Термообработка стали закалка: Термическая обработка стали: режимы, виды, назначение

alexxlab | 01.11.1983 | 0 | Разное

Термообработка металла – особенности закалки стали. Виды термообработки стали

Как будет осуществляться отжиг, закалка стали или ее отпуск, напрямую зависит от марки металла и формы обрабатываемых образцов. Также учитываются характеристики, необходимые продукции, которых можно добиться, применяя определенный комплекс действий и методик.

Промышленные и лабораторные печи для термообработки металла позволяют выполнять широкий спектр функций. Техника отличается простотой применения и точностью выполнения задач.

Термическая обработка стали – это тепловое воздействие на металл, с применением определенных режимов. Температурные процессы позволяют изменить структуру и свойства материала, усовершенствовав его качественные характеристики

Термообработка разных марок стали – основные операции

Каждый из видов термической обработки стали представляет собой сложный производственный комплекс. Среди различных процессов базовыми являются:

Отжиг	Закалка	Отпуск
Первого рода – рекристаллизационный, гомогенизацонный, изотермический	В одном охладителе Прерывистая Ступенчатая Изотермическая С самоотпуском Индукционная	Низкий Средний Высокий
Второго рода – диффузионный, полный, неполный, светлый, сфероидизирующий

Муфельные печи позволяют осуществлять термообработку металла предельно четко. Благодаря современному оборудованию легко выставлять и поддерживать температуру необходимое количество времени

Особенности процесса закалки стали

Независимо от того, какая технология закалки стали будет выбрана, она будет состоять из следующих этапов:

• Нагрева. Сколько изделия будут находиться в камере печи, зависит от марки металла и необходимого эффекта.
• Выдержки. Температура и период зависят от объемов продукции и ее характеристик. Этап сквозного прогрева позволяет завершить преобразование структуры стали.
• Охлаждения. Важна не только охлаждающая среда, но и скорость, с которой будет выполняться процесс.

Для обработки углеродистой стали лучше всего подойдут камерные печи. Стоит учесть, что в этом случае не потребуется предварительный подогрев образца. Данные марки не подвержены короблению или растрескиванию основы.

Закалка стали – это технология термообработки, благодаря которой даже недорогим сортам металла легко повысить эксплуатационные характеристики. В результате можно снизить стоимость продукции, увеличив рентабельность производства

Изменение свойств металла зависит от соблюдения каждого критерия закалки. Самым значимым является температура нагрева. Именно она влияет на изменение атомной решетки. Какую термоотметку выбрать и определить период выдержки? Необходимые режимы термообработки стали зависят от требуемого уровня прочности и твердости для максимально долгого эксплуатационного срока изделия, при повышенном износе.

Камерные печи для термообработки разных марок стали выполняются с разными размерами рабочих камер и способами загрузки образцов. Выбрать подходящий вариант можно, исходя из производственных объемов

Технология закалки разных марок стали – как и для чего выполняется

Согласно ГОСТ на термообработку стали, закаливание разных марок может быть:

• С одним охладителем. Образец, доведенный до определенной температуры, погружают в жидкость. Там металл находится, пока не остынет до требуемой отметки. Применяется метод для углеродистых и легированных, а также изделий с несложной конструкцией.
• Прерывистой. Используются две среды. Металл сначала проходит быстрое охлаждение. Для этого подойдет вода. Затем продукцию погружают в масло. Это необходимо для медленного достижения определенной температурной отметки. Применяют способ для высокоуглеродистой стали.

При разных способах закалки отличаться могут не только получаемые качественные характеристики стали, но и цвета каления

• Ступенчатой. Изделия охлаждаются в среде, чья термоотметка превышает мартенситный уровень обрабатываемой марки. Во время остывания и выдержки, деталь по всему периметру становится температуры закалочной емкости. После этого осуществляется медленное охлаждение с закалкой. Так аустенит преобразуется в мартенсит.
• Струйной. Поверхность интенсивно обрызгивают водным напором. Паровой кокон при этом не образуется, благодаря чему можно добиться глубокой прокалки. Применяют если необходимо обработать только часть поверхности.
• Изотермической. Метод схож со ступенчатым закаливанием, но отличается временем выдержки. Сталь пребывает в среде ровно столько времени, сколько необходимо для завершения изотермического преобразования аустенита.

Основные температурные и временные режимы термообработки сталей – таблица показателей разных марок

Преимущества технологии закалки стали

Закаливание стали необходимо для изменения свойств изделий. Правильное выполнение всех процессов позволяет:

• Увеличить твердость поверхностного слоя.
• Повысить прочностные показатели.
• Снизить пластичность до нужного значения, повысив сопротивление на изгиб.
• Уменьшить вес продукции, сохраняя ее прочность и твердость.

Термообработка стали – основные технологические этапы

  

Основные дефекты при неправильной закалке стали

Независимо от того, какие виды термообработки стали осуществляются, при несоблюдении технологии можно ухудшить характеристики металла. Если закалка была выполнена неправильно, результатом станет:

1. Недостаточная твердость. Обусловлена слишком низкой температурой нагрева и малой выдержкой. Также к этому приведет и сниженная скорость остывания.

2. Перегрев. Возможен, если деталь доведена до большей температуры, превышающей отметку закаливания. Определить изъян можно по образованию крупнозернистой структуры. Это повлечет хрупкость металла.

Чтобы исправить дефекты, нужно провести термопроцесс заново, с корректировкой всех несоответствующих показателей

3. Пережог. Получают при нагревании металла до температуры близкой к плавлению. При этом в основу стали попадает кислород. В результате на зернистости образуются окислы. Исправить такой дефект невозможно, поскольку сталь становится чрезмерно хрупкой.

4. Обезуглероживание / окисление

. На деталях образуются окалины, при этом на поверхностном уровне выгорает углерод. Такой дефект не исправить при помощи новой термообработки. Если есть припуск, позволяющий выполнить механическое воздействие, испорченный слой шлифуют.

Избежать окисления и обезуглероживания можно при помощи нагрева стали в электропечах с защитной атмосферой

5. Коробление и трещины. Появляются при сильном внутреннем напряжении. Проблема связана со спецификой обработки. В процессе нагревания и охлаждения металла происходит изменение объема. Зависят колебания, как от температуры, так и структурных преобразований, их скорости.

Только верно выполненная закалка металла обеспечит требуемые характеристики изделий различного назначения. Выполнять термообработку стали необходимо в строгом соответствии с производственной технологией

Подробнее о том, какие камерные или шахтные печи наилучшим образом подойдут для конкретных задач или будут универсальными, расскажут специалисты компании «Лабор». Для детальной консультации звоните прямо сейчас!

Технологии термообработки стали – ТехноХакер

Термообработка стальных сплавов – нагрев сплава до установленного температурного значения с последующей выдержкой и охлаждением. Данный вид обработки позволяет получить сталь с заданными характеристиками (однородная микроструктура, твердость, вязкость и пр.)

Классическая термообработка стали.

Часто термическим способом обрабатывают полуфабрикаты и готовые изделия.

Существует следующие этапы обработки стальных сплавов:

1. Вначале проводят отжиг детали.
2. Далее нормализуют сталь.
3. Важным этапом является закалка.
4. Завершает операцию отпуск стали.

 

[unitegallery otgig]

Назначение и виды отжига.

Отливка, ковка, прокатка, сварка стали сопровождаются ее неравномерным охлаждением. Это приводит к образованию структурных и химических неоднородностей, внутренних напряжений. Детали приобретают неоднородные свойства.

Отжиг необходим для их коррекции. Цель операции – добиться равновесной, устойчивой структуры в стали.

В результате отжига снижается внутреннее напряжение, металл становится менее прочным, но более пластичным и вязким. Это упрощает процессы его обработки резкой и давлением, корректирует структуру сварных швов, подготавливает заготовку к дальнейшей термообработке. Охлаждают металл при отжиге медленно: от 300 до 1000 С в час.

Отжиг включает следующие режимы.

I. Отжиг I-го рода. Применяют, когда нет необходимости менять фазовый состав.

1. Диффузионный
2. Рекристаллизационный
3. Снимающий напряжения

II. Отжиг II-го рода. Используют, когда нужно поменять фазовый состав металла.

1. Неполный
2. Полный
3. Изотермический
4. Сфероидизирующий (другие названия: циклический, маятниковый, на зернистый перлит)

Нужный режим выбирают исходя из состава сталей и требований к их технологическим и механическим характеристикам.

Назначение нормализации

Нормализация стали представляет собой нагрев до температур, превышающих критические на 30-500 С с дальнейшим понижением температуры до 20 — 250 С на воздухе.
В доэвтектоиднгых конструкционных сталях ( с содержанием углерода 0,025-0,8%) при нормализации происходит уменьшение размера феррита и перлита. Это увеличивает прочность стали после отжига.

В заэвтектоидных инструментальных сталях (с содержанием углерода более 0,8%) разрушается цементитная сетка, окружающая перлитные зерна. Это снижает хрупкость стали, подготавливает ее к закалке.

Назначение и виды закалки

Закаливают сталь для улучшения ее характеристик. В частности, металл становится более прочным и твердым, стойким к механическому износу. Закалке подвергают стали, в которых содержание углерода выше 0,25%.

Виды закалки стали.

1. В 1-ой закалочной среде (масло либо вода).
2. В 2-х закалочных средах (в воде и масле).
3. Ступенчатая.
4. Изотермическая.

I-й способ

широко распространен в сталелитейном производстве, но применим не ко всем сталям. Некоторые металлы при резком охлаждении в воде трескаются. У некоторых сортов при охлаждении в масле закалка не происходит. Одноступенчатая закалка в одной среде допустима для изделий простой формы, к которым не предъявляют повышенных требований по прочности.

II-й способ

практически исключает возникновение трещин и позволяет получить качественную мартенситную сталь. Сперва деталь погружают в воду, далее — в масло.

Ступенчатая закалка

Для мелких изделий применяют закалку ступенчатым методом. Изделия нагревают, помещают в щелочной расплав (от 3500 до 4000 С). (Мартенсит образуется при температуре порядка 3000 С). Выжидают некоторое время, достаточное для выравнивания температуры внутри изделия. Легированные стали охлаждают в минеральном масле, нелегированные могут погружать в воду. Данный способ обеспечивает необходимую твердость, а вероятность появления трещин и напряжений стремиться к нулю.

Изотермическая закалка

Изотермическую закалку проводят аналогично ступенчатой, но выдерживая металл в щелочи до тех пор, пока аустенит полностью не распадется на бейнит. Преимущество метода в полном отсутствии внутренних напряжений. Данная закалка не требует отпуска. Метод пригоден для обработки сложных деталей, подверженных деформациям и трещинам.

Характеристика твердости стали, подвергнутой закалке при соблюдении технологии, выражается в единицах твердости и называется закаливаемостью. С увеличением процентного содержания углерода увеличивается твердость стального сплава. Влияние лигирующих компонентов на показатель твердости стали ничтожно мало. Лигирование определяет иные характеристики (устойчивость к коррозии и пр.).

Другая важная величина, определяющая характеристики металла – прокаливаемость, мм. Она показывает глубину, на которую данный сорт стали можно закалить — расстояние между внешним диаметром и полумартенситной зоной.

Закалка стального сплава в заводских условиях

https://youtu.be/CUV4o6sd6VY

Назначение и типы отпуска

Отпуск применяют, чтобы снять внутренние напряжения, ухудшающих свойства изделий. Стальной сплав нагревают, выдерживают и охлаждают. Чтобы максимально снять все виды напряжения, необходимо произвести нагрев до высокой температуры, выдержать длительное время и медленно охладить. К внутренним напряжениям относят: осевые, радиальные, тангенциальные. В результате изделие приобретает оптимальное соотношение прочности и вязкости.
Виды отпуска:
1. Низкотемпературный (до 2500 С). Применяют для повышения прочности и вязкости при сохранении твердости сплава (HRC остается в пределах от 58 до 63). Стали отпущенные при такой температуре обладают высокой стойкостью к статическим и низкой стойкостью к динамическим нагрузкам.

2. Среднетемпературный режим (350-5000 С). Используется, когда необходимо значительно повысить предел упругости, релаксационную стойкость и динамическую выносливость. Твердость сплава при этом заметно уменьшается до HRC в пределах от 40 до 50. Такой отпуск нужен для пружин, рессор и пр.

3. Высокий (высокотемпературный). Проводят при температурах свыше 5000 С. Данный вид обработки улучшает показатели прочности, текучести и ударной вязкости. Твердость стали и износостойкость останутся прежними.

Термическая обработка стали методом ТВЧ (током высокой частоты)

Тепловая обработка ТВЧ происходит за счет индукционного нагрева стального изделия, которое помещают вблизи индуктора. При этом в детали возникает ЭДС. Под ее воздействием по детали начинает движение переменный ток, частота которого равна частоте индуктора. Сама деталь при этом разогревается.

При индукционной термообработке деталей необходимо учитывать скин эффект – индуцирование высокочастотного тока преимущественно на поверхности и в подлежащих слоях изделия. Уменьшая частоту тока можно увеличивать глубину прогрева.

Высокая частота позволяет создать значительную мощность, в зоне прохождения тока. Как следствие, в этой области происходит скоростной нагрев. За секунду температура повышается до 5000 С.

Меняя силу тока, мощность, напряжение генератора и время обработки детали можно установить оптимальный режим закалки. При необходимости, пирометрами дополнительно снимают температуру нагрева сплава. Диагностируют качество закалки лабораторным путем. Аналогично классическим методам, в недогретом образце доэвтектоидных стальных изделий обнаруживают феррит, в перегретом – мартенситные крупноигольчатые вкрапления.

Высокочастотная закалка вызывает нагрев металла до температур, которые несколько выше температурных показателей классической термообработки. Но за счет того, что продолжительность воздействия мала, в сплаве не успевают образоваться зерна. Сам сплав отличается высоким показателем твердости (HRC превышает стандартное значение единицы на 3) твердостью поверхности, износостойкостью.

[unitegallery TVCH]

Область применения, способы и преимущества индукционной закалки

ТВЧ обработку преимущественно применяют для сталей с содержанием углерода не более 0,5%. Высокоуглеродистые стали при резком охлаждении имеют тенденцию к образованию трещин.

Индукционную закалку выполняют следующими методами.

1. Непрерывно-последовательный. Используют для деталей с фиксированным сечением (оси, валы и пр.). Деталь движется в индукторе. Один участок подвергается закалке, затем перемещается в зону охлаждения спрейерным способом (водный душ или поток воздуха).
2. Одновременная закалка. Используется для одновременной закалки всей поверхности.

Посредством регулировки температуры охладителя и времени его воздействия запускается процесс самоотпуска сплава. Т.е. данный способ закалки позволяет экономить на отпуске стали.

К преимуществам метода относят:

• высокую скорость процесса;
• возможность легко регулировать прокаливаемость;
• наличие коробления и окалины стремиться к нулю;
• возможность 100% автоматизации операции закалки;
• компактность, позволяющая разместить закалочное оборудование в линии установок для механического оборудования.

Видео ТВЧ процесса

[unitegallery zakalka_TVCH]

Закалка легированной и углеродистой стали, термообработка чугуна на заказ, в ООО “Термаль”

Мы оказываем услугу термообработки стали на заказ, во всей полноте существующих технологий и операций. Закалка и отпуск стальных деталей различного размера применяется для повышения твердости и улучшения механических характеристик металла. Наше оборудование позволяет выполнять закалку обычной и легированной стали в среде защитных газов, это предотвращает образование окалины и практически устраняет обезуглероженный слой с поверхности.

Операции термической обработки стальных деталей

Выбор вида и режима термического воздействия осуществляется в соответствии с требованиями чертежа или Заказчика. При выборе режима закалки углеродистой стали специалисты технологического отдела руководствуются стандартами (ГОСТ, ОСТ и ТУ), а также особенностями дальнейшей эксплуатации изделия.

В список наших услуг входят следующие виды обработки:

• отжиг;
• нормализация;
• аустенизация;
• закалка и отпуск;
• закалка и старение;
• обработка холодом;
• отпуск для снятия напряжений после сварки.

Термические операции с углеродистой сталью выполняются в специализированных шахтных печах. Равномерный прогрев металлических деталей обеспечивается качественной футеровкой печей с увеличенным количеством зон регулирования температурного поля.

Термообработка легированной стали и чугуна

Для наиболее ответственных тяжелонагруженных деталей машин применяют легированные стали, так как легирующие элементы позволяют влиять на структурные превращения при закалке и отпуске, определяя таким образом механические свойства. Мы работаем с широким спектром материалов: машиностроительные, инструментальные, жаропрочные, коррозионностойкие стали и сплавы.

Наряду с обработкой стального проката и повок, мы занимаемся термообработкой чугуна и стального литья. Наиболее востребованной услугой остается снятие напряжений и устранения «отбела» чугунных изделий.

Печи для термической обработки стали

Печи для термической обработки стали

Печи накаливания, отжига, отпуска и закалки для термической обработки стали. Koyo Machine Industries представлена в Европе Crystec Technology Trading GmbH

Термическая обработка стали

Печи накаливания, отжига, отпуска и закалки для термической обработки стали

Сталь – это сплав железа и углерода, причем содержание углерода обычно колеблется в диапазоне между 0,02 % и 6,5 %. Атомы углерода расположены в промежуточных положениях решетки железа, которые имеют различный размер, и в связи с этим вызывают неравную деформацию и напряжение решетки. Весьма часто другие металлы как Хром, Cr, Cobalt Co, МС Марганца, и т.д. также входят в состав стали и это тоже изменяет параметры решетки и свойства стали.

При комнатной температуре и до 911°C чистое железо представлено кубической конфигурационной решеткой (α – железо), называемой ферритом. При более высокой температуре между 911°C и 1392°C представлена кубическая конфигурация (γ – железо), назывемая аустенитом. Выше 1392°C снова в небольшом диапазоне кубичесая решетка, названная δ – железо или δ – феррит. В зависимости от конфигурации решетки углерод тогда находится или в четырехугольнике, или в восьмиугольниках решетки железа и вызывает различную деформацию размера решетки. Чем больше деформация, тем тверже сталь.
При медленном охлаждении стали после литья кристаллическая решетка проходит такие фазы, как аустенит и феррит или смешанные фазы. Во время преобразования углерод мигрирует в наиболее удобные положения решетки. Однако поглощение углерода решеткой ограничено и когда максимальная растворимость углерода в железе достигнута во время охлаждения, образуются либо осаждения цементита, железо-карбита, либо графита. Цементит – карбид железа Fe₃C, в то время как перлит – смесь цементита и феррита. При более высоком cодержании углерода, образуется ледобурит, смесь аустенита и цементита. Различные фазы представлены в диаграмме состояние железо- углерод (Вы можете видеть здесь упрощенную версию).

Такие свойства стали как твердость или долговечность зависят от деформации решетки и существования осаждения, а так же от размере различных кристаллитов. Эти свойства могут формироваться или настраиваться различными тепловыми процессами. Koyo Thermo Systems может предложить технологию, оборудование и печи для получения соответствующих свойств стали. Большинство печей Koyo использует Moldatherm^®-heaters.

Crystec Technology Trading GmbH, Germany, www.crystec.com, +49 8671 882173, FAX 882177

Печи для отжига и закалки стали

Во время отжига, заготовка нагрета до определенной температуры и затем медленно охлаждается. Это может быть сделано, чтобы достигнуть следующих целей:
При крупно-зерновым отжиге требуется увеличение размера отдельных кристаллитов. Следовательнo, стабильность материала и уменьшение тягучести, что требуется для некоторых процессов механической обработки.
Термообработка снятия напряжения имеет место при относительно низких температурах между 480°C и 680°C и приводит к перемещению остаточного напряжения заготовки. Это напряжение -результат механической деформации или обработки. Ни в чем другом свойства стали не должны быть изменены.
Гомогенизация требует два дня и имеет место при относительно высоких температурах между 1050°C и 1300°C и, как предполагается, обеспечивает даже распределение примесей в металлической решетке. Скорость охлаждения определяет развитие фаз, и следовательно, свойства стали.
Перекристаллизационный отжиг, отжиг является восстановлением форм кристаллита до тех, которые существовали перед закалкой. Чтобы этого достичь, образец нагревается до температуры чуть выше температуры перекристаллизации, обычно между 550°C и 700°C. Температура перекристаллизации зависит от материала и уровня деформации.
Нормализация стали является одной из самых важных высокотемпературных обработок. Создается мелкая структура кристаллитов, равномерно распределенная по образцу. Сталь с более высоким содержанием углерода требует для отжига температуры чуть ниже 800°C; сталь с более низким содержанием углерода – 950°C.
С Мягким отжигом стали, существующие осаждения цементита или перлита снижены, чтобы уменьшить твердость и пpочность стали и чтобы сделать деформацию легче. Типичная температура для этого процесса колеблется между 680°C и 780 °.
Koyo предлагает непрерывные и прерывистые печи для всех процессов отжига, как в условиях атмосферы, так и в вакууме.

Непрерывная нормализующая печь	Печь для отжига стальных проводов

Crystec Technology Trading GmbH, Germany, www.crystec.com, +49 8671 882173, FAX 882177

Закалка стали

Закалка стали в закаливающей печи

При закалке нелегированной стали в печи закалки образец сначала греется до температуры между 800 °C и 900 °C, до тех пор пока в случае стали с низким содержанием углерода остается чистый аустенит. В случае легированной стали необходимая температура может существенно отклоняться
Чтобы избежать коррозии в печи может применяться экзотермический газ. Экзотерм производится также в соответствующем газогенераторе из углеводородов и содержит наряду с CO, Н₂ и N₂ также CO₂ и Н₂О.

Экзотермический газовый генератор

После закалки сталь охлаждается быстро или закаляется, чтобы препятствовать атомам углерода мигрировать к выгодным положениям в решетке во время фазового перехода. Этого можно избежать, потому что скорость распространения атомов углерода становится слишком низкой при низкой температуре для того, чтобы перемещаться между положениями решетки.
С понижением температуры решетка железа все еще изменяет свою структуру, и как результат производится так называемый мартенситная или мартенситная сталь. Из-за деформации решетки и напряжения решетки, мартенсит является очень твердым, но также более не деформируемым и не ломким.
Для более толстых образцов, необходимы соответственно более высокие скорости остывания, чтобы закалить весь образец. На практике, эти части помещены в нефтяные или водяные ванны. Наиболее эффективным методом является закалка водой из-за её высокой теплопроводности. При опускании в воду, прежде всего проводящий паровой слой образуется на его поверхности (явление Leidenfrost). Необходимо обратить внимание на погружение образца правильным способом. Его поверхность должна равномерно контактировать с жидкостью. Также водные полимерные растворы могут использоваться для закалки.
Образец может быть нагрет либо в цепной конвейерной печи или в печи с роликовым подом, куда образец падает или спускается в ванну закалки, или в печи типа капота, которая загружается снизу и откуда образцы могут быть быстро извлечены.

Верхне-нижние печи закалки	Решетко-поясная печь с ванной закалки	Вакуумно-закаливающие печи

Весьма часто вакуумные печи используются для процесса закалки. Низкое содержание кислорода предотвращает окисление и коррозию поверхности образцов.

Отмывка образцов

После закалки образцов в масле или эмульсии, требуется очистка частей, прежде чем они смогут быть введены в следующую печь для отжига и закалки. Koyo предлагает специальные моечные машины для такого применения. Отмывка может также быть введена в постоянный процесс. Отжиг, закалка, мытье и отпуск могут быть осуществлены в одном и том же узле оборудования.

Отмывка образцов после закалки

Отпуск стали после закалки

После закалки мартенситная сталь является очень твердой, но также и ломкой. Отпускoм образцов можно этому воспрепятствовать.
В температурном диапазоне ниже 100°C сначала концентрация углерода мартенситной стали увеличивается в областях дефектов решетки. При температурах между 100°C и 200°C атомы углерода начинают мигрировать из их невыгодных положений в решетке железа. Осаждение карбида железа начинается. Если температура будет еще увеличена , этот процесс будет ускорен. При более чем 320°C почти все атомы углерода покинули свои неблагоприятные промежуточные положения решетки. При 400°C никакие серьезные микро изменения структуры более не происходят, и сталь снова становится мягкой. Однако в случае сплавов стали с хромом, ванадием, молибденом и вольфрамом твердость снова увеличивается в этом температурном режиме, потому что формируются специальные карбиды. Это вторичное отвердение важно для изделий, которые должны сохранять твердость в условиях повышенной температуры.
В общем случае, твердость стали уменьшается с увеличением температуры закалки. В присутствии воздуха поверхность окисляется, что может быть видно по типичным цветовым изменениям стали во время этого процесса. Цвет соответствует толщине наращенного окисного слоя. Необходимое время отжига зависит от массы и толщины обрабатываемых частей.

Crystec Technology Trading GmbH, Germany, www.crystec.com, +49 8671 882173, FAX 882177

Закалка поверхностей

В противоположность закалке стали oтпускoм, закалкой и отжигом, где закаляется основной материал, технология закалки поверхности закаляет только поверхность стали. Твердая поверхность и податливый внутренний материал приводят к особенно хорошим свойствам стали. Для закалки поверхностей могут быть использованы несколько методов.

Карбонизация, карбуризация

Карбонизация, карбуризация – несколько слов используются для одного и того же процесса. Эта поверхностная закалка или частичная закалка или пакетный метод могут использоваться для низко- углеродистых сталей. Материал обрабатывается в богатом углеродом, эндотермическом газе.
Эндотермический газ вырабатывается в газовом генераторе из метана, этана или пропана и состоит главным образом из карбонмоноксида CO, углерода H₂ и азота N₂.

Эндотермический газовый генератор

Сталь нагревается при температуре 900°C до 1000°C в специальной печи закалки или отжига, где она поглощает атомы углерода из эндотермической газовой атмосферы. Kонцентрация углерода может быть увеличена до уровня насыщенности аустенита в областях, близких к поверхности (приблизительно 1 мм глубиной). Затем следуют закалка и отжиг. Печи Koyo KCF -типа могут использоваться для этого процесса. Могут использоваться непрерывные и прерывистые печи. В непрерывной печи транспортировка может быть осуществлена керамическим роликовым подом, толчковой системой или как отжиг полос на сетчатом ленточном конвейере.

Непрерывная печь толкательного типа с керамической системой роликовой транспортировки	Непрерывная цепная печь для карбонизации, коксоватния стали

Ротационные барабанные печи могут также использоваться для этого процесса. В такие системы могут быть введены закалка, oтпуск, очистка и отжиг.

Ротационная барабанная непрерывная печь науглероживания стали

Карбонитрирование

Для карбонитрирования не только углерод распространяется в стали, но также и азот и осаждение азота происходит в областях, близких к поверхности. Аммиак NH₃ обычно используется как источник азота.
Карбонитрирование при низкой температуре 650 до 770°C приводит к хорошему распространению азота и после закалки образуется тонкая пленка азота и карбида на мартенситовой поверхности. Если карбонитрирование сделано при высокой температуре 770°C до 930°C, то эта пленка не образуется, потому что тогда скорость распространения углерода выше. Содержание азота стабилизирует фазу аустенита и допускает более низкую скорость закалки с увеличенной твердостью. Однако твердый слой является обычно более тонким по сравнению с науглероживанием, и потому характеристики материала изменяются больше от поверхности к основе.
Закалка должна следовать за oтпускoм для карбонитрирования так же как для карбуризации.

Карбонитридные печи	Безрамочная версия с вакуумной ванной закалки

Азотирование и нитронауглероживание

Азотирование является методом упрочнения поверхности, где азот распространяется в стальную поверхность при довольно низкой температуре 500 до 550°C. Аммиак служит источником азота. Азот распространяется в стали и занимает промежуточные положения в железной решетке. Это вызывает искажение и напряжение. Материал не должен закаляться, и эффект поэтому не является результатом формирования мартенсита. Во время охлаждения осаждение азота – главная причина увеличения твердости.
Для нитрокарбуризации не только азот распространяется в материале, но также и углерод. В качестве источника углерода обычно используется моноксид углерода или гидрокарбонат. У азота более высокая глубина распространения, в то время как углерод концентрируется только в областях близко к поверхности. Растворимость углерода низка в азотированной стали, и скорость распространения ниже по сравнению с азотом. Во время охлаждения образуются карбонитриды. Азотокарбурация- более быстрый процесс по сравнению с азотированием.
Азотированная и карбонитрированная сталь имеет довольно тонкую, твердую и скользкую поверхность. Она не так износостойка и немного хрупка.

Газовая азотная печь	2-этапная печь азотирования

Koyo Thermo Systems и Crystec будут рады спроектировать для Вас установку, эффективную по затратам, которая удовлетворит Ваши самые высокие требования.

Термическая обработка металлов, термообработка и закалка стали

Термическая обработка подразумевает под собой тепловую обработку изделий, выполненных из различных металлов и металлических сплавов с целью изменения их структуры и свойств в соответствии с заданным направлением в автоматически регулируемой, защитной атмосфере. 

Наш цех термообработки

Благодаря современному высокотехнологичному оборудованию Группа Компаний «Металогика» предлагает следующие услуги

Закалка металла

Закалка, как один из видов термообработки, основывается на перекристаллизации стали и ее сплавов с помощью нагревания до критической температуры и дальнейшим охлаждением, критическая скорость которого зависит от материала. Получившиеся изделия обладают повышенной прочностью и твердостью, однако из-за неравновесных структур могут быть излишне хрупкими. Закалка производится в масло в специальной ванне с узлом подогрева закалочной жидкости. Оригинальная система перемешивания закалочной жидкости, что исключает образования паровой рубашки. 

Отпуск

Термическая обработка стали с помощью закалки непременно требует последующего отпуска. Это необходимо для снятия внесенных внутренних напряжений. Промывка деталей после закалки в масле перед отпуском производится в промывочной ванне, оснащенной нагревом промывной жидкости и специализированным отстойным отделением для удаления масляной пленки.

Материал становится более пластичным и менее хрупким, несмотря на небольшое уменьшение прочности. В зависимости от температуры нагрева отпуск может быть низким, средним и высоким. 

Отжиг

Отжиг отличается от закалки медленным охлаждением вместе с печью или на открытом воздухе (нормализация), что препятствует образованию неравновесных соединений типа мартенсита. Отжигу (термообработке) подвергаются сплавы из легированной и углеродистой стали, такие изделия как: поковка, отливка, различные заготовки и другие изделия проката. Структура получается однородной, без лишних включений. Изделие становится более пластичным и менее твердым. Выделяют так же гомогенизацию, направленную на устранение неоднородности состава. Термообработка в защитной среде используется для изделий из цветных металлов, а так же проволоки, стальных лент. 

Характеристики нашего оборудования

Максимальные габариты термообрабатываемых изделий: длина 500 мм, ширина 500 мм, высота 600 мм.

В качестве приборов измерения и управления потенциалом наших печей используется современная система американского производства. Внутри печи подвешена реторта, в которой и осуществляются процессы безокислительной закалки.

Все процессы отпуска, снятия напряжений и отжига, требующие вертикальной загрузки производятся в шахтных печах. Такое оборудование позволяет равномерно распределять температуру по камере. 

Проверка

 

 

Технологии термообработки

Высокие скорости и нагрузки, сложные условия эксплуатации современных машин и инструментов, привели к тому, что до 40% изготавливаемых деталей должны подвергаться термической обработке. Важно при этом соблюдать технику безопасности пользоваться специальными клещами для термистов, термостойкими крагами с кевларовой нитью.

Основные виды термической обработки

Отжиг стали

Отжиг первого рода служит для устранения или значительного уменьшения физической неоднородности, возникающей в металле при кристаллизации из расплава, при холодной пластической деформации и ряде других обработок металла. Дендритная ликвация повышает склонность к хрупкому разрушению в литой стали. Для уменьшения или устранения дендритной ликвации применяют гомогенезирующий отжиг. Температура его должна быть высокой, а выдержка длительной. Для более полного протекания диффузионных процессов выравнивания состава охлаждение при отжиге медленное, вместе с остывающей печью.

В зависимости от состава стали и массы садки, общая продолжительность процесса отжига достигает нескольких десятков часов. Холодная пластическая деформация стали сопровождается увеличением твердости и уменьшением пластичности. Это явление называют деформационным упрочнением или наклепом. При холодной пластической деформации зерна вытянуты в одном направлении, что приводит к анизотропии свойств стали. Для устранения наклепа применяют рекристализационный отжиг, состоящий из нагрева выше температуры рекристаллизации, выдержки и охлаждения. Для углеродистой стали, содержащей от 0,08% до 0,2% углерода, подвергаемых холодной прокатке, штамповке, волочению, температура отжига составляет 680-700 градусов Цельсия.

Для легированных сталей 730-750 градусов Цельсия. Продолжительность выдержки от получаса до полутора часов. В результате, снижается прочность стали и возрастает ее пластичность. Неравномерное охлаждение при затвердевании отливки из сварного шва, неравномерная деформация при механическом воздействии, а также неравномерность фазовых превращений в различных точках изделия, приводит к возникновению внутренних напряжений.

Отжиг для снятия внутренних напряжений производят в интервале от 160 до 700 градусов Цельсия. Для снятия шлифовочных напряжений детали отжигаются при температуре 160 – 180 градусов Цельсия в течение 2 – 3,5 часов. Детали прецизионных станков после механической обработки отжигаются при температуре 570-600 градусов Цельсия в течение 2 – 3 часов. Для снятия сварочных напряжений отжиг производят при температуре 650 – 700 градусов Цельсия.

Отжиг второго рода предназначен для снижения прочности и твердости стали и служит предварительной термообработкой перед обработкой резанием. Этому отжигу подвергают фасонные отливки, штамповки, паковки и сортовой прокат. Для доэвтектоидной стали такой отжиг заключается в нагреве на 30 – 50 градусов выше температуры, соответствующей точке АС3, выдержке и медленном охлаждении. При нагреве выше точки АС3 образуется мелкозернистый аустенит, который при охлаждении превращается в мелкозернистый перлит и феррит.

Время нагрева и продолжительность выдержки зависит от типа печи, размеров изделий и способов укладки их в печь. А так же от массы садки в тоннах при отжиге изделий на металлургических заводах. В случае неполного отжига сталь нагревают до более низкой температуры. При которой происходит только частичная перекристаллизация стали вследствие превращения перлита в аустенит.

Нормализация (разновидность отжига второго рода)

При нормализации доэвтектоидная сталь нагревается так же, как и при отжиге, до температуры АС3 + 50 градусов. А заэвтектоидная до температуры АСN + 50 градусов. Структура стали после нормализации служит классификационным признаком. В результате нормализации, углеродистые и низколегированные стали приобретают близкую к равновесной структуру, в состав которой входит перлит. В отличие от отжига, охлаждение при нормализации производят на воздухе.

Закалка стали

Легирующие элементы – хром, вольфрам, молибден, повышают устойчивость аустенита. И сталь при охлаждении на воздухе претерпевает мартенситное превращение. Легирование никелем и марганцем не только повышает устойчивость аустенита, но и смещает температуру мартенситного превращения ниже комнатной. Такая сталь после охлаждения на воздухе сохраняет структуру аустенита и относится к аустенитному классу. Закалка стали является основной упрочняющей операцией термической обработки. Сталь после закалки имеет высокую твердость, но пониженную вязкость и пластичность. Доэвтектоидные стали нагревают при закалке выше АС3 для получения структуры аустенита. Заэвтектоидные стаи нагревают до температуры на 30 – 50 градусов выше АС1. Образуется аустенит и вторичный цементит.

Скорость охлаждения при закалке должна быть выше критической. То есть, достаточно высокой, чтобы не произошел распад аустенита. Критическая скорость охлаждения стали зависит от ее химического состава. Самую высокую критическую скорость охлаждения имеют углеродистые стали. Поэтому, закалку этих сталей производят в воде. Теплоотвод при закалке осуществляется через поверхность изделия. Поэтому, скорости охлаждения на поверхности и в сердцевине изделия различны. Если скорость охлаждения в сердцевине выше критической, то сталь приобретает мартенситную структуру по всему сечению. То есть, сталь имеет сквозную прокаливаемость.

Если же скорость охлаждения сердцевины ниже критической, то сталь приобретает мартенситную структуру не по всему сечению. То есть, сталь имеет определенную глубину прокаливаемости. Чем выше скорость охлаждения и чем больше легирована сталь, тем выше у нее прокаливаемость. За толщину закаленного слоя, условно принимают расстояние от поверхности до полумартенситной зоны. Диаметр заготовки, в центре которой после закалки образуется полумартенситная структура, называют критическим диаметром. Для определения прокаливаемости стали используют также торцевую пробу. При которой образец определенной формы и размеров закаливается струей воды с торца. За глубину прокаливаемости принимают расстояние от торца до зоны с твердостью, соответствующей для данной стали 50% мартенсита в структуре.

Неравномерное охлаждение при закалке, особенно длинномерных и плоских деталей, приводит к их короблению и деформации. Деформация плоских деталей устраняется при их отпуске в прессах. После закалки детали подвергают отпуску для уменьшения хрупкости и напряжений, вызванных закалкой. Низкотемпературный отпуск применяют для изделий из инструментальных и закаленных цементитовых сталей. Его продолжительность от 1 до 2,5 часов. Для пружин и рессор применяют средний температурный отпуск.

Структуру после среднетемпературного отпуска называют трооститом отпуска. При выборе температуры отпуска необходимо учитывать возможность появления необратимой отпускной хрупкости. Изделие приобретает твердость 40 – 50 HRC и высокие значения пределов упругости, выносливости, а также релаксационной стойкости. Высокотемпературный отпуск применяют для деталей машин, изготовленных из среднеуглеродистых конструкционных сталей. Структура – сорбит отпуска. Сталь имеет невысокую твердость и прочность, но высокую ударную вязкость и пластичность.

Поверхностная закалка при индукционном нагреве

Одним из основных методов поверхностного упрочнения является поверхностная закалка индукционным нагревом. Переменный ток, протекая по индуктору, создает переменное магнитное поле. И в результате явления индукции в изделии возникают индукционные токи. Выделяется джоулево тепло и поверхностный слой разогревается. Если прервать нагрев и быстро охладить изделие, то слой металла, имеющий аустенитную структуру, подвергнется закалке, а сердцевина останется незакаленной. Для закалки с индукционным нагревом применяют различные виды генераторов. При наличии у изделий нескольких упрочняемых участков, их нагревают и охлаждают последовательно.

Для длинномерных изделий применяют непрерывно-последвательный нагрев и охлаждение.

При индукционном нагреве скорость нагрева может достигать нескольких сотен градусов в минуту. Высокая скорость нагрева и кратковременность пребывания при высоких температурах обеспечивает образование более мелкого зерна аустенита, что в свою очередь, обеспечивает получение мелкокристаллического мартенсита при закалке. Для выбора режимов индукционной закалки проводят исследования, так называемого, закалочного ряда. Твердость мало изменяется при перегреве и не определяет однозначно прочности стали, поэтому, в качестве характеристики закалочного ряда целесообразно использовать размер зерна аустенита.

Прокаливаемость обычных сталей, даже простых углеродистых, выше, чем требуемая длина закаленного слоя при поверхностной закалке. Поэтому, применяют специально разработанные стали пониженной прокаливаемости. Стали, подвергаемые индукционной закалке, являются либо углеродистыми, либо низколегированными. В настоящее время созданы и работают автоматические линии, включающие в себя все необходимые процессы термообработки.

Изотермическая закалка стали | Термообработка металла

 

Закалку по этому способу выполняют в основном так же, как и ступенчатую, но в данном случае предусматривается более длительная выдержка выше точки М_н. При такой выдержке происходит распад аустенита с образованием нижнего бейнита. Для углеродистых сталей изотермическая закалка не дает существенного повышения механических свойств по сравнению с получаемыми обычной закалкой и отпуском.

У большинства легированных сталей распад аустенита в промежуточной области не идет до конца. Если аустенит, не распавшийся при изотермической выдержке, не претерпевает мартен- ситного превращения при дальнейшем охлаждении, то сталь получает структуру: бейнит + 10 – 20 % остаточного аустенита, обогащенного углеродом. При такой структуре достигается высокая прочность при достаточной вязкости. Для многих сталей изотермическая закалка обеспечивает значительное повышение конструктивной прочности.

Если же большая часть аустенита, не распавшегося после окончания промежуточного превращения, при последующем охлаждении претерпевает мартенситное превращение, то изотермической закалкой нельзя получить высокие механические свойства. В этом случае резко снижается сопротивление хрупкому разрушению.

Закалка конструкционной стали

Конструкционные легированные стали (0,3-0,5 % С) приобретают оптимальные механические свойства в результате изотермической закалки с выдержкой в нижней части промежуточной зоны изотермического распада аустенита (несколько выше точки М_Н). Продолжительность выдержки в закалочной среде зависит от устойчивости аустенита при температурах выше точки М_н, определяемых диаграммой изотермического распада аустенита для данной стали.

В качестве охлаждающей среды при ступенчатой и изотермической закалке чаще применяют расплавленные соли в интервале температур 150-500 °С, например 55 % KN0₃ и 45 % NaN0₂ (или NaN0₃), а также расплавленные щелочи (20 % NaOH и 80 % КОН). Чем ниже температура соли (щелочи), тем выше скорость охлаждения в ней. Поскольку расплавленные соли охлаждаются только вследствие теплоотдачи, то охлаждающая способность их возрастает при перемешивании. Добавление воды (3 – 5 %) в расплавы едких щелочей или в селитру (0,2-1,2 %) с помощью специального приспособления при погружении в них нагретого для закалки изделия вызывает кипение и увеличение скорости охлаждения в области температур перлитного превращения. Скорость охлаждения возрастает при температуре 400-450 °С в 4-5 раз, а при температуре 300 °С – в 2 раза.

Охлаждение в расплавах едких щелочей, если предварительно детали нагревались в расплавленных солях (т. е. солях, не вызывающих окисления), позволяет получить чистую поверхность светло-серого цвета. Закалку по этому способу называют светлой.

Похожие материалы

Термический центр – Металлургические основы термической обработки

Термическая обработка инструментальной стали

Всем, кто занимается термообработкой инструментальных сталей, важно помнить, что не существует приемлемых сокращений в процессе термообработки. Таким образом, применение передовых методов предварительного нагрева, аустенизации, закалки, глубокой заморозки и отпуска является обязательным.

Предварительный нагрев

Низкие скорости нагрева и соответствующие этапы предварительного нагрева инструментальной стали обеспечивают множество преимуществ.Во-первых, большинство инструментальных сталей чувствительны к термическому удару, а уменьшение температурных градиентов, вызванных высокими скоростями нагрева, сводит к минимуму склонность инструментальных сталей к растрескиванию. Кроме того, инструментальные стали претерпевают изменение объема, когда они превращаются из отожженной микроструктуры в аустенит при нагревании до повышенной температуры. Если это изменение громкости происходит неравномерно, это может вызвать неожиданное искажение, особенно в случаях, когда существуют различия в размере раздела.

Для большинства инструментальных сталей выберите температуру предварительного нагрева чуть ниже критической температуры превращения материала (Ac1) и удерживайте ее достаточно долго, чтобы позволить всему поперечному сечению достичь однородной температуры.Еще один предварительный нагрев и выдержка чуть выше критической температуры позволяет изменять объем материала равномерно, создавая меньшие искажения. За предварительным нагревом следует быстрый нагрев до температуры аустенизации.

Аустенизация

Цель аустенизации – позволить частицам карбида частично или полностью раствориться и диффундировать в матрицу. Различные типы карбидов растворяются с разной скоростью в зависимости от температуры, поэтому подходящая температура аустенизации зависит в первую очередь от химического состава стали.Кроме того, температура аустенизации может незначительно изменяться, чтобы адаптировать полученные свойства к конкретным областям применения.

В целом, более высокие температуры позволяют большему количеству сплава диффундировать, что обеспечивает немного более высокую твердость и прочность. При более низких температурах диффузия сплава меньше, и получаемая матрица становится более жесткой и менее хрупкой, хотя она может не достигнуть такой высокой твердости.

Время выдержки при температуре аустенизации обычно очень короткое – примерно от одной до пяти минут после того, как инструмент достиг нужной температуры, чтобы избежать роста зерна.Часто нагрузочные термопары размещаются внутри деталей или в репрезентативных поперечных сечениях – время выдержки начинается, когда центр детали достигает температуры. Оптимальное сочетание свойств часто достигается при самой низкой температуре отверждения, которая обеспечивает адекватную твердость для предполагаемого применения.

Закалка

После перераспределения состава сплава во время аустенизации сталь необходимо охладить достаточно быстро, чтобы она превратилась в мартенсит.Большинство инструментальных сталей (рис. 5) на самом деле развивают мартенситную структуру в диапазоне температур от 600 ° F (315 ° C) до 200 ° F (95 ° C). Насколько быстро инструментальная сталь должна охлаждаться и в какой среде закалки для полной закалки, зависит от химического состава. Высоколегированные инструментальные стали обладают полностью закаленными свойствами при более низкой скорости закалки. Как правило, используйте самую низкую скорость закалки, подходящую для достижения оптимальной микроструктуры и твердости детали при минимизации деформации и риска растрескивания.

Предоставлено The Yankee Corp., Фэрфакс, штат Вирджиния, www.yankeereamer.com

Рис. 5. Развертки и заготовки из быстрорежущей стали серии M

Для высоколегированных инструментальных сталей, обработанных при температуре выше 2000 ° F (1095 ° C), скорость закалки от примерно 1800 ° F (980 ° C) до ниже 1200 ° F (650 ° C) имеет решающее значение для оптимального отклика на термообработку. и прочность материала.

Независимо от того, как закаливают инструментальные стали, получаемая мартенситная структура чрезвычайно хрупкая и подвержена большим нагрузкам. При вводе в эксплуатацию в таком состоянии существует значительный риск поломки инструмента.Некоторые инструментальные стали в таких условиях могут самопроизвольно треснуть, даже если их не трогать при комнатной температуре. По этой причине, как только инструментальные стали были закалены любым методом до рабочей температуры, около 150 ° F (65 ° C), они должны быть немедленно отпущены, что обычно интерпретируется как в течение 15–30 минут.

Глубокая заморозка

Для большинства инструментальных сталей остаточный аустенит крайне нежелателен, поскольку его последующее преобразование в мартенсит вызывает увеличение размера (объема), создавая внутреннее напряжение и приводя к преждевременному выходу из строя.При глубоком замораживании до -120 ° F (-85 ° C) или, в некоторых случаях, криогенном охлаждении до -320 ° F (-195 ° C) остаточный аустенит превращается. Вновь образованный мартенсит похож на исходную структуру после закалки и должен быть отпущен. Часто глубокая заморозка выполняется перед отпуском из-за опасений по поводу растрескивания, но иногда это делается между несколькими темпами.

Закалка

Отпуск выполняется как для снятия напряжений с хрупкого мартенсита, который образовался во время закалки, так и для уменьшения количества присутствующего остаточного аустенита.Большинство сталей имеют довольно широкий диапазон допустимых температур отпуска. Как правило, следует использовать самую высокую температуру отпуска, которая обеспечивает необходимую твердость инструмента.

Скорость нагрева и охлаждения от температуры отпуска обычно не критична. Материалу следует дать остыть ниже 150 ° F (65 ° C) и часто полностью до комнатной температуры между и после закаливания. Хорошее практическое правило – замачивать один час на дюйм самой толстой секции после того, как весь инструмент достиг температуры, но ни в коем случае не менее двух часов независимо от размера.

Типичны различные состояния, особенно для многих более сложных инструментальных сталей (например, серий M и H), требующих двойного или даже тройного отпуска для полного преобразования остаточного аустенита в мартенсит. Эти стали достигают максимальной твердости после первого отпуска и относятся к сталям с вторичной закалкой. Целью второго или третьего отпуска является снижение твердости до желаемого рабочего уровня и обеспечение эффективного отпуска любого нового мартенсита, образующегося в результате превращения аустенита при отпуске.

Прочие виды термической обработки

Отжиг

Инструментальная сталь

обычно поставляется клиентам в отожженном состоянии с типичными значениями твердости около 200-250 по Бринеллю (≈ 20 HRC) для облегчения обработки и других операций. Это особенно важно для кованых инструментов и штампов, в которых происходит частичное или полное упрочнение на воздухе, что приводит к накоплению внутренних напряжений. Матрицы и инструменты, которые могут потребовать повторной закалки, должны быть отожжены.

Полный отжиг включает медленный и равномерный нагрев стали до температуры выше верхней критической температуры (Ac ₃ ) и до аустенитного диапазона, а затем выдержку до полной гомогенизации.Охлаждение после нагрева тщательно контролируется с определенной скоростью, рекомендованной производителем стали для используемой марки инструментальной стали. Охлаждение обычно продолжается до температуры около 1000 ° F (540 ° C), когда сталь можно вынуть из печи и охладить на воздухе до комнатной температуры.

Нормализация

Цель нормализации – измельчить зерна и гарантировать, что микроструктурные составляющие равномерно распределены по матрице. Чрезмерная сегрегация может привести к плохой вязкости разрушения или деформации инструментов, отчасти из-за сегрегации и различных скоростей трансформации.

Нормализация включает медленный нагрев до температуры нормализации (т.е. в диапазоне аустенита), выдержку при температуре, достаточной для гомогенизации, а затем охлаждение на воздухе до комнатной температуры. Следует соблюдать осторожность, поскольку многие марки инструментальной стали твердеют на воздухе при охлаждении от аустенизирующих температур.

Снятие напряжения

В случаях, когда инструменты подвергались агрессивной обработке, необходимо удалить накопление внутренних остаточных напряжений.Снятие напряжения выполняется при 925-1025 ° F (500-550 ° C), позволяя инструментам остыть до комнатной температуры перед термообработкой. Часто используется снятие напряжений на этапе предварительного нагрева.

Общие проблемы термообработки

Обезуглероживание

Это может происходить во время всех процессов термообработки (даже в вакуумных печах, если есть утечки), и этого следует избегать из-за последующего пагубного воздействия на твердость готового инструмента (если не удалить механической обработкой). Использование вакуума или защитной атмосферы сведет к минимуму или исключит обезуглероживание.Также использовались другие методы, такие как использование покрытия из буры или стекла.

Изменение размера

Процесс термообработки приводит к неизбежному изменению размера – увеличению или уменьшению размеров из-за изменений микроструктуры инструмента. Часто этому способствует сочетание переменных факторов, включая высокое содержание сплава, неправильный предварительный нагрев, длительное время выдержки, более высокие, чем необходимо, температуры аустенизации, изменения в закалке, недостаточное охлаждение между температурами или другие факторы в процессе.

Обычные процессы термообработки стальных сплавов

Какие термические обработки для стальных сплавов наиболее распространены?

Процесс термообработки используется для изменения физических и механических свойств без изменения формы металлической детали. Эти виды обработки стали доступны в нескольких вариантах для достижения двух желаемых результатов.

Что это за результаты термообработки стали?

– Во-первых, для увеличения поверхностной прочности материала из стального сплава.
– Во-вторых, термическая обработка также используется для смягчения материала и улучшения обрабатываемости.

Процесс закалки при термообработке

Когда стальной материал закаляется для изготовления вала, шестерни или прецизионной детали, это делается для повышения прочности поверхности и свойств износостойкости. После того, как стальной компонент закален, резать, придавать форму или даже сгибать металл становится чрезвычайно трудно и практически невозможно. Для завершения процесса закалки металл необходимо очень быстро нагреть и охладить путем закалки в чистой холодной воде.

Прежде чем сталь получит термин «закаленная сталь», она должна пройти два основных процесса: закалку и отпуск.

Эти две стадии процесса можно объяснить четырьмя простыми шагами:

Шаг 1 – Металл нагревается до высокой температуры. Когда материал нагревается до высокой температуры, участок, требующий закалки, подвергается сильному нагреву. Когда сталь начинает краснеть, пора переходить к следующему шагу.

Шаг 2 – Затем сталь помещают в холодную воду для снижения температуры. В этот момент сталь очень твердая, но может легко разрушиться.

Этап 3 – На этом этапе начинается второй этап отпуска стали. И снова сталь повторно нагревают, пока она не приобретет правильный синий цвет. Когда металл становится синим, это означает, что последний этап нагрева завершен.

Шаг 4 – Последний шаг закалки – дать стали остыть самостоятельно.Как только сталь должным образом остыла, процесс закалки завершен.

Процесс размягчения при термообработке

Когда материал проходит процесс размягчения, он обеспечивает многие из следующих свойств:

– Снижение прочности
– Устранение остаточных напряжений
– Повышение прочности и прочности поверхности
– Восстановление пластичности
– Изменение электромагнитных свойств стали

Отжиг в основном используется для смягчения, снятия внутренних напряжений, улучшения обработки и улучшения определенных механических и физических свойств.Когда стальной сплав размягчается, его легче резать и формировать. Иногда отожженная сталь может изгибаться при приложении определенного давления. Вот почему нагретый стальной сплав необходимо охлаждать очень медленно, иначе металл может расколоться, сломаться или расколоться при формовании.

Существует дополнительный процесс, называемый нормализацией. Нормализация стали – это еще один процесс термообработки, который используется для снятия напряжения при смягчении или упрочнении стали. Основным фактором использования нормализации является противодействие эффектам предыдущих производственных процессов (таких как прокатка, литье, ковка и т. Д.).

Нормализация преобразует существующую неоднородную структуру в одну, которая значительно улучшена, удовлетворяя требованиям к механическим свойствам конкретного проекта. Нормализация нагревает подходящую сталь до определенного диапазона температур 830-950 градусов Цельсия. Затем сталь охлаждается воздухом, поэтому при чистовой обработке материала или вторичной обработке удаляются обезуглероженные слои.

Заключение

Размягчение, упрочнение и термохимические процессы являются одними из наиболее распространенных видов термической обработки стали.Как вы читали, эти процессы используются для модификации металлических материалов и поведения стали, чтобы максимально продлить срок службы продукта.

Основы термической обработки стали 211

аллотропные	Способность материала существовать в более чем одной кристаллической структуре. Температура определяет, имеет ли железо объемно-центрированную кубическую (ОЦК) или гранецентрированную кубическую (ГЦК) структуру.
отжиг	Операция нагрева и охлаждения, обычно включающая медленное охлаждение.Отжиг может снизить твердость, улучшить обрабатываемость, облегчить холодную обработку, создать желаемую микроструктуру и изменить механические свойства.
аустенит	Фаза рекристаллизации твердой стали с гранецентрированной кубической кристаллической структурой. Аустенитная сталь содержит большее количество растворенного углерода и демонстрирует повышенную формуемость.
бейнит	Комбинация феррита и цементита, более твердая, чем перлит.Бейнит содержит игольчатые зернистые структуры, и он требует первоначального быстрого охлаждения с последующим постепенным охлаждением.
BCC	Телоцентрированный куб. Кристаллическая структура, которая содержит атом в центре и по одному атому в каждом углу куба. Сталь имеет структуру ОЦК при определенных температурах.
BCT	Телоцентрированный четырехугольник.Кристаллическая структура, искаженная присутствием лишних атомов углерода. Мартенсит имеет кристаллическую структуру BCT.
объемно-центрированная кубическая	BCC. Кристаллическая структура, которая содержит атом в центре и по одному атому в каждом углу куба. Сталь имеет структуру ОЦК при определенных температурах.
Телоцентрированный четырехугольник	BCT.Объемно-центрированная кубическая кристаллическая структура, искаженная наличием дополнительных атомов углерода. Мартенсит имеет кристаллическую структуру BCT.
рассол	Смесь воды и соли. Рассол охлаждает металл быстрее, чем другие закалочные среды.
хрупкое	Невозможно нарисовать, растянуть или сформировать.Хрупкие материалы имеют тенденцию к разрушению под действием механических сил.
углерод	Неметаллический элемент, который в сочетании с железом образует сталь. Содержание углерода влияет на свойства стали и фазовые изменения.
цементит	Соединение железа и углерода, очень твердое и хрупкое.Присутствие цементита упрочняет сталь.
хром	Металлический легирующий элемент, повышающий прокаливаемость и коррозионную стойкость. Хром часто добавляют в сталь для улучшения прокаливаемости.
холодная обработка	Любой процесс формования металла, который происходит, когда температура металла ниже его температуры рекристаллизации.Холодная обработка добавляет металлу определенные свойства, такие как повышенная прочность и улучшенная обработка поверхности.
критические температуры	Температуры, при которых сталь меняет фазы. Верхняя критическая температура и нижняя критическая температура – две важные температуры.
кристаллические структуры	Правильный повторяющийся узор атомов в металле.Кристаллические структуры развиваются, когда температура металла опускается ниже температуры рекристаллизации и затвердевает.
пластичность	Способность материала вытягиваться, растягиваться или формироваться без разрушения. Пластичность металла можно улучшить за счет термической обработки.
температура эвтектоида	Самая низкая температура, при которой аустенит превращается в феррит и цементит.Сталь с 0,8% углерода превращается при эвтектоидной температуре.
гранецентрированная кубическая	FCC. Кристаллическая структура, которая содержит один атом в центре шести сторон куба и по одному атому в каждом углу куба. Сталь имеет структуру FCC при определенных температурах.
FCC	Гранецентрированный куб.Кристаллическая структура, которая содержит один атом в центре шести сторон куба и по одному атому в каждом углу куба. Сталь имеет структуру FCC при определенных температурах.
феррит	Фаза, в которой твердая сталь имеет объемноцентрированную кубическую кристаллическую структуру. Ферритная сталь может содержать лишь минимальное количество углерода, и она относительно мягкая.
поковка	Формирование металла путем его сжатия при повышенных температурах.Кованые детали очень прочные из-за своей сжатой зернистой структуры.
закаливаемость	Способность металла упрочняться в процессе термической обработки. Прокаливаемость можно улучшить с помощью хрома, марганца, никеля и других легирующих элементов.
твердость	Мера способности материала противостоять проникновению, вдавливанию и царапинам.Твердость – это механическое свойство.
термообработка	Управляемые процессы нагрева и охлаждения, используемые для изменения структуры материала и изменения его свойств. Термическая обработка часто используется для регулирования твердости материала.
сталь заэвтектоид	Сталь, содержащая более 0.8% углерода. Заэвтектоидная сталь при комнатной температуре состоит из перлита и цементита.
доэвтектоидная сталь	Сталь с содержанием углерода менее 0,8%. Доэвтектоидная сталь при комнатной температуре состоит из феррита и перлита.
нижняя критическая температура	Температура, при которой в стали начинает образовываться аустенит.Нижняя критическая температура составляет 1330 ° F (721 ° C).
марганец	Металлический легирующий элемент, повышающий прочность, твердость и прокаливаемость. Марганец часто добавляют в сталь для улучшения прокаливаемости.
мар	Соль плавленая. Мар – это закалочная среда, которая охлаждает материалы быстрее воздуха, но медленнее, чем масло или вода.
мартенсит	Сталь, состоящая из искаженной объемно-центрированной тетрагональной кристаллической структуры. Мартенсит очень твердый и хрупкий.
микроструктура	Форма и расположение микроскопических компонентов металла. Микроструктура играет ключевую роль в определении твердости, ударной вязкости и других свойств.
микроструктуры	Форма и расположение микроскопических компонентов металла. Микроструктура материала часто определяет его твердость, ударную вязкость и другие свойства.
молибден	Металлический легирующий элемент, повышающий прокаливаемость, прочность и износостойкость.Молиден часто добавляют в сталь для улучшения прокаливаемости.
никель	Металлический легирующий элемент, повышающий прочность, ударопрочность и коррозионную стойкость. Никель часто добавляют в сталь для улучшения прокаливаемости.
нормализующий	Термическая обработка, при которой металл нагревается до температуры выше верхней критической, выдерживается в течение некоторого времени, а затем охлаждается на неподвижном воздухе.Нормализация создает однородную микроструктуру и снимает напряжение.
окисление	Химическая реакция материала с кислородом. Окисление вызывает образование ржавчины и потускнения на металлических поверхностях.
перлит	Комбинация феррита и цементита.Сталь с содержанием углерода ровно 0,8% состоит из однородного перлита при комнатной температуре.
фазовая диаграмма	Диаграмма, отображающая влияние изменений температуры и давления на вещество. Фазовые диаграммы стали показывают, как содержание углерода и температура влияют на микроструктуру стали.
фаз	Часть материала с однородной кристаллической структурой, постоянными свойствами и узнаваемыми границами.При комнатной температуре сталь состоит из двух или более фаз.
осадки	Разделение вещества, которое ранее было растворено в другом веществе. Углерод появляется в виде осаждения цементита в сталях с содержанием углерода более 0,02 процента.
закалка	Выдержка металла при высокой температуре выше фазы рециклинга с последующим быстрым охлаждением.При закалке стали образуется мартенсит.
закалочные среды	Вещество, используемое для охлаждения металла при закалке. Вода, соленая вода, воздух, синтетические полимеры и масло являются обычными закалочными средами.
кремний	Элемент, добавляемый в сплавы для улучшения свойств горячей штамповки.Кремний часто добавляют в сталь для улучшения прокаливаемости.
замачивание	Нагрев металла при постоянной температуре в течение продолжительного времени. Замачивание – это часть процесса отжига.
синтетический полимер	Полимер, производимый химическим способом из отдельных материалов.Некоторые синтетические полимеры можно использовать в качестве закалочных сред.
отпущенный мартенсит	Мартенситная сталь, подвергнутая нагреву и постепенному охлаждению. Закаленный мартенсит имеет лучшую пластичность и вязкость, чем стандартный мартенсит.
отпуск	Термическая обработка закаленных сталей до температур ниже диапазона температур превращения с последующим постепенным охлаждением.Закалка обычно проводится для повышения прочности.
диаграмма время-температура-трансформация	Диаграмма, иллюстрирующая фазовые изменения, происходящие в металле под действием времени и температуры. Диаграммы преобразования время-температура также называют диаграммами изотермических превращений.
вязкость	Способность материала поглощать механические силы перед разрушением.Прочность металла можно улучшить за счет термической обработки.
верхняя критическая температура	Температура, выше которой сталь полностью состоит из аустенита. Верхняя критическая температура зависит от содержания углерода в стали.

Speedy Metals Информация для инструментальной стали D2

Speedy Metals Информация для D2 Tool Steel

D2 – инструментальная сталь с высоким содержанием углерода и высоким содержанием хрома, упрочняемая на воздухе, термообрабатываемая до 60-62 Rc.D2 обеспечивает отличную износостойкость и стойкость к истиранию благодаря большому количеству карбидов в микроструктуре. D2 широко используется при длительной холодной обработке, требующей очень высокой износостойкости и высокой прочности на сжатие. Он поддается механической обработке в отожженном состоянии и, как и другие инструментальные стали с воздушной закалкой, демонстрирует минимальные искажения при термообработке. D2 выпускается в виде круглых, плоских и квадратных без карбюратора, а также шлифованной плоской ложи и буровой штанги.

АНАЛИЗ

A.I.S.I. D2 соответствует ASTM A681, DIN 1.2379, SAE J437, J438

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Типичными областями применения инструментальной стали D2 являются вырубка, формовка и подгонка штампов, калибров, резцов для продольной резки, быстроизнашивающихся деталей, штампов для ламинирования, штампов для накатки резьбы, волочильных штампов. , ротационные режущие штампы, накатки, гибочные штампы, калибры, ножи для резки, полировальные инструменты, валки, детали машин, основные детали, компоненты шнеков для впрыска и наконечников, закатывающие валки, экструзионные штампы, измельчители шин, измельчители лома и т. д.

ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА

ПОВКА

Нагрев для ковки должен выполняться медленно и равномерно.Пропитать в 1850 ° -1950 ° F и повторно нагревайте столько, сколько необходимо, останавливая работу, когда температура падает ниже 1700 ° F. После ковки медленно охладите в извести, слюде, сухой золе или печь. D2 всегда следует отжигать после ковки.

ОТЖИГ

Медленно нагрейте до 1550–1600 ° F, удерживайте, пока вся масса не прогреется, и остудите. медленно в печи (40 ° F в час) примерно до 1000 ° F, после чего скорость охлаждения может быть увеличен. Необходимо принять соответствующие меры для предотвращения чрезмерного науглероживание или обезуглероживание.

СНИЖЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ

Если необходимо уменьшить деформацию обработки, медленно нагрейте до 1050 ° -1250 ° F, дайте выровняться, а затем охладите на неподвижном воздухе (снятие напряжения).

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАГРЕВ ПЕРЕД ЗАКАЛКОЙ

Медленно разогрейте до 1350 ° -1450 ° F и держите при этой температуре, пока материал не станет равномерно нагревается.

ЗАКАЛКА

После тщательного предварительного нагрева нагрейте до 1800-1850 ° F.Удерживайте заготовку за температура застывания до полного и равномерного нагрева.

ЗАКАЛКА

D2 – это закаливаемая на воздухе сталь, которая приобретает твердость при охлаждении в неподвижном состоянии. воздух. Чтобы избежать образования накипи и обезуглероживания поверхности заготовки, Рекомендуются печи с контролируемой атмосферой или вакуумные печи. Если эти печи недоступно, упаковать закалку, соляные ванны или заворачивать изделие в нержавеющую сталь стальная фольга обеспечит некоторую степень защиты поверхности при закалке процесс.Детали следует дать остыть до 150F или до того места, где их можно держать. в голые руки, а потом закаляйся сразу.

ЗАПРАВКА

Температуру отпуска можно изменять в зависимости от желаемой твердости. Если желательна максимальная твердость, отпуск должен быть в диапазоне 300 ° -400 ° F, но если более низкая твердость приемлема, отпуск при 950 ° F даст оптимальную сочетание твердости и прочности.

Температура отпуска F	1850F Закаленная на воздухе Rockwell C
Нет	64
400	60
500	58
600	58
700	58
800	57
900 *	58/60
960 *	58/60
1000	56
1100	48
1200	40
* Диапазон вторичного отверждения

ДОПУСКИ

Выпускаются патроны D2 без деуглерода.015-.035 негабарит. D2 без карбюратора и квадраты изготавливаются с припуском 0,015–035 по толщине, а ширина фрезеруется или нарезается с припуском, достаточным для очистки до номинального размера.

Плоская шлифованная ложа

D2, производимая стандартной длиной 18 дюймов и 36 дюймов, доступна со стандартной прецизионной шлифовкой (+/-. 001 дюйм по толщине, +.005 / -. 000 дюймов по ширине) и негабаритной шлифовкой (+. 010 / +. 015 по толщине и ширине).

Буровая штанга

D2 (стандартная длина 36 дюймов, доступна 144 дюйма) допуски по диаметру следующие:
.124 дюйма и менее (+/-. 0003 “)
От .125 до .499 дюймов (+/- .0005 “)
От 0,500 до 2 дюймов (+/-. 001)

SPEEDY METALS ITEMS

Сквозная закалка – Paulo

Повышенная прочность внутри и снаружи.

Сквозное упрочнение, также известное как нейтральное упрочнение, представляет собой процесс упрочнения стального сплава с использованием быстрой закалки для повышения твердости по всему материалу. Этот процесс сопоставляет углерод по всей секции стали, в отличие от цементирующей закалки, которая создает твердый внешний слой, сохраняя при этом более мягкий и пластичный сердечник.

Сквозная закалка

Сквозное упрочнение полезно для применений, где критически важны прочность, твердость и износостойкость. Этот процесс используется в широком спектре инженерных приложений, в том числе:

• Каркасы сидений и пряжки ремней безопасности
• Ручной инструмент
• Детали, которые должны будут выдерживать большие нагрузки в течение срока службы, такие как гайки и болты, кронштейны, цепи, гвозди и крюки
• Пружины, оси, подшипники, лезвия, скребки и другие компоненты, используемые в промышленности

Сквозная закалка по сравнению с закаленной сталью

Сталь со сквозной закалкой иногда называют «закаленной сталью», но есть разница.Отпуск – это просто процесс повторного нагрева материала после начального нагрева и закалки для борьбы с хрупкостью. Хотя это проводится во многих процессах термообработки, это не обязательно означает, что сплав подвергся закалке.

Сквозная закалка обычно состоит из трех этапов:

• Нагрев сплава для изменения его физических свойств.
• Быстрое охлаждение в среде, такой как масло, соль или щелочь.
• Повторный нагрев или отпуск для устранения излишней хрупкости обработанного сплава.

Высокотехнологичные решения для тяжелых работ.

Все работы по закалке контролируются, от размещения заказа до доставки, с помощью нашей современной системы производственной информации и обслуживания клиентов (PICS, чтобы гарантировать техническую и инженерную точность для всех наших проектов сквозной закалки, от контроля качества до -время доставки и все, что между ними.

У нас есть закалочные печи в масле, способные выдерживать циклы до 3500 фунтов. Мы можем обрабатывать детали размером до 48 дюймов на 36 дюймов на 36 дюймов при пакетной обработке и непрерывной обработке со скоростью до 4000 фунтов в час.

Пауло доставляет:

• Решения по совместному планированию для обеспечения своевременной поставки
• Большой выбор печей и вариантов процесса
• Превосходный контроль процесса для получения результатов твердости в заданном диапазоне каждый раз
• Специально разработанное моечное оборудование для очистки деталей до и после обработки

Определения термической обработки | Словарь терминов по термической обработке

Отверждение при старении: Отверждение при старении, обычно после быстрого охлаждения или холодной обработки.

отжиг: Общий термин, обозначающий обработку, состоящую из нагревания и выдержки при подходящей температуре с последующим охлаждением с подходящей скоростью, используемый в основном для размягчения металлических материалов, но также для одновременного получения желаемых изменений других свойств или микроструктуры. . Целью таких изменений может быть, но не ограничивается: улучшение обрабатываемости, облегчение холодной обработки, улучшение механических или электрических свойств и / или повышение стабильности размеров.Когда термин используется без уточнения, подразумевается полный отжиг. Когда этот процесс применяется только для снятия напряжения, этот процесс правильно называется отжигом для снятия напряжения или снятия напряжения.

аустенит: Твердый раствор одного или нескольких элементов в гранецентрированном кубическом железе. Если не указано иное (например, аустенит никеля), обычно предполагается, что растворенным веществом является углерод.

борирование (боддинг): Процедура обработки поверхности, при которой атомы бора диффундируют в заготовку путем термохимической обработки с целью повышения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости.

нитроцементация: Процесс поверхностного упрочнения, при котором подходящий черный металл нагревается выше температуры превращения башни в газовой атмосфере такого состава, чтобы вызвать одновременное поглощение углерода и азота поверхностью и за счет диффузии создать концентрацию градиент. Процесс завершается охлаждением со скоростью, обеспечивающей желаемые свойства детали.

науглероживание: Поглощение и диффузия углерода в твердые сплавы железа при нагревании до температуры, обычно выше Ac3, в контакте с подходящим углеродистым материалом.Форма для поверхностной закалки , которая создает градиент углерода, идущий внутрь от поверхности, позволяя упрочнять поверхностный слой либо закалкой непосредственно от температуры цементации, либо охлаждением до комнатной температуры, а затем повторной аустенизацией и закалкой.

цементирование: Общий термин, охватывающий несколько процессов, применимых к стали, которые изменяют химический состав поверхностного слоя за счет поглощения углерода, азота или их смеси и путем диффузии создают градиент концентрации.Обычно используются такие процессы, как науглероживание и закалка; цианирование; азотирование; и нитроцементация. Предпочтительно использование соответствующего имени конкретного процесса.

цементация: Введение одного или нескольких элементов во внешнюю часть металлического объекта посредством диффузии при высокой температуре.

кривая охлаждения: Кривая, показывающая зависимость между временем и температурой во время охлаждения материала.

криогенная обработка (холодная обработка): Обработка, проводимая после закалки для преобразования остаточного аустенита в мартенсит, включая охлаждение и выдержку при температуре ниже окружающей.

обезуглероживание: Потеря углерода из поверхностного слоя углеродсодержащего сплава из-за реакции с одним или несколькими химическими веществами в среде, которая контактирует с поверхностью.

дилатометр: Прибор для измерения линейного расширения или сжатия металла в результате изменений таких факторов, как температура и аллотропия.

охрупчивание : Сильная потеря пластичности или ударной вязкости или того и другого материала, обычно металла или сплава.Многие формы охрупчивания могут привести к хрупкому разрушению . Многие формы могут возникать во время термической обработки или эксплуатации при повышенных температурах (термическое охрупчивание).

эвтектика: Изотермическая обратимая реакция, в которой жидкий раствор превращается при охлаждении в два или более тесно перемешанных твердых вещества, причем количество образовавшихся твердых веществ совпадает с количеством компонентов в системе. (2) Сплав, состав которого обозначен точкой эвтектики на диаграмме равновесия.(3) Сплав, состоящий из смешанных твердых компонентов, образованных в результате эвтектической реакции.

ферритная нитроцементация: Процесс обработки поверхности черных металлов, включающий диффузию азота и углерода в заготовку во время ферритной фазы, в отличие от аустентной фазы, с целью повышения предела выносливости.

Закалка пламенем: Процесс упрочнения поверхностей закаленных железных сплавов, в котором интенсивное пламя используется для нагрева поверхностных слоев выше верхней температуры превращения, после чего заготовка немедленно закаливается.

газовое азотирование: Процесс поверхностного упрочнения, при котором азот добавляется к поверхности сплава черных металлов при относительно низкой температуре. Отсутствует необходимость в закалке.

термообработка: Нагрев и охлаждение твердого металла или сплава таким образом, чтобы получить желаемые условия или свойства. Отопление с единственной целью горячей обработки исключается из значения этого определения.

индукционная закалка: Процесс поверхностной закалки, при котором только поверхностный слой подходящей заготовки из черных металлов нагревается за счет электромагнитной индукции до температуры выше верхней критической и немедленно закаливается.

индукционный нагрев: Нагрев за счет комбинированного электрического сопротивления и гистерезисных потерь, вызванных воздействием на металл переменного магнитного поля, окружающего катушку с переменным током.

ионное азотирование: Метод поверхностного упрочнения, при котором ионы азота диффундируют в заготовку в вакууме за счет использования электроэнергии высокого напряжения. Синоним плазменного азотирования или азотирования тлеющим разрядом.

ледебурит: Эвтектика системы железо-углерод, составляющие аустенит и цементит.Аустенит разлагается на феррит и цементит при охлаждении ниже Ar1.

жидкая нитроцементация: Процесс нитроцементации (при котором углерод и азот абсорбируются поверхностью) с использованием ванн с жидкой жидкой солью ниже нижней критической температуры.

закалка (закалка): (1) Процедура закалки, при которой аустенитизированная заготовка из черных металлов закаливается в подходящую среду, температура которой поддерживается, по существу, на уровне Ms заготовки, удерживаемой в среде до тех пор, пока ее температура не станет равномерной во всем – но не достаточно долго, чтобы дать возможность сформироваться бейниту, а затем охладить на воздухе.За обработкой часто следует закалка. (2) Когда процесс применяется к науглероженному материалу, температура Ms регулируется в зависимости от конкретного случая. Этот вариант процесса часто называют клеймением.

мартенсит: Общий термин для микроструктур, образованных бездиффузионным фазовым превращением, в котором исходная и конечная фазы имеют определенные кристаллографические отношения. Мартенсит характеризуется игольчатым рисунком микроструктуры как черных, так и цветных сплавов.В сплавах, где растворенные атомы занимают межузельные позиции в решетке мартенсита (например, углерод в железе), структура является жесткой и сильно деформированной; но там, где растворенные атомы занимают позиции замещения (например, никель в железе), мартенсит мягкий и пластичный. Количество высокотемпературной фазы, которая превращается в мартенсит при охлаждении, в значительной степени зависит от самой низкой достигнутой температуры, поскольку имеется довольно различная начальная температура (Ms) и температура, при которой превращение практически завершается (M1).

металлургия: Наука и технология металлов и сплавов. Технологическая металлургия занимается извлечением металлов из руд и их рафинированием; физическая металлургия, когда физические и механические свойства металлов зависят от состава, обработки и условий окружающей среды; и механическая металлургия, с реакцией металлов на приложенные силы.

азотирование: Введение азота в поверхностный слой твердого сплава черных металлов путем выдерживания при подходящей температуре (ниже Ac1 для ферритных сталей) в контакте с азотистым материалом, обычно аммиаком или расплавленным цианидом соответствующего состава.Для изготовления жесткого футляра закалка не требуется.

нитроцементация: Любой из нескольких процессов, в которых азот и углерод абсорбируются поверхностными слоями железосодержащего материала при температурах ниже нижней критической температуры и посредством диффузии создают градиент концентрации. Нитроцементация выполняется в основном для создания противозадирного поверхностного слоя и повышения сопротивления усталости. Сравните с карбонитрированием .

нормализация : Нагревание железного сплава до подходящей температуры выше диапазона превращения, а затем охлаждение на воздухе до температуры существенно ниже диапазона превращения.

закалка в масле: Закалка углеродистой стали в масляной ванне. Масла делятся на обычные, быстрые, с закалкой или с горячей закалкой .

перлит: Метастабильный пластинчатый агрегат феррита и цементита, возникающий в результате превращения аустенита при температурах выше диапазона бейнита.

фазовая диаграмма: Графическое представление температурных и композиционных пределов фазовых полей в системе сплава, поскольку они фактически существуют в определенных условиях нагрева или охлаждения (синоним диаграммы строения).Фазовая диаграмма может быть диаграммой равновесия, приближением диаграммы равновесия или представлением метастабильных состояний или фаз.

дисперсионное твердение: Упрочнение, вызванное осаждением компонента из перенасыщенного твердого раствора. См. Также старение .

Закалка под прессом: Закалка, при которой горячие штампы прессуются и выравниваются с деталью перед началом процесса закалки. Затем деталь регулируемым образом приводится в контакт с охлаждающей средой.Этот процесс позволяет избежать искажения деталей.

пирометр: Устройство для измерения температур выше диапазона жидкостных термометров.

Испытание на твердость по Роквеллу: Испытание на твердость при вдавливании, основанное на глубине проникновения указанного пенетратора в образец при определенных произвольно фиксированных условиях.

Термическая обработка в соляной ванне: Термическая обработка проводится в солевой ванне.

скалывание: Отслаивание или отслаивание поверхности из-за неправильной термообработки или диссоциации материала.

правка: Процесс, при котором длинная тонкая металлическая деталь выпрямляется с заданным допуском, обычно после затвердевания материала. Это может быть холодный механический процесс, выполняемый на правильном прессе, или он может включать использование тепла в приспособлении или штампе.

для снятия напряжений: Нагрев до подходящей температуры, выдержка достаточно длительная для уменьшения остаточных напряжений, а затем достаточно медленное охлаждение, чтобы свести к минимуму развитие новых остаточных напряжений.

Вакуумная печь: Печь, использующая низкое атмосферное давление вместо атмосферы защитного газа, как в большинстве печей для термообработки. Вакуумные печи делятся на горячие или холодные, в зависимости от расположения нагревательных и изоляционных компонентов.

Термическая обработка стали | Технология изготовления пресс-форм

Продолжая серию учебных статей по теме термической обработки, следующим шагом будет рассмотрение основной процедуры термической обработки, ее принципов и причин, по которым необходимо термически обрабатывать сталь.В предыдущих статьях были рассмотрены темы «Что такое сталь» и «Влияние легирующих элементов на сталь».

Эта и следующие три статьи будут посвящены основным принципам термической обработки, таким как:

• Определения процессов.
• Их значения и выбор.
• Закалка.
• Обработка поверхности, включая азотирование до тонкопленочных покрытий.
• Контроль качества.
• Устранение неполадок.

Что такое термическая обработка стали?

Термическая обработка, применяемая к стали, может быть определена как приложение тепла для изменения характеристик или состояния стали. Количество тепла можно измерить по температуре обрабатываемой стали.

Температура может быть холодной или горячей на ощупь, поэтому температура технологической обработки может варьироваться от очень низкой до очень высокой. Или, с точки зрения температуры, диапазон может быть от холодной отрицательной температуры до высокой температуры плюс.

Термическая обработка – это процесс нагревания до температуры, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения от этой температуры.

Почему мы подвергаем термической обработке сталь? Сталь

можно разделить на разные категории. Основным легирующим элементом является углерод, который влияет на твердость стали и ее механические свойства.

Сталь необходимо нагреть, чтобы изменить ее состояние и механические свойства, чтобы сталь могла функционировать либо во время производства, либо в течение всего срока службы.

Принципы термической обработки

Если мы рассмотрим первичный металл стали, то есть железо, есть ряд особенностей, которые мы можем сразу заметить в металле:

• Устойчив при комнатной температуре.
• Магнитный.
• Может иметь блестящую поверхность. Другими словами, он полируется до яркого блеска.
• Имеет высокую плотность (он тяжелый).
• Пластичный (легко сгибается и принимает форму).

Считайте прямую вертикальную линию объединенной линией утюга и температуры. Если мы посмотрим на линию в вертикальной конфигурации при комнатной температуре, то утюг стабилен.

Чтобы понять, что происходит с железом при нагревании, вы должны сначала узнать о феррите, состоянии железа, которое имеет ряд присущих ему свойств при комнатной температуре, таких как большой размер зерна, низкая твердость, хорошая пластичность и легко поддается механической обработке. .

Состояние феррита существует в определенной кристаллической форме и будет существовать при низких температурах.Таким образом, железо состоит из миллионов крошечных кристаллов, похожих на сахар или соль. Эти кристаллы связаны в так называемую решетчатую структуру.

Состояние феррита железа можно сравнить с водой, точнее H ₂ O. H ₂ O существует в трех формах: лед, жидкость и пар. Каждая из трех фаз или состояний по-прежнему является H ₂ O, но каждая из них существует в отдельной кристаллической форме. Точно так же феррит – одно из условий железа.

Когда тепло воздействует на железо, с нагреваемым блестящим куском стали начинают происходить разные вещи.Кислород в воздухе начнет реагировать с блестящей поверхностью железа с образованием оксида железа. При повышении температуры реакция между железом и кислородом становится более агрессивной, и на поверхности железа начинает образовываться видимый продукт, известный как окалина.

Когда сталь достигает приблизительной температуры 1350xF, происходит изменение структуры, а также фазы. Фаза переходит от феррита к аустениту. Кроме того, кристаллическая структура меняется с объемноцентрированной кубической на гранецентрированную кубическую.

Признаком происходящего изменения является то, что ион теряет свои магнитные свойства, что можно увидеть, испытав поверхность стали с помощью магнита. Защищайте руки и пальцы при проверке потери магнетизма горячей сталью.

Как выглядит кристаллическая структура?

Когда железо нагревается до температуры выше более низкой температуры превращения 1350xF, кристаллическая структура трансформируется в гранецентрированную кубическую структуру. Следовательно, мы можем сказать, что для создания фазы аустенита нам необходимо приложить достаточно тепла для создания фазы.

В дополнение к этому, есть рост, который будет происходить из-за изменения структуры атома. Следовательно, размер формы будет меняться по мере ее нагрева. Это называется ростом, и его не следует путать с искажением.

Таким образом, по определению, более низкая температура превращения (или линия магнитного изменения) – это температура, при которой ферритная фаза (объемно-центрированная кубическая структура) начинает превращаться в аустенит (гранецентрированную кубическую структуру).

Что тогда происходит со сталью? Сталь

– это просто сплав железа и углерода.

Линия с 0,77% углерода известна как линия эвтектоида. Слева от линии стали известны как доэвтектоидные стали (состояние феррита), а справа от строки стали известны как стали с гиперэвтектоидом (состояние цементита). Чтобы установить, какой должна быть верхняя температура изменения, чтобы гарантировать полное фазовое превращение из феррита в аустенит, необходимо знать содержание углерода в стали. Другими словами, если мы рассмотрим сталь с содержанием углерода 0,40 процента, мы будем искать 0.40 процентов по горизонтальной линии карбона и удлинить линию по вертикали. В точке, где линия пересекает верхнюю линию изменения, точка пересечения продолжит линию по горизонтали, чтобы пересечь вертикальную линию температуры. Это будет температура, при которой феррит полностью превратится в аустенит. После установления температуры аустенизации к этой температуре добавляют приблизительно 50xF, чтобы гарантировать, что сталь находится в области аустенита для полного превращения. Если сталь оставить при температуре, которая находится в области превращения аустенит + феррит, тогда будет существовать смешанная фаза, которая не будет полностью преобразована.Обе фазы имеют разные объемы.

Когда сталь находится в области аустенита, необходимо охладить ее, чтобы создать определенную фазу, которая необходима стали для функционирования, либо для обработки, либо для повышения производительности. Скорость охлаждения стали будет определять фазу или микроструктуру. Расслабление может быть медленным или быстрым, в зависимости от того, что должно быть выполнено.

Контролируя температуру выдержки и скорость охлаждения стали, мы можем определить процесс, который необходимо выполнить.Эти процессы включают отжиг, нормализацию, снятие напряжений, закалку и отпуск.

Что такое отжиг?

Отжиг – это процесс нагрева стали до определенной температуры в области аустенита и очень медленного охлаждения стали. Есть много производных от процесса отжига, но обычно это медленный процесс охлаждения.

Другая производная процесса отжига известна как докритический отжиг. Этот процесс включает выдержку при температуре ниже нижней линии превращения, в диапазоне от 1200 x F до 1300 x F, до тех пор, пока сталь не выровняется по температуре поперечного сечения, с последующим медленным охлаждением.Медленное охлаждение может означать скорость охлаждения от 5xF в час до 50xF в час.

Как можно догадаться, период охлаждения может занимать значительное время. Следует отметить, что легированные никелем стали и инструментальные стали серии A следует охлаждать очень медленно, поскольку никель вызывает эффект закалки на воздухе.

Другие виды отжига:

• Яркий отжиг . Этот метод представляет собой метод отжига, при котором используется защитная атмосфера для предотвращения окисления поверхности стали.
• Технологический отжиг . Эта процедура выполняется при температуре, близкой к нижней критической линии на диаграмме углерода железа. Иногда его путают с докритическим отжигом, но он используется, когда следует значительная холодная обработка.
• Рекристаллизационный отжиг . Опять же, этот процесс часто ошибочно принимают за докритический отжиг. Используется после холодной обработки для получения определенной зернистой структуры.
• Подкритический отжиг . Этот метод используется для холоднодеформированной стали и выполняется ниже нижней критической линии на диаграмме равновесия железа и углерода.Иногда его применяют к инструментальной стали, подвергшейся чрезмерному отпуску и требующей отжига перед закалкой и отпуском.
• Отжиг сфероидальной формы . Этот процесс представляет собой контролируемую процедуру нагрева и охлаждения для получения сфероидальных или глобулярных частиц цементита. Обычно его наносят на высокоуглеродистые стали для получения хороших характеристик обработки, такие как высоколегированные стали и инструментальные стали.
• Изотермический отжиг . Температура процесса этой процедуры определяется знанием содержания углерода в стали.Затем сталь доводится до этой температуры и охлаждается до температуры выдержки, которая позволяет стали изотермически трансформироваться.
• Полный отжиг . Это процесс, который включает повышение температуры стали до области сустенита с последующим медленным охлаждением.

Что такое нормализация?

Нормализация – это процесс, при котором размер зерна становится нормальным. Этот процесс обычно выполняется после операций ковки, экструзии, волочения или тяжелой гибки.

Когда сталь нагревается до повышенных температур для выполнения вышеуказанных операций, зернистость стали увеличивается. Другими словами, сталь испытывает явление, называемое «ростом зерна».

Это оставляет сталь с очень крупнозернистой и неравномерной зернистой структурой. Кроме того, когда сталь механически деформируется посредством вышеупомянутых операций, зерно становится удлиненным.

В результате нормализации происходят изменения механических свойств, поскольку нормализованная сталь мягкая, но не такая мягкая, как полностью отожженная сталь.Его зернистая структура не такая крупная, как у отожженной стали, просто потому, что скорость охлаждения выше, чем при отжиге. Обычно сталь охлаждают на неподвижном воздухе без сквозняков. Температура процесса практически такая же, как и при отжиге, но результаты отличаются из-за скорости охлаждения.

Процесс предназначен для:

• Обеспечивает улучшенные характеристики обработки.
• Обеспечьте однородную структуру.
• Снижение остаточных напряжений при прокатке и ковке.
• Уменьшите риск «полосатости».
• Способствует более равномерной реакции стали при закалке.

Что снимает стресс?

Снятие напряжений – это процедура промежуточной термообработки для снижения наведенных остаточных напряжений в результате механической обработки, изготовления и сварки. Нагревание стали во время ее обработки или изготовления будет способствовать устранению остаточных напряжений, которые, если во время производства не будут устранены путем снятия напряжения, проявятся во время процедуры окончательной термообработки.

Это относительно низкотемпературная операция, которая выполняется в области феррита, что означает, что в стали не происходит фазового перехода, а только снижаются остаточные напряжения. Диапазон температур обычно составляет от 800xF до 1300xF. Однако чем выше температура, тем выше риск окисления поверхности. Как правило, лучше выдерживать более низкие температуры, особенно если сталь является «предварительно твердой» сталью. Твердость будет снижена, если температура снятия напряжения превысит температуру отпуска стали.

Существует общее правило для определения времени при температуре. Следует указать, что время берется, когда деталь нагрета, а не когда печь нагрета. Время при температуре для процессов полного отжига (не отжига со сфероидизацией), нормализации и снятия напряжения составляет 60 минут при температуре детали на один дюйм максимальной площади поперечного сечения.

.