода. В этом процессе индукционная катушка размещается вокруг шестерни, и через нее пропускается ток. Этот электрический ток быстро нагревает сталь с последующей закалкой. Для зубчатых передач индукционная закалка эффективна для упрочнения участков зуба, включая поверхность зуба и вершину, однако в некоторых случаях корень может не закалиться. Как правило, точность зубчатого колеса снижается из-за деформаций, вызванных индукционной закалкой. При индукционной закалке шестерен S45C эффективная твердость и глубина составляют:

• Твердость закалки 45-55 HRC
• Эффективная глубина закалки 1-2 мм

Закалка пламенем – еще одна закалка поверхности, которая выполняется путем нанесения пламени непосредственно на сталь.Эта обработка обычно выполняется на поверхности для частичного упрочнения, поскольку трудно поддерживать надлежащий уровень нагрева и продолжительность для достижения однородной твердости на широкой части шестерен.

Азотирование – это процесс термообработки, выполняемый для упрочнения шестерни путем введения азота на поверхность стали. Если стальной сплав включает алюминий, хром и молибден, это улучшает азотирование и может быть получена желаемая твердость. Это термообработка, при которой весь стальной материал нагревается до сердечника, а затем быстро охлаждается, при этом не только поверхность упрочняется, но и сердечник упрочняется.

Лазерная закалка – это относительно новый процесс термической обработки поверхности. Материал подвергается воздействию лазера мощностью 4 кВт с лучом 40 мм мрад. Этот процесс позволяет достичь твердости 55-65 HRC на глубине 0,3-0,8 мм. Одним из преимуществ лазерной обработки является то, что прочность на изгиб остается неизменной, в отличие от индукционной закалки, которая снижает прочность на изгиб в среднем на 10 процентов. Лазерная обработка может увеличить прочность поверхности в 2,2 раза, тогда как индукционная закалка увеличивается в 2 раза.5-2,6x. Благодаря короткой продолжительности воздействия тепла и отсутствию необходимости в закалке этот метод сводит к минимуму искажения. При параллельном сравнении стойка длиной один метр увеличилась на 0,233 мм при индукционной закалке. Однако при лазерной закалке длина той же стойки увеличилась всего на 0,019 мм.

Каждый из этих методов термообработки имеет свое место в достижении твердости поверхности, подходящей для выбранного материала и расчетного срока службы. Выбор материала, стоимость и дополнительные операции будут вашим руководством к правильному выбору.

Термическая обработка сталей – обзор

12.10.2 Образование аустенита

Для термической обработки сталей первым делом необходимо ознакомиться с фазовой диаграммой равновесия железо-цементит, которая показывает равновесные фазы в сплавах железо-углерод для заданная температура и состав. Равновесная фазовая диаграмма железо-углерод ( 10 ), представленная на Рисунке 1, показывает уровни углерода до 7 мас.%, Но стали представляют собой сплавы железо-углерод только примерно до 2 мас.%, что является пределом растворимости углерода в аустените. Пунктирные линии показывают равновесную фазовую стабильность железо-графит, для достижения которой требуется очень долгое время при низких температурах и уровнях углерода, и в первую очередь это представляет интерес для чугунов, которые содержат более 2 мас.% Углерода. Сплошные линии указывают на метастабильное равновесие железо-цементит (Fe ₃ C, или карбид), которое учитывается при всех практических соображениях по обработке стали.

Рис. 1. Богатая углеродом область фазовой диаграммы равновесия железо-углерод (сплошные линии) и железо-графит (пунктирные линии).

Стали обычно классифицируются по содержанию углерода: доэвтектоидные (менее 0,77 мас.% Углерода), эвтектоидные (при 0,77 мас.% Углерода) или заэвтектоидные (более 0,77 мас.% Углерода) стали, каждая из которых имеет твердый раствор углерод в аустените при высокой температуре. Ниже температуры A ₁ , равной 727 ° C (называемой эвтектоидом или более низкой критической температурой), равновесная смесь представляет собой объемно-центрированный кубический феррит (α-железо) и цементит.Обратите внимание, что для эвтектоидного состава и температуры приводятся различные значения: от 0,76 до 0,83 мас.% Углерода и от 722 до 732 ° C, но общепринятые значения составляют 0,76–0,77 мас.% Углерода и 727 ° C, соответственно ( 10 , 19 ). Однако бинарный сплав Fe – C без каких-либо примесей рассматривается редко, а легирующие изменения значительно изменяют состав эвтектоида и температуру, поэтому точные значения в некоторой степени непрактичны. В этой главе обсуждаются изменения фазовой стабильности в зависимости от состава.

Для доэвтектоидных сталей фазовое поле феррита и аустенита стабильно до температуры A ₃ . Это фазовое поле обычно называют «межкритическим» фазовым полем, поскольку оно возникает между нижней и верхней межкритическими температурами. Для заэвтектоидных сталей поле аустенит-цементитной фазы возникает между A ₁ и A _см , а аустенит устойчив выше A _см (как A ₃ , так и A _см называются верхней критической температурой. ).Наконец, фазовая диаграмма на рисунке 1 также применима только к условиям равновесия (по существу, квазистатическим скоростям нагрева или охлаждения), и поэтому все температуры равновесного превращения обычно обозначаются индексом «е» без индекса, например Ae ₁ , Ae ₃ и Ae _см . Поскольку температуры превращения могут значительно изменяться с увеличением скорости нагрева или охлаждения, общая номенклатура для температур превращения при нагревании и охлаждении – это Ac ₁ и Ar ₁ , которые происходят от французских слов для обозначения нагрева ( chauffage ) и охлаждения ( refroidissement ), соответственно, и для практического использования должны указываться вместе с данными о скорости нагрева или охлаждения.

При нагревании сплава железо-углерод с эвтектоидным углеродным составом он начинает непосредственно превращаться из исходной микроструктуры при комнатной температуре (перлит, бейнит, мартенсит или некоторая их комбинация) в аустенит при температуре эвтектоида 727 ° C. Доэвтектоидные стали начинают образовывать аустенит, но сохраняют феррит до достижения температуры A ₃ . Стали, нагретые в области фаз феррит-плюс-аустенит, считаются подвергнутыми межкритическому отжигу, и этот процесс можно использовать для создания микроструктур при комнатной температуре с различными объемными долями феррита и мартенсита (преобразованного из аустенита).В настоящее время межкритический отжиг обычно касается листовых сталей, которые можно обрабатывать с относительно постоянными скоростями нагрева и охлаждения по всей толщине, что приводит к однородным микроструктурам и их трудно успешно применять для толстых секций, где возникают значительные микроструктурные градиенты из-за соображений теплопередачи. Заэвтектоидные стали образуют аустенит, сохраняя при этом цементит до температуры A _см и полностью аустенитные выше A _см .Таким образом, углеродный состав в данной стали является первым важным фактором, определяющим температуру термообработки, поскольку все стали подвергаются некоторой обработке в области аустенитной, аустенитно-ферритной или аустенитно-карбидной фаз, независимо от содержания углерода.

Любые другие химические добавки, добавленные преднамеренно или нет, влияют на температуру равновесного превращения и состав, как указано в этой главе. Например, увеличение Cr приводит к увеличению температуры Ae ₁ (стабилизирующий феррит), тогда как увеличение Mn снижает температуру Ae ₁ (стабилизирующий аустенит).Как правило, Mn, Cu и Ni являются стабилизаторами аустенита, тогда как Ti, Mo, W, Al, P, Si, V и Cr являются стабилизаторами феррита, и все эти элементы, кроме Al, P и Si, стабилизируют цементит и образуют карбиды ( 10 , 20 ). Для практических целей все легирующие элементы также имеют тенденцию к снижению концентрации эвтектоидного углерода ( 10 ). На рисунке 2 (a) показан график влияния отдельных легирующих элементов, а также рассчитанные псевдобинарные участки диаграмм состояния равновесия железо-углерод для сталей с составами, соответствующими типичным сталям AISI 10XX, 51XX и 52XXX, показанным на рисунке 2 (b ) –2 (г) ( 21 ) соответственно.Несмотря на то, что общее количество легирующих добавок в каждом случае составляет менее 3 мас.%, Фазовые диаграммы значительно меняются. Во-первых, трехфазное поле проявляется во всех случаях, когда феррит, аустенит и цементит стабильны. Состав эвтектоидного углерода уменьшается с увеличением общего содержания легирующих элементов, и добавление хрома в количествах 0,8 и 1,4 мас.%, По-видимому, является основным фактором повышения температуры эвтектоидного превращения на 20 ° C. Таким образом, содержание замещающего сплава является еще одним важным фактором при определении температур термообработки.Как правило, подходящие температуры термообработки доступны в Руководстве по термообработке ( 13 ), но новые сплавы или нестандартные термические циклы (например, индукционный нагрев) могут потребовать некоторой корректировки в соответствии с рекомендуемой практикой.

Рис. 2. (a) Влияние отдельных легирующих элементов на стабильность равновесной фазы в зависимости от среднего состава в мас.%.

Термическая обработка стали и металлов

Термическая обработка сталей – это нагрев и охлаждение металлов с целью изменения их физических и механических свойств без изменения своей формы. Можно сказать, что термическая обработка является методом упрочнения материалов, но также может использоваться для изменения некоторых механических свойств, таких как улучшение формуемости, механической обработки и т. Д. Наиболее распространенным применением является металлургия, но термическая обработка металлов также может использоваться при производстве стекло, алюминий, сталь и многие другие материалы.

Процесс термообработки включает использование нагрева или охлаждения, обычно до экстремальных температур для достижения желаемого результата. Это очень важный производственный процесс, который может не только помочь производственному процессу, но и во многих отношениях улучшить продукт, его производительность и характеристики.

Процессы термообработки

Закалка Закалка включает нагрев стали, поддержание ее при соответствующей температуре до тех пор, пока весь перлит не превратится в аустенит, а затем быструю закалку в воде или масле.Температура, при которой происходит быстрое аустенирование, зависит от содержания углерода в используемой стали. Время нагрева следует увеличить, чтобы сердцевина также полностью превратилась в аустенит. Микроструктура детали из закаленной стали представляет собой феррит, мартенсит или цементит. Закалка Закалка включает в себя нагрев стали, закаленной и закаленной в течение определенного периода времени, чтобы металл мог уравновеситься. Полученные твердость и прочность зависят от температуры, при которой проводится отпуск.Более высокие температуры приведут к высокой пластичности, но низкой прочности и твердости. Низкие температуры отпуска дают низкую пластичность, но высокую прочность и твердость. На практике выбираются подходящие температуры отпуска, обеспечивающие желаемый уровень твердости и прочности. Эта операция выполняется для всех закаленных углеродистых сталей, чтобы снизить их хрупкость, чтобы их можно было эффективно использовать в желаемых областях применения. Отжиг Отжиг включает в себя обработку стали до высокой температуры и затем очень медленное охлаждение до комнатной температуры, так что полученная микроструктура будет обладать высокой пластичностью и вязкостью, но низкой твердостью.Отжиг выполняется путем нагревания компонента до соответствующей температуры, выдерживания его при этой температуре и последующего отключения печи, пока деталь находится в ней. Сталь отжигается перед обработкой методом холодной штамповки, чтобы снизить требования к нагрузке и энергии, а также чтобы металл мог без разрушения претерпевать большие деформации. Нормализация Нормализация включает нагрев стали, затем выдерживание ее при этой температуре в течение определенного периода времени, а затем охлаждение на воздухе. Полученная микроструктура представляет собой смесь феррита и цементита, которая имеет более высокую прочность и твердость, но более низкую пластичность.Нормализация выполняется на конструкциях и конструктивных элементах, которые будут подвергаться механической обработке, поскольку это улучшает обрабатываемость углеродистых сталей. науглероживание науглероживание – это процесс термической обработки, при котором сталь или железо нагревают до температуры ниже точки плавления в присутствии жидкого, твердого или газообразного материала, который разлагается с выделением углерода при нагревании до используемой температуры. .

Образование мелонита при термообработке стали [/ caption]

Внешний корпус или поверхность будут иметь более высокое содержание углерода, чем первичный материал.Когда сталь или чугун быстро охлаждают закалкой, более высокое содержание углерода на внешней поверхности становится твердым, в то время как сердечник остается жестким и мягким. Поверхностное упрочнение Во многих инженерных приложениях необходимо, чтобы поверхность детали была достаточно твердой, чтобы противостоять износу и эрозии, сохраняя при этом пластичность и вязкость, чтобы выдерживать удары и ударные нагрузки. Это называется поверхностным упрочнением. Это может быть достигнуто локальной аустентизацией и закалкой, а также диффузией упрочняющих элементов, таких как углерод или азот, на поверхность.Процессы, используемые для этой цели, известны как закалка в пламени, индукционная закалка, азотирование и нитроцементация.

Ссылки

Answers.com: науглероживание Википедия: науглероживание Кредиты на изображения: JFE Steel Corporation: разработка сверхвысокого стального листа HITEN, стойкого к замедленному разрушению Джек Кендрик: Обработка поверхности мелонитом для бочек, болтов и воздействий

Ключевые преимущества термической обработки ваших металлов

Ключевые преимущества термической обработки ваших металлов

Термическая обработка – это общий термин для множества различных термических процессов, используемых с различными материалами.Эти процессы используются для улучшения или изменения свойств материала в соответствии с требованиями предполагаемого применения. Термическая обработка используется для придания деталям их начальных, промежуточных и конечных свойств.

Эти процессы могут:

• размягчение металла или пластика (отжиг)
• закалка металла (закалка, цементация, азотирование)
• размягчение или упрочнение только одной области на детали (индукция, пламя)
• гомогенизация пластмассовых деталей, полученных литьем под давлением (отжиг)
• Устранение напряжений в материале до или после обработки (снятие напряжения)
• Устранение напряжений в формованном, экструдированном, разрезанном или изогнутом материале (снятие напряжений)
• Повышение упругости (пружина) металлу ( закалка, закалка)
• изменение магнитной проницаемости (магнитный отжиг, мю-отжиг металла)

Термическая обработка может улучшить или изменить свойства металла, в том числе:

• прочность
• твердость
• пластичность
• вязкость
• износостойкость
• эластичность
• Магнетизм (проницаемость)

Улучшение обрабатываемости и машинной обработки bility:

Термическая обработка улучшает технологичность за счет устранения внутренних напряжений от предыдущих процессов изготовления, таких как холодная обработка, горячая обработка, механическая обработка, штамповка и сварка.Например, если металл слишком трудно обрабатывать или гнуть, его можно отжечь или снять напряжение, чтобы снизить твердость. Если пластик деформируется при механической обработке, его можно снять напряжения или отжечь, чтобы предотвратить деформацию. Термообработка пламенем или индукцией также может смягчить только одну область детали, оставив остальную часть неизменной.

Повышение износостойкости и долговечности:

Термическая обработка может улучшить износостойкость за счет упрочнения материала. Металлы (включая сталь, титан, инконель и некоторые медные сплавы) могут быть закалены либо на поверхности (поверхностное упрочнение), либо на всем протяжении (посредством закалки), чтобы сделать материал более прочным, жестким, долговечным и более устойчивым к износу. .Это отличный способ повысить долговечность недорогой стали, такой как A-36 или 1018.

Локальное упрочнение пламенем или индукцией может привести к упрочнению только одной области детали, оставив остальную часть неизменной. Азотирование позволяет упрочнить поверхность детали при низкой температуре, уменьшая деформацию.

Повышение прочности и ударной вязкости:

Прочность и ударная вязкость – это компромисс, поскольку увеличение прочности (измеряемой твердостью) может снизить ударную вязкость и привести к хрупкости.В частности, термическая обработка может влиять на предел текучести, предел прочности на разрыв и вязкость разрушения. Цементная закалка или сквозное упрочнение увеличивают прочность, однако детали необходимо будет отпустить или оттянуть, чтобы уменьшить хрупкость. Величина отпуска определяется желаемой максимальной прочностью материала. Часто, если полученный материал слишком хрупкий, его можно подвергнуть термообработке (отжигу или повторному отпуску), чтобы сделать его более пригодным для использования (пластичным).

Улучшение магнитных свойств:

Некоторые материалы, такие как 1008 или 316, имеют тенденцию приобретать магнетизм (измеряемый как «магнитная проницаемость»), когда они подвергаются механическому упрочнению (механической обработке, формованию, штамповке, изгибу и т. Д.).Определенный процесс отжига снизит магнитную проницаемость, что особенно важно, если деталь будет использоваться в электронной среде.

Trust ThermoFusion:

С 1968 года наша опытная команда инженеров-материаловедов, металлургов, техников по контролю качества и операторов оборудования решает металлургические проблемы для наших клиентов. Мы проводим термическую обработку в соответствии с отраслевыми и первоклассными спецификациями. Мы можем работать с вами над разработкой термообработки для удовлетворения ваших требований к деталям, используя наши многочисленные возможности.

Посетите thermo-fusion.com/services , чтобы ознакомиться с обзором предлагаемых нами услуг, или позвоните нам по телефону 510-782-7755 , чтобы узнать, какие услуги вы хотите и / или в которых нуждаетесь.

Критические аспекты подготовки инструментальных сталей термической обработкой

Обзор

Термическая обработка инструментальной стали – один из наиболее важных аспектов окончательной обработки инструмента. Без надлежащей термообработки качество и функциональность инструмента ухудшаются до такой степени, что он становится неисправным и непригодным для использования.Правильно спроектированный процесс термообработки гарантирует, что конечный продукт, сам инструмент, функционирует в соответствии с дизайном и назначением и будет соответствовать всем опубликованным техническим характеристикам.

Процесс молекулярной модификации

Не углубляясь в сложную металлургическую химию процесса термообработки, важно понять основные принципы того, почему термическая обработка так важна. Существует три основных этапа, через которые инструментальная сталь обычно проходит во время протокола термообработки: отжиг, аустенит и мартенсит.

Во-первых, сама сталь представляет собой сплав, созданный путем соединения углерода с железом. В смесь могут быть добавлены и другие элементы для придания конечному продукту различных характеристик в зависимости от требований к характеристикам инструмента. Например, добавление углерода к железу делает конечный продукт – сталь – прочнее. Если в смесь добавлен хром, полученный металл, называемый нержавеющей сталью, не окисляется так же, как железо, что упрощает очистку и уход за готовым инструментом.

Процесс молекулярной модификации чрезвычайно важен для качества и конечной ценности конечного продукта.Чтобы получить высококачественную и ценную инструментальную сталь, процесс термообработки должен выполняться с исключительной точностью и единообразием на каждом этапе и цикле.

Микроструктура инструментальной стали

Фазы, определяющие процесс термообработки инструментальной стали, изменяют микроструктуру самой стали. Термическая обработка, наблюдаемая под микроскопом, перестраивает атомы железа, углерода и любых других металлических компонентов, что служит для придания конечному материалу желаемых свойств.

Вот пояснения к трем этапам термообработки инструментальной стали. Опять же, скорость, с которой инструментальная сталь достигает желаемой фазы, и продолжительность самой фазы существенно влияют на общую эффективность процесса термообработки и качество готовой инструментальной стали.

Отожженная фаза

Перед термообработкой инструментальная сталь обычно поставляется в отожженном состоянии. Отжиг фактически снижает твердость инструментальной стали, облегчая работу с ней.Отжиг требует нагрева сплава инструментальной стали до определенной температуры в течение определенного периода времени. Точность этого процесса нагрева и охлаждения одинакова на всех этапах процесса термообработки. Различная продолжительность циклов нагрева и охлаждения, а также температуры, при которых обрабатывается сталь, должны быть чрезвычайно точными и тщательно контролироваться.

Аустенитная фаза

Аустенит, также известный как гамма-железо, является результатом микроатомного процесса, при котором высокая температура изменяет кристаллическую структуру феррита.Процесс создания аустенита, называемый аустенизацией, является первым шагом в общем процессе термообработки. Аустенизация важна, потому что в своем измененном состоянии аустенит может поглощать больше углерода в свою молекулярную структуру. В зависимости от дальнейших процессов термообработки и того, как эти процессы выполняются, металл приобретает дополнительные желаемые свойства, такие как повышенная твердость или предел прочности на разрыв, чтобы назвать два. Изменение и улучшение механических свойств конечной продукции из инструментальной стали является важным шагом в производстве любых конечных продуктов, в которых используется модифицированная сталь.

Аустенит получил свое название в честь сэра Уильяма Чендлера Робертс-Остина, который был пионером процесса аустенитизации.

Мартенситная фаза

С технической точки зрения, мартенсит относится к любой кристаллической структуре, которая возникает в результате процесса, который не смещает большое количество атомов, называемого преобразованием смещения. Вместо этого мартенсит образуется в результате бездиффузионного процесса, который создает незначительные манипуляции с атомной структурой атомов для создания различных свойств в материале.Процесс создания мартенсита называется мартенситным превращением.

Мартенситное превращение происходит, когда нагретая сталь очень быстро охлаждается, что предотвращает медленную перестройку атомной структуры в положения равновесия. Конечным результатом мартенситного превращения является исключительно твердая сталь.

Несмотря на то, что инструмент очень твердый, атомная структура инструментальной стали в форме мартенсита делает этот материал чрезвычайно хрупким и, следовательно, непригодным для использования в инструментах.Дополнительные этапы общего процесса термообработки служат для устранения этой характеристики.

Процесс мартенситного превращения был назван в честь Адольфа Мартенса, выдающегося немецкого металлурга XIX века.

Основные этапы термообработки инструментальной стали

Существует четыре основных этапа процесса термообработки инструментальной стали: предварительный нагрев, нагрев (также вызванный аустенизацией), закалка и отпуск. В зависимости от обрабатываемой инструментальной стали и конечных применений, для которых она предназначена, в процесс также могут быть добавлены другие этапы.

Температура обработки, продолжительность обработки и частота обработки (например, если определенный этап должен выполняться несколько раз) – все зависит от типа обрабатываемой инструментальной стали, а также от конечный продукт, для которого будет использоваться инструментальная сталь.

Предварительный нагрев

Быстрый нагрев инструментальной стали от комнатной температуры до точки, когда атомная структура превращается в аустенит, может значительно ухудшить или полностью разрушить продукт.В зависимости от типа обрабатываемой инструментальной стали эта целевая температура может находиться в диапазоне от 1400 до 2400 ° по Фаренгейту. Преобразование инструментальной стали из отожженной фазы в аустенитную фазу изменяет объем стали.

Быстрый нагрев инструментальной стали до этих температур может вызвать термический удар, который, в свою очередь, приведет к растрескиванию инструментальной стали. Кроме того, в зависимости от формы и конфигурации инструментальной стали, быстрые изменения объема могут привести к ее деформации до такой степени, что она станет непригодной для использования.

Этих проблем можно избежать с помощью тщательного процесса предварительного нагрева, при котором инструментальная сталь поднимается от комнатной температуры до точки чуть ниже целевой точки аустенитизации. Продолжительность процесса предварительного нагрева должна быть достаточной для обеспечения равномерного нагрева инструмента во всем. После завершения процесса предварительного нагрева и стабилизации инструментальной стали можно начинать аустенизацию.

Нагрев (аустенизация)

Превращение феррита в аустенит происходит при различных температурах, в зависимости от содержания компонентов в обрабатываемом сплаве.Например, в основной углеродистой стали аустенизация происходит при температуре около 1350 градусов по Фаренгейту.

Когда сплав достигает критической температуры аустенизации, микроатомная структура открывается, так что он может поглощать больше углерода из уже имеющихся карбидов железа. Чрезвычайно важно, чтобы этот процесс точно контролировался как с точки зрения температуры процесса, так и с точки зрения продолжительности. Неполная начальная аустенизация может оставить нерастворенные карбиды в атомной матрице.

Инженеры-металлурги определяют оптимальное время и температуру для нагрева на основе многих факторов, таких как обрабатываемая инструментальная сталь и желаемые конечные результаты.Например, вообще говоря, более низкая температура аустенизации увеличивает ударную вязкость конечного продукта, тогда как более высокие температуры увеличивают его твердость.

Закалка

Закалка – это процесс быстрого охлаждения горячего аустенита до гораздо более твердой, желаемой микроатомной структуры мартенсита в конечном состоянии. Как и в случае процесса нагрева, продолжительность и методология процесса, используемые для закалки, настраиваются в зависимости от желаемого конечного продукта.

Для низколегированной инструментальной стали, которую необходимо быстро закалить, чтобы сохранить мартенситную структуру, масло обычно является средой, обеспечивающей наилучшие результаты.Для высоколегированной инструментальной стали воздушное охлаждение является наиболее эффективным подходом. Кроме того, для некоторых типов стали рекомендуется закалка в воде.

Как и все этапы процесса закалки инструментальной стали, закалка должна тщательно измеряться, контролироваться и контролироваться. В зависимости от конфигурации, размера и формы продукта, который подвергается закалке, даже быстрое охлаждение в масле (часто называемое «резкое охлаждение») может быть неравномерным по всему готовому продукту. Это отсутствие однородности может исказить готовую форму или вызвать растрескивание.

Закалка

Закаливаемая инструментальная сталь снижает хрупкость вновь образовавшегося мартенсита. Без надлежащего отпуска мартенсит очень легко потрескается или даже расколется. Правильный отпуск – важный шаг в общем процессе термообработки инструментальной стали.

С учетом сказанного, точность, необходимая для надлежащей аустенизации, гораздо менее важна на этапе отпуска, хотя следует избегать быстрого нагрева инструментальной стали. Интенсивность нагрева обычно определяется твердостью, необходимой для готового материала – более высокая температура отпуска дает более твердый продукт.Вместо точного значения большинство сплавов имеют относительно широкий диапазон допустимых температур отпуска.

Ключ к эффективному закаливанию – терпение. В зависимости от инструментальной стали и конечного применения может потребоваться несколько этапов отпуска. Этап закалки должен включать около часа нагрева на каждый дюйм толщины, но в любом случае не менее 2 часов на каждый этап, независимо от размера. Перед повторением цикла материал следует охладить до комнатной температуры – теплый на ощупь, около 75 ° С.

Другие этапы лечения

В зависимости от состава инструментальной стали бывают случаи, когда одной закалки недостаточно для полного превращения аустенита в мартенсит. В результате получается не полностью затвердевший конечный продукт, который может быть хрупким. Один из способов обойти этот недостаток – криогенно заморозить инструментальную сталь до температуры ниже 0 ° по Фаренгейту. Во время обработки криогенным замораживанием существует риск растрескивания, поэтому цикл глубокой заморозки проводится после первого отпуска.

Факторы, влияющие на конечный продукт

При правильно выполненном процессе термообработки инструментальная сталь будет расширяться из-за изменений атомной структуры. Хотя есть много факторов, которые вызывают это, обычно расширение инструментальной стали после термообработки составляет от 0,002 до 0,0005 дюйма. В зависимости от конечного применения (например, небольшое расширение инструментальной стали более важно для скальпеля, чем для молотка), хотя и номинально, это расширение необходимо учитывать.

С другой стороны, если процесс термообработки не контролируется точно и зависит от точного состава инструментальной стали, процесс может фактически привести к усадке материала. Обычно в результате неправильного регулирования температуры (слишком высокая или слишком низкая) или времени (слишком долго или недостаточно) аустенит не полностью превращается в мартенсит. Помимо усадки материала, этот сценарий также может отрицательно сказаться на других механических свойствах инструментальной стали.Вообще говоря, если происходит усадка, криогенное охлаждение завершит процесс преобразования и вернет инструментальную сталь обратно в желаемое состояние.

Таблица характеристик термической обработки инструментальной стали типа

В следующей таблице приведены общие рекомендации по подходящим температурам закалки и отпуска в зависимости от типа стали, а также рекомендуемого типа процесса закалки.

Точность + Равномерность = Значение

Термообработка инструментальной стали делает больше, чем просто добавляет значительную ценность обрабатываемому материалу – она ​​делает возможным использование инструментальной стали.Без должной термообработки инструменты просто не работали бы или вообще не могли быть изготовлены. Современное металлургическое машиностроение играет важную роль в производстве и производстве инструментальной стали и всех областей ее применения.

Однако термообработка требует критических допусков. Это не то, что можно понять на лету, а затем сделать наугад. Термическая обработка требует не только человеческого опыта, но и высокотехнологичного современного оборудования, которое может гарантировать точность и единообразие всего процесса.

Обзор термической обработки стали

Процессы термообработки используются для особого влияния на свойства стали.

Микроструктура стали оказывает особое влияние на ее свойства. Однако на микроструктуру стали влияют не только условия затвердевания (см. Статью о формировании микроструктуры). На него также могут отрицательно повлиять последующие производственные процессы, такие как прокатка, глубокая вытяжка, сварка и т. Д.

Например, при прокатке стального листа округлые зерна растягиваются в направлении прокатки. Такая растянутая микроструктура тогда также называется текстурой прокатки . Прокатный стальной лист в последующем процессе гибки в направлении прокатки ведет себя иначе, чем поперек него. В то время как сталь имеет тенденцию к растрескиванию при изгибе параллельно направлению прокатки, риск растрескивания значительно ниже при изгибе поперек направления прокатки. В результате прокатки формуемость стала зависеть от направления.Обычно это отрицательно сказывается на производственных процессах.

Текстура прокатки определяется как растяжение микроструктуры в направлении прокатки, которое приводит к изменению свойств материала!

Зависимость свойства от направления (например, формуемость, обрабатываемость, проводимость по току, отражательная способность и т. Д.) Обычно называется анизотропией . Однако, если материал ведет себя одинаково во всех направлениях в отношении определенного свойства, это называется изотропией («iso» = то же самое).Анизотропия свойств материала обычно нежелательна, так как это может привести к непредвиденным эффектам.

Анизотропия – это зависимость свойства от направления. Однако при изотропии свойство передается одинаково во всех направлениях!

Но не только во время прокатки может отрицательно повлиять на микроструктуру стали. Нежелательные структурные изменения также могут произойти в зоне стыка двух сваренных листов. Это происходит из-за высоких температур и неконтролируемого охлаждения после сварки.Это может привести к тому, что сварной шов станет хрупким и разорвется при высоких нагрузках.

По этим причинам были разработаны определенные процессы термообработки, в которых микроструктура стали впоследствии может быть изменена желаемым образом путем воздействия на нее высоких температур и специально контролируемого охлаждения.

Термическая обработка определяет процессы, которые конкретно изменяют свойства материалов посредством контролируемого нагрева и охлаждения!

Таким образом, можно не только обратить вспять нежелательные микроструктурные изменения (например,грамм. рекристаллизационный отжиг во время прокатки или отжиг для снятия напряжений после сварки), но также могут быть достигнуты совершенно новые свойства (например, закалка и отпуск ). Таким образом, наиболее важные процессы термообработки описаны более подробно ниже:

Печи для термической обработки стали

Термическая обработка стали

Печи для отжига, отпуска, закалки, закалки

Сталь – это сплав железа и углерода. Его содержание углерода обычно находится в диапазоне от 0,02% до 6,5%. Атомы углерода расположены в позициях межузельной решетки железа, которые имеют разный размер и наличие атома углерода на это положение вызывает неравномерную деформацию решетки и напряжение.Довольно часто другие металлы, такие как хром Cr, Cobalt Co, Также легируют марганец Mn и т. Д., Что также изменяет размеры решетки и свойства стали.
При комнатной температуре и температуре до 911 ° C чистое железо имеет объемно-центрированную кубическую конфигурацию (α-железо), называемое ферритом. При более высокой температуре от 911 ° C до 1392 ° C существует гранецентрированная кубическая конфигурация (γ-железо), называемая аустенитом. Сталь выше 1392C снова образует небольшой диапазон объемно-центрированной кубической решетки, называемой δ-железом или δ-ферритом.В зависимости от конфигурации решетки углерод находится либо в тетраэдрической, либо в октаэдрической промежуточной позиции. железная решетка. Размер и деформация решетки различны. При более высокой деформации сталь становится тверже.
Медленное охлаждение расплава и твердой стали приводит к фазовым переходам, при которых образуются аустенит и феррит или смешанные фазы. Во время фазовых переходов атомы углерода пытаются переместиться в самые любимые позиции решетки. Тем не мение; способность решетки железа поглощать атомы углерода ограничена, и когда максимальная растворимость углерода в железе достигается при охлаждении, начинается осаждение цементита или перлита.Цементит представляет собой карбид железа Fe ₃ C, в то время как перлит представляет собой смесь цементита и феррита. Если сталь имеет более высокое содержание углерода, образуется ледебурит, смесь аустенит и цементит. Различные фазы, образующиеся при медленном охлаждении, описаны на диаграмме состояния железа и углерода. (здесь вы можете увидеть упрощенную версию).

Свойства стали, такие как твердость или долговечность, также зависят от деформации решетки и наличия осадков. как по размеру различных кристаллитов.Эти свойства стали можно изменять или регулировать с помощью различных термических процессов.
Koyo Thermo Systems может предложить технологии, оборудование и печи для соответствующей корректировки свойств стали. Большинство печей Koyo используют Moldatherm ^® -нагреватели.

Crystec Technology Trading GmbH, Германия, www.crystec.com, +49 8671 882173, факс 882177

Печи для отжига и отпуска стали

При отжиге заготовка нагревается до определенной температуры, а затем медленно охлаждается.Это можно сделать для достижения следующих целей:
При крупнозернистом отжиге желательно увеличить размер отдельных кристаллитов. Как следствие; материалы стабильность и вязкость снижаются, что необходимо для некоторых процессов обработки.
Термическая обработка для снятия напряжений проводится при относительно низких температурах от 480 ° C до 680 ° C и приводит к удалению остаточное напряжение заготовки. Это напряжение возникает в результате механической деформации или обработки.В остальном свойства стали не должны быть изменен.
Гомогенизация требует до двух дней и происходит при относительно высоких температурах от 1050 ° C до 1300 ° C и должна добиться равномерного распределения примесей в металлической решетке. Скорость охлаждения определяет развитие фаз, а следовательно; характеристики стали.
Рекристаллизационный отжиг – восстановление кристаллических форм, существовавших до деформационного упрочнения.Для этого Заготовку нагревают до температуры чуть выше температуры рекристаллизации, обычно от 550 ° C до 700 ° C. Температура рекристаллизации зависит от материала и уровня деформации.
Нормализация стали – одна из наиболее важных термических обработок. Создает мелкозернистую структуру кристаллитов, которые равномерно распределяется по заготовке. Сталь с более высоким содержанием углерода требует отжига при температуре чуть ниже 800 ° C; для стали с более низким содержанием углерода требуется температура 950 ° C
При использовании стали Soft-Annealing существующие осадки цементита или перлита уменьшаются, чтобы снизить твердость и прочность стали и облегчить деформацию.Типичная температура для этого процесса колеблется от 680 ° C до 780 ° C.
Koyo предлагает печи непрерывного и периодического действия для всех процессов отжига как в атмосферных условиях, так и в вакууме.

Crystec Technology Trading GmbH, Германия, www.crystec.com, +49 8671 882173, ФАКС 882177

Закалка стали

Печи для отпуска и закалки стали

При закалке нелегированной стали заготовка сначала нагревается до температуры от 800 ° C до 900 ° C. до тех пор, пока в случае стали с низким содержанием углерода не останется чистый аустенит. Для легированной стали температура может значительно варьироваться.
Во избежание коррозии; внутри печи можно использовать экзотермический газ.Он также образуется из углеводородов в соответствующем газогенератор и содержит CO, H ₂ и N ₂ , а также CO ₂ и H ₂ O.

Экзотермический газогенератор

После отпуска сталь быстро охлаждают или закаливают, чтобы предотвратить миграцию атомов углерода в выгодные позиции в решетке во время фазового перехода. Этого можно избежать, поскольку скорость диффузии атомов углерода становится слишком высокой. низкая при низкой температуре для перемещения между положениями решетки.
С понижением температуры решетка железа все еще изменяет свою решетчатую структуру, и, следовательно,; так называемый мартенситный или мартенситный сталь образуется. Из-за деформации решетки и напряжения решетки мартенсит очень твердый, но при этом уже не деформируемый и хрупкий.
Для более толстых заготовок необходимы соответствующие высокие скорости охлаждения для упрочнения всей заготовки. На практике эти штуки положить в масляную или водяную баню. Самый эффективный метод – закалка водой из-за ее высокой теплопроводности.При погружении в воду на ее поверхности в первую очередь образуется непроводящий слой пара (феномен Лейденфроста). Необходимо обратить внимание на правильное погружение заготовки. Жидкость должна равномерно касаться всей его поверхности. Также для закалки можно использовать водные растворы полимеров.
Заготовку можно нагреть как в печи с цепным конвейером, так и в печи с роликовым подом, на концы которой детали падают или скользят. в закалочную ванну или в вытяжную печь, загружаемую снизу и из которой можно быстро разматывать заготовки.

Довольно часто для процесса закалки используются вакуумные печи. Низкое содержание кислорода предотвращает окисление и коррозия поверхности деталей.

Мойка деталей

После закалки деталей в масле или эмульсии детали необходимо очистить, прежде чем их можно будет поместить в следующая печь для отжига и отпуска.Для этого Koyo предлагает специальные стиральные машины. Процесс стирки также можно интегрированы в непрерывный процесс. Отжиг, закалка, промывка и отпуск могут выполняться на одном оборудовании.

Очистка деталей после закалки и перед отпуском.

Отпуск стали после закалки

После закалки мартенситная сталь становится очень твердой, но при этом хрупкой. Снова закаляя детали могут быть предприняты некоторые встречные действия.
В интервале температур ниже 100 ° C концентрация первого углерода мартенситной стали увеличивается в областях дефектов решетки. При температурах от 100 ° C до 200 ° C атомы углерода начинают мигрировать из своих неблагоприятных положений в решетке железа. Начинается осаждение карбида железа. При дальнейшем повышении температуры этот процесс будет ускоряться. При температуре выше 320 ° C почти все атомы углерода покинули свои неблагоприятные позиции в межузельной решетке. Свыше 400C нет серьезных микро структурные изменения больше не случаются, и сталь снова становится мягкой.Однако в случае стальных сплавов с хромом, ванадием, В этом температурном диапазоне твердость молибдена и вольфрама снова увеличивается, поскольку образуются особые карбиды. Эта вторичная закалка важна для деталей, которые должны сохранять свою твердость в условиях повышенной температуры.
Как правило, твердость стали снижается с повышением температуры отпуска. В присутствии воздуха поверхность окисляется. что можно увидеть по типичному изменению цвета стали во время этого процесса.Цвет относится к толщине выросшего оксидный слой. Необходимое время отжига зависит от массы и толщины обрабатываемых деталей.

Crystec Technology Trading GmbH, Германия, www.crystec.com, +49 8671 882173, факс 882177

Поверхностное упрочнение, поверхностное упрочнение, упрочнение набивкой

В отличие от закалки стали путем отпуска, закалки и отжига, когда упрочняется сыпучий материал, Технология поверхностного упрочнения упрочняет только поверхность стали.Твердая поверхность и пластичный объем обеспечивают особые хорошие свойства стали. Для поверхностного упрочнения можно использовать несколько методов.

Карбонизация, карбонизация, науглероживание, науглероживание

Карбонизация, карбонизация, науглероживание, науглероживание – для обозначения одного и того же процесса используются несколько слов. Этот метод поверхностной закалки, поверхностного упрочнения или пакетного упрочнения может использоваться для низкоуглеродистых сталей. Материал обрабатывают эндотермическим газом с высоким содержанием углерода.
Эндотермический газ генерируется в газогенераторе из метана, этана или пропана и состоит в основном из оксида углерода CO, водорода. H ₂ и азот N ₂ .

Эндотермический газогенератор

Сталь нагревают до температуры от 900 ° C до 1000 ° C в специальной печи для отпуска или отжига, или в печи, или печь, в которой он поглощает атомы углерода из эндотермической газовой атмосферы. Концентрация углерода может быть увеличена до уровня насыщения аустенита на закрытых поверхностях (глубина около 1 мм).Далее следует закалка и отжиг. Для этого можно использовать печи Koyo типа KCF. Могут использоваться печи непрерывного и периодического действия. При непрерывной транспортировке печи можно может быть реализована с помощью керамического роликового пода или системы толкателя, или транспортировкой с помощью сетчатой ​​ленты.

Вращающиеся барабанные печи также могут использоваться для этого процесса.В этих системах закалка, закалка, очистка и отжиг может быть интегрирован.

Вращающаяся барабанная печь непрерывного науглероживания стали

Карбонитрирование

Для нитроцементации в сталь не только диффундирует углерод, но также осаждается азот и нитриды. возникает на поверхности вблизи областей. Аммиак NH ₃ обычно используется в качестве источника азота.
Карбонитрирование при низкой температуре от 650 до 770 ° C приводит к хорошей диффузии азота, а после закалки образуется тонкая пленка нитрида и карбида. образуется на поверхности мартенсита.Если карбонитрирование проводится при высокой температуре от 770 ° C до 930 ° C, тогда эта нитридная и карбидная пленка является не генерируется, потому что тогда скорость диффузии углерода выше. Содержание азота стабилизирует аустенитную фазу и позволяет снизить скорость закалки при увеличении твердости. Однако жесткий слой обычно тоньше по сравнению с цементацией, и поэтому свойства материала больше меняются между поверхностным и сыпучим материалом.
Закалка должна следовать за процессом отпуска как для нитроцементации, так и для науглероживания.

Азотирование и нитроцементация

Азотирование – это метод поверхностного упрочнения, при котором азот диффундирует в поверхность стали при довольно низкой температуре От 500 до 550 ° C. Аммиак служит источником азота.Азот диффундирует в сталь и занимает в ней междоузлия. железная решетка. Это вызывает искажения и стресс. Материал не требует закалки, и поэтому эффект упрочнения не наблюдается. результат образования мартенсита. При охлаждении осаждение нитридов является основной причиной повышения твердости.
Для Nitrocarburizing в материал диффундирует не только азот, но и углерод. Как источник углерода обычно используют окись углерода или углеводороды.Азот имеет большую глубину диффузии, а углерод концентрируется только в участки, близкие к поверхности. Растворимость углерода в стали, насыщенной азотом, низкая, а скорость диффузии ниже по сравнению с азот. При охлаждении образуются карбонитриды. Нитрокарбурация – более быстрый процесс по сравнению с азотированием.
Азотированная и карбонитрированная сталь имеет довольно тонкую, твердую и скользкую поверхность. Он не такой износостойкий и немного хрупкий.

Koyo Thermo Systems и Crystec с удовольствием разработает экономичную систему, которая удовлетворит ваши самые требовательные и взыскательные требования.