Термообработка стали 45: термообработка и ее этапы, отпуск, режимы и выдержка

alexxlab | 10.09.1977 | 0 | Разное

Содержание

термообработка и ее этапы, отпуск, режимы и выдержка

Одним из самых важных и востребованных этапов обработки стали в машиностроении является термообработка. При соблюдении технологии заготовка становится достаточно прочной, увеличивая область использования полученных изделий.

Закалка – процесс термообработки, используемый на протяжении веков для повышения твердости и износостойкости стали. Вид данной обработки металла позволяет менять его структуру.

Суть процесса состоит в нагреве металла, выдержке при температуре и охлаждение в определенной среде. Выбор температуры нагрева осуществляется в соответствии с химическим составом стали.

Ошибки при выборе режима и времени закаливания приводят к появлению трещин, хрупкости структуры или непригодности для использования полученных деталей.

Этапы закалки:

  1. Нагрев заготовки до определенной температуры.
  2. Охлаждение с определенной скоростью.
  3. Отпуск, способствующий снятию напряжений и коррекции твердости до заданных значений.
к содержанию ↑

Что такое отпуск?

Еще одним из процессов термической обработки является отпуск. Он необходим для снятия внутреннего напряжения, образовавшегося в результате закалки. В металлургии таким образом удается избежать высоких показателей хрупкости и увеличить пластичность готового изделия.

Охлаждение в воде

Для стали 45 используют два основных типа охлаждения. Один из них – погружение нагретого металла ванну с водой. Главный минус этого метода – высокая скорость охлаждения, из-за которой возникает избыточное напряжение внутри заготовки. На поверхности детали появляются трещины или происходит ее колебание.

В масляной ванне

В ванне, заполненной минеральным маслом, сталь марки 45 охлаждается равномерно. При этом масло не нужно нагревать, в отличие от воды. Но необходимо строгое соблюдение мер безопасности при работе с маслом.

Важно! При попадании воды в состав масла могут возникать трещины.

С отпуском и без

При отпуске сталь доводят до точки ниже критической температуры, выдерживают определенное время и охлаждают с заданной скоростью. Происходит процесс распада мартенсита, углерод выделяется в виде мелких кристаллов карбида железа (цементит) из перенасыщенного твердого раствора.

В зависимости от температуры отпуск проводится:

  1. в вентилируемых печах;
  2. в селитровом растворе;
  3. в минеральном масле;
  4. в растворенных щелочах.

Процесс отпуска позволяет изменить структуру и плавно снизить напряжения внутри металла. Показатель твердости при этом уменьшается на небольшое значение.

к содержанию ↑

Температура

Закалка стали 45 проводится при температурном диапазоне 830-850 градусов по Цельсию.

Соблюдении температурного режима позволяет избежать следующих дефектов:

  • Высокая хрупкость. Нагрев заготовки свыше температуры каления приводит к ее перегреву, в результате образуется крупная структура.
  • Уменьшение твёрдости. Низкие температуры нагревания, недостаточная выдержка и маленькая скорость охлаждения делают невозможным достижение необходимой твёрдости стали.
к содержанию ↑

Режимы и время выдержки

Способы нагрева металла:

  1. в муфельной печи постоянного или переменного действия;
  2. в устройствах ТВЧ (токи высокой частоты).

В основе этих способов лежат разные технологии, приводящие к изменению значений твердости (HRC) заготовок.

Особенности нагрева в разных устройствах:

  • Скорость нагрева в электропечи 2-3 градуса в секунду до температуры 840 – 860 °С.
  • Нагрев в ТВЧ со скоростью 250 °С/сек до 880 – 920 °С, либо при 500 °С/сек – до 980 – 1020 °С.

Важно! Температурные режимы и время выдержки изменяют атомную решетку железа. Нагрев и выдержка способствуют растворению феррита в аустените, металл приобретает гранецентрированную структуру. От толщины заготовки зависит время выдержки в печи.

к содержанию ↑

Твердость

До процедуры

Физические свойства стали 45 изменяются с повышением температуры. По шкале Роквелла твердость необработанной стали составляет 20-22 единицы.

После

Термообработка стальной заготовки увеличивает показатель твердости стали в 2-2,5 раза.

Важно! Закалка повышает твердость изделия до 50 HRC, увеличивает его износостойкость и прочность.

Структура

До процедуры

Сталь конструкционная до этапа закаливания имеет объемно-центрированную структуру. В процессе нагревания до уровня аустенита происходит изменение состояния структурной решетки железа с переходом в структуру гранецентрированную.

После

После закаливания углерод, входящий в перлит, перемещается в новую гранецентрированную решетку железа. Этап охлаждения характеризуется быстрым снижением температуры обрабатываемой заготовки. Скорость перемещения атомов углеродов падает и происходит их внедрение в структуру новой решетки.
В образовавшейся пересыщенной структуре возникают внутренние напряжения
.

Гранецентрированная решетка превращается в однонапрвравленную тетрагональную структуру. Образовавшийся мартенсит имеет вид мелких игольчатых кристаллов, придающих стали высокие показатели прочности.

Одновременно два вида кристаллов мартенсита и аустенита начинают воздействовать друг с другом и создавать внутреннее напряжение. Прочность структуры связана с взаимной компенсацией этих кристаллов в момент активного влияния на металл внешних сил.

к содержанию ↑

Закалка с помощью ТВЧ

Сталь, обработанная в устройстве ТВЧ, способна выдерживать высокую нагрузку разных видов, высокую переменную и ударную нагрузку. Такая обработка является одним из видов поверхностной закалки. Основная задача поверхностной закалки – получение прочного наружного слоя с сохранением вязкой сердцевины.

Закалка производится в индукционной печи с применением токов высокой частоты. Нагрев сечения детали происходит неравномерно. Плотность тока на наружной части стали намного выше в сравнении с центром. Основная часть теплового воздействия приходится на поверхность, в этой зоне и происходит упрочнение.

Охлаждается сталь в печи распрыскивающими устройствами.

Важно! После закалки необходим отпуск для снятия тепловых напряжений.

Результатом этих операций становится неоднородность структуры стали. Поверхностный закалённый слой полностью состоит из мартенсита, а сердцевина из феррита. Увеличение показателя прочности глубинного слоя совершается проведением процесса нормализации.

Преимущества закалки ТВЧ:

  • Производительность выше, чем при закалке в печах.
  • Сталь защищена от влияния окисления и обезуглероживания.
  • Толщина закаленного слоя зависит от частоты токов.
  • Автоматизированный процесс.

Закалка значительно меняет структурную решетку и эксплуатационные качества металла. Данная технология позволяет получить заготовки с высоким уровнем износостойкости и широкой областью применения.

к содержанию ↑

Полезное видео

В видео подробно рассказано о закалке стали:

Закалка и отпуск стали 45: твердость, HRC, режимы, технология

Обработка стали, осуществляемая в процессе термообработки, является одной из важнейших операций в металлургической отрасли и машиностроении. При соблюдении технологии PC 45 изделие приобретает достаточную прочность, значительно расширяя область использования изготовляемых изделий. При необходимости можно осуществлять закалку изделия из стали, в домашних условиях строго соблюдая технологию. При закалке лезвия ножа в домашних условиях вполне допустимо добиться повышения прочностных характеристик изделия в 3-4 раза.

Структурные изменения металла

При нагревании конструкционной специальной стали 45 до аустенитного уровня, происходит изменение состояния структурной решетки железа с переходом из объемно-центрированной в гранецентрированную структуру. Осуществляется перемещение углерода входящего в перлит и представляющего собой мельчайшие кристаллы Fe3C (цементита) в гранецентрированную измененную решетку железа.

Структура стали 45 после отжига и закалки

В ходе охлаждения происходит быстрое снижение температуры обрабатываемой стали, но из-за замедления скорости перемещения атомов углерода они остаются внедренными в новую решетку железа, образуя твердую пересыщенную структуру, имеющую внутреннее напряжение. Решетка преобразуется в тетрагональную с ориентацией в одном направлении.

Происходит образование игольчатых мелких структур имеющих название мартенсит. Данный вид кристаллов придает металлу высокую прочность, твердость и улучшенные характеристики. Происходит образование одновременно двух видов кристаллов аустенита и мартенсита, которые воздействуют друг, на друга создавая внутреннее избыточное напряжение. При активном влиянии на металл внешних сил происходит взаимная компенсация двух видов кристаллов, придавая структуре прочность.

Термическая обработка металла

Для изменения характеристик стали производится термическая обработка с соблюдением необходимых режимов воздействия.

Процесс термической обработки состоит из процессов:

  • отжига;
  • нормализации;
  • старения;
  • закалки и отпуска.

Режимы термообработки стали 45

Закалка и отпуск стали во многом зависят от ряда факторов:

  • температурного режима;
  • скорости повышения температуры;
  • временного промежутка воздействия на металл высоких температур;
  • процесса охлаждения (скорости изменения температуры охлаждения среды или жидкости).

Закалка стали

Процесс закалки стали заключается в проведении термообработки заготовок с нагреванием до температуры выше критической с дальнейшим ускорением охлаждения. Данное состояние способствует повышению прочности и твердости (HRC) стали с одновременным снижением пластичности и улучшением потребительских характеристик.

Режим воздействия температуры охлаждения металла зависит от количества содержания углерода и легирующих присадок в стали.

После проведения закалки стали заготовки покрываются налетом окалины и частично теряют содержащийся углерод, поэтому технология обязательно должна соблюдаться согласно установленному регламенту.

Охлаждение металла должно проходить быстро, для предотвращения преобразования аустенита в сорбит или троостит. Охлаждение должно производиться точно по графику быстрое остывание заготовок, приводит к образованию мелких трещин. В процессе охлаждения от 200 °C до 300 °C происходит искусственное замедление при постепенном остывании изделий для этого, могут использоваться охлаждающие жидкости.

Закалка стали с помощью ТВЧ

При проведении поверхностной закалки с помощью ТВЧ процесс нагрева изделий осуществляется до более высокой температуры.

Это вызвано двумя факторами:

  1. Нагрев осуществляется за короткое время с ускоренным изменением и переходом перлита в аустенит.
  2. Реакция перехода должна осуществляться в сжатые сроки за небольшой промежуток времени при высокой температуре.

Закалка ТВЧ (токами высокой частоты)

Процессы, протекающие при обычной закалке в печи с использованием ТВЧ, имеют различные характеристики и ведут к изменению твердости (HRC) заготовок:

  1. При нагреве в печи скорость составляет, 2-3 °С/сек до 840 – 860 °С.
  2. С использованием ТВЧ – 250 °С/сек до температуры 880 – 920 °С или в режиме при 500 °С/сек – до 980 – и 1020 °С.

Нагрев деталей при использовании ТВЧ осуществляется до более высокой температуры, но перегрева заготовки не происходит. В процессе обработки с применением ТВЧ время операции нагрева значительно сокращается, что способствует сохранению размера и структуры зерна. В ходе выполнения операции закалки ТВЧ твердость металла ( HRC) возрастает на 2-3 един. по Роквеллу.

Процесс нагрева

Заготовки из стали нагреваются в печах. При нагреве инструмента используется предварительный подогрев отдельных частей с использованием

  • печей с температурой рабочей среды от 400 °С до 500 °С;
  • в специальных соляных ваннах с погружением на 2-4 сек. 2-3 раза.

Обязательно должно соблюдаться условие равномерного прогрева всего изделия. Строго выдерживаться условие одновременного помещения деталей в печь с соблюдением времени нагрева деталей.

Применение защитных мер

В процессе термической обработки происходит постепенное выгорание углерода и образование налета окалины. Для предотвращения ухудшения качества металла и его защиты используются защитные газы, которые закачиваются в ходе процесса закаливания. В печь имеющую герметичную камеру, где происходит термообработка с помощью специального генератора, закачивается газ аммиак или метан.

При отсутствии герметичных печей операции обработки производятся в специальной герметичной таре, куда предварительно засыпается чугунная стружка для предотвращения выгорания углерода.

При обработке заготовок в соляных ваннах металл защищен от окисления, а для создания необходимых условий для сохранения уровня углерода содержание ванной 2-х кратно в течение суток раскисляется борной кислотой, кровяной солью или бурой. При температуре обработки в диапазоне температур 760-1000 °С в качестве раскислителя может использоваться древесный уголь.

Использование специальных охлаждающих жидкостей

В ходе проведения технологического процесса для охлаждения деталей в основном используется вода. Качество охлаждающей жидкости можно изменить, добавив соду или специальные соли, что может повлиять на процесс охлаждения заготовки.

Для сохранения процесса закалки категорически запрещается использовать содержащуюся в нем воду для посторонних операций. Вода должна быть чистой и иметь температуру от 20 до 30 °С. Запрещено использовать для закалки стали проточную воду.

Состав смесей солей и щелочей, применяемых в качестве закалочных сред

Данный способ закалки применяется только для цементированных изделий или имеющих простую форму.

Изделия, имеющие сложную форму, изготовленные из конструкционной специальной стали охлаждаются в 5% растворе каустической соды при температуре 50-60 °С. Операция закалки, проводится в помещении, оснащенном вытяжной вентиляцией. Для закалки заготовок выполненных из высоколегированной стали применяют минеральные масла, причем скорость охлаждения в масленой ванне не зависит от температуры масла. Недопустимо смешивание масла и воды, что может привести к появлению трещин на металле.

При закалке в масляной ванне необходимо выполнять ряд правил:

  1. Остерегаться воспламенения масла.
  2. При охлаждении металла в масле происходит выделение вредоносных газов (обязательно наличие вытяжной вентиляции).
  3. Происходит образование налета на металле.
  4. Масло теряет свои свойства при интенсивном использовании для охлаждения металла.

При проведении процесса закалки стали 45 необходимо соблюдать технологический процесс с соблюдением всех операций.

Отпуск стали 45

Технологический процесс отпуска стали проводится в зависимости от необходимой температуры:

  • в печах с принудительной циркуляцией воздуха;
  • в специальных ваннах с селитровым раствором;
  • в ваннах с маслом;
  • в ваннах заполненных расплавленной щелочью.

Температура для проведения процесса отпуска зависит от марки стали, а сам процесс изменяет структуру и способствует снижению напряжения металла, а твердость снижается на малую величину. После проведения всех операций заготовка подвергается техническому контролю и отправляется заказчику.

При закалке и отпуске металла в домашних условиях необходимо строго соблюдать технологию и технику безопасности проведения работ.

процесс, способы, твердость после закалки

Просмотров 278 Опубликовано Обновлено

Термообработка представляет собой одну из необходимых и важных операций в процессе обработки стали. Ее широко использует металлургия и машиностроение. Технология термообработки стали 45 обеспечивает достижение высоких характеристик прочности. Это обстоятельство позволяет значительно расширить область применения обработанных подобным способом деталей. При использовании технологии закалки стали 45 твердость изделий становится существенно выше.

Особенности термообработки

Закалка стали 45 – метод, широко используемый в металлургии и машиностроении. Но как закалить сталь 45, чтобы получить ожидаемый результат? Чтобы изменить характеристики, необходимо провести термообработку. При этом должны соблюдаться определенные режимы воздействия. Этот процесс схематично можно представить следующими процессами:

  • Отжиг.
  • Нормализация.
  • Старение.
  • Закалка и отпуск.

Качество стали 45 при термообработке зависит от ряда факторов.

  • Температурный режим.
  • С какой скоростью повышается температура.
  • Промежуток времени, в течение которого на металл воздействует высокая температура.
  • С какой скоростью происходит процесс охлаждения.

Термическая обработка состоит в нагревании детали до заданной температуры. Охлаждают ее с той же либо несколько иной скоростью. Железоуглеродистые сплавы характеризуются превращениями при нагревании их до определенных температур. Они носят название критических точек. Эти превращения сопряжены с кристаллизационным характером. При закалке стали 45 твердость изделий значительно повышается.

Химический состав

Что для стали означает номер 45? Это говорит о том, что в данном сплаве содержится 0,45% углерода. Остальные примеси представлены в незначительном количестве. Среди основных ее заменителей можно выделить сталь 40 и 50. Их также характеризует высокая прочность. Если рассматривать химические соединения, входящие в состав стали в процентном отношении, то наибольшая доля приходится на железо. У него этот показатель достигает 97%. В различных количествах входят и другие химические элементы. Самый низкий показатель у фосфора. В ней его содержится всего 0,035%.

В исходном состоянии структура представляет собой две фазы, которые смешаны между собой – феррит и цементит. Если медленно нагревать до незначительных температур, то никаких изменений в ней не произойдет. Если вести дальнейшее нагревание, феррит растворится в аустените. При нагреве выше критической температуры, структура их примет однородный характер.

Атомная решетка железа имеет объемно-центрированный характер. При сильном нагревании она становится гранецентрированной по типу. До нагревания углеродные атомы входят в перлит (кристаллы цементита), после этого он примет иное состояние и станет твердым раствором. В этом случае его атомы окажутся в решетке железа. При резком охлаждении, например, при помощи воды, ее можно закалить.

В таком состоянии она приобретет величины, характерные для комнатной температуры. Казалось бы, все перестроится в обратном порядке. Но подобные температурные параметры не придадут углеродным атомам выраженной мобильности. Скорость в этом случае настолько незначительная, что атомы просто не успевают выйти из раствора, когда имеет место быстрое охлаждение. Они остаются в структуре решетки. При этом возникает сильное внутреннее напряжение металла. Использование закаленной стали существенно увеличивают возможность применения деталей, материалом для изготовления которых явилась именно такая сталь.

Закалка

Термообработка стали 45 предполагает нагрев выше критической температуры. В дальнейшем проводится ускоренное охлаждение, проще говоря, осуществляется закаливание. После этого закаленный материал приобретает повышенную прочность и твердость. Температурный режим при закалке стали 45 определяется тем, сколько углерода и присадок легирующего характера содержится в стали.

Технология должна осуществляться в соответствии с установленным регламентом, поскольку после того, как проведена закалка, на заготовке образуется слой окалины. При этом происходит частичная потеря углерода. Металл должен охлаждаться быстро. Это не даст аустениту преобразоваться с появлением сорбита или троостита. Деталь охлаждается в соответствии с точным графиком. Если он будет нарушаться, будут образовываться мелкие трещины. Охладив деталь до температуры 200-300 градусов, процесс искусственно замедляют. При этом проводят применение охлаждающих жидкостей.

Для нагревания используются специальные печи. Перед этим производят подогрев отдельных частей. При этом проводят использование:

  • печей, где температура 500 градусов;
  • специальных соляных ванн.

Деталь погружается на несколько секунд 2-3 раза. Непременное условие: прогрев всей детали должен осуществляться равномерно. Все заготовки погружаются одномоментно, далее необходима выдержка. Подробнее об этом можно посмотреть в видео.

Закалка с помощью ТВЧ

С использованием ТВЧ температура нагрева более высокая по своим показателям.

Подобное обстоятельство становится возможным благодаря наличию двух факторов:

Нагрев обусловливает ускоренное изменение и переход перлита в аустенит.
Процесс происходит в границах сжатых временных рамок. Температура при этом очень высокая о своей величине.
Но при этом заготовка не перегревается. При таких операциях характеристики металла, обусловливающие его твердость, становятся больше на 3 единицы по Роквеллу. С помощью такого способа закалить деталь можно весьма основательно.

Испытание твердости, а, следовательно, и закаливаемость деталей, определяют по методу Бринелля.

Отпуск

Этот процесс определяется той температурой, которая необходима. С этой целью используются:

  • печи, имеющие принудительную циркуляцию воздуха;
  • селитровый раствор в специальных ваннах;
  • масляные ванны;
  • ванна, заполненная щелочью.

Температуру отпуска определяет марка стали. Процесс позволяет изменить структуру и снизить напряженность в металле. При этом не наблюдается значительного снижения твердости. Затем заготовка попадает в поле зрения технического контроля, а после этого отправляется заказчику.

Меры предосторожности

Подобные операции представляют определенную опасность для жизни и здоровья человека. Электроустановки для нагрева связаны с опасным воздействием электрического тока. Работа с закалочными ваннами связана с выделением в окружающее пространство вредных паров и газов. В этом плане большое значение имеет оборудование и хорошая исправная работа локальных вытяжных вентиляционных систем. Помимо этого, подобные места оборудуются и общеобменной вентиляцией.

Если процесс осуществляется с использованием масла либо керосина, не исключена возможность, что воспламенятся их пары. Надо проводить защиту от химических ожогов. Хранение селитры осуществляется в соответствии с требуемыми правилами. Раствор селитры в расплавленном состоянии не должен быть температурой выше 60 градусов. Цианистые соли фасуются только при наличии местной вытяжной вентиляции. Все работы проводятся только с применением средств индивидуальной защиты. Чтобы не образовывалась ядовитая синильная кислота, нельзя допускать совместное хранение цианистых солей с растворами кислот.

Как проходит процесс термообработки у стали марки 45?

В этой статье мы рассмотрим следующие разделы:

Термическая или тепловая обработка металлов представляет собой совокупность таких процессов как: выдержка и охлаждение твердого металлического сплава, с целью улучшения характеристик изделия. Сама трансформация стали марки 45 будет происходить благодаря изменениям в ее внутренней структуре.

А как же детально проходит дальнейшая операция? Если нагревать конструкционную специальную сталь 45 до высоких температур (720 °C), то можно заметить изменение в кристаллической решетке металла. Она превращается из объемно-центрированного в гранецентрированный структурный тип.

Итак, термообработка включает в себя такие виды обязательных процедур.

  • закалка
  • отжиг
  • нормализация
  • отпуск

Закалка

Процесс закалки стали представляет собой нагрев стали 45 до температурного диапазона 830-850 °C. Если закаливать металл до не нужной температуры, то можно заметить образование ферритных участков. Их появление во много раз уменьшает прочность стали.

А если закаливать изделие до температуры 1000 °C, то произойдет значительное распространение зерен мартенсита, которое повлечет снижение вязкости и повышению образования трещин. Процесс нагревания проходит в непрерывной или периодической электропечи.

Мартенсит является упорядоченным пересыщенным твердым раствором С (углерод) в а-железе такой же концентрации. Это химическое вещество было названо в честь немецкого металлографа Адольфа Мартенса.

Закалка зависит от двух факторов:

  1. химический состав металла
  2. форма и габариты детали

Если у углерода большие размеры и высокое процентное содержание, то для закаливания стали нужно большое количество времени. После этой операции происходит выдержка, чтобы выровнять неоднородность аустенита.

Аустенит – высокотемпературный гранецентрированный вид Fe и его сплавов. Фаза названа в честь английского металлурга Уильяма Чандлера Робертс-Остина.

Если произошел сильный перегрев, то это может привести к окислению и обезуглероживанию. А чтобы этого не происходило, необходимо нагревать сталь в вакууме или расплавленной соли. Вообще, закаливание проводят в двух средах, которые мы представили в таблице.

Среда

Характеристики

Вода

обладает повышенной скоростью, но при увеличении t она заметно падает. Также в воде вероятен риск появления напряжения и колебания деталей

Масло

В этой среде сталь охлаждается, а также снижается возникновение трещин. В отличие от воды, в масле низкая температура и может происходит загустение


Отжиг

Процедура отжига включает в себя нагревание, выдержку и долгое охлаждение в печи. Существует две разновидности рассматриваемого процесса, которые мы подробно представили в табличном варианте ниже.

Вид рода

Задачи

Особенности

первый 

выравнивает химсостав металла

увеличивает обрабатывает стали, с помощью давления

уменьшает остаточное напряжение после технологической обработки

Его структура не подвергается трансформации, остается неизменной при любых задачах, 

t=500-630°C

второй

измельчение зерен металла 

помогает образовывать структуру феррит+перлит

Этот тип – подготовительная термообработка. Он используется, чтобы повысить обрабатываемость стали,

t=770-840°C

Нормализация

Рассматриваемая операция включает в себя нагревание стали и ее охлаждение на открытом воздухе, в результате чего может произойти измельчение крупнозернистой структуры.

В отличие от отжига, нормализация улучшает показатель вязкости и надежности в несколько раз. Такие изменения заметны при охлаждении на воздухе, способствующее разложить аустенитные фазы в небольших показателях температуры.

Перлит от французского переводится как “жемчуг” и обозначает горную породу вулканического происхождения.

После этого происходит увеличение перлита и это является одной из причин усовершенствования механических особенностей.

Отпуск

Отпуск – заключительный этап термообработки стали 45. Он отличается от всех остальных вышерассмотренных процедур тем, что металл нагревается ниже критической температуры, происходит выдержка и охлаждение. Целью отпуска – снять внутреннее напряжение, повысить вязкость и прочность. Следует отметить, что основным процессом происходящим при отпуске является распад мартенсита.

Для визуального запоминания процессов термообработки стали, мы подготовили поэтапный слайдер каждой процедуры.

Таким образом, термообработка стали марки 45 проходит через несколько процессов: закалка, отжиг, нормализация и отпуск. В основе каждой процедуры цель – как можно лучше изменить свойства металла.

Типовые режимы термической обработки сталей (Таблица)

№ п/п

Марка стали

Твёрдость (HRCэ)

Температ. закалки, град.С

Температ. отпуска, град.С

Температ. зак. ТВЧ, град.С

Температ. цемент., град.С

Температ. отжига, град.С

Закал. среда

Прим.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

Сталь 20

57…63

790…820

160…200

 

920…950

 

Вода

 

2

Сталь 35

30…34

830…840

490…510

 

 

 

Вода

 

33…35

450…500

 

 

 

 

42…48

180…200

860…880

 

 

 

3

Сталь 45

20…25

820…840

550…600

 

 

 

Вода

 

20…28

550…580

 

 

 

 

24…28

500…550

 

 

 

 

30…34

490…520

 

 

 

 

42…51

180…220

 

 

 

Сеч. до 40 мм

49…57

200…220

840…880

 

 

 

<= 22

 

 

 

 

780…820

 

С печью

4

Сталь 65Г

28…33

790…810

550…580

 

 

 

Масло

Сеч. до 60 мм

43…49

340…380

 

 

 

Сеч. до 10 мм (пружины)

55…61

160…220

 

 

 

Сеч. до 30 мм

5

Сталь 20Х

57…63

800…820

160…200

 

900…950

 

Масло

 

59…63

 

180…220

850…870

900…950

 

Водный раствор

0,2…0,7% поли-акриланида

“–

 

 

 

 

840…860

 

 

6

Сталь 40Х

24…28

840…860

500…550

 

 

 

Масло

 

30…34

490…520

 

 

 

 

47…51

180…200

 

 

 

Сеч. до 30 мм

47…57

 

860…900

 

 

Водный раствор

0,2…0,7% поли-акриланида

48…54

 

 

 

 

 

Азотирование

<= 22

 

 

 

 

840…860

 

 

7

Сталь 50Х

25…32

830…850

550…620

 

 

 

Масло

Сеч. до 100 мм

49…55

180…200

 

 

 

Сеч. до 45 мм

53…59

180…200

880…900

 

 

Водный раствор

0,2…0,7% поли-акриланида

< 20

 

 

 

 

860…880

 

 

8

Сталь 12ХН3А

57…63

780…800

180…200

 

900…920

 

Масло

 

50…63

 

180…200

850…870

 

Водный раствор

0,2…0,7% поли-акриланида

<= 22

 

 

 

 

840…870

 

С печью до 550…650

9

Сталь 38Х2МЮА

23…29

930…950

650…670

 

 

 

Масло

Сеч. до 100 мм

<= 22

 

650…670

 

 

 

 

Нормализация 930…970

HV > 670

 

 

 

 

 

 

Азотирование

10

Сталь 7ХГ2ВМ

<= 25

 

 

 

 

770…790

 

С печью до 550

28…30

860…875

560…580

 

 

 

Воздух

Сеч. до 200 мм

58…61

210…230

 

 

 

Сеч. до 120 мм

11

Сталь 60С2А

<= 22

 

 

 

 

840…860

 

С печью

44…51

850…870

420…480

 

 

 

Масло

Сеч. до 20 мм

12

Сталь 35ХГС

<= 22

 

 

 

 

880…900

 

С печью до 500…650

50…53

870…890

180…200

 

 

 

Масло

 

13

Сталь 50ХФА

25…33

850…880

580…600

 

 

 

Масло

 

51…56

850…870

180…200

 

 

 

Сеч. до 30 мм

53…59

 

180…220

880…940

 

 

Водный раствор

0,2…0,7% поли-акриланида

14

Сталь ШХ15

<= 18

 

 

 

 

790…810

 

С печью до 600

59…63

840…850

160…180

 

 

 

Масло

Сеч. до 20 мм

51…57

300…400

 

 

 

42…51

400…500

 

 

 

15

    

Сталь У7, У7А

    

НВ <= 187

       

740…760

 

С печью до 600

44…51

800…830

300…400

 

 

 

Вода  до 250, масло

Сеч. до 18 мм

55…61

200…300

 

 

 

61…64

160…200

 

 

 

61…64

160…200

 

 

 

Масло

Сеч. до 5 мм

16

Сталь  У8, У8А

НВ <= 187

 

 

 

 

740…760

 

С печью до 600

37…46

790…820

400…500

 

 

 

Вода      до 250, масло

Сеч. до 60 мм

61…65

160…200

 

 

 

61…65

160…200

 

 

 

Масло

Сеч. до 8 мм

61…65

 

160…180

880…900

 

 

Водный раствор

0,2…0,7% поли-акриланида

17

    

Сталь У10, У10А

    

НВ <= 197

 

 

 

 

750…770

 

 

40…48

770…800

400…500

 

 

 

Вода  до 250, масло

Сеч. до 60 мм

50…63

160…200

 

 

 

61…65

160…200

 

 

 

Масло

Сеч. до 8 мм

59…65

 

160…180

880…900

 

 

Водный раствор

0,2…0,7% поли-акриланида

18

Сталь  9ХС

<= 24

 

 

 

 

790…810

 

С печью до 600

45…55

860…880

450…500

 

 

 

Масло

Сеч. до 30 мм

40…48

500…600

 

 

 

59…63

180…240

 

 

 

Сеч. до 40 мм

19

Сталь  ХВГ

<= 25

 

 

 

 

780…800

 

С печью до 650

59…63

820…850

180…220

 

 

 

Масло

Сеч. до 60 мм

36…47

500…600

 

 

 

55…57

280…340

 

 

 

Сеч. до 70 мм

20

Сталь Х12М

61…63

1000…1030

190…210

 

 

 

Масло

Сеч. до 140 мм

57…58

320…350

 

 

 

21

Сталь Р6М5

18…23

 

 

 

 

800…830

 

С печью до 600

64…66

1210…1230

560…570 3-х кратн.

 

 

 

Масло, воздух

В масле до 300…450 град., воздух до 20

26…29

780…800

 

 

 

 

Выдержка 2…3 часа, воздух

22

Сталь  Р18

18…26

 

 

 

 

860…880

 

С печью до 600

62…65

1260…1280

560…570 3-х кратн.

 

 

 

Масло, воздух

В масле до 150…200 град., воздух до 20

23

Пружин. сталь  Кл. II

 

 

250…320

 

 

 

 

После холодной навивки пружин 30-ть минут

24

Сталь 5ХНМ, 5ХНВ

>= 57

840…860

460…520

 

 

 

Масло

Сеч. до 100 мм

42…46

 

 

 

Сеч. 100..200 мм

39…43

 

 

 

Сеч. 200..300 мм

37…42

 

 

 

Сеч. 300..500 мм

НV >= 450

 

 

 

Азотирование. Сеч. св. 70 мм

25

Сталь 30ХГСА

19…27

890…910

660…680

 

 

 

Масло

 

27…34

580…600

 

 

 

 

34…39

500…540

 

 

 

 

“–

 

 

 

 

770…790

 

С печью до 650

26

Сталь 12Х18Н9Т

<= 18

1100…1150

 

 

 

 

Вода

 

27

Сталь 40ХН2МА, 40ХН2ВА

30…36

840…860

600…650

 

 

 

Масло

 

34…39

550…600

 

 

 

 

28

Сталь ЭИ961Ш

27…33

1000…1010

660…690

 

 

 

Масло

13Х11Н2В2НФ

34…39

560…590

 

 

 

При t>6 мм вода

29

Сталь 20Х13

27…35

1050

550…600

 

 

 

Воздух

 

43,5…50,5

200

 

 

 

 

30

Сталь 40Х13

49,5…56

1000…1050

200…300

 

 

 

Масло

 

Режим закалки стали 45

Режим термической обработкиТемпература нагрева, 0 СПродолжительность нагрева, минПродолжительность выдержки, минОхлаждающая средаHRCHB
Сталь 45
Отжиг Нормализация Закалка Отпуск Отпуск Отпуск
Сталь У10
Отжиг Нормализация Закалка Отпуск Отпуск Отпуск

Таблица 7.3

Влияние содержания углерода на твердость закаленной

Марка сталиСодержание углерода, %Твердость
HRBHRCHB
У8 У120,2 0,45 0,8 1,2

Содержание отчета

1. Тема и цель работы.

2. Краткие ответы на контрольные вопросы.

3. Область диаграммы состояния сплавов системы Fe – C, относящаяся к сталям с температурными интервалами нагрева сталей под термическую обработку.

4. Режимы отжига, нормализации, закалки и отпуска сталей 45 и У10.

5. Результаты измерения твердости сталей 45 и У8 после различных видов термической обработки в соответствии с заданиями.

Лабораторная работа № 8

СТРУКТУРА СТАЛЕЙ В НЕРАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

Цель работы: изучение влияния закалки и отпуска на структуру углеродистых сталей, установление связи между структурой термически обработанных сталей, их диаграммами изотермического распада аустенита и механическими свойствами.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Эксплуатационные свойства стали зависят от ее химического состава и структуры. Желаемое изменение структуры, а, следовательно, и механических свойств, достигается термической обработкой. Различные структуры стали формируются в процессе ее охлаждения из аустенитного состояния.

Незначительная степень переохлаждения или весьма медленное охлаждение обеспечивает получение равновесных структур (лабораторная работа № 7). Чем больше степень переохлаждения аустенита или скорость его охлаждения, тем при более низких температурах происходит превращение аустенита, тем более неравновесная структура получаемой стали. Сталь при этом может приобрести структуры сорбита, троостита, игольчатого троостита (бейнита) илимартенсита.

Закалка, обеспечивающая получение наиболее неравновесной структуры стали – мартенсита, сопровождается возникновением больших внутренних напряжений. Поскольку эти напряжения могут вызвать коробление или разрушение детали, их уменьшают путем отпуска.

Рис. 8.1. Микроструктура закаленной низкоуглеродистой (0,15 % С) стали. Х200

При отпуске из структур закаленной стали образуются структуры отпуска (троостит, сорбит, перлит). Рассмотрим подробнее структуры углеродистых сталей, образующиеся при закалке, а затем при отпуске. Получаемая структура стали зависит не только от скорости охлаждения аустенита, но и от температуры нагрева и химического состава стали.

Низкоуглеродистая сталь, содержащая до 0,15 % углерода, нагретая выше температуры АС3 и закаленная в воде, имеет структуру малоуглеродистого мартенсита (рис. 8.1).

Рис. 8.2. Изменение температурного интервала мартенситного превращения – а (область Мн – Мк заштрихованная, сплошная линия – tкомн) и массовой доли остаточного аустенита – б (возможная доля Аост, заштрихована) от содержания углерода в стали

Мартенсит это пересыщенный твердый раствор углерода в a-железе. Он содержит столько углерода, сколько было в аустените, т.е. в стали. Мартенсит имеет тетрагональную объемно центрированную решетку. С увеличением содержания углерода тетрагональность кристаллической решетки мартенсита, твердость и прочность закаленной стали возрастают. Он имеет характерное пластинчатое, под микроскопом – игольчатое, строение. Рост пластин мартенсита происходит со скоростью около 1000 м/с по бездиффузионному механизму. Они ориентируются по отношению друг к другу под углом 60 и 120 о в соответствии с определенными кристаллографическими плоскостями аустенита пределах аустенитного зерна, и чем выше температура нагрева под закалку и чем, следовательно, крупнее зерно аустенита, то тем более крупноигольчатым и хрупким он будет.

Твердость мартенсита весьма высока, например, для среднеуглеродистой стали – 55. 65 HRC, (НВ = 5500. 6500 МПа). Превращение аустенита в мартенсит сопровождается увеличением удельного объема стали, поскольку мартенсит имеет больший объем, чем аустенит. В сталях, содержащих более 0,5 % С, не происходит полного превращения аустенита в мартенсит и сохраняется так называемый остаточный аустенит. Чем выше содержание углерода в стали, тем ниже температурный интервал (Мн– Мк) мартенситного превращения (рис. 8.2, а)и больше остаточного аустенита (рис. 8.2, б). При обработке холодом можно достичь температуры Мк и обеспечить переход аустенита остаточного в мартенсит.

В доэвтектоидных сталях, закаленных с оптимальных температур (на 30. 50 о С выше АС3), мартенсит имеет мелкоигольчатое строение (рис. 8.3).

Заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке (температура нагрева на 30. 50 0 С превышает АС1). Сталь приобретает структуру мартенсита с равномерно распределенными зернами вторичного цементита и остаточного аустенита (5. 10 % Аост.) (рис. 8.4).

После полной закалки заэвтектоидная сталь имеет структуру крупноигольчатого мартенсита и в ней содержится свыше 20 % остаточного аустенита (рис. 8.5) . Такая сталь обладает значительно меньшей твердостью, чем после неполной закалки.

Рис. 8.3. Мартенсит закалки в доэвтектоидной стали. Х600

Рис. 8.4. Микроструктура закаленной заэвтектоидной стали:

мартенсит, аустенит остаточный, зерна цементита вторичного. Х400

Рис. 8.5. Микроструктура перегретой закаленной стали:

мартенсит крупноигольчатый, аустенит остаточный. Х400

Рис. 8.6. Микроструктура троостита закалки:

а – увеличение 500; б – увеличение 7500

Закалка на мартенсит обеспечивается охлаждением углеродистых сталей в воде со скоростью выше критической. При более медленном охлаждении стали из аустенитного состояния, например, в масле со скоростью, меньше критической, аустенит при температурах 400. 500 о С распадается на высокодисперсную феррито-цементитную смесь пластинчатого строения, называемую трооститом закалки. Троостит – структура с повышенной травимостью (рис. 8.6, а) и характерным пластинчатым строением (рис. 8.6, б).

Еще более медленное охлаждение стали (например, в струе холодного воздуха) вызывает при температурах 500. 650 0 С распад аустенита на более грубую, чем троостит, феррито-цементитную смесь также пластинчатого строения, называемую сорбитом закалки. По мере уменьшения скорости охлаждения и перехода от структур мартенсита к трооститу, сорбиту и, наконец, перлиту твердость стали уменьшается.

Рис. 8.7. Микроструктура троостита (а)и сорбита (б) отпуска. Х7500

Сталь с неравновесной мартенситной структурой при нагреве получает равновесную перлитную структуру. При нагреве закаленной стали до температур 150. 250 о С (низкий отпуск) образуется структура кубического (отпущенного) мартенсита. Увеличение температуры отпуска (300. 400 о С – средний отпуск и 550. 650 о С – высокий отпуск) ведет к появлению структуры зернистых трооститаи сорбита отпуска соответственно. Эти структуры показаны на рис. 8.7, а и 8.7, б. Сталь со структурой троостита с твердостью 35. 45 HRC (НВ = 3500. 4500 МПа) обеспечивает максимальную упругость, необходимую, как правило, при изготовлении рессор, пружин, мембран. Сталь со структурой зернистого сорбита отпуска (25. 35 HRC) обладает наилучшим комплексом механических свойств и высокой конструкционной прочностью. Именно поэтому закалку и высокий отпуск называют термическим улучшением.

Нагрев закаленной стали вплоть до температуры АС1 (727 о С) обеспечивает получение равновесной структуры зернистого перлита, т.е. менее дисперсной, чем сорбит и троостит, ферритно-цементитной смеси. Если сталь является доэвтектоидной, в ней обособляются зерна избыточного феррита.

Таким образом, при переохлаждении аустенита по мере увеличения скорости охлаждения образуются перлит, сорбит, троостит пластинчатого строения и мартенсит закалки, а при распаде мартенсита по мере повышения температуры отпуска формируются мартенсит кубический (отпущенный), троостит, сорбит, перлит зернистого строения.

Зернистые структуры, образующиеся при отпуске, характеризуются более высокой пластичностью и ударной вязкостью по сравнению с аналогичными структурами пластинчатого строения.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с теоретическими сведениями и в случае необходимости, определяемой преподавателем, сдать теоретический зачет по теме.

2. Вычертить двойную диаграмму состояния железоуглеродистых сплавов, ее участок, соответствующий сталям и нанести на него температурные интервалы нагрева сталей под термическую обработку.

3. Начертить диаграммы изотермического распада аустенита для исследуемых сталей и нанести на них режимы термической обработки (температуры изотермических выдержек, скорости охлаждения).

4. Изучить и зарисовать микроструктуры термообработанных сталей, указать их твердость.

5. Сделать выводы и отчет по работе в соответствии с заданиями.

Контрольные вопросы

1. Что называется мартенситом? Каковы его структура и свойства?

2. Какая фаза называется остаточным аустенитом? Причина появления остаточного аустенита в закаленной стали? Условия, от которых зависит количество остаточного аустенита в структуре закаленных сталей? Влияние остаточного аустенита на свойства закаленных сталей.

3. Оптимальные температуры нагрева под закалку доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей. Каковы структура и свойства сталей после закалки?

4. Что называется сорбитом, трооститом закалки, сорбитом и трооститом отпуска? Условия образования этих структур. Каковы их структура и свойства?

5. Что называется низким, средним и высоким отпуском?

Содержание отчета

1. Тема и цель работы.

2. Краткие ответы на контрольные вопросы.

3. Область диаграммы состояния сплавов системы Fe – C, относящаяся к сталям с температурными интервалами нагрева сталей под термическую обработку.

4. Диаграммы изотермического распада аустенита для исследуемых сталей с режимами термической обработки (температуры изотермических выдержек, скорости охлаждения).

5. Результаты микроструктурного анализа сплавов, выполненного в соответствии с заданиями.

В этой статье вы узнаете и сможете, ознакомится с характеристиками стали 45, 40Х. Узнать какая твердость данных марок стали. Узнать предел текучести стали 45 и стали 40Х. Так же ознакомится с гостами на сталь 45 и гост стали 40Х. Предлагаем, ознакомится с понятием термообработка стали, режимы термообработки, виды термообработки стали 45, и стали 40Х.

Так же ознакомитесь что такое закалка стали, виды закалки стали.

Данная статья предполагает глубокое самостоятельное изучение всех процессов
связанных с закалкой, термообработкой различных марок стали. Мы постарались
собрать в виде ПДФ документов интересные статьи различных авторов, курсы
лекций по металлообработке, закалке, термообработке различных марок стали, а
так же стали 45 и 40Х которые Вы можете приобрести в компании Метпромснаб.
Предлагаем, ознакомится с обучающими видео материалами по закалке стали,
термообработке стали.
Надеемся, что данный материал будет интересен и полезный как людям давно занимающимися металлопрокатом, так и людям работающими с термообработкой металлопроката или заинтересованным в изучении данного материала. Данная статья так же будет интересна студентам обучающихся по дисциплине металловедение.

Начнем знакомство: сталь 40Х.

В прикрепленных файлах Вы можете, ознакомится с характеристиками стали 40Х, химический состав сталь 40Х, как производится термообработка сталь 40Х, как расшифровывается сталь 40Х, технологические свойства стали 40Х, какими сталями можно заменить сталь 40Х, как производится закалка стали 40Х и на что о братить внимание.
Приятного Вам изучения материала.

Также рекомендуем прочесть статью о влиянии термической обработки на структуру стали 40Х. “​В статье рассмотрено влияние предварительной термической обработки стали 40Х на структуру и свойства поверхности, упрочненной деформирующим резанием. Заготовки из стали 40Х в исходном состоянии после нормализации, закалки с низким отпуском и в ысоким отпуском были закалены деформирующим резанием. В результате получены образцы с различной структурой и твердостью поверхностного слоя. Выявлены структурные особенности, проведён сравнительный анализ и установлена зависимость твердости и структуры упрочненного слоя и переходной зоны от вида предварительной термической обработки. Сделан вывод о целесообразности использовании нормализованных заготовок из стали 40Х под закалку методом деформирующего резания.”

Предлагаем посмотреть обучающее видео о “Термическая обработка металлов”.

Продолжим знакомство: сталь 45.

В прикрепленных файлах Вы можете, ознакомится с характеристиками стали 45, химический состав сталь 45, как производится термообработка сталь 45, как расшифровывается сталь 45, технологические свойства стали 45, какими сталями можно заменить сталь 45, как производится закалка стали 45 и на что обратить внимание.

Приятного Вам изучения материала.

Предлагаем посмотреть лекцию о термической обработки стали.

Закалка стали 45 выполняется с целью повышения твердости, износостойкости и прочностных характеристик поверхности заготовок и деталей. Является разновидностью термообработки, с помощью которой им придаются необходимые эксплуатационные свойства. По содержанию углерода конструкционная сталь 45 (0,45 % С) относится к среднеуглеродистой, что затрудняет механическую обработку и свариваемость. Применяется такая сталь для изготовления конструкций и устройств, противостоящих нагрузкам. У металла хорошие показатели прочности, износостойкости, он не поддается коррозионным процессам в процессе эксплуатации. Закаливание улучшает эти показатели, что и определяет области применения стали 45. Из нее изготавливают валы, цилиндры, шпиндели, кулачки и другие детали машин и механизмов машиностроительной, сельскохозяйственной, строительной и другой техники, а также плоскогубцы, тиски и другой инструмент и приспособления, применяемые в промышленности и быту.

Технология закалки стали 45

Закалить сталь 45 – значит подвергнуть ее нагреву до необходимой температуры, выдержке в течение определенного времени и охлаждению. Здесь есть свои нюансы. Нагрев металла осуществляют двумя способами:

  • в специальных электропечах непрерывного или периодического действия;
  • токами высокой частоты (ТВЧ).

Эти способы отличаются технологией, а именно температурой закалки, временем выдержки и средой охлаждения.

При нагреве в печи температура нагрева не превышает 860 °C, обычно сталь 45 нагревают со скоростью не больше 3 °C в секунду выше 790 °C, а в устройстве ТВЧ она может доходить до 920 °C со скоростью 250 °C в секунду соответственно. Именно эти режимы позволяют изменить атомную решетку железа. В результате нагрева (температура должна быть выше растворения феррита в аустените) и выдержки она из объемноцентрированной станет гранецентрированной. Для того чтобы в металле произошло выравнивание структуры, его выдерживают в печи или в установке какое-то время. Это зависит от толщины заготовки. Только после этого ее подвергают охлаждению. В это время происходит обратный процесс, что в результате придает поверхности прочность и твердость.

Охлаждение производят в специальных средах до температуры 20÷25 °C. В качестве рабочей среды может служить вода, минеральные масла или смесь воды с солями или каустической содой. Температура рабочей среды колеблется в пределах 20÷60 °C и указывается в технологическом процессе проведения закалки стали 45. Режимы устанавливают в зависимости от состава закалочной среды. Деталь при этом после нагрева может опускаться в емкость с рабочей средой или охлаждаться способом разбрызгивания. Сталь 45 чаще всего после нагрева охлаждают в воде или масле, при этом масло охлаждает равномерно, что препятствует возникновению трещин. Затем заготовку или деталь подвергают низкотемпературному отпуску, что способствует выравниванию тепловых напряжений. Это позволяет получить твердость рабочей поверхности 50 HRC, что для большинства деталей, работающих при нагрузках, более чем достаточно.

Особенности технологии закалки токами высокой частоты

Нагрев осуществляют в установке, называемой индукционной. Состоит из генератора высокой частоты и индуктора простой или сложной формы. Закаливаемая деталь может устанавливаться в самом индукторе или возле него. Переменный ток, проходя через индуктор, вызывает возникновение вихревых токов (токи Фуко), благодаря чему происходит быстрый нагрев поверхности заготовки. Изменяя параметры тока, можно регулировать глубину прогрева заготовки, а следовательно, и прочность. Твердость поверхности лежит в пределах 58÷62 HRC, в то время как сердцевина остается более мягкой. Таких показателей невозможно добиться, осуществляя нагрев в печи, т. к. он будет осуществляться по всему объему. Сразу после закалки сталь 45 подлежит следующему этапу термообработки – нормализации или отпуску.

Процесс закалки ТВЧ стали 45 показан на видео:

Режим закалки может быть одновременным и последовательным. Это зависит от размеров детали, которая подлежит закалке. Первый случай используется для деталей небольших размеров, второй – для крупногабаритных.

Характеристика и свойства стали 45 после закалки

Свойства стали 45 после закалки на предприятиях, выпускающих продукцию разного назначения, обязательно проверяются в первую очередь на твердость. Она становится намного выше, чем была у заготовки, и должна иметь твердость не менее 50 по Роквеллу. Этот показатель свидетельствует о качестве проведенной термообработки. Закалка стали значительно расширяет область ее применения. Такие заготовки и детали износостойкие, прочные и могут выдерживать значительные нагрузки. Они с трудом поддаются коррозионным процессам.

Несколько слов о способе закалки стали 45 в домашних условиях. Ее можно выполнить, если соблюдать технологию выполнения работ и технику безопасности. Главное – правильно осуществить нагрев, а поэтому не лишним будет посмотреть на шкалу зависимости цвета от температуры нагрева металла. Она подскажет, какого цвета должна быть сталь 45 при нагреве не выше 860 °C.

Просим тех, кто занимался закалкой стали 45 в производственных и домашних условиях, поделиться опытом в комментариях к тексту.

СТАЛЬ 45: характеристики, применение, свойства

Данный вид стали относится к классу конструкционных углеродистых. При изготовлении изделий обладает трудной свариваемостью. Требует дополнительного нагрева и термообработки. Процесс охлаждения происходит на свежем воздухе. Не обладает отпускной хрупкостью. Применяется при изготовлении валов цилиндры, зубчатые колеса, шестеренок, коленчатых и распределительных валов, цилиндров, кулачков. То есть, из данного сплава изготавливаются те детали, которые подвергаются поверхностной обработке. Они должны обладать повышенной прочностью.

Механические свойства стали 45
ГОСТ Состояние поставки, режим термообработки Сечение, мм σв(МПа) δ5 (%) ψ %
1050-88
 
Сталь горячекатаная, кованая, калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации 
25
 600 16
 40
Сталь калиброванная 5-й категории после нагартовки
 Образцы  640  6  30
 10702-78 Сталь калиброванная и калиброванная со специальной отделкой после отпуска или отжига
   до 590
   40
1577-93
Листы нормализованный и горячекатаные
Полосы нормализованные или горячекатаные
 80
6-25
 590
600
 18
16
 
40
 16523-97 Лист горячекатаный
 
Лист холоднокатаный
 
 до 2
2-3,9
до 2
2-3,9
550-690
 
550-690
 
 14
15
15
16
 

 

Механические свойства поковок из стали 45
Термообработка Сечение, мм σ0,2 (МПа)
σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (кДж / м2) НВ, не более
Нормализация 
100-300
300-500
500-800
 245 470
19
17
15
42
34
34
39
34
34
143-179
 до 100
100-300
275
530
20
17
40
38
44
34
156-197
Закалка. Отпуск
 300-500  275 530
15
32
29
156-197
Нормализация
Закалка. Отпуск
 
до 100
100-300
300-500
315
570
17
14
12
38
35
30
39
34
29
167-207
 до 100
100-300
до 100
345
345
395
590
590
620
18
17
17
45
40
45
59
54
59
174-217
174-217
187-229

 

Механические свойства стали 45 в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (кДж / м2) HB
       Закалка 850 °С, вода. Образцы диаметром 15 мм.
450
500
550
600
830
730
640
590
980
830
780
730
10
12
16
25
40
45
50
55
59
78
98
118
 
       Закалка 840 °С, Диаметр заготовки 60 мм.
400
500
600
520-590
470-820
410-440
730-840
680-770
610-680
12-14
14-16
18-20
46-50
52-58
61-64
50-70
60-90
90-120
202-234
185-210
168-190

 

Механические свойства стали 45 при повышенных температурах
Температура испытаний, °С σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (кДж / м2)
Нормализация     
200
300
400
500
600
340
255
225
175
78
690
710
560
370
215
20
22
21
23
33
36
44
65
67
90
64
66
55
39
59
Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, кованый и нормализованный.
Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с   
700
800
900
1000
1100
1200
 140
64
54
34
22
15
170
110
76
50
34
27
43
58
62
72
81
90
96
98
100
100
100
100
 

 

Механические свойства стали 45 в зависимости от сечения
Сечение, мм σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % KCU (кДж / м2)
Закалка 850 °С, отпуск 550 °С. Образцы вырезались из центра заготовок.       
15
30
75
100
640
540
440
440
780
730
690
690
16
15
14
13
50
45
40
40
98
78
59
49

 

Предел выносливости стали 45
σ-1, МПА
J-1, МПА
Состояние стали
245
421
231
331
157
 
 
 
σ0,2=310 МПа, σв =590 МПа
σ0,2=680 МПа, σв =880 МПа
σ0,2=270 МПа, σв =520 МПа
σ0,2=480 МПа, σв =660 МПа

 

Ударная вязкость стали 45 KCU, (Дж/см2)
 Т= +20 °С
Т= -20 °С Т= -40 °С Т= -60 °С Состояние поставки
  Пруток диаметром 25 мм 
14-15
42-47
49-52
110-123
10-14
27-34
37-42
72-88
5-14
27-31
33-37
36-95
3-8
13
29
31-63
Горячекатаное состояние
Отжиг
Нормализация
Закалка. Отпуск
Пруток диаметром 120 мм
42-47
47-52
76-80
112-164
24-26
32
45-55
81
15-33
17-33
49-56
80
12
9
47
70
Горячекатаное состояние
Отжиг
Нормализация
Закалка. Отпуск

 

Прокаливаемость стали 45 (ГОСТ 4543-71)
Расстояние от торца, мм Примечание
1,5 3 4,5 6 7,5 9 12 16,5 24 30 Закалка 860 °С
50,5-59
 41,5-57 29-54
25-42,5
23-36,5
22-33
20-31
29
26
24
Твердость для полос прокаливаемости, HRC

 

Физические свойства стали 45
T (Град) E 10– 5 (МПа) a 10 6 (1/Град) l (Вт/(м·град)) r (кг/м3) C (Дж/(кг·град)) R 10 9 (Ом·м)
20 2     7826    
100 2.01 11.9 48 7799 473  
200 1.93 12.7 47 7769 494  
300 1.9 13.4 44 7735 515  
400 1.72 14.1 41 7698 536  
500   14.6 39 7662 583  
600   14.9 36 7625 578  
700   15.2 31 7587 611  
800     27 7595 720  
900     26   708  

Процесс термообработки стали 45 и стали 40Cr – Cangzhou Beite Steel pipe CO., LTD

2019-10-28

Внедрение процесса термообработки стали 45 и стали 40Cr

Термическая обработка стали: это процесс, при котором прочная сталь нагревается, изолируется и охлаждается соответствующим образом для получения необходимой структуры и характеристик.Термическая обработка может использоваться не только для упрочнения стали и улучшения характеристик механических деталей, но и для улучшения технологических характеристик стали. Их объединяет то, что они меняют только внутреннюю организационную структуру, но не меняют форму и размер поверхности.

Процесс термической обработки позволяет значительно улучшить механические свойства стали, повысить прочность, ударную вязкость и срок службы деталей, а также улучшить твердость и износостойкость.Поэтому важные детали машин и инструменты должны подвергаться термообработке. Термическая обработка также может улучшить производительность обработки деталей, тем самым повышая производительность и качество обработки. Таким образом, термическая обработка играет очень важную роль в машиностроении. В качестве примеров возьмем сталь 45 и сталь 40Cr.

Высокотемпературный отпуск после закалки в производстве называется «закалкой и отпуском». После закалки и отпуска детали обладают хорошими комплексными механическими свойствами и широко используются в различных важных конструктивных деталях, особенно в шатунах, болтах, шестернях и валах, работающих при переменной нагрузке.Но твердость поверхности невысокая, не износостойкая. Поверхностная твердость деталей может быть улучшена отпуском + закалкой поверхности.


1. Сталь 45 – высококачественная конструкционная среднеуглеродистая сталь
Сталь 45 обозначена в GB, S45C в JIS, 1045080m46 в ASTM, C45 в DIN; Сталь 45 – качественная углеродистая конструкционная сталь, химический состав: содержание углерода 0,42-0,50%, содержание Si 0,17-0,37%, содержание Mn 0,50-0,80%, содержание Cr & lt; = 0.25%. Свойства холодной и горячей обработки хорошие, механические свойства хорошие, низкая цена, широкий источник, поэтому широко используется. Его самая большая слабость в том, что нельзя использовать заготовки с низкой закаливаемой способностью, большим размером сечения и высокими требованиями.


Рекомендуемая температура термообработки стали 45: нормализация 850 ℃, закалка 840 ℃, отпуск 600 ℃.
Сталь 45 считается аттестованной, если ее твердость после закалки и перед отпуском выше HRC55 (до HRC62).Наивысшая твердость в практическом применении – HRC55 (высокочастотная закалка hrc58).

②. Сталь 45 не требует термической обработки науглероживания и закалки.

Закалка и отпуск стали 45: температура закалки стали 45 составляет A3 + (30 ~ 50) ℃. На практике обычно берется верхний предел. Более высокая температура закалки может увеличить скорость нагрева заготовки, уменьшить поверхностное окисление и повысить эффективность работы.Для гомогенизации аустенита детали необходимо достаточное время выдержки. Если фактическая емкость зарядки велика, необходимо надлежащим образом продлить время выдержки. В противном случае жесткость может оказаться недостаточной из-за неравномерного нагрева. Однако, если время выдержки слишком велико, также могут возникнуть дефекты крупных зерен и серьезное окислительное обезуглероживание, что повлияет на качество закалки. По нашему мнению, если емкость загрузки превышает требования технологической документации, время нагрева и выдержки необходимо увеличить на 1/5.Поскольку закаливаемость стали 45 низкая, следует использовать 10% -ный солевой раствор с высокой скоростью охлаждения.

После того, как заготовка остыла в воде, она должна затвердеть, но не остывать. Если заготовку полностью охладить в рассоле, она может треснуть. Это связано с тем, что когда заготовка охлаждается примерно до 180 ℃, аустенит быстро превращается в мартенсит, что приводит к чрезмерному структурному напряжению. Следовательно, когда закаленная заготовка быстро охлаждается до этой температурной области, следует применять метод медленного охлаждения.Поскольку регулировать температуру на выходе сложно, необходимо опытным путем. Когда раскачивание заготовки в воде прекращается, выходящая вода может охлаждаться воздухом (если охлаждение маслом лучше). Кроме того, заготовка не должна быть статичной, а должна регулярно двигаться в соответствии с ее геометрией. Статическая охлаждающая среда и статическая деталь приводят к неравномерной твердости, неравномерному напряжению и большой деформации, даже к растрескиванию детали.

Твердость закаленной и отпущенной стали 45 должна достигать hrc56 ~ 59, а вероятность поперечного сечения меньше, но не может быть ниже hrc48.В противном случае это означает, что заготовка не полностью закалена, и в структуре может быть структура сорбита или даже феррита. Такая структура остается в основном корпусе в результате отпуска, поэтому закалка и отпуск не могут быть достигнуты. Сталь 45 закаливается при высокой температуре после закалки, температура нагрева обычно составляет 560 ~ 600 ℃, а твердость должна составлять hrc22 ~ 34. Поскольку цель отпуска – получить комплексные механические свойства, диапазон твердости относительно широк. .Однако, если на чертеже есть требования к твердости, температура отпуска должна быть отрегулирована в соответствии с требованиями чертежа, чтобы обеспечить твердость. Например, некоторые детали вала требуют высокой прочности и твердости, в то время как некоторые детали шестерен и валов со шпоночными пазами нуждаются в фрезеровании и прорезании пазов после отпуска, поэтому требования к твердости ниже. Что касается времени выдержки при отпуске, то оно зависит от требований к твердости и размера заготовки. Мы думаем, что твердость после отпуска зависит от температуры отпуска, которая имеет мало общего со временем отпуска, но ее необходимо вернуть обратно.Как правило, время выдержки при отпуске заготовки составляет более одного часа.

Если сталь 45 используется для науглероживания, твердый и хрупкий мартенсит появится в сердечнике после закалки, что приведет к потере преимуществ обработки науглероживанием. В настоящее время содержание углерода в материалах, подвергнутых науглероживанию, невелико. При 0,30% прочности сердечника он может достигать очень высокого уровня, и его применение редко. 0,35% никогда не видели примера, только в учебниках. Процесс закалки и отпуска + высокочастотная закалка поверхности может быть применен, и износостойкость немного хуже, чем у цементации.


2. Сталь 40Cr – легированная конструкционная сталь
40Cr относится к gb3077 «легированная конструкционная сталь». Содержание углерода в стали 40Cr составляет 0,37% ~ 0,44%, что немного ниже, чем в стали 45. Содержание Si и Mn эквивалентно, а содержание Cr составляет 0,80% ~ 1,10%. В случае подачи горячей прокатки 1% Cr в основном не работает, и их механические свойства примерно такие же. Поскольку цена на сталь 40Cr примерно вдвое меньше, чем на сталь 45, 40Cr не требуется в целях экономии.

Закалка и отпуск стали 40Cr: основная роль Cr при термообработке заключается в улучшении закаливаемости стали. Из-за улучшения прокаливаемости механические свойства 40Cr после закалки (или закалки и отпуска) значительно выше, чем у стали 45, но также из-за сильной прокаливаемости внутреннее напряжение 40Cr во время закалки больше, чем у стали 45 сталь, и направление растрескивания материала 40Cr больше, чем у стали 45 при тех же условиях.Поэтому, чтобы избежать растрескивания заготовки, в качестве закалочной среды чаще всего используется масло с низкой теплопроводностью (иногда используется метод двойной закалки, как говорится, водяное охлаждение закалочным маслом), а вода с высокой теплопроводностью используется в качестве закалочной среды. закалочная среда для стали 45. Конечно, выбор воды и масла не абсолютен. Это также тесно связано с формой заготовки. Закалка в воде также может использоваться для простых деталей из 40Cr, в то время как закалка в масле или даже в соляной ванне может использоваться для сложных деталей из стали 45.

Закалка и отпуск заготовок из 40Cr указаны в различных технологических картах параметров. Наш практический опыт эксплуатации следующий:
(1) после закалки детали из 40Cr следует охладить маслом. Прокаливаемость стали 40Cr лучше, охлаждение в масле может затвердеть, а склонность к деформации и растрескиванию деталей мала. Однако в случае затрудненной подачи масла малые предприятия могут закалить детали несложной формы в воде без каких-либо трещин, но оператор должен строго контролировать температуру воды на входе и на выходе опытным путем.

(2) твердость заготовок 40Cr остается высокой после отпуска, и вторая температура отпуска должна быть увеличена на 20 ~ 50 ℃, в противном случае трудно снизить твердость.

(3) после высокотемпературного отпуска заготовки из 40Cr сложная форма охлаждается в масле, а простая форма охлаждается в воде, чтобы избежать влияния второго вида отпускной хрупкости. При необходимости после отпуска и быстрого охлаждения обрабатываемая деталь должна подвергаться обработке для снятия напряжений.

Наивысшая твердость среднеуглеродистой стали после термообработки составляет около HRC55 (hb538), а σ B составляет 600-1100 МПа. Таким образом, среднеуглеродистая сталь широко используется во всех областях средней прочности. Помимо использования в качестве строительных материалов, он также широко используется в производстве различных механических деталей. Пока температура среднеуглеродистой стали достаточна и время выдержки достаточно, обычно возможно достижение этого значения твердости. Если он не деформируется, это невозможно.Предполагается, что один должен иметь припуск на обработку, а затем помещать его в шлифовальный станок для обработки, а другой – поверхностная закалка.

Консультация по почте

Пожалуйста, заполните форму ниже. Мы ответим Вам в течение 24 часов.

45 процесс термообработки закалки стали

Нет.45 сталь закалка – наиболее распространенный процесс термической обработки стали. Закалка может улучшить твердость и другие свойства металлической поверхности. Ниже компания Haituo Electromechanical рассмотрит процесс закалки при закалке стали № 45. Друзья заходят и смотрят.

1.1 предварительная термообработка Поковки из стали

№ 45 обычно не подвергают отжигу по двум причинам:

Во-первых, если время отжига слишком велико, легко может образоваться накопление феррита, что приведет к неоднородности ткани;

Во-вторых, поскольку поковки 45-й стали имеют более длительный цикл отжига, эффективность производства ниже.Для 45-й подготовительной термообработки стали обычно применяют высокотемпературный отпуск и нормализацию. Поковки из стали № 45 обычно контролируются в пределах 724 ° C, так что не только не происходит процесс кристаллизации, но также может быть уменьшено внутреннее напряжение, значительно снижается твердость и упрощается следующий процесс резки.

1.2 Низкотемпературный сфероидизирующий отжиг

Низкотемпературный сфероидизирующий отжиг – это метод термообработки, при котором заготовка нагревается до температуры ниже температуры эвтектоидного превращения Acl, а затем охлаждается и охлаждается для получения сфероидизированной структуры.Когда температура поковки из стали № 5 приближается к 724 ° C, это занимает много времени. На стадии сохранения тепла сфероидальные сфероиды изменятся и станут сферическим перлитом. Его твердость находится в пределах 145HB, а его прочность хорошая, что является основой для холодной экструзии.

1.3. Закалка

Закалка стали № 45 заключается в нагреве стали до температуры выше Ac3 (доэвтектоидная сталь) или Ac1 (гиперэвтектоидная сталь). После сохранения тепла его помещают в различные охлаждающие среды (V холодное должно быть больше V).Получена мартенситная структура. Поскольку стабильность аустенита у стали 45 относительно низкая, необходимо быстро закалить и охладить структуру мартенсита для получения высокой твердости после нагрева. Сталь 45 обладает хорошей теплопроводностью. При закалке его можно использовать непосредственно в печи. Не требует предварительного нагрева. Температура подбирается в соответствии с соответствующими техническими требованиями к заготовке. Общая температура нагрева регулируется в пределах от 860 ° C до 820 ° C.

1,4 закалка при критической температуре

Большое количество экспериментов показали, что при закалке стали 45 при критической температуре 780 ° C можно получить очень мелкие зерна аустенита, что значительно улучшает ударную вязкость, а также значительно снижает чувствительность к образованию трещин. . Некоторые заготовки с сильно различающимися размерами поперечного сечения склонны к растрескиванию во время закалки, а закалка при критической температуре может значительно снизить вероятность растрескивания.

1,5 индукционная закалка

Высокочастотная закалка – это метод термической обработки металлов путем индукционного нагрева, индукционного нагрева заготовки, быстрого нагрева поверхности детали и быстрой закалки. Когда диапазон регулирования скорости высокочастотного нагрева составляет от 200 до 1000 ° C, критическая температура также соответственно увеличивается. Таким образом, температура нагрева при закалке стальных поковок 45 калибра составляет от 880 до 920 ° C, как правило, по сравнению с другими типами.Высота стали составляет около 80 – 1000 ° C, а иногда и выше. Таким образом, сталь № 45 нагревается с высокой скоростью путем закалки, микроструктура мала, напряжение увеличивается, и поковка может достигать твердости 62-66 HRC, что имеет высокую износостойкость и высокую усталостную прочность. и небольшая чувствительность надреза. специальность.


Вышеизложенное является важным содержанием процесса закалки стали № 45, который вам объяснил Haituo Electromechanical.Если у вас есть еще отличные статьи, вы можете поделиться ими со всеми.

Китай Термическая обработка стали 45 Производитель и поставщик

Термическая обработка стали 45

1.1 Предварительная термообработка

Поковку и прокатку из стали 45 обычно не отжигают по двум причинам:

Во-первых, если время отжига слишком велико, легко получить агломерацию феррита, что приведет к неравномерной структуре; .

Во-вторых, эффективность производства низкая из-за длительного периода отжига стали 45.Подготовительная термообработка стали 45 обычно включает высокотемпературный отпуск и нормализацию. Ковка и прокатка стали 45 обычно контролируется в пределах 724 ℃, что не только не приводит к процессу кристаллизации, но также может снизить внутреннее напряжение, твердость значительно снижается, и это легко для следующего процесса резки.

1.2 Низкотемпературный сфероидизирующий отжиг

Низкотемпературный сфероидизирующий отжиг заключается в том, чтобы нагреть заготовку до температуры эвтектоидного превращения для теплоизоляции под Acl, а затем медленно, но мрачно, и можно достичь метода термообработки сфероидизирующей организации, температура 5 стальных кованых деталей близка к 724 ℃, должен продолжать этап сохранения тепла в течение длительного времени, этот кусок шарика светового тела изменится, станет сфероидальным перлитом, его твердость находится в пределах 145 HB, его прочность, которая заложила основу для холодной экструзии.

1.3. Закалка

Закалка стали 45 заключается в нагреве стали до Ac3 (субэвтектоидная сталь) или Ac1 (заэвтектоидная сталь) выше температуры после сохранения тепла в различных охлаждающих средах (V холодное должно быть больше V), чтобы для получения мартенситной структуры. Из-за относительно плохой стабильности аустенита стали 45 необходимо быстро закалить и охладить мартенсит после нагрева, чтобы получить мартенситную структуру с высокой твердостью.Сталь 45 имеет хорошую теплопроводность, при закалке может быть непосредственно в печи, не требует предварительного нагрева, в соответствии с соответствующими техническими требованиями заготовки для выбора температуры, общая температура нагрева контролируется в пределах 860 ℃ – 820 ℃ .

1,4 Закалка до критических температур

Большое количество экспериментов показывает, что при закалке стали марки 45 при критической температуре 780 ℃ можно получить очень мелкие зерна аустенита и упрочнить их.

При этом значительно снизилась трещиностойкость.Некоторые заготовки с большими размерами поперечного сечения склонны к растрескиванию во время закалки, и вероятность растрескивания может быть значительно снижена при снижении критической температуры.

1,5 Высокочастотное тушение

Высокочастотная закалка осуществляется посредством оборудования для индукционного нагрева, индукционного нагрева заготовки, быстрого нагрева поверхности деталей, а затем быстрой закалки для получения разновидности золота.

Относится к методу термообработки, диапазон регулирования скорости высокочастотного нагрева составляет от 200 ℃ до 1 000 ℃.Температура закалочного нагрева кованой стали 45 составляет от 880 ℃ до 920 ℃, как правило, выше, чем у других типов стали, примерно на 80 ~ 1000 ℃, иногда выше. Таким образом, сталь 45 нагревается при высокочастотной закалке очень быстро, с мелкой структурой и повышенным напряжением, что может привести к достижению твердости поковки 62-66 HRC. Он обладает характеристиками высокой износостойкости, сильного сопротивления усталости и небольшой чувствительности к надрезам.


Время публикации: апр-30-2020

Процесс термообработки стали 45 Закалка и отпуск

Закалка и отпуск – это двойная термообработка закалки и высокотемпературного отпуска, и ее цель – придать заготовке хорошие комплексные механические свойства.

Закаленная и отпущенная сталь делится на две категории: углеродистая закаленная и отпущенная сталь и легированная закаленная и отпущенная сталь. Независимо от того, углеродистая это сталь или легированная сталь, содержание углерода в ней строго контролируется. Если содержание углерода слишком велико, прочность заготовки после закалки и отпуска будет высокой, но ударной вязкости недостаточно. Если содержание углерода слишком низкое, ударная вязкость увеличится, а прочность будет недостаточной. Чтобы получить хорошие общие характеристики закаленных и отпущенных деталей, содержание углерода обычно контролируется на уровне 0.30 ~ 0,50%.

При закалке и отпуске вся секция заготовки должна быть закалена, чтобы заготовка могла получить микроструктуру, в которой преобладает закаленный мартенсит тонкой игольчатой ​​формы. За счет высокотемпературного отпуска получается микроструктура, в которой преобладает однородный отпущенный сорбит. На небольших предприятиях невозможно проводить металлографический анализ для каждой печи и, как правило, проводить только испытания на твердость. Это означает, что твердость после закалки должна достигать закалочной твердости материала, а твердость после отпуска проверяется в соответствии с требованиями чертежа.

Операция закалки и отпуска заготовки должна выполняться строго в соответствии с технологической документацией. Мы лишь даем некоторые взгляды на то, как реализовать процесс во время операции.

Закаленная и отпущенная из стали 45 Сталь 45 – это среднеуглеродистая конструкционная сталь с хорошей обрабатываемостью в холодном и горячем состоянии, хорошими механическими свойствами, низкой ценой и широким ассортиментом, поэтому она широко используется. Самым большим его недостатком является низкая закаливаемость, большие размеры поперечного сечения и заготовки, требующие повышенных требований.

Температура закалки стали 45 составляет A3 + (30 ~ 50) ℃. При реальной эксплуатации обычно берется верхний предел. Более высокая температура закалки может ускорить нагрев заготовки, уменьшить окисление поверхности и повысить эффективность работы. Для гомогенизации аустенита детали требуется достаточное время выдержки. Если фактическое количество установленной печи велико, время выдержки необходимо соответственно увеличить. В противном случае может быть недостаточная жесткость из-за неравномерного нагрева.Однако, если время выдержки слишком велико, также может произойти крупное зерно и серьезное окислительное обезуглероживание, что повлияет на качество закалки. Мы считаем, что если установленный объем печи больше, чем указано в технологической документации, время нагрева и выдержки необходимо увеличить на 1/5.

Поскольку сталь 45 имеет низкую закаливаемость, следует использовать 10% -ный солевой раствор с высокой скоростью охлаждения. После того, как заготовка попадет в воду, она должна быть закалена, но не остыла.Если заготовку охладить в соленой воде, она может треснуть. Это вызвано быстрым превращением аустенита в мартенсит при охлаждении заготовки примерно до 180 ° C. Вызвано чрезмерным напряжением тканей.

Следовательно, когда закаленная заготовка быстро охлаждается до этого температурного диапазона, следует применять метод медленного охлаждения. Поскольку температуру воды на выходе трудно контролировать, необходимо опытным путем управлять ею. Когда тряска заготовки в воде прекращается, выпускное отверстие можно охладить на воздухе (лучше масляное охлаждение).Кроме того, заготовка должна перемещаться, но не оставаться статичной, когда она попадает в воду, и ее следует регулярно перемещать в соответствии с геометрической формой заготовки. Статическая охлаждающая среда и статическая деталь приводят к неравномерной твердости, неравномерному напряжению и большой деформации или даже к растрескиванию детали.

Твердость закаленных и отпущенных деталей из стали 45 после закалки должна достигать HRC56 ~ 59. Вероятность большого сечения ниже, но не может быть ниже HRC48.В противном случае это означает, что заготовка не была полностью закалена, и в структуре может появиться сорбит или даже феррит. Организация, такая организация все еще сохраняется в матрице посредством отпуска, не достигая цели закалки и отпуска.

Для высокотемпературного отпуска стали 45 после закалки температура нагрева обычно составляет 560 ~ 600 ℃, а требования к твердости – HRC22 ~ 34. Поскольку целью закалки и отпуска является получение комплексных механических свойств, диапазон твердости относительно широк.Однако, если на чертежах указаны требования к твердости, температуру отпуска необходимо отрегулировать в соответствии с чертежами, чтобы обеспечить твердость. Например, некоторые детали вала требуют высокой прочности, поэтому требования к твердости высоки; а некоторые детали шестерен и валов со шпоночными пазами необходимо фрезеровать и вставлять после закалки и отпуска, поэтому требования к твердости ниже. Что касается отпуска и времени выдержки, это зависит от требований к твердости и размера заготовки. Мы считаем, что твердость после отпуска зависит от температуры отпуска, которая имеет мало общего со временем отпуска, но должна быть восстановлена.Как правило, время отпуска и выдержки заготовки всегда составляет более одного часа.


Сохраните источник и адрес этой статьи для перепечатки: Процесс термической обработки стали 45 Закалка и отпуск


Minghe Die Casting Company специализируется на производстве и предоставлении качественных и высокопроизводительных литых деталей (ассортимент металлических деталей для литья под давлением в основном включает литье под давлением с тонкими стенками, литье под давлением с горячей камерой, литье под давлением с холодной камерой), круглые услуги (услуги по литью под давлением, Обработка с ЧПУ, Изготовление пресс-форм, Обработка поверхностей).Любое литье под давлением алюминия под давлением, литье под давлением из магния или замака / цинка и другие требования к отливкам, пожалуйста, обращайтесь к нам.

Под контролем ISO9001 и TS 16949, все процессы выполняются на сотнях передовых машин для литья под давлением, 5-осевых станках и других объектах, от струйных до стиральных машин Ultra Sonic. Minghe не только имеет современное оборудование, но и располагает профессиональная команда опытных инженеров, операторов и инспекторов для воплощения в жизнь проекта заказчика.

Контрактный производитель отливок под давлением. Возможности включают в себя детали для литья под давлением из алюминия с холодной камерой весом от 0,15 фунта. до 6 фунтов, быстрая установка и обработка. Дополнительные услуги включают полировку, вибрацию, удаление заусенцев, дробеструйную очистку, покраску, гальванику, нанесение покрытий, сборку и оснастку. Обрабатываемые материалы включают такие сплавы, как 360, 380, 383 и 413.

Помощь в проектировании литья цинка под давлением / сопутствующие инжиниринговые услуги. Изготовление на заказ прецизионных отливок из цинка под давлением.Могут быть изготовлены миниатюрные отливки, отливки под высоким давлением, отливки в формы с несколькими суппортами, отливки в обычные формы, единичные отливки под давлением и независимые отливки под давлением, а также отливки с герметизацией полостей. Отливки могут изготавливаться длиной и шириной до 24 дюймов с допуском +/- 0,0005 дюйма.

ISO 9001: 2015 сертифицированный производитель магния для литья под давлением. Возможности включают литье под давлением магния под высоким давлением с горячей камерой до 200 тонн и холодной камерой на 3000 тонн, проектирование оснастки, полировку, формование, механическую обработку, порошковую и жидкостную окраску, полный контроль качества с CMM возможности, сборка, упаковка и доставка.

Casting Industries. Примеры использования запчастей для автомобилей, мотоциклов, самолетов, музыкальных инструментов, судов, оптических устройств, датчиков, моделей, электронных устройств, корпусов, часов, машин, двигателей, мебели, ювелирных изделий, приспособлений, телекоммуникаций, освещения, медицинских устройств, Фотографические устройства, роботы, скульптуры, звуковое оборудование, спортивное оборудование, инструменты, игрушки и многое другое.


Что мы можем вам сделать дальше?

∇ Перейти на домашнюю страницу для Литье под давлением Китай


By Minghe Die Casting Manufacturer | Категории: Полезные статьи | Теги материалов: Литье алюминия, Литье цинка, Литье магния, Литье титана, Литье из нержавеющей стали, Литье из латуни, Литье из бронзы, Видео литья, История компании, Литье алюминия под давлением | Комментарии отключены

Знания о стальных трубах — процесс термообработки

Дата: 2019-06-17 Просмотр: 1330 Тег: Знания о стальных трубах — процесс термообработки

Процесс термообработки

Отжиг

Метод работы: после нагрева стали до Ac3 + 30 ~ 50 градусов или Ac1 + 30 ~ 50 градусов или ниже Ac1 (вы можете обратиться к соответствующей информации), она обычно медленно остывает вместе с печью температура.

Цели: 1. Уменьшить твердость, улучшить пластичность, улучшить производительность резки и обработки давлением; 2. Уточните зерно, улучшите механические свойства, подготовьтесь к следующему этапу; 3. Устранение внутреннего напряжения, возникающего при холодной и горячей обработке.

Области применения: 1. Применяется к легированной конструкционной стали, углеродистой инструментальной стали, легированной инструментальной стали, поковкам из быстрорежущей стали, сварным деталям и сырью с неудовлетворительными условиями поставки; 2. Обычно отжиг в холостом состоянии.

2. Нормализация

Метод работы: Сталь нагревается на 30–50 градусов выше Ac3 или Accm, а затем охлаждается до температуры, немного превышающей скорость отжига.

Цели: 1. Уменьшить твердость, улучшить пластичность, улучшить производительность резки и обработки давлением; 2. Уточните зерно, улучшите механические свойства, подготовьтесь к следующему этапу; 3. Устранение внутреннего напряжения, возникающего при холодной и горячей обработке.

Сферы применения: Нормализация обычно используется в качестве процесса предварительной термообработки поковок, сварных и науглероженных деталей.Для низкоуглеродистых и среднеуглеродистых конструкционных сталей и низколегированных сталей с низкими требованиями к характеристикам их также можно использовать в качестве окончательной термообработки. Для обычных средне- и высоколегированных сталей воздушное охлаждение может привести к полной или частичной закалке и, следовательно, не может использоваться в качестве окончательного процесса термообработки.

3. Закалка

Метод работы: Сталь нагревают до температуры фазового перехода Ас3 или Ас1, выдерживают в течение определенного периода времени, а затем быстро охлаждают в воде, нитрате, масле или воздухе.

Назначение: Закалка обычно используется для получения мартенситной структуры высокой твердости. Иногда при закалке некоторых высоколегированных сталей (например, нержавеющей стали и износостойкой стали) необходимо получить единую однородную структуру аустенита для повышения износостойкости. И коррозионная стойкость.

Области применения: 1. Обычно используется для углеродистой и легированной стали с содержанием углерода более 0,3%; 2. Закалка может полностью раскрыть потенциал стали в отношении прочности и износостойкости, но в то же время вызовет большое внутреннее напряжение.Чтобы снизить пластичность и ударную вязкость стали, необходимо провести отпуск, чтобы получить более полные механические свойства.

4. отпуск

Метод работы: повторно нагреть закаленную сталь до температуры ниже Ac1 и после охлаждения охладить на воздухе или в масле, горячей воде и воде.

Задача: 1. Уменьшить или устранить внутренние напряжения после закалки, уменьшить деформацию и растрескивание заготовки; 2. Отрегулируйте твердость, улучшите пластичность и ударную вязкость и получите механические свойства, необходимые для работы; 3.Стабилизируйте размер заготовки.

Области применения: 1. Сохранение высокой температуры и износостойкости стали после закалки с низкотемпературным отпуском; использовать среднетемпературный отпуск для повышения эластичности и предела текучести стали при условии сохранения определенной ударной вязкости; для поддержания высокой степени ударной вязкости и пластичности, а также высокотемпературный отпуск при достаточной прочности; 2. Сталь общего назначения не должна подвергаться отпуску при температуре 230 ~ 280 градусов, а нержавеющая сталь – при температуре 400 ~ 450 градусов, потому что это будет иметь хрупкость при отпуске.

5. Отпуск

Метод работы: высокотемпературный отпуск после закалки называется закалкой и отпуском, то есть стальную деталь нагревают до температуры на 10-20 градусов выше, чем во время закалки, закаливают после сохранения тепла, а затем закаляется при температуре от 400 до 720 градусов.

Задача: 1. Улучшить производительность резания и улучшить гладкость обработанной поверхности; 2. Уменьшить деформацию и растрескивание при закалке; 3.Получите хорошие комплексные механические свойства.

Области применения: 1. Подходит для легированной конструкционной стали, легированной инструментальной стали и быстрорежущей стали с высокой прокаливаемостью; 2. Может использоваться не только в качестве окончательной термообработки различных важных конструкций, но также и в качестве некоторых компактных деталей, таких как предварительная термообработка ходового винта и т. Д., Для уменьшения деформации.

WeChat picture_201

153502.jpg

6. Своевременность

Метод работы: нагрейте сталь до 80 ~ 200 градусов, выдержите 5 ~ 20 часов или дольше, а затем выньте на воздух и охладите.

Назначение: 1. Стабилизировать микроструктуру стали после закалки, уменьшить деформацию при хранении или использовании; 2. Уменьшите внутреннее напряжение после закалки и шлифования и стабилизируйте форму и размер.

Области применения: 1. Подходит для закаленных сталей; 2. Обычно используется для плотных деталей, не требующих изменения формы, таких как тугие винты, измерительные инструменты, шасси станины и т. Д.

7. Холодная обработка

Метод работы: Закаленная стальная деталь охлаждается до -60-80 градусов или ниже в среде с низкой температурой (такой как сухой лед, жидкий азот), и температура будет однородной, а затем температура будет доведена до комнатной.

цель:

1. Восстановление всего или большей части остаточного аустенита в закаленной стали до мартенсита, тем самым повышая твердость, прочность, износостойкость и предел выносливости стали;

2. Стабилизируйте структуру стали, чтобы стабилизировать форму и размер стали.

Области применения:

1. После закалки стальные детали должны быть немедленно подвергнуты холодной обработке, а затем отпущены при низкой температуре для устранения внутренних напряжений во время низкотемпературного охлаждения;

2.Холодная обработка в основном применяется к компактным инструментам, калибрам и компактным деталям из легированной стали.

8. Закалка поверхности нагрева пламенем

Метод работы: пламя, которое горит смесью кислород-ацетилен, распыляют на поверхность стального элемента, быстро нагревают и распыляют для охлаждения сразу после достижения температуры закалки.

Цель: улучшить твердость поверхности, износостойкость и усталостную прочность стальных деталей, при этом сердцевина по-прежнему остается в твердом состоянии.

Области применения:

1. В основном используется для деталей из среднеуглеродистой стали, глубина закаленного слоя обычно составляет 2 ~ 6 мм;

2. Подходит для больших деталей при единичном или мелкосерийном производстве, а также для деталей, требующих частичной закалки.

9. Закалка поверхности с индукционным нагревом

Метод работы: стальная деталь помещается в индуктор, так что поверхность стальной детали генерирует индуцированный ток, который нагревается до температуры закалки за очень короткое время, а затем распыляется и охлаждается.

Цель: улучшить твердость поверхности, износостойкость и усталостную прочность стальных деталей и сохранить сердечную прочность.

Точки применения:

1. В основном используется для деталей из конструкционной стали из среднеуглеродистой стали и сплава Zhongtang;

2. Из-за скин-эффекта слой высокочастотной индукционной закалки и упрочнения обычно составляет от 1 до 2 мм, закалка на промежуточной частоте обычно составляет от 3 до 5 мм, а высокочастотная закалка обычно превышает 10 мм.

10. науглероживание

Метод работы: стальную деталь помещают в науглероживающую среду, нагревают до 900-950 градусов и изолируют, чтобы на стальной детали мог образоваться науглероживающий слой определенной концентрации и глубины.

Цель: улучшить твердость поверхности, износостойкость и усталостную прочность стальных деталей, при этом сердцевина по-прежнему остается в твердом состоянии.

Области применения:

1. Для деталей из низкоуглеродистой и низколегированной стали с содержанием углерода 0.От 15% до 0,25%, глубина науглероженного слоя обычно составляет от 0,5 до 2,5 мм;

2. После науглероживания необходимо провести закалку для получения мартенсита на поверхности для достижения цели науглероживания.

WeChat picture_201

153506.jpg

11. Азотирование

Метод работы: используйте на 5.. Активный атом азота, разложенный газообразным аммиаком при температуре ~ 600 градусов, насыщает поверхность стали с образованием нитридного слоя.

Назначение: Повышение твердости, износостойкости, усталостной прочности и коррозионной стойкости стальных деталей.

Области применения: в основном используется для конструкционной стали из среднеуглеродистого сплава, содержащей алюминий, хром, молибден и другие легирующие элементы, а также для углеродистой стали и чугуна, общая толщина нитридного слоя составляет 0,025 ~ 0,8 мм.

12. Азотирование

Принцип работы: одновременное науглероживание и азотирование поверхности стали.

Назначение: Повышение твердости, износостойкости, усталостной прочности и коррозионной стойкости стальных деталей.

Точки применения:

1. В основном используется для низкоуглеродистой стали, низколегированной конструкционной стали и деталей из инструментальной стали, обычно толщина слоя азотирования 0,02 ~ 3 мм;

2. Закалка и низкотемпературный отпуск после азотирования.

Пример 1: Схема термообработки для нескольких распространенных сталей

Q345: Сталь используется для строительства, мостов и т.д., а предел текучести составляет около 345 МПа. Обычно оно нормализовано, и содержание углерода составляет около 0,12-0,2%.

20Cr: содержание углерода составляет около 0,2%, что может использоваться в качестве конструкционной стали, которую можно использовать для нормализации. Его также можно использовать в качестве науглероженной стали, науглероживания и закалки.

GCr15: Подшипниковая сталь, содержание углерода около 1%, температура закалки обычно 860 ° C, низкотемпературный отпуск около 180 ° C.

60Si2Mn: пружинная сталь, содержание углерода около 0,6%, температура закалки 860 ° C, среднетемпературный отпуск (около 450 ° C).

0Cr18Ni9Ti: аустенитная нержавеющая сталь, содержание углерода менее 0.06%, обычно применяемые при обработке раствора при температуре около 1050 ° C (т.е. охлаждение греющей водой), улучшают коррозионную стойкость.

Пример 2: 45 #, 42CrMo, 20CrMo как достичь требований к твердости 45HRC

Сталь

45 # и 42CrMo могут быть подвергнуты прямой закалке + отпуску для соответствия требованиям твердости 45HRC;

20CrMo может также соответствовать требованиям твердости 45HRC после науглероживания и закалки + отпуска.

Шестерни, изготовленные из 40CrMo.45 #, обычно нормализуются [или отпускаются] с поверхностным упрочнением.20CrMo науглероживается и закаливается. Он не только отвечает требованиям твердости. Этот тип деталей требует определенной контактной усталостной прочности.

Пример 3: Параметры процесса термообработки стали GCr15

Сталь

GCr15 представляет собой высокоуглеродистую хромистую сталь с меньшим содержанием сплава, хорошими характеристиками и широким применением. После закалки и отпуска он имеет высокую и однородную твердость, хорошую износостойкость и высокие характеристики контактной усталости. Холодная обработка стали средней пластичностью, режущая способность в целом, сварочные характеристики плохие, чувствительность к белым пятнам большая, и достигается отпускная хрупкость.

Химический состав / содержание элементов (%)

C: 0,95-1,05 Mn: 0,20-0,40 Si: 0,15-0,35 S:

Система термообработки: отжиг стального прутка, отжиг проволоки или 830-840 градусов закалка в масле.

Параметры процесса термообработки:

1. Обычный отжиг: нагрев 790-810 градусов, после охлаждения печи до 650 градусов, охлаждение на воздухе – HB170-207

2. Изотермический отжиг: нагрев 790-810 градусов, 710- 720 градусов изотермический, воздушное охлаждение – HB207-229

3.Нормализация: нагрев 900-920 градусов, охлаждение на воздухе – HB270-390

4. Высокотемпературный отпуск: нагрев 650-700 градусов, охлаждение на воздухе – HB229-285

5. Закалка: нагрев 860 градусов, закалка в масле – HRC62-66

6. Низкотемпературный отпуск: отпуск 150-170 градусов, воздушное охлаждение – HRC61-66

7. Карбонитрирование: 820-830 градусов совместной инфильтрации 1,5-3 часа, закалка в масле, криогенная температура от -60 до -70 градусов обработка +150 градусов до +160 отпуск, охлаждение на воздухе – HRC ≈ 67

Аустемперинг – Закалка и отпуск

Austempering – это процесс термообработки черных металлов со средним и высоким содержанием углерода, при котором образуется металлургическая структура, называемая бейнитом.Он используется для увеличения прочности, ударной вязкости и уменьшения деформации. Детали нагревают до температуры затвердевания, затем достаточно быстро охлаждают до температуры выше начальной температуры мартенсита (Ms) и выдерживают в течение времени, достаточного для получения желаемой микроструктуры бейнита.

Преимущества закаливания

Austempering – это процесс закалки металлов, который обеспечивает желаемые механические свойства, включая:

  • Более высокая пластичность, вязкость и прочность при заданной твердости.
  • Ударопрочность
  • Пониженные искажения, особенно для тонких деталей.

Применение и материалы

Austempering в основном используется для закалки средне- и высокоуглеродистых сталей в диапазоне 35-55 HRC, когда требуется ударная вязкость с дополнительным преимуществом в виде уменьшения деформации. Этот процесс широко используется в автомобильной промышленности для изготовления зажимов и других деталей, где требуется максимальная гибкость и прочность.

Диапазон применений для закалки обычно включает детали, изготовленные из листа или полосы небольшого поперечного сечения.Аустемперинг особенно применим к тонким деталям из углеродистой стали, требующим исключительной прочности.

Аустемперинг наиболее эффективен для средне- и высокоуглеродистых ферросплавов и отливок из высокопрочного чугуна, таких как SAE 1045–1095, 4130, 4140, 5160, 6150 (от C45 до C100, 25CrMo4, 42CrMo4, 50CrV4), а также для требований твердости между HRC. 38-52.

Подробные сведения о процессе аустемперирования

Сталь закалена:

  • Нагрев до температуры в диапазоне аустенизации, обычно 790–915 ° C (1450–1675 ° F).
  • Закаливается в ванне (расплавленной соли или иногда в масле), поддерживаемой при постоянной температуре, обычно в диапазоне 260–370 ° C (500–700 ° F).
  • Оставлено на время для преобразования в микроструктуру бейнита.
  • Охлажден до комнатной температуры.

Закалка и отпуск стали

Целью закалки и отпуска является получение твердой и износостойкой поверхности или повышение прочности детали.

Введение

Термическая обработка, описанная в главе о процессах отжига, в основном связана с улучшением производственных свойств, таких как формуемость, обрабатываемость и т. Д.Однако во многих случаях требуется высокая твердость или прочность.

Это можно увидеть, например, в пилке для обработки заготовок. Чтобы файл удалял материал с заготовки и не затуплялся, он должен быть соответственно износостойким и, следовательно, очень твердым. Другой пример, где требуется высокая твердость, – шестерни. Они должны быть особенно износостойкими и, следовательно, твердыми в точках контакта.

Применение, в котором не обязательно очень высокая твердость, но требуется высокая прочность и в то же время хорошие значения ударной вязкости, показано на примере коленчатого вала.Из-за большой силы двигателя он подвержен высоким нагрузкам и поэтому должен быть очень прочным.

Этапы процесса

Чтобы повлиять на твердость и прочность стали, была разработана специальная термическая обработка, называемая закалкой и отпуском . Закалку и отпуск можно разделить на три основных этапа:

  • аустенизация → нагрев выше линии GSK в область аустенита
  • закалка → быстрое охлаждение ниже \ (\ gamma \) – \ (\ alpha \) – преобразование
  • отпуск → повторный нагрев до умеренных температур с медленным охлаждением
Рисунок: Блок-схема закалки и отпуска

В зависимости от того, должна ли быть достигнута высокая твердость («упрочнение») или прочность / ударная вязкость («упрочнение»), последний процесс, так называемый закалка, проводится при разных температурах.Когда сталь должна стать очень твердой, ее отпускают только при относительно низких температурах в диапазоне от 200 ° C до 400 ° C, тогда как она становится более жесткой и выдерживает высокие нагрузки при более высоких температурах (в диапазоне от 550 ° C до 700 ° C). ° С).

Рисунок: Температурная кривая во время закалки и отпуска

В отличие от процессов отжига (таких как нормализация, мягкий отжиг, крупнозернистый отжиг, рекристаллизационный отжиг и отжиг для снятия напряжений), закалка и отпуск не всегда охлаждаются медленно, но относительно быстро (закалка ), так что происходят желаемые микроструктурные изменения.

В то время как движущей силой для соответствующего изменения микроструктуры в процессе отжига всегда является достижение состояния с более низкой энергией (термодинамическое равновесие), закалка приводит к состоянию термодинамического дисбаланса микроструктуры. Быстрое охлаждение препятствует установлению термодинамического равновесия. Из-за этих фундаментальных различий термическая обработка , закалка и отпуск обычно указываются отдельно от процессов отжига.

В то время как в процессе отжига движущей силой изменения микроструктуры является стремление к более энергетически благоприятному состоянию, термодинамический дисбаланс создается именно во время закалки!

Аустенизация

На первом этапе процесса сталь нагревается выше линии GSK.Это полностью преобразует объемноцентрированную кубическую решетчатую структуру феррита в гранецентрированный аустенит. Поэтому этот процесс также называют аустенизацией .

Во время аустенитизации цементит перлита распадается на его компоненты, и высвобождающийся углерод становится растворимым в решетке аустенита. Чтобы перлит разрушался не только по краю, но и внутри материала, заготовку необходимо выдерживать при определенной температуре в течение более длительного периода времени, в зависимости от ее толщины.

Аустенизация – это нагрев стали выше линии превращения, так что углерод в гранецентрированном кубическом аустените может полностью раствориться!

Как объясняется в статье о фазовой диаграмме железо-углерод, каждый атом углерода в решетке аустенита занимает пространство внутри гранецентрированных кубических элементарных ячеек. Если бы сталь снова медленно охлаждалась в этом состоянии, решетка аустенита снова трансформировалась бы в структуру феррита, которая почти не растворяется для углерода.Из-за относительно медленного охлаждения атомы углерода имели бы достаточно времени, чтобы диффундировать из преобразующейся решетки аустенита и снова образовать промежуточное соединение карбида железа , цементит (\ (Fe_3C \)).

Таким образом, медленное охлаждение из аустенитного состояния восстановит только исходное состояние микроструктуры. Поэтому желаемого структурного изменения не произойдет. Вместо этого его нужно относительно быстро охладить. Это представляет собой следующий этап процесса, который будет объяснен в следующем разделе.

Закалка

Если аустенитизированная сталь охлаждается не медленно, а быстро, растворенный углерод больше не имеет достаточно времени, чтобы диффундировать из решетки аустенита. Такое быстрое охлаждение также называется закалкой .

Закалка – это быстрое охлаждение материала из нагретого состояния!

Во время закалки углерод остается принудительно растворенным в формирующейся решетке феррита, несмотря на трансформацию решетки. Объемноцентрированные кубические элементарные ячейки ферритной структуры расширяются в тетрагональном направлении за счет принудительно растворенных в них атомов углерода.Тетрагонально расширенная структура решетки представляет собой новый тип микроструктуры, называемый мартенситом . Под микроскопом мартенсит можно увидеть как игольчатую или пластинчатую структуру ( пластин мартенсита, ).

Атомы углерода остаются растворенными в микроструктуре в результате закалки и искажают структуру решетки (мартенситная микроструктура)!

Рисунок: Изменение микроструктуры во время закалки

Формирование микроструктуры мартенсита больше не может быть объяснено фазовой диаграммой железо-углерод, поскольку фазовые диаграммы применимы только к относительно медленным скоростям охлаждения, при которых всегда может возникнуть термодинамическое равновесие в микроструктуре.Однако установлению состояния равновесия препятствует гашение!

На микрофотографиях ниже показана микроструктура закаленных сталей. Видна игольчатая структура мартенсита. Сталь C45 была закалена в воде после одного часа аустенизации при 820 ° C.

Рисунок: Микрофотография закаленной стали (C45)

На микрофотографии ниже также показана мартенситная микроструктура стали 25CrMo4.

Рисунок: Микрофотография 25CrMo4

В принципе, сталь содержит значительно меньше атомов углерода, чем элементарные ячейки.Это означает, что не каждая элементарная ячейка подвергается тетрагональному расширению. Это приводит к сильному искажению решетки при закалке. В отличие от ферритно-перлитной микроструктуры, искаженная микроструктура мартенсита очень жесткая. Однако в то же время мартенситное искажение решетки приводит к чрезвычайно сильному препятствованию движению дислокаций. Это значительно снижает деформируемость (пластичность) стали при одновременном повышении ее прочности.

Однако огромная хрупкость мартенситной структуры противоречит высокой твердости или эффекту увеличения прочности после закалки.Чистый мартенсит не имеет плоскостей скольжения и поэтому не может пластически деформироваться. Дополнительный цементит по границам зерен, особенно в случае заэвтектоидных сталей, вызывает значительное охрупчивание. По этой причине стали с перлитным покрытием часто предварительно подвергают мягкому отжигу. После закалки сталь практически непригодна для использования. Он практически не допускал деформации под нагрузкой и сразу ломался. Даже удар о твердый бетонный пол может привести к немедленному разрушению закаленной стали. Поэтому состояние стали после закалки также обозначается как стекло-твердость .

Мартенситная микроструктура, образованная после закалки, отличается очень высокой твердостью, но слишком хрупкой для большинства применений!

Чтобы придать закаленной стали вязкость, необходимую для использования, микроструктура должна быть после этого снова обработана. Это осуществляется последующим отпуском .

Закалка

Для того, чтобы вернуть стали после закалки некоторую вязкость, ее снова нагревают. Однако температура остается ниже линии GSK, т.е.е. он больше не нагревается за линию превращения в аустенитную область! Этот повторный нагрев при относительно умеренных температурах также известен как отпуск .

Закалка – это повторный нагрев закаленной стали для уменьшения хрупкости и повышения вязкости!

Из-за повышенных температур во время отпуска, принудительно растворенные атомы углерода в тетрагональном мартенсите могут снова частично диффундировать. Соответственно, с уменьшением тетрагонального мартенсита искажение решетки частично уменьшается.Это немного снижает твердость и прочность, но прочность стали значительно увеличивается!

Даже если значения твердости и прочности снизились более или менее после отпуска, они все равно значительно выше по сравнению с исходной микроструктурой до закалки (микроструктура перлита). После отпуска сталь обычно медленно охлаждают на воздухе.

На микрофотографии ниже показана сталь C45 после отпуска в течение одного часа при 450 ° C и последующего охлаждения на воздухе. Игольчатая мартенситная структура уже не так впечатляет по сравнению с состоянием непосредственно после закалки (см. Микрофотографию закаленной стали C45 выше).

Рисунок: Микрофотография закаленной стали (C45)

Обратите внимание на то, что микроструктура мартенсита после закалки в конечном итоге представляет собой состояние дисбаланса, поскольку структура не может регулировать термодинамическое равновесие из-за быстрого охлаждения. Однако последующий нагрев может дать микроструктуре время для развития до термодинамического равновесия. Это идет рука об руку с диффузией углерода из мартенситной решетки.

В зависимости от температуры и времени отпуска можно специально контролировать такие значения свойств, как твердость, прочность и ударная вязкость.Необходимые температуры для определенных значений свойств можно найти на соответствующих диаграммах отпуска . В принципе, чем выше температура отпуска и чем больше время отпуска, тем больше увеличивается ударная вязкость. Однако значения твердости снова соответственно уменьшаются. Это в основном приводит к двум различным возможностям управления процессом, в зависимости от свойств материала, которые должны быть достигнуты.

Рисунок: Диаграмма отпуска C45

Если сталь должна быть очень твердой и износостойкой, необходима высокая твердость.Соответственно, сталь закаляется при относительно низких температурах. Этот процесс называется закалкой , . Сталь называется закаленной сталью .

Если, с другой стороны, основное внимание уделяется достижению высокой прочности при высокой ударной вязкости, соответственно выбираются более высокие температуры отпуска. Этот процесс тогда просто называют закалкой и отпуском («упрочнение»).

При отпуске при низких температурах сталь сохраняет относительно высокую твердость, и сталь называется закаленной сталью (износостойкой сталью)! Отпуск при относительно высоких температурах приводит к увеличению прочности при еще большей прочности!

Диаграмма напряжение-деформация

Как видно из диаграммы «напряжение-деформация» ниже, закаленная сталь имеет более высокий показатель прочности, чем закаленная и отпущенная сталь («упрочненная» сталь).Однако более высокая прочность не имеет практического значения, так как закаленная сталь ломается даже при небольших деформациях. Поэтому, когда говорят о высокой прочности закаленной и отпущенной стали, это всегда связано с исходной микроструктурой перед закалкой. Закаленная и отпущенная сталь отличается прежде всего своей высокой ударной вязкостью и, соответственно, повышенной прочностью (исходя из исходной перлитной микроструктуры)!

Рисунок: Диаграмма “напряжение-деформация” закаленной, отпущенной и нормализованной стали C45

На диаграмме “напряжение-деформация”, приведенной выше, показано различное поведение стали C45 при испытании на растяжение после того, как она была подвергнута закалке или закалке и отпуску.Кривые следует интерпретировать в сравнении с начальными условиями для нормализованной стали. По сравнению с нормализованной сталью закаленная сталь имеет высокую твердость, но низкую вязкость или относительное удлинение при разрыве. С другой стороны, закаленная и отпущенная сталь демонстрирует повышенную вязкость (по сравнению с закаленной сталью) и повышенную прочность (по сравнению с нормализованной сталью).

Площадь под кривой как показатель способности поглощать энергию показывает, что закаленная и отпущенная сталь может поглощать значительно больше энергии до разрушения, чем закаленная сталь!

Площадь под кривой зависимости напряжения от деформации является мерой поглощения энергии материалом!

Влияние легирующих элементов на образование мартенсита

В основном, вышеупомянутые этапы процесса приводят к следующей необходимости для прокаливаемости стали:

  • Растворимость углерода в \ (\ gamma \) – решетке
  • Нерастворимость углерода в \ (\ alpha \) – решетке
  • \ (\ gamma \) – \ (\ alpha \) – превращение
  • достаточное количество углерода (> ~ 0.3%)

Для некоторых сталей превращению \ (\ gamma \) – \ (\ alpha \) – препятствуют специальные легирующие элементы, такие как хром и никель (например, для нержавеющих хромоникелевых сталей). В зависимости от легирующего элемента сталь либо остается в аустенитном состоянии до комнатной температуры (аустенитные стали , ), либо аустенитная фаза полностью подавляется, и сталь находится в ферритном состоянии во всем диапазоне температур (ферритные стали , ). . Поэтому такие ферритные или аустенитные стали не подходят для закалки и отпуска, поскольку необходимое \ (\ gamma \) – \ (\ alpha \) – превращение для принудительного растворения углерода отсутствует, и, следовательно, не может происходить образование мартенсита.

Помимо превращения \ (\ gamma \) – \ (\ alpha \) – сталь нуждается в достаточном количестве углерода. Слишком низкое содержание углерода не приведет к сколько-нибудь значительному образованию мартенсита. Хотя может наблюдаться небольшое увеличение твердости или прочности, это не оправдывает относительно высокие затраты на обработку. Ориентировочно, закалка и отпуск могут выполняться экономически и технически только при содержании углерода прибл. 0,3%.

Только стали с содержанием углерода ок.0,3% и более подходят для закалки и отпуска с экономической точки зрения!

Решающим критерием образования мартенсита является препятствие диффузии углерода во время \ (\ gamma \) – \ (\ alpha \) – превращения. Это достигается за счет высоких скоростей охлаждения. Если охлаждающий эффект слишком низкий, мартенсит не образуется в достаточной степени. Некоторые атомы углерода все еще могут диффундировать и образовывать цементит. Между мелкополосчатой ​​структурой перлита (медленное охлаждение) и структурой мартенсита (быстрое охлаждение) образуется промежуточная микроструктура.Такая промежуточная микроструктура также называется бейнитом . В общем, для упрочнения необходимо стремиться к полностью мартенситной микроструктуре.

Рисунок: Микрофотография цементированной стали C15 (верхний бейнит)

Бейнит – это промежуточная микроструктура, которая возникает при недостаточно высоких скоростях закалки и чьи свойства находятся между свойствами перлита и мартенсита!

В принципе, охлаждающий эффект во время закалки на поверхности заготовки больше, чем внутри.В результате критическая скорость охлаждения, необходимая внутри детали, больше не может быть достигнута для образования мартенсита. Это только укрепит поверхность заготовки. Это особенно характерно для нелегированных сталей с относительно большим поперечным сечением. Такие стали, которые не могут быть закалены по всему поперечному сечению, также называются сталью с поверхностной закалкой .

Даже более высокие скорости охлаждения для достижения полного отверждения в какой-то момент достигнут своих пределов. Экстремальные скорости охлаждения могут вызвать высокие термические напряжения в заготовке, что может привести к так называемой закалочной деформации или даже вызвать трещины в заготовке.

Для достижения полной закалки по всему поперечному сечению стали диффузия углерода должна быть в конечном итоге специально затруднена, поскольку образование мартенсита происходит из-за предотвращения диффузии углерода во время преобразования решетки. Этого можно добиться с помощью легирующих элементов. В принципе, неважно, какие легирующие элементы используются, поскольку все легирующие элементы в той или иной степени препятствуют диффузии углерода. В конце концов, легирующие элементы действуют как блокираторы для атомов углерода, которые должны «мигрировать» во время диффузии.

В результате высоколегированные стали обычно твердеют по всему поперечному сечению по сравнению с нелегированными сталями. Концентрация легирующих элементов также влияет на выбор закалочной среды, как более подробно объясняется в следующем разделе.

Влияние легирующих элементов на выбор закалочной среды

Как уже объяснялось, легирующие элементы препятствуют диффузии углерода и, таким образом, предотвращают образование перлита и, соответственно, способствуют образованию мартенсита.Таким образом, требуется более низкая критическая скорость охлаждения во время закалки. В принципе, охлаждающий эффект должен быть настолько сильным, насколько это необходимо для образования мартенсита; в то же время, однако, он должен быть как можно ниже, чтобы свести к минимуму риск деформации при закалке или растрескивания.

В этом отношении высоколегированные стали не требуют такой закалки, как низколегированные или нелегированные стали. На охлаждающий эффект может влиять выбор охлаждающей среды.В то время как нелегированные стали обычно необходимо закаливать в воде, для низколегированных сталей достаточно более мягкой закалочной среды, такой как масло. Однако для высоколегированных сталей закалки на воздухе может быть достаточно для образования мартенсита! Соответственно, стали также упоминаются как стали , закаливаемые водой, , стали , закаливаемые в масле, или стали , закаливаемые воздухом, .

Хотя содержание углерода определяет последующую твердость или прочность стали, добавленные легирующие элементы в первую очередь снижают критическую скорость охлаждения!

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.