Улучшение термообработка это: Улучшение стали

alexxlab | 16.09.1989 | 0 | Разное

Содержание

Улучшение стали

Улучшение стали – комплексная термообработка стали, заключающаяся в закалке детали с последующим высоким отпуском стали, обеспечивающая хорошие показатели прочности и пластичности.

Блок: 1/4 | Кол-во символов: 181
Источник: http://kvadromash.ru/uluchshenie-stali/

Сущность процесса улучшения стали

После закалки стали в ней преобладают структуры мартенсита. Высокий отпуск стали заключается в нагреве, как минимум, на 20-40°C ниже точки Ac1 (см. Диаграмму железо-углерод), но не ниже 500°C, выдержке и контролируемом охлаждении детали.

Улучшение сталей на диаграмме железо-углерод

На втором этапе улучшения сталей – процессе высокого отпуска стали – происходит диффузионный распад мартенсита до образования сорбита отпуска (см. Элементы теории термической обработки). Сорбит отпуска имеет однородную и дисперсную структуру.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 559
Источник: http://kvadromash.ru/uluchshenie-stali/

Хромистые стали

Для средненагруженных деталей небольших размеров применяют хромистые стали марок 30Х, 38Х, 40Х, 50Х. С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижается пластичность и вязкость.

Прокаливаемость сталей невелика и для ее увеличения легируется бором (0,002…0,005%). Критический диаметр стали 35ХР при закалке в воде составляет 30…45 мм, а в масле 20…30 мм.

Введение 0,1…0,2 % ванадия (40ХФА) повышает механические свойства хромистых сталей, главным образом вязкость, вследствие лучшего раскисления и измельчения зерна без увеличения прокаливаемости. Эти стали применяют для изделий, работающих при повышенных динамических нагрузках. Значение механических свойств некоторых улучшаемых сталей после термообработки приведены в таблице 10.

Блок: 2/6 | Кол-во символов: 768
Источник: https://dprm.ru/materialovedenie/uluchshaemye-stali

Улучшаемая сталь

Примеры улучшаемых сталей:

Углеродистые улучшаемые стали: сталь 30, сталь 35, сталь 40, сталь 45, сталь 50.

Легированные улучшаемые стали: 40Х, 45Х, 40ХР, 40ХН, 40ХНА, 40ХНМА, 30Х2Н4МА, 38ХН3МА, 38Х2НМА, 30ХГСА, 30ХГС-Ш.

Некоторые улучшаемые стали пригодны для поверхностной закалки (плазменной и индукционной), в частности — сталь 45.

Основным свойством улучшаемых сталей является прокаливаемость, которая зависит от химического состава стали. Изделие должно полностью прокаливаться насквозь (сквозное улучшение). Стали с малой способностью к сквозному улучшению пригодны для изделий с небольшим поперечным сечением. Другое важное свойство улучшаемых сталей — предел текучести (после улучшения стали), требования к которому предъявляются в зависимости от марки стали и диаметра изделия.

После улучшения гарантируются следующие свойства сталей: временное сопротивление σВ от 55 до 150 кгс*мм-2, удлинение δ5 от 6 до 50%, поперечное сужение ψ=30-60% (по данным ). Изменение значений этих свойств в зависимости от температуры отпуска иллюстрируется «диаграммами улучшения» (пример на рисунке).

Термическая обработка. Улучшаемые стали поставляются потребителю в горячекатанном или нормализованном состоянии. После механической обработки до окончательных размеров и получения деталей проводятся улучшение сталей или поверхностная закалка.

Блок: 2/3 | Кол-во символов: 1485
Источник: http://www.modificator.ru/terms/heat_treatment2.html

Улучшение стали 45

Углеродистая улучшаемая сталь 45 имеет низкую прокаливаемость и после термического улучшения предназначается для изготовления деталей небольшого сечения (до 15 мм). Режим термообработки, в частности, термического улучшения, стали 45 подбирается в зависимости от размеров, вида изделия (прокат, поковки..) и его назначения. Режимы термообработки — закалки и отпуска при улучшения стали 45 для различных сечений приводятся в стандарте ГОСТ 1050-88. Сталь качественная и высококачественная…

Механические свойства стали 45, в свою очередь, зависят от технологического режима улучшения. Например, сталь 45 после улучшения с закалкой при 830-850°C и отпуском при 550° имеет свойства: σВ=900-1000 МПа, σ0,2=750-850 МПа, δ=12-8%, ψ=65-55%, KCU=1,2-1,1 МДж/м2, HB=255-269 . При повышении температуры отпуска значения σВ, σ0,2 и HB уменьшаются, а значения δ, ψ и KCU увеличиваются, и наоборот.

Автор: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Лит.:

  1. Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990.
  2. Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение. Справ изд. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1982. 480 с.
  3. ГОСТ 1050-88. Сталь качественная и высококачественная. Сортовой и фасонный прокат, калиброванная сталь.
  4. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. изд. — 3-е изд., перераб. и доп. В 3-х т. Т II. Основы термической обработки/ Под ред. Бернштейна М.Л., Рахштадта А.Г. М.: Металлургия, 1983. 368 с.

Блок: 3/3 | Кол-во символов: 1611
Источник: http://www.modificator.ru/terms/heat_treatment2.html

Хромомарганцевые стали

Совместное легирование сталей хромом (0,9…1,2 %) и марганцем (0,9…1,2 %) позволяет получить достаточно высокую прочность и прокаливаемость (например, 40ХГ), однако они имеют пониженную вязкость, пониженный порог хладноломкости (от 20 0С до минус 60 0С). Введение титана снижает склонность к перегреву, а добавление бора увеличивает прокаливаемость.

Таблица 10 — Механические свойства некоторых легированных улучшаемых сталей

Марка
стали		Прокаливается диаметр, ммsigmaв,
МПа		sigma0,2,
МПа		d,
%		y,
%		KCU,
МДж/м2
30X
40X
40XФА
40ХГТР
30ХГС
40ХН
30ХН3А
40ХН2МА
36Х2Н2МФА
38ХН3МФА		25-35
25-35
25-35
50-75
50-75
50-75
75-100
75-100
более 100
более100		900
1000
900
1000
1100
1000
1000
1100
1200
1200		700
800
750
800
850
800
800
950
1100
1100		12
10
10
11
10
11
10
12
12
12		45
45
50
45
45
45
50
50
50
50		0,7
0,6
0,9
0,8
0,4
0,7
0,8
0,8
0,8
0,8

Блок: 3/6 | Кол-во символов: 999
Источник: https://dprm.ru/materialovedenie/uluchshaemye-stali

Улучшение сталей в ООО КВАДРО

Мы производим по чертежам Заказчика или режимам термической обработки термообработку сталей (в т.ч. нержавеющих, инструментальных и т.п.), а так же  иных металлов и сплавов (алюминиевых и титановых, латуней и бронз, и т.д.).

Кроме улучшения стали мы производим и иные  виды термической обработкиметаллов на заказ, например:

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 354
Источник: http://kvadromash.ru/uluchshenie-stali/

Хромокремнемарганцевые стали

Они обладают высокой прокаливаемостью и механическими свойствами. К ним относятся стали марок 20ХГС, 25ХГС, 30ХГС. Стали хромансил применяют в виде листов и труб для ответственных сварных конструкций. При введении дополнительно никеля 1,4…1,8 % (30ХГНА) прочность стали повышается: sigmaв =1650 МПа, sigma0,2 = 1400 МПа.

Блок: 4/6 | Кол-во символов: 351
Источник: https://dprm.ru/materialovedenie/uluchshaemye-stali

Хромоникелевые стали

Обладают высокой прокаливаемостью, прочностью, хорошей вязкостью. Применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при вибрационных и динамических нагрузках. Никель, особенно в сочетании с молибденом, сильно снижает порог хладноломкости. Чем выше содержание никеля, тем ниже допустимая температура применения стали и выше ее сопротивления хрупкому разрушению. Рекомендуется вводить до 3 % Ni. При большем содержании получается много остаточного аустенита. Для тяжелонагруженных деталей с диаметром сечения до 70 мм используют стали марок 40ХН, 45ХН, 50ХН.

Блок: 5/6 | Кол-во символов: 606
Источник: https://dprm.ru/materialovedenie/uluchshaemye-stali

Хромоникелемолибденованадиевые стали

Кроме молибдена, добавляют ванадий, который способствует получению мелкозернистой структуры. Стали марок 38ХН3МФ и 36Х2Н2МФА применяют для деталей больших сечений (1000…1500 мм и более). В сердцевине после закалки образуется бейнит, а после отпуска — сорбит. Стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью, низким порогом хладноломкости. Молибден, присутствующий в стали, повышает ее теплостойкость. Эти стали можно использовать при температурах 400…450 0С при изготовлении наиболее ответственных деталей турбин, компрессоров, для которых требуется материал особой прочности в крупных сечениях (поковки валов и цельнокованных роторов турбин, валы высоконапряженных турбовоздуходувных машин, детали редукторов и т.д.).

Блок: 6/6 | Кол-во символов: 768
Источник: https://dprm.ru/materialovedenie/uluchshaemye-stali

Кол-во блоков: 12 | Общее кол-во символов: 8383
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:
  1. http://www.modificator.ru/terms/heat_treatment2.html: использовано 2 блоков из 3, кол-во символов 3096 (37%)
  2. http://kvadromash.ru/uluchshenie-stali/: использовано 4 блоков из 4, кол-во символов 1795 (21%)
  3. https://dprm.ru/materialovedenie/uluchshaemye-stali: использовано 5 блоков из 6, кол-во символов 3492 (42%)

Термическая обработка металлов. Особенности каждого вида обработки

Многие металлические изделия практически всегда подлежат термообработке, задача которой – управление последующими механическими параметрами и структурой изделия. Целями операций термообработки является изменение твёрдости, микро-  и макроструктуры деталей.

Классификация

Согласно требованиям чертежа или по условиям последующих формоизменяющих (либо сборочных операций), термообработка металлических деталей классифицируется по следующим признакам:

  1. По величине итоговой твёрдости изделия – упрочняющая или разупрочняющая.
  2. По наличию изменений в структуре – поверхностная или глубинная.
  3. По источнику внешнего воздействия – пламенная или высокоэнергетическая.
  4. По месту процесса в общей – последовательности технологических операций – предварительная, промежуточная, конечная (финишная).
  5. По уровню температурных воздействий – обработка при повышенных или пониженных температурах.

Наиболее распространённые виды термической обработки металлов различают по параметрам необходимой температуры и времени обработки. Главным образом, термообработке подвергают изделия из стали, а также из некоторых металлов и сплавов – например, дюралюминия, титана.

Отжиг, его задачи и технология проведения

Цель отжига – обеспечить выравнивание механических свойств, структуры, а также добиться ликвидации внутренних напряжений, которые практически всегда появляются в результате формоизменяющих операций (преимущественно ковки или холодной объёмной штамповки). Отожжённые детали характеризуются повышенной технологической обрабатываемостью, но уменьшенной твёрдостью.

Отжиг может быть:

  • Рекристаллизационным, вследствие которого понижается предел прочности. Такой отжиг может быть низко-, средне- и высокотемпературным;
  • Диффузионным, после чего структура стали становится более равномерной;
  • Сфероидизирующим, который обеспечивает улучшенную обрабатываемость.

В общем случае, технология проведения отжига состоит из переходов нагрева заготовки в пламенной печи до требуемой температуры, выдержки её при этой температуре некоторое время и последующее медленное охлаждение: вначале в печи, а далее – на спокойном воздухе.

Нормализация и её необходимость

Под нормализацией понимают повышение температуры детали до значений, на 30…600С превышающих температуру структурных превращений, после чего заготовка/изделие находится под воздействием этих температур, а далее медленно охлаждается.

Нормализации подвергают преимущественно конструкционные стали, поскольку после неё обрабатываемость металла увеличивается, а внутренние напряжения исчезают. С увеличением процентного содержания углерода в стали, требуемые температуры для проведения увеличиваются. Как и отжиг, ее ведут преимущественно в пламенных печах.

Нормализация часто является промежуточной стадией процессов термообработки, поскольку достигаемая при этом твёрдость не обеспечивает должной стойкости детали при её работе в составе какого-либо узла или конструкции.

Закалка: разновидности, технология

Суть закалки – быстрый нагрев до температур начала формирования неравновесных структур – мартенсита, аустенита и высокотемпературных карбидов. Для определённых групп сталей (сложнолегированных) при закалке происходят процессы дисперсионного твердения, в результате которых повышение твёрдости достигается не вследствие повышенного карбидообразования, а как результат осаждения интерметаллидных составляющих, главным образом, титана, кобальта, молибдена. Твёрдость таких сталей возрастает особенно интенсивно.

При необходимых температурах структурных превращений металл выдерживают определённое время, после чего интенсивно охлаждают, фиксируя неравновесные структуры в конечном изделии.  Закалку проводят полностью погружая изделие в воду или (для особо ответственных деталей сложной конфигурации) в масло.

Закалка – одна из наиболее ответственных операций термообработки. Выбор способа определяется многими факторами: химическим составом сплава, заданным уровнем твёрдости, предельными значениями остаточных внутренних напряжений, конфигурацией детали и т.д.

Закалка может быть по объёму и по поверхностному слою детали. В первом случае, процесс ведут в пламенных печах с контролируемой атмосферой. Для поверхностной закалки используют высокочастотные электрические установки, которые обеспечивают требуемый комплекс физико-механических свойств лишь в относительно небольшом по толщине слое.

Основными дефектами закалки являются перегрев и пережог готового изделия. В результате перегрева формируется грубодисперсная структура с неравномерной твёрдостью и сниженной пластичностью. Этот дефект можно исправить повторным проведением данной операции. При значительном превышении верхнего предела закалочной температуры в микроструктуре металла происходят необратимые изменения: его кристаллическая структура разрушается, а в межзёренных промежутках появляются жидкие фазы легкоплавких примесей – серы и фосфора. Это – пережог, необратимый дефект термической обработки, потому как пережжённые детали разрушаются при малейших механических нагрузках на них.

Отпуск и улучшение

Часто наличие внутренних напряжений в закалённой детали приводят к её короблению и потере пластических свойств, что особенно недопустимо для инструментальных и легированных конструкционных сталей. Поэтому практически во всех случаях после закалки термообрабатываемые изделия подвергают отпуску.

Отпуск заключается в нагреве изделия до температур, которые несколько меньше температур начала структурных превращений, последующей выдержке и дальнейшему медленному охлаждению. Отпуск подразделяют на одно- и многократный. После него хрупкость металлов уменьшается, а показатели пластичности и вязкости возрастают.

Разновидностью отпуска считается улучшение. Оно проводится с целью эксплуатационных свойств изделий, которые в дальнейшем будут подвергаться значительным знакопеременным нагрузкам. Поэтому температура выдержки при улучшении несколько выше, чем при отпуске.

Криогенная обработка

Желаемого изменения структуры и физико-механических характеристик металлов можно достичь не только при их нагреве, но и при глубоком охлаждении. Многие конструкционные стали обрабатывают холодом при температурах -60…-1200С.

Криогенной обработкой решаются следующие задачи:

  • Повышается стойкость изделий к износу;
  • Размеры деталей становятся стабильными;
  • Улучшается качество последующей поверхностной доводки и полирования;
  • Увеличивается твёрдость.

Особенно эффективна обработка холодом для легированных сталей, которые содержат значительный процент сравнительно мягкого остаточного аустенита. В процессе глубокого охлаждения аустенит превращается в значительно более твёрдую структурную составляющую – мартенсит.

Кроме объёмных процессов термической обработки широкое распространение получили также процессы, при которых повышается твёрдость лишь тонкого поверхностного слоя изделия.  Такая термообработка выполняется электрофизическими методами (воздействием на поверхность металла теплом искрового или дугового разрядов) или электрохимическими методами – термообработкой в расплавах или в атмосфере различных веществ.

Термическая обработка металлических и стальных изделий и деталей

Термическая обработка металлических изделий, в том числе сварных швов, является важным этапом в производстве стальных сосудов и аппаратов, используемых в нефтегазовой и химической отраслях промышленности. Почему необходимо проводить обработку сталей высокими или низкими температурами?

Сначала разберемся в самой сути данного процесса.

Понятие термической обработки стальных изделий

Использование сосудов и аппаратов с агрессивными средами и под высоким давлением негативно влияет на поверхность детали, что может привести к его разрушению, сокращению срока эксплуатации и другим последствиям.

Термическая обработка стали – это совокупность технологических процессов, таких как нагрев, выдержка и охлаждение, которым подвергаются сварные швы (местная термообработка) или все изделие целиком (объемная термообработка). При этом происходит улучшение физико-механических свойств металла без изменения его химических характеристик. В результате последовательных операций при критических температурах (низких или высоких) происходит изменение структуры и внутреннего строения стали. За счет этого снижается внутреннее напряжение металла, достигаются заданные характеристики, уменьшается хрупкость металла, увеличивается его прочность и резистентность к воздействию агрессивных рабочих сред или внешних факторов. Кроме этого, термическая обработка может являться промежуточным этапом, улучшающим и упрощающим, например, резание или сварку металлопроката.

Термообработка сварных швов позволяет уменьшить последствия неравномерного нагрева участков изделия во время сварки, что может привести к снижению прочностных характеристик места соединения по сравнению с остальными участками и разрыву шва.

Объемная термическая обработка всего изделия выполняется в печи. В случае, если сосуд или аппарат не помещается, допускается поочередный нагрев его частей. При местной термообработке нагрев производится на выбранные участки сварных швов для улучшения их качества. Также существует внепечная термообработка, характеризующаяся нагревом сосуда/аппарата изнутри при помощи теплоносителя.

Этапы термической обработки металлических деталей

Основными показателями термической обработки металлов и сплавов является скорость, температура нагрева/охлаждения и время нагрева, выдержки и охлаждения. За счет изменения и регулирования данных показателей достигаются различные свойства металлов и сплавов.

Термообработка проходит в несколько этапов:

  • отжиг 1 и 2 типов происходит в печи, в которой изделие нагревается до заданной температуры (до 1050-1150°С*) и затем медленно остывает естественным путем в печи (до 500-550°С*). Первый тип отжига не связан с изменениями агрегатного состояния металла, в то время как 2-ой тип изменяет фазовое состояние стали. Отжиг позволяет снизить жесткость металла, повысить его вязкость, достичь однородность и снять внутреннее напряжение
  • нормализация характеризуется нагревом стали, ее выдержкой при заданной температуре в течение определенного времени, а затем постепенным охлаждением на воздухе. Способствует формированию мелкозернистой структуры, повышению прочности связей, увеличению вязкости, уменьшению жесткости, например, для последующего резания заготовки или закалки
  • закалка осуществляется также в печи: изделие нагревается до критической температуры (до 900°С*), после чего резко остужается с использованием специальных ванн с водой, термическим маслом, солевыми растворами, щелочными веществами
  • отпуск определяет конечную структуру металлического изделия, уменьшает внутреннее напряжение, повышает ударную вязкость, увеличивает жесткость и снижает хрупкость за счет нагрева ниже критической температуры (от 150-250°С до 500-650°С*) и последующего плавного охлаждения
  • естественное и искусственное старение позволяет увеличить предел твёрдости, текучести и прочности стального изделия

Также выделяется криогенная обработка, то есть обработка металла холодом в криогенных камерах при низких температурах. Криообработка стальных заготовок и деталей позволяет увеличить прочность и износостойкость и стойкость к коррозионному воздействию на внутреннюю и внешнюю поверхности сосуда/аппарата.

Обработка металлов и сталей может осуществляться как только термически, так и термо-механическим и химико-термическим способами. Во втором случае изделие дополнительно подвергается механическому воздействию. В последнем случае поверхность обрабатывается углеродом, азотом или другими газами.

Термическая обработка днищ на ООО “СП Бомбе”

На нашем Заводе термообработка днищ выполняется в соответствие с требованиями следующих нормативных документов:

  • ГОСТ 12.3.004-75 “Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Термическая обработка металлов. Общие требования безопасности (с Изменением № 1)”
  • РД 26-17-086-88 “Соединения сварные. Контроль качества термической обработки аппаратуры”
  • ГОСТ 19905-74 “Упрочнение металлических изделий поверхностной химико-термической обработкой. Состав общих требований”
  • СТО 00220368-019-2017 “Термическая обработка нефтехимической аппаратуры и элементов”

Преимущества изделий, подвергшихся термической обработке

  • увеличивается срок эксплуатации за счет повышения его износостойкости, прочности и улучшения качественных характеристик
  • высокое качество выполненных сварных швов после термообработки позволяет обеспечивать герметичность соединений
  • термообработка металлических заготовок позволяет упростить некоторые технологические процессы, например, резку

* температура и время нагрева и охлаждения зависит от выбранного режима термообработки, вида металла, размера изделия

Термическим улучшением стали называют

Улучшение стали — Улучшение термообработка стали, состоящая из закалки и высокого отпуска. Стали, которые можно подвергать улучшению, называются улучшаемыми (0.3 0.6% С). Структура, получаемая в результате улучшения: сорбит … Википедия

Улучшение — термообработка стали, состоящая из закалки и высокого отпуска. Стали, которые можно подвергать улучшению, называются улучшаемыми (0.3 0.6% С). Структура, получаемая в результате улучшения: сорбит … Википедия

УЛУЧШЕНИЕ — (термообработка) двойная термическая обработка железоуглеродистых сплавов, заключающаяся в закалке на мартенсит с последующим высоким отпуском (550 650°С) … Металлургический словарь

Технология авиастроения — область технологии машиностроения, включающая процессы, методы, способы и технические средства изготовления изделий авиационной техники. В начальный период развития авиационной техники Т. а. располагала ограниченными средствами, которые… … Энциклопедия техники

технология авиастроения — технология авиастроения — область технологии машиностроения, включающая процессы, методы, способы и технические средства изготовления изделий авиационной техники.В начальный период развития авиационной техники Т. а. располагала ограниченными … Энциклопедия «Авиация»

технология авиастроения — технология авиастроения — область технологии машиностроения, включающая процессы, методы, способы и технические средства изготовления изделий авиационной техники.В начальный период развития авиационной техники Т. а. располагала ограниченными … Энциклопедия «Авиация»

Сталь — У этого термина существуют и другие значения, см. Сталь (значения). Сталь Фазы железоуглеродистых сплавов Феррит (твердый раствор внедрения C в α железе с объемно центрированной кубической решеткой) Аустенит (твердый раствор внедрения C в γ… … Википедия

обработка — Отделка. См. улучшение. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. обработка переработка, производство, изготовление, возделывание, манипуляция, отделка, исправление, улучшение;… … Словарь синонимов

МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ — железо и его сплавы, важнейшие конструкционные материалы в технике и промышленном производстве. Из сплавов железа с углеродом, называемых сталями, изготавливаются почти все конструкции в машиностроении и тяжелой промышленности. Легковые, грузовые … Энциклопедия Кольера

ални — (от алюминий и никель), магнитотвёрдые сплавы Fe (осн.) с Ni (20 34%) и Al (11 18%), иногда с добавками Cu, Со, Si, Ti. Изготовляют постоянные магниты. * * * АЛНИ АЛНИ, тройные литые высококоэрцитивные сплавы системы железо (см. ЖЕЛЕЗО) (Fe)… … Энциклопедический словарь

Запрос «улучшение» перенаправляется сюда, возможно, следует где-либо изложить более общее значение этого слова. См. также слово «улучшение» в Викисловаре.

Улучше́ние — комплексная термическая обработка металлов, включающая в себя закалку и последующий высокий отпуск.

Описание [ править | править код ]

В результате закалки сталей чаще всего получают структуру мартенсита с некоторым количеством остаточного аустенита, иногда — структуру сорбита, троостита или бейнита. Мартенсит имеет высокую прочность, твёрдость, низкую пластичность, при обработке разрушается из-за хрупкости. Структура мартенсита неравновесная, имеются остаточные напряжения. Высокий отпуск (нагрев до температуры на 20—40° ниже точки Ас1 диаграммы «Железо-цементит») и выдержка при температуре 450..700 [1] °C приводят к уменьшению внутренних напряжений за счёт распада мартенсита закалки и образования сорбита отпуска. В результате отпуска снижаются твёрдость 270…320 HB [1] и прочность; повышаются пластичность и ударная вязкость. При отсутствии требований к ударной вязкости и пластичности, применяется более экономичный способ термической обработки — нормализация.

Улучшение стали – комплексная термообработка стали, заключающаяся в закалке детали с последующим высоким отпуском стали, обеспечивающая хорошие показатели прочности и пластичности.

Сущность процесса улучшения стали

После закалки стали в ней преобладают структуры мартенсита. Высокий отпуск стали заключается в нагреве, как минимум, на 20-40°C ниже точки Ac1 (см. Диаграмму железо-углерод), но не ниже 500°C, выдержке и контролируемом охлаждении детали.

Улучшение сталей на диаграмме железо-углерод

На втором этапе улучшения сталей – процессе высокого отпуска стали – происходит диффузионный распад мартенсита до образования сорбита отпуска (см. Элементы теории термической обработки). Сорбит отпуска имеет однородную и дисперсную структуру.

Применение улучшения сталей

Именно структура сорбита отпуска обеспечивает великолепное сочетание ударной вязкости, пластичности и прочности при понижении твердости в деталях, прошедших процесс улучшения стали.

Процессу улучшению сталей подвергают детали из углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода 0,30-0,55%. Например, сталь 45, 40Х, 30ХГСА, 38Х2МЮА.

При необходимости более высокой поверхностной твердости эти детали подвергают после процедуры улучшения стали другим методам обработки: закалке ТВЧ или азотированию.

В случае отсутствия высоких требований к пластичности и ударной вязкости вместо улучшения сталей может применяться нормализация стали, как более экономичный процесс.

Улучшение сталей в ООО КВАДРО

Наше предприятие уже почти четверть века производит термообработку металлов на заказ в Санкт-Петербурге, в том числе улучшение сталей.

Мы производим по чертежам Заказчика или режимам термической обработки термообработку сталей (в т.ч. нержавеющих, инструментальных и т.п.), а так же иных металлов и сплавов (алюминиевых и титановых, латуней и бронз, и т.д.).

Кроме улучшения стали мы производим и иные виды термической обработкиметаллов на заказ, например:

“Термообработка сталей и сплавов. Нормализация и улучшение.”

Термообработка сталей и сплавов. Нормализация и улучшение.

Термическая обработка металлов, процесс обработки изделий из металлов и сплавов путём теплового воздействия с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении. Это воздействие может сочетаться также с химическим, деформационным, магнитным и др.

Отжиг. Это процесс термической обработки, состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при ней и последующем медленном охлаждении с целью получения более равновесной структуры. Особенностью отжига является медленное охлаждение.

Диффузионный отжиг (гомогенизирующий) применяют для уменьшения химической неоднородности стальных слитков и фасонных отливок. Слитки (отливки), особенно из

легированной стали, имеют неоднородное строение. Неоднородность строения обусловлена карбидной ликвациями, так как в местах образования карбидов или в средней части дендритов возникают скопления легирующих элементов. Для выравнивания химического состава слиток или отливку нагревают до высокой температуры, при которой атомы элементов приобретают большую подвижность. Благодаря этому происходит перемещение атомов из мест с большей концентрацией химических элементов в места с меньшей концентрацией. В результате такой диффузии обеспечивается выравнивание химического состава слитка или отливки по объему.

Для обеспечения необходимой скорости диффузии атомов отжиг стали проводят при высокой температуре (1100-1200°С) с выдержкой 10-20 ч.

Полный отжиг применяют для стали в основном после горячей обработки поковок давлением и отливок с целью измельчения зерна и снятия внутренних напряжений. Это достигается нагревом стали на 30-50°С выше верхней критической точки Ас3 и медленным охлаждением.

При нагреве стали выше температуры Ас3 перлит превращается в аустенит. Это происходит путем образования в начальной стадии мельчайших зародышей кристалликов аустенита и постепенного их роста по мере повышения температуры. При небольшом превышении температуры Ас3 (на 30-50°С) образовавшиеся кристаллики аустенита остаются еще мелкими. В дальнейшем, при охлаждении ниже температуры Ас1 образуется однородная мелкозернистая структура ферритно-перлитного типа. При этом в пределах одного аустенитного зерна возникает несколько перлитных зерен, которые значительно мельче, чем аустенитное зерно, из которого они образовались.

Температуру нагрева деталей, изготовленных из углеродистых сталей, определяют по диаграмме состояния, а для легированных сталей – по положению их критической точки Ас3, имеющейся в справочных таблицах.

Время выдержки при отжиге складывается из времени, необходимого для полного прогрева детали, и времени, нужного для окончания структурных превращений.

Изотермический отжиг заключается в том, что сталь нагревают до температуры на 30-50°С выше точки Ас3 (конструкционные стали) и выше точки Ас1 на 50-100°С (инструментальные стали). После выдержки сталь медленно охлаждают в расплавленной соли до температуры несколько ниже точки Аг1 (680-700°С). При этой температуре сталь подвергают изотермической выдержке до полного превращения аустенита в перлит, а затем охлаждают на спокойном воздухе. Изотермический отжиг сокращает продолжительность термической обработки небольших по размерам изделий из легированных сталей в 2-3 раза по сравнению с полным отжигом. Для крупных изделий такого выигрыша по времени не получается, так как требуется большое время для выравнивания температуры по объему изделия. Изотермический отжиг является лучшим способом снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием сложнолегированных сталей, например 18Х2НЧВА.

Сфероидизирующий отжиг обеспечивает превращение пластинчатого перлита в зернистый, сфероидизированный. Это улучшает обрабатываемость сталей резанием. Отжиг на зернистый перлит производят по режиму: нагрев стали немного выше точки Ас1 с последующим охлаждением сначала до 700°С, затем до 550-600°С и далее на воздухе. Сфероидизирующий отжиг применяют для сталей, содержащих более 0,65% углерода, например шарикоподшипниковые стали типа ШХ15.

Рекристаллизационный отжиг применяют для снятия наклепа, вызванного пластической деформацией металла при холодной прокатке, волочении или штамповке. Наклепом называют упрочнение металла, появляющееся в результате холодной пластической деформации металла. При холодной прокатке, штамповке, волочении зерна металла деформируются, дробятся. Это повышает твердость металла, снижает его пластичность и вызывает хрупкость. В этом и заключается сущность наклепа.

Рекристаллизационный отжиг выполняют путем нагрева до температуры ниже Ас1 (650-700°С), выдержки и последующего замедленного охлаждения. При нагреве металла до 650-700°С (рекристаллизационный отжиг) возрастает диффузионная подвижность атомов и в твердом состоянии происходят вторичное кристаллизационные процессы (рекристаллизация).

На границах деформированных зерен возникают новые центры кристаллизации, вокруг которых заново строится решетка. Вместо старых деформированных зерен вырастают новые равноосные зерна и деформированная структура полностью исчезает.

При этом восстанавливаются первоначальная структура и свойства металла.

Нормализация. Термическую операцию, при которой сталь нагревают до температуры на 30-50°С выше верхних критических точек Ас3 и Аcm, затем выдерживают при этой температуре и охлаждают на спокойном воздухе, называют нормализацией.

При нормализации уменьшаются внутренние напряжения, происходит перекристаллизация стали, измельчающая крупнозернистую структуру металла сварных швов, отливок или поковок.

Нормализация стали по сравнению с отжигом является более коротким процессом термической обработки, а, следовательно, и более производительным. Поэтому углеродистые и низколегированные стали подвергают, как правило, не отжигу, а нормализации.

С повышением содержания углерода в. Стали увеличивается различие в свойствах между отожженной и нормализованной сталью. Для сталей, содержащих до 0,2% углерода, предпочтительнее нормализация. Для сталей, содержащих 0,3-0,4% углерода, при нормализации по сравнению с отжигом существенно увеличивается твердость, что необходимо учитывать. Поэтому нормализация не всегда может заменить отжиг.

Сплавы после нормализации приобретают мелкозернистую структуру и несколько большую прочность и твердость, чем при отжиге. Нормализацию применяют для исправления крупнозернистой структуры, улучшения обрабатываемости стали резанием, улучшения структуры перед закалкой. В заэвтектоидной стали нормализация устраняет сетку вторичного цементита.

Улучшаемые стали.

Стали, подвергаемые термическому улучшению, широко применяют для изготовления различных деталей, работающих в сложных напряженных условиях (при действии разнообразных нагрузок, в том числе переменных и динамических).

Стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Важное значение имеет сопротивление хрупкому разрушению.

Улучшению подвергаются среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,30-0,50%.

Улучшаемые углеродистые стали 35, 40, 45 дешевы, из них изготавливают детали, испытывающие небольшие напряжения (сталь 35), и детали, требующие повышенной прочности (стали 40, 45). Но термическое улучшение этих сталей обеспечивает высокий комплекс механических свойств только в деталях небольшого сечения. Стали этой группы можно использовать и в нормализованном состоянии.

Детали, требующие высокой поверхностной твердости при вязкой сердцевине (зубчатые колеса, валы, оси, втулки), подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты. Для снятия напряжений проводят низкий отпуск.

Улучшаемые легированные стали.

Улучшаемые легированные стали применяют для более крупных и более нагруженных ответственных деталей. Стали обладают лучшим комплексом механических свойств: выше прочность при сохранении достаточной вязкости и пластичности, ниже порог ломкости.

Хромистые стали 30Х, 40Х, 50Х используются для изготовления небольших средненагруженных деталей. Эти стали склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым.

Повышение прокаливаемости достигается микролегированием бором (35ХР). Введение в сталь ванадия значительно увеличивает вязкость (40ХФА).

Хромокремнистые (33ХС) и хромансил (25ХГСА) стали обладают высокой прочностью и умеренной вязкостью. Стали хромансилы обладают высокой свариваемостью, из них изготавливают стыковочные сварные узлы, кронштейны, крепежные и другие детали. Широко применяются в автомобилестроении и авиации.

Хромоникелевые стали 45ХН, 30ХН3А отличаются хорошей прокаливаемостью, прочностью и вязкостью, но чувствительны к обратимой отпускной хрупкости. Для уменьшения чувствительности вводят молибден или вольфрам. Ванадий способствует измельчению зерна.

Стали 36Х2Н2МФА, 38ХН3ВА др. обладают лучшими свойствами, относятся к мартенситному классу, слабо упрочняются при нагреве до 300-400oС. из них изготавливаются валы и роторы турбин, тяжело нагруженные детали редукторов и компрессоров.

ВОПРОСЫ

1.Что такое термообработка сталей? Для каких целей проводят термообработку? Как изменяется структура и свойства сталей и сплавов после термообработки?

2. Какие виды термообработки вы знаете?

3.Что такое нормализация, улучшение стали при термообработке? Какие стали подвергают таким методам термообработки?

Термическая обработка металлов | ООО “ЭМЦ”

Надежность и длительность службы готовых изделий, машинных узлов и металлоконструкций определяют физико-химические свойства материала, из которого они изготовлены. Часто металлы и сплавы не обладают высокими эксплуатационными характеристиками, но исправить это может термическая обработка металлов. В нашей компании имеются камерная, муфельная и электрическая печь, а также сушильный шкаф, поэтому мы можем выполнить термическую обработку любого вида для изделий и элементов, изготовленных из разных металлов и сплавов. У нас работают высококвалифицированные специалисты, которые смогут выполнить работы на высоком профессиональном уровне.

Для чего нужна термообработка?

Термическая обработка металлов проводится с целью улучшения механических, прочностных характеристик металла. В процессе проведения термообработки меняется структура металла, в результате чего он приобретает такие свойства:

  • прочность;
  • износостойкость;
  • твердость;
  • пластичность.
Также термообработку проводят с целью устранения внутреннего напряжения в металле, которое возникает в результате механических, химических и других воздействий.

Виды термической обработки

Существует несколько видов термической обработки металлов:

  • Отжиг обычно применяют для изменения структуры металла для улучшения характеристик и уменьшения твердости для дальнейшей механической обработки. Существуют разные виды отжига, каждый из которых применяется в определенной ситуации.
  • Цементация — это повышение эксплуатационных характеристик деталей. Они должны быть твердыми, износостойкими снаружи, но внутренняя сторона должна оставаться достаточно вязкой. Для достижения данных требований требуется высокая температура, среда в карбюризаторе, выделяющая свободный углерод. Насыщение стали углеродом приводит к упрочнению обогащенного слоя, т.е. верхнего слоя металла.
  • Закалка позволяет увеличить прочность и твердость металлов, способна увеличить срок службы деталей за счет повышения устойчивости к износу. Может применяться как для заготовок, так и для готовых изделий.
  • Отпуск проводят с целью повышения пластичности и эластичности закаленных изделий. Процедура помогает снять внутреннее напряжение. Часто применяется для элементов, которые подвергаются дальнейшей обработке.

Оперативность

Высокое качество

Гибкая система скидок

Термическая обработка металлов – сложный технологический процесс, требующий от специалиста высокой квалификации и специальных знаний. Важно правильно подобрать время выдержки, температуру и другие переменные факторы. Доверьте термообработку нашим специалистам, если хотите получить результат высокого качества.
Мы готовы предложить вам выгодные условия сотрудничества – невысокие цены, минимальные сроки выполнения заказа и гарантию высокого качества.

Оптимизация процессов гидратации при термообработке фиников

Качество многих сельскохозяйственных культур, и фиников в том числе, сильно зависит от используемых агротехнических технологий. Например, в Тунисе за последние несколько лет мягкие съедобные финики стали более сухими. Один из путей улучшения качества фиников — это термообработка, в которой ключевым процессом является гидратация. Объединив результаты моделирования и реальных экспериментов, группа исследователей постаралась оптимизировать процесс гидратации, чтобы повысить его эффективность и надёжность.

Выращивание и культивирование фиников

В различных тропических и субтропических регионах, где выращивается финиковая пальма, она считается ценным ресурсом. Например, её древесину можно использовать для строительства хижин, мостов и акведуков. Из листьев можно делать подстилки, навесы и корзины. Однако наиболее известно это дерево своими плодами — финиками.


Финиковая пальма. Изображение предоставлено Madhif. Доступно по лицензии CC BY 3 через Wikimedia Commons.

С древних времён финики выращивались в различных регионах, от Месопотамии до Египта. Например, древние египтяне использовали плоды для производства вина, а также ели их при сборке урожая. По мере того, как торговцы начали покупать и распространять эти плоды в другие регионы, финики стали популярны в Северной Африке, Испании, Мексике и Соединённых штатах Америки.

Сегодня финики едят в качестве закуски либо добавляют в качестве ингредиента во многие десерты. Они также иногда используются для производства уксуса и сиропа, а также для получения сырьевого материала при смешивании с зерном.

Поддержание качества продукта

В Тунисе, ведущей стране по культивации фиников, эти сладкие фрукты высоко ценятся как источник пищи и как финансовый ресурс. Это особенно актуально относительно фиников сорта Deglet Nour (Деглет нур). Выращиваемые во внутренних оазисах, финики Деглет нур легко узнаются благодаря своему полупрозрачному цвету и медовому вкусу.


Финики сорта Деглет нур. Изображение предоставлено M. Dhifallah. Доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 из Wikimedia Commons.

Агротехнические методы сильно влияют на химический состав фиников, в частности, на содержание влаги внутри и, следовательно, на общий урожай. В последние годы увеличение числа сухих фиников в Тунисе побудило к использованию термообработки для производства более мягких и красивых внешне фруктов. Для лучшей эффективности важно контролировать главный процесс — гидратацию. Например, если время гидратации слишком велико, стабильность произрастания фруктов может уменьшиться.

С другой стороны, если время гидратации слишком мало, то качество конечного продукта может быть неприемлемым. Для решения данной проблемы и оптимизации процесса гидратации группа исследователей проанализировала результаты экспериментов и данные моделирования. В следующем разделе мы рассмотрим их основные результаты и тезисы.

Экспериментальные результаты исследования процесса гидратации при термообработке фиников

Для своих экспериментов исследователи выбрали финики сорта Деглет нур, которые собрали в 2014 году и хранили при температуре 4°C и относительной влажности 65%. Они использовали эти финики для проведения опытов по гидратации в своей лаборатории. Чтобы приблизиться в своих опытах к промышленным условиям, финики были помещены в замкнутую среду с температурой от 50°C до 65°C.

Такие условия были достигнуты путём помещения фиников в металлический корпус, заполненный водой и нагретый с помощью терморегулируемой электроплиты. Сами финики не имели никакого контакта с водой, так как располагались на подложке на поверхности воды. Для предотвращения избыточного и поддержания атмосферного давлений, на крышке корпуса не было изоляции.


На схеме изображена экспериментальная установка. Изображение из статьи, опубликованной на конференции пользователей COMSOL, Гренобль 2015, предоставленное авторами S. Curet, A. Lakoud, и M. Hassouna.

Во время процесса гидратации финики взвешивались через равные интервалы времени. Исследователи определили среднее содержание влаги в мякоти фиников, высушив 3 грамма в печи при температуре 105°C в течении 18 часов. Наблюдая за температурой фиников в различные времена с начала момента гидратации, они обнаружили, что её можно считать однородной.

Анализ результатов моделирования процессов гидратации

После проведения экспериментов, группа исследователей переключилась на моделирование процесса гидратации. На рисунке ниже изображена двухмерная геометрия, которая была разработана авторами. Она включает в себя мякоть финика, его косточку и насыщенный воздух, который поддерживает гидратацию финика.


Двухмерная геометрия модели. Изображение из статьи, опубликованной на конференции пользователей COMSOL, Гренобль 2015, предоставленное авторами S. Curet, A. Lakoud, и M. Hassouna.

Используя эту модель, учёные рассчитали распределение влаги в мякоти финика в процессе гидратации, а затем рассчитали среднюю концентрацию влаги в зависимости от времени. Обратите внимание, что в данной модели учитывается только явления массообмена, так как температура считается однородной.

В ходе эксперимента исследователи рассматривали несколько сортов фиников, однако, в итоге, были выбраны два образца одного сорта Деглет нур, которые показались крепче и суше, чем другие. На графиках ниже показана средняя концентрация влаги в первом и втором сорте фиников. Из графиков видно, что результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными. Также по графикам видно, что нет снижения скорости поглощения влаги. Одной из возможных причин его является малая продолжительность гидратации по сравнению с максимальным временем в промышленных масштабах.


На графиках показаны зависимости средней концентрации влаги для экспериментальных и расчётных значений в первом (слева) и втором (справа) сорте фиников. Изображение из статьи, опубликованной на конференции пользователей COMSOL, Гренобль 2015, предоставленное авторами S. Curet, A. Lakoud, и M. Hassouna.

На рисунке ниже показано распределение концентрации влаги в мякоти финика через 14640 секунд (около 4 часов) с момента начала гидратации. Из этого рисунка видно, что градиент концентрации влаги выше в областях, максимально приближенных к поверхности, контактирующей с воздухом. С внешней поверхности финика градиент концентрации снижается вплоть до нуля, в самом центре мякоти финика, где концентрация воды остаётся на начальном значении. Такое поведение указывает на то, что диффузия происходит в основном на внешней поверхности финика в рассматриваемом диапазоне времени гидратации.


График распределения концентрации влаги в финике после 4 часов с начала момента гидратации. Изображение из статьи, опубликованной на конференции пользователей COMSOL, Гренобль 2015, предоставленное авторами S. Curet, A. Lakoud, и M. Hassouna.

Более эффективный и надёжный метод гидратации фиников

Для любой пищевой промышленности задача состоит в том, чтобы сбалансировать эффективность производства с высоким качеством конечного продукта. При термической обработке фиников оптимизация процесса гидратации является важнейшим шагом для достижения такого баланса, экономя энергию и не уменьшая качество продукта.

Результаты моделирования дают ценную информацию о явлениях массообмена, которые происходят в процессе гидратации. Таким образом, теоретическая модель, лежащая в основе этого метода, может использоваться в качестве средства для оптимизации процессов гидратации фиников путём прогнозирования времён для достижения желаемого количества воды, а также сокращения общего времени обработки.

Узнайте больше об оптимизации обработки продуктов с использованием моделирования

Как определить наилучшую термообработку для ваших деталей

Задолго до многих современных технологических достижений люди подвергали металлы термообработке для улучшения их физических и химических свойств для конкретного применения. В средние века кузнецы ковали и закаливали металлы (хотя и относительно грубо) для создания лезвий, инструментов и товаров для повседневной жизни. Теперь у металлургов и инженеров-материаловедов есть гораздо более широкий спектр специализированных методов и оборудования для адаптации материалов к конкретным приложениям.

Но существует множество различных термообработок, таких как закалка, отпуск, старение, снятие напряжения и цементация. Чтобы избежать путаницы, рассмотрим наиболее распространенные способы термообработки, а также их назначение, плюсы и минусы.

Этот вал проходит индукционную закалку. Локальный нагрев на валу (красное/белое свечение) сразу же сопровождается гашением распыленной водой, которая быстро охлаждает его.

Отжиг

Отжиг включает повышение температуры металла до тех пор, пока он не достигнет равновесного состояния, как это определено его фазовой диаграммой.Он используется для изменения физических свойств металла, таких как его твердость, но также могут быть локальные химические изменения, зависящие от фазовых переходов. Обработка отжигом обычно следует за механической обработкой, такой как механическая обработка и шлифование, или даже за другой термической обработкой, такой как закалка.

Закалка и отпуск. Закалка включает в себя нагрев стали выше ее критической температуры и выдержку при этой температуре достаточно долго, чтобы позволить микроструктуре полностью измениться на аустенитную фазу.Затем сталь подвергают закалке — процессу, при котором сталь быстро охлаждается путем помещения ее в воду, масло или раствор полимера. Это «замораживает» его микроструктуру. То, в чем сталь закаливается для охлаждения, определяет скорость охлаждения, а скорость охлаждения определяет микроструктуру после закалки.

Металлурги используют диаграмму времени-температуры-преобразования металла (диаграмму ТТТ) для предсказания результирующей микроструктуры, будь то мартенсит, бейнит или перлит. С такими структурами ферросплавы с содержанием углерода больше 0.3 мас.%. может быть чрезвычайно твердым (>60 HRC), особенно мартенситная структура. Но повышенная твердость сопровождается снижением прочности.

Отпуск, процесс отжига, следует за закалкой. Сталь становится чрезвычайно твердой и хрупкой после закалки, поэтому она проходит еще один этап, чтобы уменьшить свою твердость и повысить пластичность, сохраняя при этом свою микроструктуру.

Металлические детали загружаются в корзины, а затем втягиваются в печь науглероживания в Advanced Heat Treat Corp.Там они будут нагреваться выше критических температур металла.

Отпуск стали ниже критической температуры позволяет ей сохранить свою мартенситную структуру, но при достаточно длительном отпуске она превращается в смесь феррита и мелких карбидов, точный размер которых зависит от температуры отпуска. Это делает сталь более мягкой и пластичной. Ключевыми параметрами отпуска являются температура и время, и их необходимо точно контролировать для достижения желаемой конечной твердости.Более низкие температуры поддерживают более высокую твердость при снятии внутренних напряжений, а более высокие температуры снижают твердость.

После первоначального литья или механической обработки закалка и отпуск придают стали твердость и прочность для изготовления деталей с характеристиками материала. Затем детали могут быть обработаны до конечного состояния. Закалка и отпуск искажают металл, поэтому детали всегда проходят эти два процесса перед окончательной обработкой. Для деталей с дополнительными процессами термообработки, используемыми для изменения свойств поверхности, закалка и отпуск определяют основные свойства детали, такие как твердость, прочность и пластичность.(Дополнительные методы поверхностного упрочнения будут рассмотрены позже.)

Снятие стресса. Снятие напряжения, этап отжига, следует за шлифовкой, холодной обработкой, сваркой или окончательной обработкой и выполняется после закалки и отпуска металла до желаемой микроструктуры и прочности. Это означает, что необходимо уделить особое внимание тому, чтобы заготовка не подвергалась отжигу слишком близко к ее температуре отпуска. Это предотвращает изменение ранее достигнутой твердости и микроструктуры.

Снятие напряжения устраняет внутренние дислокации или дефекты, делая металл более стабильным в размерах после окончательной обработки, такой как газовое или ионное азотирование. Снятие напряжения не предназначено для существенного изменения физических свойств металла; изменения твердости и прочности на самом деле нежелательны.

Дисперсионное твердение. Дисперсионное твердение — это особый этап отжига, также известный как старение из-за того, что некоторые металлы со временем затвердевают при докритических температурах.Как уже отмечалось, этот метод упрочнения ограничивается теми металлами, которые подверглись закалке и представляют собой пересыщенный раствор, то есть материал находится в неравновесном состоянии по отношению к присутствующим фазам.

В этих сплавах пересыщенный мартенситный раствор нагревают (от 500° до 550°C) и выдерживают от 1 до 4 часов, позволяя осадкам равномерно зародышеобразоваться и расти. В результате получается недеформируемая сталь с высоким пределом прочности и пределом текучести с лучшими свойствами износостойкости, чем в несостаренном состоянии.Фазы выделения, состав и размеры зависят от стареющего сплава, но все они имеют одинаковый общий эффект упрочнения материала.

Не все ферросплавы подходят для этого механизма закалки, но мартенситные нержавеющие стали, такие как 17-4, 15-5 и 13-8, являются отличными кандидатами, а также мартенситно-стареющие стали. (Термин «стареющий» сочетает в себе два слова «мартенситный» и «стареющий». Эти стали обладают превосходной прочностью и ударной вязкостью без потери пластичности, но они не могут удерживать хорошую режущую кромку.Старение относится к длительному процессу термообработки.) В этих сплавах перенасыщенный мартенситный раствор нагревают (от 500° до 550°C) и выдерживают от 1 до 4 часов, позволяя осадкам равномерно зародышеобразоваться и расти. В результате получается недеформируемая сталь с высоким пределом прочности и пределом текучести с лучшими свойствами износостойкости, чем в несостаренном состоянии.

Индукционная закалка. Индукционная закалка очень похожа на закалку, но с одним существенным отличием: нагрев при индукционной закалке носит избирательный характер.Это связано с тем, что при индукционной закалке нагрев осуществляется с помощью магнитных катушек, разработанных в соответствии с геометрией детали. Это означает, что критически важные элементы детали могут быть усилены, а сердцевина детали — нет. Вместо этого сердцевина сохраняет прочность и пластичность металла. Так же, как и при традиционной закалке, используется вода, масло или раствор полимера.

Индукционная закалка может выполняться для сталей с содержанием углерода более 0,3 мас.%, а также для деталей с размерами и геометрией, для которых могут быть разработаны индукционные катушки.Индукционная закалка также значительно сокращает время обработки, необходимое для закалки деталей, и снижает риск обезуглероживания. В отличие от традиционного нагрева и закалки, индукционная термообработка представляет собой поверхностно-ограниченную термообработку с глубиной закалки от 0,5 до 10 мм.

Ступицы трансмиссии подвергаются газовому азотированию в пакетах, что позволяет азотирующим газам (аммиаку) течь между деталями для полной термообработки поверхностей. Детали укладываются на высоту, соответствующую рабочему объему сосуда, чтобы максимизировать эффективность процесса.

Цементация

Термическая обработка для цементации, которая включает азотирование, нитроцементацию, науглероживание и карбонитрацию, изменяет химический состав детали — в отличие от ранее упомянутых методов отжига — и фокусируется на свойствах ее поверхности. Эти процессы создают упрочненные поверхностные слои глубиной от 0,01 до 0,25 дюйма, в зависимости от времени обработки и температуры. Увеличение толщины закаленного слоя влечет за собой более высокие затраты из-за дополнительного времени обработки, но увеличенный срок службы детали может быстро оправдать дополнительные затраты на обработку.Специалисты по материалам могут применять эти процессы для получения наиболее рентабельных деталей для конкретных применений.

Науглероживание и нитроцементация. Науглероживание идеально подходит для деталей, требующих дополнительного упрочнения поверхности для повышения износостойкости, но требующих более мягкого сердечника для превосходной прочности. Науглероживание — это высокотемпературный процесс (от 900 до 950°C), который включает добавление и диффузию углерода в сталь. Эти температуры выше критической температуры стали, поэтому последующая закалка позволяет богатой углеродом поверхности образовывать мартенсит, в то время как сердцевина остается более мягкой ферритной и/или перлитной структурой.Глубина закалки может достигать 0,25 дюйма, в зависимости от времени, в течение которого деталь выдерживается при температурах науглероживания.

Как уже упоминалось, преимуществом науглероживания является глубокий износостойкий слой с высокой твердостью. Это идеально подходит для зубчатых колес, лезвий и режущих инструментов. Науглероживание создает твердые, прочные детали из более дешевых легированных сталей и низкоуглеродистых сталей, таких как 1008, 1018 и 8620. Для сплавов с более высоким содержанием углерода (> 0,3 мас.% углерода) науглероживание оказывает минимальное или даже вредное воздействие, поскольку углерод в исходный сплав мог привести к сквозной или объемной мартенситной структуре.Следует также отметить, что температуры науглероживания вызывают некоторую деформацию детали.

Для низкоуглеродистых сталей без значительного количества легирующих элементов, способствующих упрочнению, добавление азота в процесс может повысить поверхностную твердость. Добавление азота называется карбонитрированием. Карбонитрация обычно выполняется при несколько более низких температурах, чем науглероживание (850 °C), поэтому деформация меньше, но также уменьшается глубина закалки (для сопоставимого времени обработки). Закаленная поверхность, созданная во время карбонитрации, хотя и тоньше, но обладает большей твердостью и устойчивостью к повышенным температурам обработки (таким как отпуск и снятие напряжений).)

Азотирование и нитроцементация. Альтернативой высокотемпературной цементации/карбонитрации является азотирование/нитроцементация. Он также производит закаленные поверхностные слои и аналогичную износостойкость, но он распространяет азот по всему поверхностному слою (не углерод) и использует докритические температуры обработки. Типичные диапазоны температур для азотирования составляют от 450° до 575°C. Это означает, что детали могут быть обработаны в их окончательном обработанном состоянии и практически не подвергаются деформации, поэтому требуется небольшая обработка после азотирования (если она требуется).Более низкие температуры также поддерживают желаемую микроструктуру сердцевины и физические свойства, модифицируя поверхностный слой для данного применения. Одно замечание, которое следует учитывать при выборе азотирования: информируйте специалиста по термообработке о любых температурах снятия напряжения, старения или отпуска, чтобы предотвратить изменение свойств сердцевины.

В отличие от науглероживания, которое ограничивается сталями с низким содержанием углерода, широкому диапазону сплавов можно придать поверхностную твердость от 600 до 1200 Hv посредством азотирования. Но сплавы, наиболее подходящие для азотирования, обычно содержат номинальное количество микролегирующих элементов: Cr, V, Ti, Al и Mo.Азотирование может быть чрезвычайно полезным для нержавеющих и инструментальных сталей, содержащих большое количество хрома (более 10 мас.%). Эти азотированные стали могут иметь поверхностную твердость значительно выше эквивалента 70 HRC, что идеально подходит для долговременной износостойкости.

Азотирование не ограничивается этими типами ферросплавов, так как низкоуглеродистые стали также могут быть закалены. В дополнение к созданию закаленной износостойкой поверхности азотирование также образует составную зону. Зоны компаунда представляют собой богатые азотом слои, образующиеся на поверхности в процессе азотирования и обладающие твердостью, износостойкостью (эквивалент >60 HRC), коррозионной стойкостью и .Это выгодно для низкоуглеродистых и низколегированных сталей, которые не рассматривались бы для суровых условий окружающей среды, если бы не наличие составной зоны.

Глубина закалки азотированных/нитроцементированных сплавов обычно составляет от 0,005 до 0,030 дюйма в зависимости от времени и температуры процесса. Более глубокие затвердевшие слои требуют больше времени. Толщина составной зоны может достигать 0,002 дюйма. толщиной, и это зависит от того, какой сплав подвергается нитридам, времени и температуре. Способ азотирования детали также влияет на глубину зоны.Азотирование может осуществляться газовым или ионным (плазменным).

Газовое азотирование использует крекинг-аммиак в качестве источника азота и выполняется в среде с избыточным давлением. Он идеально подходит для серийной обработки больших объемов, а также отлично подходит для однородности температуры и азотирования деталей с глубокими отверстиями или каналами. Газовое азотирование не рекомендуется для пористых деталей, поскольку газ, протекающий через поры, может вызвать сильное охрупчивание.

Ионное азотирование

отлично подходит для селективного азотирования, поскольку детали можно изолировать от плазмы, чтобы предотвратить азотирование.Ионное азотирование выполняется путем приложения разности электрических потенциалов между анодом и деталью (катодом) в вакууме. Эта разность потенциалов образует азотную плазму (уникальное фиолетовое свечение), которая выталкивает атомы азота на открытые поверхности детали.

Плазменное азотирование

хорошо подходит для сплавов, таких как нержавеющая сталь, поскольку оно быстро разрушает пассивные оксидные поверхности. Как правило, стали с ионным азотированием имеют более тонкие зоны соединения, чем их аналоги с газовым азотированием, из-за постоянного распыления плазмы.Но это может быть идеальным для определенных применений, таких как зубчатые колеса, где контактные напряжения могут повредить поверхности с чрезмерными составными зонами.

Пурпурное свечение окружает эти детали, прошедшие ионное (плазменное) азотирование. Это вызвано ионизированными и возбужденными молекулами азота и атомами, бомбардирующими поверхность детали из-за приложенного потенциала. Азотируются только поверхности, подвергающиеся воздействию плазмы.

При сравнении азотирования и нитроцементации последнюю обычно проводят при более высоких температурах (575°C) и используют источник углерода.Добавление углерода образует более твердый, более износостойкий и более смазывающий слой. Более толстые составные зоны также могут быть образованы нитроцементацией. Для сравнения, среда азотирования чистым азотом образует твердый и износостойкий слой, но в меньшей степени, чем нитроцементация. Так почему бы не всегда использовать нитроцементацию? Введение углерода может увеличить пористость поверхности, что плохо для деталей с большими контактными напряжениями. Полученный слой также менее пластичен.

Выбор материала также определяет, какие методы обработки лучше всего подходят для применения.

В этом общем руководстве разъясняется ряд термообработок. Но инженерам важно иметь в виду следующие вопросы о конструкции своих деталей при рассмотрении термообработки: Каким силам подвергаются мои детали? В какой среде они работают? Требуются ли для приложения особые свойства поверхности, сердцевины или отдельных областей поверхности? Ответ будет определять выбор.

Это написали Рич Джонсон (менеджер по материалам и процессам), Эдвард Ролински (старший)ученый) и Майк Вудс (президент) по телефону Advanced Heat Treat Corp . Если у вас есть какие-либо вопросы относительно термической обработки, пожалуйста, свяжитесь с ними по телефону 319-232-5221.

4 вида термической обработки Комментарии к записи 4 типа процессов термообработки отключены

Термическая обработка — это процесс, в котором используется контролируемый нагрев и охлаждение для изменения кристаллической структуры металлов и металлических сплавов.В зависимости от материала и процесса обработки термообработка может обеспечить многочисленные преимущества, включая повышенную твердость, повышенную термостойкость, большую пластичность и повышенную прочность материала. Термическая обработка является критическим аспектом процессов изготовления металлов, поскольку она позволяет материалам приобретать желаемые физические и механические свойства без изменения формы изделия.

С.М. Engineering рада предложить различные печи для использования в широком спектре термообработки, включая отжиг, закалку, закалку и снятие напряжения.Наши печи для отжига и термообработки мирового класса имеют конфигурации с сохранением атмосферы, передовые цифровые микропроцессоры и различные конструкции с низкой точкой росы, идеально подходящие для многочисленных процессов термообработки металлов.

Какие существуют 4 типа процессов термообработки?

Общие типы методов термообработки включают отжиг, закалку, закалку и снятие напряжения, каждый из которых имеет свой собственный уникальный процесс для получения различных результатов.

Отжиг

Отжиг — это процесс термообработки, используемый для изменения микроструктуры металла с целью улучшения его пластичности при одновременном снижении внутреннего напряжения и общей твердости. Это позволяет материалу легче формоваться без растрескивания. Этот процесс особенно полезен для сталей, которые могут быть слишком твердыми или хрупкими для процессов формовки.

Процесс отжига включает нагревание металла до температуры, при которой кристаллическая структура становится жидкой, но металл остается в твердом состоянии.Металл выдерживается при этой температуре, что позволяет любым дефектам материала восстанавливаться. Затем металлу дают медленно остыть до комнатной температуры, чтобы получить более пластичную кристаллическую структуру.

Закалка

Упрочняющая термическая обработка используется для повышения твердости поверхности металла путем нагревания и быстрого охлаждения. Материал нагревается в закалочной печи до температуры, которая трансформирует его внутреннюю структуру, не расплавляя его.Затем металл выдерживают при этой температуре в течение одного часа на каждый дюйм толщины с последующим быстрым охлаждением. Процесс быстрого охлаждения создает более твердую и стабильную кристаллическую структуру.

Закалка

Закалка относится конкретно к термической обработке, основанной на быстром охлаждении металла для достижения желаемых физических или механических свойств. Нагретые материалы часто охлаждают в масле, но их также можно охлаждать воздухом, водой и рассолом, в зависимости от материала и желаемых качеств.

Как и в других процессах термообработки, металл нагревают до точки ниже точки плавления, при которой кристаллическая структура является жидкой. Его выдерживают в течение определенного периода времени, в зависимости от желаемых свойств, а затем закаливают в одной из вышеперечисленных сред для снижения температуры материала и установления требуемой внутренней структуры.

Снятие стресса

Процессы снятия напряжения включают нагрев материала выше точки, где трансформируется внутренняя структура, а затем его охлаждение на воздухе с определенной скоростью.Этот процесс позволяет конструкции стать более стабильной, снижая внутреннее напряжение и повышая прочность и твердость металла. Это особенно полезно для металлов, которые подвергались процессам формования, вызывающим напряжения, таким как механическая обработка, правка и прокатка.

В С.М. Engineering, мы предоставляем нашим клиентам печи высшего качества, подходящие для широкого спектра процессов термообработки и материалов. Нужна ли вам простая печь для отжига или печь для закалки специальных сплавов, у нас есть оборудование и знания, необходимые для того, чтобы у вас было идеальное решение для термообработки, соответствующее вашим потребностям.Чтобы узнать больше о нашем ассортименте промышленных технологических печей, свяжитесь со специалистами компании S.M. Инжиниринг сегодня или запросите расценки.

 

Влияние термической обработки на механические свойства сплава Al-4% Ti

В данной статье исследуется влияние процессов термической обработки на механические свойства литого сплава Al-4% Ti для конструкционных применений. На образцах сплавов проводят процессы термической обработки, а именно отжиг, нормализацию, закалку и отпуск.Проведены механические испытания термообработанных образцов, и полученные результаты связаны с их морфологией оптической микроскопии. Результаты показывают, что процессы термической обработки не оказывают существенного влияния на предел прочности при растяжении литого сплава Al-4%Ti, но оказывают значительное влияние на характеристики жесткости и деформации сплава. Что касается деформационных характеристик, то в отпущенном образце фиксируется значительное улучшение пластичности образцов. Таким образом, для применения, требующего прочности и пластичности, например, в аэрокосмической промышленности, этот отпущенный термообработанный сплав может использоваться.Кроме того, закаленный образец демонстрирует значительное улучшение твердости.

1. Введение

Алюминий, как и все чистые металлы, имеет низкую прочность и не может быть легко использован в приложениях, где важна устойчивость к деформации и разрушению. Поэтому к алюминию добавляют другие элементы в первую очередь для повышения прочности. Низкая плотность при высокой прочности сделала алюминиевые сплавы привлекательными для применений, где удельная прочность (отношение прочности к весу) является основным фактором проектирования.Для конструкционного использования обычно выбирается самый прочный сплав, который отвечает минимальным требованиям к другим свойствам, таким как коррозионная стойкость, пластичность и ударная вязкость, если он экономически эффективен. Следовательно, состав является первым фактором прочности [1]. Конструкционное применение алюминиевого сплава при высоких или умеренных температурах требует тонкого, однородного и стабильного распределения кристаллического твердения вплоть до температуры использования. Хорошими кандидатами для этого являются интерметаллические фазы с высокой температурой плавления.Al 3 Ti очень привлекателен среди всех интерметаллидов из-за его высокой температуры плавления (1350°C) и относительно низкой плотности (3,3 г/см 3 ) [2]. В последнее время сплавы на основе алюминия, особенно с титаном, становятся все более полезными для высокотемпературных применений благодаря их превосходным свойствам [3]. Предыдущие исследователи в основном рассматривали влияние титана на измельчение зерна в алюминиевом сплаве, поскольку измельчение зерна играет важную роль в определении конечных свойств изделий из алюминиевого сплава.Он повышает предел прочности и пластичность, увеличивает подачу сложных отливок, снижает склонность к горячему истиранию и пористость [4]. В действительности измельчение зерна алюминия титаном связано с возникновением перитектической реакции на богатом алюминием конце фазовой диаграммы алюминий-титан [5, 6]. Сочетание добавления титана к алюминиевому сплаву и другой обработки считается возможным средством дальнейшего улучшения механических свойств этого сплава, особенно для использования при высоких температурах.

Таким образом, в данном исследовании эффект термической обработки используется как средство улучшения механических свойств сплава алюминия с 4% титана.

2. Экспериментальные методы

Литой стержень из алюминиево-4% титанового сплава с химическим составом, показанным в таблице 1, был разрезан и подвергнут механической обработке при температуре окружающей среды для получения стандартных образцов на растяжение и твердость. Затем образцы подвергались процессам отжига, нормализации, закалки и отпуска перед проведением на них испытаний на растяжение и твердость.В процессе отжига образец нагревали до 500°С, выдерживали в течение часа и охлаждали в печи. Для нормализованного и закаленного образцов образцы нагревали до 500°С, выдерживали в течение часа и охлаждали на воздухе и в воде соответственно. Отпущенный образец нагревали до 500°С, выдерживали 1 час, быстро охлаждали в воде, повторно нагревали до 100°С, выдерживали при этой температуре 1 час и затем охлаждали на воздухе. Соответствующие термообработанные образцы были обозначены как «литой образец (AC)», «отожженный образец (AS)», «нормализованный образец (NS), закаленный образец (QS)» и «отпущенный образец (TS).

Element Fe SI MN CU ZN Ti MG PB SH AL WA B
Вес процент 0.738 0.027 0.377 0.027 0.027 0.748 4,061 0.092 0.343 1.207 88.73 0.027 0.027 2807

Тест на растяжение было проведено в соответствии с ASTM E8 на стандартных образцах с использованием Instron Universal Tester, модель 3369. Тест твердости был сделан на микротвердомере по Виккерсу модели «Deco» 2005 г. с испытательной нагрузкой 490 кН и временем выдержки 10 с. На каждом образце делают не менее 3 отпечатков. Стандартные микроструктурные образцы для испытаний были изготовлены и последовательно отшлифованы наждачной бумагой с зернистостью от 220 до 600 микрон.Шлифованные поверхности деталей полируются смесью глинозема и алмазной пасты, а затем травятся в растворе, содержащем 5 г гидроксида натрия (NaOH), растворенного в 100 мл воды. Протравленные поверхности оставляли на 20 секунд, затем промывали водой и сушили. Морфологию кристаллов образцов просматривали под цифровым металлургическим микроскопом при 200-кратном увеличении, а микрофотографии показаны на пластинах 1–5.

3. Результаты и обсуждение

Свойства при растяжении и текучести образцов литых стержней с 4 % титана после термообработки представлены на рис. 1.Программы термообработки не оказывают существенного влияния на предел прочности образцов. Когда важны прочность и пластичность, закаленный образец обладает значительной прочностью (126 МПа) с удлинением 42%, а его твердость 60 HV делает его лучшим кандидатом для инженерных приложений, требующих сочетания этих свойств, по сравнению с образцом в литом состоянии.


Жесткость литого образца существенно зависит от процессов термообработки (рис. 2), при этом у отпущенного образца самая низкая жесткость (1219 МПа).За исключением закаленного образца, в котором достигнут значительный прирост твердости (35%, 60 HV), другие процессы термической обработки мало влияют на твердостную характеристику сплава (рис. 3). Для закаленного образца его ударная вязкость немного приносится в жертву повышенной прочности. Используемые процессы термообработки улучшают характеристику удлинения при растяжении материала, при этом закаленный образец демонстрирует превосходное удлинение (48%) (см. рис. 4). Этот результат согласуется с результатами по модулю упругости, полученными для испытанных образцов (см. рис. 2).Таким образом, процесс закалки предпочтительнее других процессов термической обработки, поскольку он придает оптимальные механические свойства сплаву Al-4 % Ti.




Результаты анализа микроструктуры термообработанных образцов вместе с образцами в литом состоянии показаны на таблицах с 1 по 5. Морфология литого сплава имеет пластинчатую структуру и признаки образования подобная интерметаллиду фаза в матрице сплава (рис. 5). Эта пластинчатая структура была идентифицирована как алюминиево-титановые интерметаллиды с помощью просвечивающего электронного микроскопа [7], в то время как осадкоподобная фаза представляет собой TiB 2 [8].Предыдущая работа показала, что арматура TiB 2 термодинамически и микроструктурно стабильна в алюминидных матрицах [9]. Установлено, что механические свойства образцов зависят от образования алюминиево-титановых интерметаллидов и выделений TiB 2 в структуре матрицы. Во время отжига пластинчатые элементы в матрице увеличивались в размерах, становясь больше и мягче, чем у литого образца (рис. 6). Во время испытаний на растяжение дислокация может легко скользить из-за увеличенного размера алюминиево-титанового интерметаллида, который не сопротивляется движению дислокации.Это объясняет небольшое снижение прочности, которое можно наблюдать на рис. 1. Пластинообразная структура в нормализованном образце по сравнению с отожженным образцом кажется разрушенной (рис. 7) из-за введенного быстрого охлаждения. Это связано с тем, что процесс диффузии (зарождение и рост кристаллов) более выражен во время операции отжига по сравнению с нормированной программой термообработки. В закаленном образце (рис. 8) наблюдается увеличение объемной доли второго осадка TiB 2 .Это увеличение отвечает за наблюдаемое увеличение твердости закаленного образца (60 HV). Среди различных армирующих фаз особенно привлекательна TiB 2 , поскольку она обладает многими желательными свойствами, такими как высокая твердость, низкая плотность, высокая температура плавления, высокий модуль и высокая коррозионная стойкость [10, 11]. Как сообщалось более ранними исследователями, свидетельство агломерации осадка TiB 2 было отмечено как ответственное за наблюдаемые результаты [8, 12].Размер пластинчатых кристаллов в матрице сплава значительно уменьшается, при этом кристаллы более равномерно распределяются в матрице закаленного образца. Улучшение твердости также может быть связано с этим явлением. Матрица закаленного образца показывает снижение объемной доли осадка TiB 2 , а также доли пластинчатых кристаллов в матрице, что приводит к значительному снижению твердости (44 HV) сплава (см. рис. 9).






4.Заключение

В этом исследовании было обнаружено, что относительное удлинение при растяжении сплава алюминия с 4% титана значительно улучшается по сравнению с процессами термообработки. На жесткость литого образца влияют процессы термообработки, при этом отпущенный образец имеет самое низкое значение модуля Юнга. Когда важны прочность, пластичность и твердость, закаленный образец обладает значительной прочностью (126 МПа), удлинением (42%) и твердостью (60 HV), что делает его лучшим кандидатом, чем литой образец с высокой прочностью, но низкой пластичность.Микроструктура показывает, что программы термообработки влияют как на размер и распределение кристаллов алюминия-титана, так и на объемную долю выделений вторичной фазы TiB 2 . Однако процессы термообработки существенно не улучшают прочность сплава на растяжение.

Авторское право

Авторское право © 2013 Segun Isaac Talabi et al. Эта статья находится в открытом доступе и распространяется в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Термическая обработка Определения | Wisconsin Oven

Этот краткий глоссарий терминов по термообработке был принят Американской ассоциацией литейщиков, Американским обществом металлов, Американским обществом испытаний и Обществом автомобильных инженеров. Поскольку это не спецификация, а строго набор определений, температуры были намеренно опущены.

Условия термической обработки алюминия
Старение

Описывает изменение свойств некоторых сплавов в зависимости от температуры и времени.За исключением деформационного старения и возрастного размягчения, это результат осаждения из твердого раствора одного или нескольких соединений, растворимость которых уменьшается с понижением температуры. Для каждого сплава, подверженного старению, существует уникальный диапазон температурно-временных комбинаций, на которые он будет реагировать.

Алюминиевые печи периодического действия | Алюминиевые печи непрерывного действия

Отжиг

Термин, обозначающий обработку, состоящую из нагревания и выдержки при подходящей температуре с последующим охлаждением с подходящей скоростью, используемую главным образом для размягчения, но также и для одновременного получения желаемых изменений других свойств или микроструктуры.Целью таких изменений может быть, помимо прочего, улучшение обрабатываемости; облегчение холодной обработки; улучшение механических или электрических свойств; или увеличение стабильности размеров. Используемые циклы время-температура широко варьируются как по максимальной достигаемой температуре, так и по используемой скорости охлаждения, в зависимости от состава материала, его состояния и желаемых результатов. Когда применимо, следует использовать следующие более конкретные названия процессов: черный отжиг, синий отжиг, коробочный отжиг, яркий отжиг, циклический отжиг, пламенный отжиг, полный отжиг, графитизация, промежуточный отжиг, изотермический отжиг, технологический отжиг, закалочный отжиг и сфероидизация. .Когда термин используется без уточнения, подразумевается полный отжиг. Когда этот процесс применяется только для снятия стресса, его правильно назвать снятием стресса.

Печи периодической термообработки | Печи непрерывной термообработки

Выпечка

Нагрев до низкой температуры для удаления увлеченных газов.

Печи периодического действия и проходные печи | Печи непрерывного действия

Прямой газовый нагрев

Система отопления, в которой продукты сгорания (побочный продукт системы горелок) циркулируют через рабочую камеру.

Печи периодической термообработки | Печи непрерывной термообработки

Чертеж

Волочение, или волочение закалки, является синонимом Закалки, что предпочтительнее.

Вытягивающие печи периодического действия | Печи непрерывной термообработки

Термическая обработка

Сочетание операций нагрева и охлаждения, применяемых к металлу или сплаву в твердом состоянии для получения желаемых условий или свойств. Нагрев с единственной целью горячей обработки исключается из значения этого определения.

Печи периодической термообработки | Печи непрерывной термообработки

Раствор для термообработки

Обработка, при которой сплав нагревают до подходящей температуры и выдерживают при этой температуре в течение времени, достаточного для того, чтобы нужный компонент перешел в твердый раствор, с последующим быстрым охлаждением для удержания компонента в растворе. В этом случае материал находится в перенасыщенном, нестабильном состоянии и может впоследствии проявлять старение.

Печи с опускающимся дном | Печи непрерывной термообработки

Средство от водородного охрупчивания

Защита от водородного охрупчивания относится к удалению водорода из компонентов из черных металлов, на которые нанесено гальваническое покрытие.Водород будет образовываться и частично поглощаться в процессе гальванического покрытия на поверхности компонента.

Если не обрабатывать атомарный водород, который был поглощен металлом, он может соединиться с другими атомами, такими как кислород, и образовать водяной пар. Это может привести к микротрещинам. Микротрещины могут привести к преждевременному выходу детали из строя.

Печи периодической термообработки | Печи непрерывной термообработки

Непрямой газовый нагрев

Система отопления, в которой продукты сгорания (побочный продукт системы горелок) НЕ циркулируют через рабочую камеру.

Печи периодической термообработки | Печи непрерывной термообработки

Нормализация

Процесс, при котором сплав на основе железа нагревают до температуры выше диапазона превращения и затем охлаждают в неподвижном воздухе при комнатной температуре.

Печи периодической термообработки | Печи непрерывной термообработки

Из автоклава

Внеавтоклавное отверждение композита (OOA) является экономичной альтернативой автоклавному отверждению под высоким давлением.Технология отверждения в печи OOA обеспечивает желаемое содержание волокон и устраняет пустоты, помещая компоненты в режим отверждения только в вакуумном мешке (VBO). Узнайте больше о печах для отверждения композитов OOA компании Wisconsin Oven.

Процесс отверждения композита | Композитные печи для отверждения

Шахтная печь

Это вертикальная печь, устроенная для загрузки деталей в металлическую корзину, которая при опускании на место вставляется в камеру печи таким образом, чтобы обеспечить мертвое пространство для предотвращения прямого нагрева.

Шахтные печи

Предварительный подогрев

Нагрев до соответствующей температуры непосредственно перед аустенитизацией при закалке конструкционных сталей с высокой прокаливаемостью, многих инструментальных сталей и тяжелых профилей.

Печи периодического действия и проходные печи | Печи непрерывного действия

Закалка

Быстрое охлаждение. Когда это применимо, следует использовать следующие более конкретные термины: прямое гашение, туманное гашение, горячее гашение, прерывистое гашение, выборочное гашение, слабое гашение, аэрозольное гашение и временное гашение.

Закалочные баки

Ретортная печь

Это печь вертикального типа, снабженная цилиндрической металлической ретортой, в которой детали, подлежащие термообработке, подвешиваются либо по отдельности, если они достаточно велики, либо в каком-либо контейнере. Использование реторты позволяет использовать специальную газовую атмосферу для науглероживания, азотирования и т. д.

Печи периодической термообработки | Печи непрерывной термообработки

Снятие стресса

Процесс уменьшения внутренних остаточных напряжений в металлическом объекте путем нагревания объекта до подходящей температуры и выдержки при этой температуре в течение надлежащего времени.Эта обработка может применяться для снятия напряжений, вызванных литьем, закалкой, нормализацией, механической обработкой, холодной обработкой или сваркой.

Печи периодической термообработки | Печи непрерывной термообработки

Закалка

Нагревание закалочно-упрочненного или нормализованного сплава железа до температуры ниже диапазона превращения для получения желаемых изменений свойств. Целью отпуска или волочения является снижение хрупкости закаленной стали и устранение внутренних напряжений, вызванных внезапным охлаждением в закалочной ванне.Процесс отпуска заключается в нагреве стали различными способами до определенной температуры и последующем ее охлаждении. Когда сталь находится в полностью закаленном состоянии, ее структура состоит в основном из мартенсита. При повторном нагревании до температуры примерно от 300 до 750°F образуется более мягкая и прочная структура, известная как троостит. Если сталь повторно нагреть до температуры от 750 до 1290 ° F, образуется структура, известная как сорбит, которая имеет несколько меньшую прочность, чем троостит, но гораздо большую пластичность.

Печи периодической термообработки | Печи непрерывной термообработки

Т4

Раствор, подвергнутый термической обработке и естественному старению до стабильного состояния. Применяется к продуктам, которые не подвергались холодной обработке давлением после термической обработки на твердый раствор или в которых эффект холодной обработки при сплющивании или выпрямлении может не учитываться в применимых спецификациях.

Печи с опускающимся дном | Печи непрерывной термообработки

Т5

Только искусственно состаренные: Применяется к продуктам, искусственно состаренным после процесса изготовления с быстрым охлаждением при повышенной температуре, такого как литье или экструзия, для улучшения механических свойств или стабильности размеров, или того и другого.

Печи периодической термообработки | Печи непрерывной термообработки

Т6

Термическая обработка на твердый раствор, а затем искусственное старение: Применяется к продуктам, которые не подвергались холодной обработке давлением после термообработки на твердый раствор или в которых эффект холодной обработки при сплющивании или выпрямлении может не учитываться в применимых спецификациях.

Печи с опускающимся дном | Печи непрерывной термообработки

Непрерывное совершенствование процесса термообработки отжигом на раствор

” alt=”Хитмастеры”>

SHI FW Energia FAKOP Sp.z o.o., дочерняя компания Sumitomo SHI FW и Heatmasters Poland, в очередной раз осуществила совместно определенный процесс термообработки отжигом для змеевиков из высоколегированной нержавеющей стали. Несмотря на наши давние методы и процедуры, детали этого процесса снова были улучшены благодаря развивающимся отраслевым факторам и существованию практики постоянного улучшения в обеих компаниях. Глубокие знания, опыт, командная работа и внимание к деталям позволили нам сделать еще один шаг к превосходному качеству и увеличению срока службы продукции, что привело к сокращению времени простоя на техническое обслуживание для конечных пользователей.

Heatmasters Poland несколько раз обеспечивала отжиг для этих деталей в течение последних пяти лет, работая со специалистами по качеству SHI FW Energia FAKOP для дальнейшей оптимизации и совершенствования наших уникальных процессов отжига. Постоянно проверяя каждую деталь в течение всего процесса отжига на раствор, от транспортировки и хранения до размещения термопар, мы работаем вместе с SHI FW Energia FAKOP, чтобы продолжать поставлять компоненты самого высокого качества конечным пользователям по всему миру.

На этот раз детали были загружены в нашу печь для термообработки U117. Эта печь имеет размеры 4,4 х 2,4 х 1,2 метра и использует вилочную систему загрузки. Шляпа этой печи была недавно отремонтирована с использованием улучшенного изоляционного материала для повышения энергоэффективности.

Детали были нагреты до температуры намного выше 1000°C, а цифровая система контроля температуры Heatmasters Rigel26 обеспечила точный и хорошо задокументированный процесс нагрева. После нагрева в течение заданного периода времени происходила закалка для формирования в материале желаемой микроструктуры.Обычно водяное охлаждение было бы отличным решением, но в этом случае оно слишком сильно изменило бы форму элементов, что привело бы к дополнительным усилиям по изготовлению и дополнительной нагрузке на сборки. Подходящим подходом было быстрое воздушное охлаждение, поскольку оно позволяло нам избежать отрицательной структуры материала, но при этом сохранить форму элементов. Всего за это время было обработано 68 элементов.

Всего в нашей печи для термообработки U117 было обработано 68 деталей.

„Растущие ожидания отрасли оправдываются благодаря тесному сотрудничеству на этапе предварительного планирования и реализации.Нацеленность на постоянное улучшение и нестандартный подход позволяют улучшать каждый раз, каждый проект».

– Здислав Швайца, инженер-проектировщик / технолог, SHI FW Energia FAKOP Sp. о.о.

SHI FW Energia FAKOP специализируется на производстве, модернизации, поставке запасных частей для всех видов котлов и других сосудов под давлением, нанесении защитных покрытий в цеху и на месте, включая проектирование и сборку на объекте клиента по всему миру.

Heatmasters — международный поставщик промышленных услуг и оборудования, специализирующийся на термообработке, неразрушающем контроле, обработке поверхностей и других услугах по техническому обслуживанию технологических установок и обрабатывающей промышленности.

Heatmasters Poland тесно сотрудничает с SHI FW Energia FAKOP с самого начала нашей деятельности в Польше около 25 лет назад. Сегодня наше тесное сотрудничество продолжается, поскольку Heatmasters предлагает инновационные услуги по термообработке и промышленным услугам с политикой постоянного совершенствования.

«Долгосрочное партнерство между нашими компаниями строится на доверии. Несмотря на 25 лет сотрудничества, это доверие ни разу не пошатнулось, ведь в нас обоих работают высококвалифицированные и ответственные профессионалы.

-Аркадиуш Осуч, генеральный директор SHI FW Energia FAKOP Sp. о.о.

Heatmasters с нетерпением ждет будущих вызовов, используя наши знания и многолетний опыт в области высококачественной термообработки и промышленных услуг.

Помимо термической обработки заготовок в стационарных печах, Heatmasters предлагает индивидуальные решения, в том числе:

  • Предварительный нагрев и термообработка после сварки на месте (PWHT)
  • Термическая обработка крупногабаритных заготовок в переносных временных печах
  • Огнеупорные осушители
  • Широкий спектр промышленных услуг (НК, обработка поверхности, сварка и т.д.))
  • Высокотехнологичное оборудование для термообработки (печи, трансформаторы, системы терморегулирования и др.)
  • Модернизация всего оборудования для термообработки производителя

Для получения дополнительной информации о SHI FW Energia Fakop, пожалуйста, посетите: https://fakop.com/en

Введение в термообработку

ЧТО ТАКОЕ ТЕРМООБРАБОТКА

Проще говоря, термическая обработка улучшает и укрепляет свойства материала детали — в нашем случае это алюминий.Этот процесс включает контролируемый нагрев (до экстремальных температур) и охлаждение для достижения желаемого результата, такого как закалка или размягчение алюминия.
При термообработке мы используем такие методы, как обработка на твердый раствор, закалка и дисперсионное упрочнение.
Хотя термообработка обеспечивает лучшее качество поверхности, улучшает обрабатываемость и повышает механические свойства, она не всегда необходима и полностью зависит от функции детали. Так, например, мы предпочтем пропустить термообработку, если деталь заказчика не требует высокой прочности или если деталь служит строго эстетической цели.

ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА МЫ ПРЕДЛАГАЕМ

Т6

Для достижения состояния Т6 процесс состоит из трех этапов:

  • Обработка раствором: нагревание отливки до ~1000 F в течение нескольких часов
  • Закалка: резкое охлаждение детали в водяной бане
  • Искусственное старение: последний раз нагрейте деталь до температуры ~300–400 F

Из-за резких перепадов температур (в течение нескольких секунд) T6 иногда может деформировать детали. Тем не менее, мы разработали определенные процедуры и методы для контроля и сведения к минимуму коробления за счет точной ориентации деталей и регулировки температуры и времени.
T6 часто ассоциируется с термообработкой алюминия по умолчанию, и многие инженеры не знают о T51.

Т51

Мы позволяем отливкам естественным образом охлаждаться из формы. После охлаждения они искусственно состариваются при температуре 400–450 F. Для T51 деформация детали во время термообработки не является проблемой.

ТЕРМООБРАБОТКА + НЕПРЕРЫВНОЕ ЛИТЬЕ В ФОРМЫ

Термическая обработка и постоянное литье в формы — отличное сочетание для успеха вашей детали.
Мы знаем, что термическая обработка улучшает механические свойства и увеличивает твердость, предел текучести и предел прочности при растяжении. Мы также знаем, как указано в нескольких наших предыдущих статьях, что постоянная форма обеспечивает большие преимущества, включая снижение затрат на литье и повышение качества.
Обычно люди используют более тяжелые металлы и материалы для достижения высокой прочности и особых механических свойств. Наша комбинация термической обработки и постоянного литья в формы обеспечивает высокое отношение прочности к весу и позволяет достичь аналогичных механических свойств при использовании легких материалов.
Свяжитесь с нами, если вы хотите узнать больше о наших вариантах термообработки и получить дополнительную информацию о сочетании термообработки с постоянным литьем в формы.

Минимальные механические свойства для алюминия 356 (AA 18-08)
ЗАКАЛ УТС (тыс.кв.дюйм) YS (фунтов на квадратный дюйм) Удлинение Типичная твердость по Бринеллю (BHN)
Т51 25 — — 55-85
Т6 33 22 3 65-95

Что может и чего не может сделать хорошая термообработка

Спасибо C6 MFG и Дэну Свани за поддержку Knife Steel Nerds на Patreon!

Легенда о термообработке

Есть некоторые споры о ножах, которые имеют сталь с «хорошей термообработкой» по сравнению с теми, которые имеют плохую или некачественную термообработку.Некоторые производители ножей имеют почти легендарную репутацию благодаря превосходной термообработке. Что именно возможно в плане термической обработки? Насколько лучше может быть сталь? Насколько это может быть плохо?

Что такое термическая обработка?

Начнем с основ. В своей простейшей форме сталь нагревают, закаливают и отпускают. Это обеспечивает желаемые свойства в конечном итоге, которые включают высокую твердость в сочетании с достаточной ударной вязкостью. Здесь недостаточно места, чтобы полностью объяснить весь процесс.При высокой температуре сталь превращается в немагнитную фазу, называемую аустенитом, которая имеет гораздо более высокую растворимость углерода, чем низкотемпературный феррит. В низкотемпературном феррите углерод связан с различными карбидами (соединениями углерода и металлов), поэтому углерод в значительной степени не способствует высокой прочности и твердости. При высокой температуре карбиды растворяются, а углерод диффундирует в окружающий аустенит. Как правило, более высокая температура аустенизации приводит к растворению большего количества углерода для повышения твердости конечного термообработанного ножа.Читайте об аустенитизации в этой статье. Затем сталь быстро закаливают, поэтому углерод не успевает диффундировать в виде карбидов. Это «запирает» углерод, так что достигается высокая твердость. Образуется новая фаза, называемая мартенситом, которая подобна ферриту, но искажена углеродом, присутствующим между атомами железа. Узнайте в этой статье об образовании мартенсита и о том, что придает ему высокую твердость. Затем сталь подвергается отпуску, что несколько снижает твердость стали и повышает ее ударную вязкость.Как правило, более высокая температура отпуска означает более низкую твердость, но более высокую ударную вязкость. Узнайте о закалке в этой статье.

Плохая термообработка

Хотя могут вестись споры о том, что делает одну термообработку лучше другой, есть некоторые процессы, которые более или менее объективно приводят к плохим результатам. Я рассмотрел некоторые из них ниже:

1. Нестабильная исходная микроструктура. Под несогласованностью я подразумеваю как внутри стали, так и между разными ножами.Это особенно важно для мастеров по ковке лезвий, которые будут иметь целый ряд различных микроструктур в кованом ноже. Сталь должна быть нормализована и отожжена последовательным методом, чтобы обеспечить однородность зернистой структуры и готовность карбидной структуры к окончательной термообработке. Если микроструктура меняется от ножа к ножу, то и реакция на термообработку будет меняться. Другими словами, будут различия в твердости, ударной вязкости и т. д., даже если окончательная термообработка выполняется последовательно.Об отжиге вы можете прочитать в этих статьях: Часть 1 и Часть 2.

2. Недостаточная температура/время во время аустенизации. Если сталь недостаточно аустенизирована, перед закалкой может остаться феррит. Феррит мягкий и пластичный, поэтому сталь не достигнет полной твердости, и феррит уменьшит прочность. Даже при полном превращении в аустенит необходимо растворить достаточное количество карбида, чтобы иметь углерод в растворе для достижения желаемой твердости. Недостаточная температура/время во время аустенизации чаще всего встречается при термообработке на глаз с помощью горна или горелки.Вот почему кузнецы часто проверяют свои термообработанные лезвия напильником, потому что, если сталь легко режется напильником, это означает, что они не полностью аустенитизировались. Твердость, вероятно, будет ниже 50 Rc, если все еще присутствует феррит.

3. Слишком высокая температура/время во время аустенизации. Если сталь перегревается, одним из вероятных результатов является рост зерна. Крупные зерна приводят к плохой ударной вязкости. Другой проблемой является слишком много углерода в растворе, что приводит к образованию хрупкого «пластинчатого мартенсита».Еще одна потенциальная проблема — избыточный остаточный аустенит. Более высокие температуры аустенизации снижают температуру образования мартенсита, пока она не станет даже ниже комнатной температуры. В определенный момент даже криогенная обработка не может превратить весь аустенит в мартенсит. Избыток остаточного аустенита приводит к низкой прочности и твердости. Некоторые стали более чувствительны к переаустенитизации, чем другие. Простые стали на самом деле являются наиболее чувствительными, в них не так много карбидов, чтобы предотвратить рост зерна, а карбиды легко растворяются в растворе с высоким содержанием углерода.Мы наблюдали значительное падение ударной вязкости как с 5160, так и с CruForgeV, даже при температурах, рекомендуемых в спецификациях термообработки. См. ниже, где аустенизация CruForgeV при 1550°F, а не 1450-1500°F, привела к поглощению менее 2 футо-фунтов энергии при испытании на ударную вязкость. Спецификация рекомендует 1500-1550°F.

Простые стали, такие как 1080/1084, имеют самый узкий диапазон для оптимального сочетания температуры и времени с точки зрения твердости и ударной вязкости. Но эти стали, скорее всего, будут использоваться начинающими кузнецами для термообработки на глаз в кузнице.«Плохая» термическая обработка встречается относительно часто. Магнит может помочь определить, когда сталь находится в приблизительном температурном диапазоне, но это не точно, как объясняется здесь.

4. Во время операций при высоких температурах сталь образует окалину и теряет углерод в кислород, что называется обезуглероживанием. В частности, высоколегированные стали необходимо защищать от кислорода, например, с помощью термообрабатывающей фольги, поскольку требуемые температуры аустенизации высоки. Без защиты от кислорода сталь может потерять углерод на значительной глубине в стали, что приводит к низкой твердости и плохим характеристикам.Также можно использовать высокотемпературные жидкие покрытия, такие как ATP-641 или Turco. Жидкие покрытия против накипи особенно полезны для сталей, требующих закалки в масле, поскольку перед этим не нужно удалять фольгу. Еще проще использовать соляные горшки, хотя они и дороже. Однако соляные горшки становятся все более доступными для производителей ножей.

5. Недостаточная скорость закалки после аустенизации. Разные стали требуют разной скорости закалки для достижения полной твердости.Некоторые стали можно просто оставить на воздухе, и они полностью затвердеют, другим для полного затвердевания требуется очень быстрая закалка в масле или даже закалка в воде. При слишком медленном охлаждении вместо желаемого твердого мартенсита будут образовываться мягкие фазы, такие как феррит или перлит. Эти фазы снижают прочность стали. Некоторые легирующие элементы, такие как марганец, хром и молибден, подавляют образование феррита или перлита, поэтому возможны более низкие скорости охлаждения. Требуемая скорость охлаждения для данной стали называется ее «прокаливаемостью», о которой я писал в этой статье.Карбиды также могут образовываться по границам зерен при медленном охлаждении, и эти карбиды снижают ударную вязкость. Стали с высокой прокаливаемостью, способные охлаждаться на воздухе и полностью закаляться, называются «воздушными», стали средней прокаливаемости, предназначенные для закалки в масле, — «масляными», а стали с низкой прокаливаемостью — «водяными». Ниже показана зависимость твердости от скорости охлаждения для стали, закаляемой в воде, масле и на воздухе, где видно, что для полной закалки стали, закаливаемой в воде, необходимы гораздо более высокие скорости охлаждения.

Требуемая скорость охлаждения также зависит от аустенитизирующей обработки, обычно более высокие температуры аустенизации приводят к более высокой прокаливаемости и более медленной закалке. Это наиболее важно для сталей с низкой прокаливаемостью, таких как 1095 и W2, где недостаточная аустенизация может привести к появлению мягких участков после закалки. Это уравновешивает аустенитизацию при слишком высокой температуре по причинам, описанным в пункте 3. Существует множество доступных закалочных масел, включая ряд различных масел.Лучше всего подходит масло, предназначенное для закалки, и его необходимо выбирать, исходя из скорости. «Быстрое» масло может быть почти таким же быстрым, как вода, в то время как среднее или медленное масло обеспечивает меньшую деформацию и риск растрескивания для сталей с более высокой прокаливаемостью. Некоторые производители ножей пытаются использовать менее дорогие масла, такие как рапсовое, и хотя они могут работать, они могут быть не оптимальными для определенных сталей, и масло в конечном итоге испортится и перестанет работать хорошо.

6. Слишком быстрое гашение. Также возможна слишком быстрая закалка, так как это может привести к «трещинам закалки», деформации и другим проблемам.Это особенно проблема с толстыми деталями или сложными формами. Поверхность охлаждается быстрее, чем сердцевина, а различия в размерах изменяются из-за колебаний температуры и превращений (более холодные области сначала превращаются в мартенсит), что приводит к напряжениям в лезвии. Очевидно, что если эти напряжения достигают точки образования трещин в лезвии, это слабые места.

7. Недостаточный отпуск. Если сталь не подвергалась отпуску при достаточно высокой температуре или в течение достаточного времени, сталь не будет такой прочной, как могла бы быть.Требуемая температура отпуска зависит от стали и предварительной процедуры аустенизации и закалки. Для многих сталей наблюдается относительно постепенное снижение твердости в сочетании с соответствующим увеличением ударной вязкости. Мы протестировали ударную вязкость нескольких сталей с температурой отпуска всего 300°F, которые имели хорошую ударную вязкость, таких как AEB-L. Для некоторых сталей существует температура отпуска, ниже которой происходит относительно резкое падение ударной вязкости. При исследовании ударной вязкости сплава 5160 мы обнаружили, что отпуск при температуре 375°F приводит к очень высокой ударной вязкости, но при температуре 350°F прочность снижается более чем вдвое.

8. Слишком сильный отпуск. На приведенной выше диаграмме для сплава 5160 видно небольшое падение ударной вязкости при использовании температуры отпуска 450°F, а не 400°F. Может показаться, что это не имеет большого значения, но твердость также была снижена за счет более высокого отпуска, поэтому в целом соотношение между твердостью и вязкостью было снижено. Этот эффект называется «мартенситным охрупчиванием после отпуска» (TME), когда ударная вязкость снижается при отпуске примерно в диапазоне 450-650°F. Закалка в диапазоне температур TME относительно распространена среди производителей ножей, и хотя она может привести или не привести к легким поломкам, она не идеальна, и ее следует избегать.Подробнее об охрупчивании отпущенного мартенсита читайте здесь.

Некоторые стали менее склонны к TME, такие как стали, легированные кремнием, и высоколегированные стали, включая большинство инструментальных сталей с воздушной закалкой. Эти стали могут быть отпущены до 500 или даже 600°F без охрупчивания. Ниже показана зависимость отпуска от ударной вязкости для инструментальной стали A2 (высоколегированная) и O1 (низколегированная), где видно, что максимальная ударная вязкость достигается при температуре отпуска около 500°F с A2, демонстрируя подавление TME до несколько более высокой температуры. .

9. Недостаточно циклов отпуска. Как упоминалось в случае плохой термической обработки 3 (сверхаустенитизация), некоторое количество аустенита часто сохраняется после закалки. При отпуске этот аустенит дестабилизируется и превращается в мартенсит при охлаждении до комнатной температуры. Затем этот новый мартенсит «неотпускается», и требуется еще один цикл отпуска, чтобы хрупкий мартенсит не попал в последний нож. Большинству сталей требуется как минимум два цикла отпуска с охлаждением до комнатной температуры между ними.Некоторым сталям требуется больше циклов отпуска, особенно если они содержат много аустенита, который трансформируется во время отпуска, например, в некоторых быстрорежущих сталях.

Набор опций в рамках «Хорошей» термообработки

Если избежать всех вышеперечисленных проблем (и других, которые я не упомянул или забыл), мы имеем то, что я бы назвал «хорошей» термообработкой. Многие производители ножей проводят хорошую термическую обработку. Использование хорошо контролируемой печи для аустенизации, закалки в хорошей среде и правильного отпуска в большинстве случаев может привести к хорошей термической обработке.Особенно при соблюдении рекомендаций в паспорте стали, в котором указаны рекомендуемые диапазоны температур. Однако в рамках хорошей термической обработки существует множество приемлемых комбинаций параметров и обработки. Каковы лучшие комбинации? Как различные параметры влияют на различные свойства?

Твердость и прочность

Твердость – это мера прочности. Более высокая твердость означает лучшее сопротивление качению, особенно на тонких кромках.Узнайте о важности прочности тонких кромок в этой статье об устойчивости кромок. Есть некоторые исключения из этого общего правила, когда мера прочности, называемая «пределом текучести», не полностью коррелирует с твердостью. О том, что означает твердость, а что нет, я написал в этой статье. Один случай с избыточным остаточным аустенитом, где даже при той же твердости предел текучести может быть ниже:

Твердость и ударная вязкость

Прочность стали в значительной степени зависит от ее твердости.Как правило, более высокая твердость означает более низкую ударную вязкость. Таким образом, выбор целевой твердости для ножа часто является балансом между твердостью (прочность; сопротивление качению) и ударной вязкостью (сопротивление выкрашиванию). Ниже показана зависимость твердости от ударной вязкости стали CruForgeV. Он также показывает испытание на ударную вязкость как в «продольном», так и в «поперечном» направлении. О том, что означает это направление, читайте в этой статье.

Твердость и устойчивость края

Более высокая твердость означает лучшее сохранение режущей кромки.Сохранение режущей кромки обычно хорошо коррелирует с износостойкостью. Более высокая твердость означает лучшую износостойкость, точно так же, как мягкие материалы легче поцарапать. Прочтите о параметрах, которые контролируют удержание кромки, в моих статьях об испытаниях удержания кромки CATRA, часть 1 и часть 2. Удержание кромки реза улучшается примерно на 5-10% на 1 Rc для данной стали. Испытания на перерезание каната показывают результаты, аналогичные испытаниям CATRA. Уэйн Годдард также обнаружил аналогичное увеличение удержания края с увеличением твердости в своих тестах на перерезание веревки.

Твердость и параметры термообработки

Более высокая твердость достигается двумя основными методами: более высокой температурой аустенизации или более низкой температурой отпуска. Для заданной заданной твердости существует ряд комбинаций температур аустенитизации-отпуска. Лучше ли проводить аустенизацию при более высокой температуре в сочетании с более высокой температурой отпуска? Или использовать более низкую температуру аустенизации в сочетании с более низкой температурой отпуска? Это зависит от целевой твердости и рассматриваемой стали.В общем, более низкая температура аустенизации лучше влияет на ударную вязкость, потому что размер зерна меньше и в растворе меньше углерода. См. приведенную ниже диаграмму зависимости ударной вязкости от температуры аустенизации K390, все отпущены до одинаковой твердости:

Тем не менее, есть некоторые исключения из общего правила: чем меньше аустенитизация, тем лучше. В некоторых случаях лучше всего позволить стали сообщить вам, где у нее наилучшее сочетание твердости и ударной вязкости, например, мы обнаружили при испытании стали 52100, где пик ударной вязкости был обнаружен при температуре аустенизации 1500-1525°F.Использование этого температурного диапазона с 52100 приводит к более высокой твердости и ударной вязкости, чем аустенизация в диапазоне 1450-1475°F.

Испытания на термообработку стали 52100

Термическая обработка и коррозионная стойкость

Однако есть и другие факторы, помимо прочности. Более высокие температуры аустенизации приводят к большему растворению карбида хрома, что переводит хром «в раствор» для повышения коррозионной стойкости. Следовательно, для нержавеющих сталей выбор термообработки также определяется коррозионной стойкостью.Добавление коррозионной стойкости в качестве еще одного важного фактора может усложнить разработку сбалансированной термообработки для нержавеющих сталей.

Низкотемпературный и высокотемпературный отпуск

Высоколегированные стали, такие как инструментальные стали с воздушной закалкой и нержавеющие стали, могут подвергаться отпуску в двух основных диапазонах: низкотемпературном стандартном диапазоне (<750°F) и высокотемпературном диапазоне «вторичной закалки» (850-1150°F). Ниже показана зависимость твердости от температуры отпуска для быстрорежущих сталей с большим количеством вторичной закалки.

Применение вторичной закалки обеспечивает «горячую твердость», чтобы твердость не терялась при высоких температурах. Сталь можно нагреть до температуры чуть ниже исходной температуры отпуска и не потерять твердость при охлаждении до комнатной температуры. Следовательно, когда твердость достигается в диапазоне высокотемпературного отпуска, сталь гораздо более устойчива к размягчению, например, при шлифовальных операциях.

Использование низкотемпературного или высокотемпературного отпуска может привести к одинаковым сочетаниям твердости и ударной вязкости.Тем не менее, есть определенные случаи, когда низкотемпературный отпуск привел к превосходной ударной вязкости, например, при испытании Z-Wear (CPM CruWear), которое мы провели:

Коррозионная стойкость и температура отпуска

Коррозионная стойкость также является фактором при выборе между верхним и нижним диапазонами температур отпуска. Отпуск в диапазоне высоких температур приводит к образованию очень мелких карбидов хрома, снижающих коррозионную стойкость. Поэтому для нержавеющих сталей обычно рекомендуется диапазон низких температур.См. ниже зависимость скорости коррозии от температуры отпуска для 440°C, S90V и S110V (чем ниже, тем лучше).

Холодная обработка стали

Для уменьшения остаточного аустенита сталь может подвергаться холодной обработке, например, жидким азотом или сухим льдом. Это увеличивает прочность и твердость. Остаточный аустенит пластичен и повышает ударную вязкость (см. график ударной вязкости 52100), но снижает предел текучести, а также существует вероятность того, что аустенит превращается в мартенсит без отпуска во время использования.Есть некоторые исследования, показывающие, что криогенная обработка увеличивает износостойкость, но мой обзор исследований показал, что результаты не очень убедительны, за исключением увеличения твердости. И исследование CATRA на 154CM не показало улучшения крио с тестом удержания края.

Многократная закалка и термоциклирование

Некоторые производители ножей выполняют несколько циклов аустенизации и закалки, пытаясь уменьшить размер зерна для улучшения свойств. Наши собственные тесты с многократной закалкой были неоднозначными: не было улучшений с CruForgeV, небольшое улучшение с AEB-L и отсутствие улучшений с A2.В целом, я не видел случая, когда бы это привело к значительному повышению прочности. Возможно, это более важно у кузнецов-клинков, которые взорвали размер зерна при ковке.

Бейнит

Некоторые исследования показали, что термическая обработка стали для получения бейнитной структуры вместо мартенситной приводит к повышению ударной вязкости. Изучив литературу, я не уверен, что это верно во всех случаях. Тем не менее, мы надеемся, что впереди еще больше исследований прочности.

Дифференциальная термообработка

Некоторые производители ножей проводят дифференциальную термическую обработку, чтобы получить мягкую спинку и твердую кромку. Это сделано для повышения общей прочности ножа, даже если лезвие остается прежним. Раньше я мало писал о дифференциальной термической обработке, но это еще один пример того, как различная термообработка приводит к разным наборам свойств.

Супертермическая обработка

Некоторые производители ножей известны своей «супер», «отличной» или даже «легендарной» термообработкой.Трудно оценить, насколько это легенда, а сколько правда. Определенно могут быть большие различия между хорошей термической обработкой и «плохой» термической обработкой, обсуждавшейся в начале этой статьи. Но разработать термообработку, которая приводит к улучшению более чем на 10-20% в любой данной категории для данной твердости, очень сложно. Для этого может потребоваться компромисс с другими свойствами. Металлурги тратят много времени на оптимизацию термической обработки, и маловероятно, что случайный ножедел вывел что-то за рамки стандартных исследований.Без количественного тестирования и сравнений я бы нашел значительное улучшение очень сомнительным. В то время как многие производители ножей проводят очень хорошую термическую обработку, я бы скептически отнесся к любым заявлениям о том, что термическая обработка ножевого мастера на голову выше остальных. Однако при сравнении с «плохой» термической обработкой, производителями ножей или ножевыми компаниями, которые срезают углы, могут быть большие различия.

Вариабельность термообработки

Спецификации стали Crucible, Uddeholm, Bohler и Carpenter обычно показывают целевой состав, а не допустимые диапазоны для каждого элемента.Невозможно каждый раз добиваться точной композиции. Даже если результирующая вариация композиции будет почти идеальной, некоторый диапазон все равно будет, просто он будет в более узком масштабе. Следовательно, даже в пределах одной и той же марки стали существует диапазон реакции на термическую обработку. Одна партия может давать 61,2 Rc, а другая 60,5 Rc, даже если термообработка проводится точно таким же способом.

Существует также вариабельность термической обработки. Ни одна печь не идеально поддерживает точную температуру, есть диапазон.И требуется некоторое время, чтобы печь «установилась» на заданную температуру. Внутри печи есть различия, где задний угол может быть холоднее или горячее, чем там, где термопара считывает температуру. В крупных промышленных процессах термообработки используются большие печи, которые собираются загружать как можно ближе к максимальной мощности. Определенно существуют некоторые колебания температуры внутри печи, а также колебания температуры на протяжении всего процесса. Ножильщики, занимающиеся термообработкой в ​​домашних условиях, обычно производят небольшие партии или даже один нож за раз.Но ни один человек не будет держать сталь при температуре точно такое же количество времени или закаливать точно таким же образом. Ножи бывают разных размеров и толщины, что меняет скорость нагрева и скорость охлаждения ножа. Сердцевина ножа будет меньше времени находиться при пиковой температуре и медленнее охлаждаться при закалке. Вариативность еще больше, когда речь идет о кузнецах, которые проводят термообработку на глаз.

В заключение, из-за этих и других факторов, как правило, невозможно проводить термическую обработку каждого ножа, чтобы каждый раз иметь одни и те же свойства.Там будет некоторая изменчивость в конечной производительности. Обычно (надеюсь) это достаточно узкий диапазон, так что это не имеет значения.

Сталь, термообработка и геометрия кромок

Переход на другую сталь приводит к большей разнице в свойствах стали, чем улучшение термической обработки. Ряд свойств может быть получен путем модификации термической обработки одной стали.

Прочность

Однако использование «твердой» стали обеспечит гораздо большую ударную вязкость, чем термообработка высокоизносостойкой стали, ориентированная на ударную вязкость.Ниже показана зависимость ударной вязкости от твердости для нескольких сталей Uddeholm. Представьте, что вы производите нож из сплава Vanadis 8 (10 В, эквивалент K390) по цене 60 Rc, но вы заметили микросколы на предполагаемом ноже. Снижение до 58 или даже 56 Rc обеспечило бы увеличение прочности. Однако 56 Rc Vanadis 8 не уступает по прочности 62.5 Rc Vanadis 4 Extra. И использование Vanadis 8 с такой низкой твердостью может привести к проблемам с прочностью. Переход на Vanadis 4 Extra с той же твердостью обеспечит большее увеличение прочности, сохраняя при этом ту же прочность, что и Vanadis 8, который вы использовали раньше.Меньшее количество карбида в Vanadis 4 Extra обеспечивает лучшую ударную вязкость, чем Vanadis 8, при той же твердости. В этой статье я показал микрофотографии для ряда ножевых сталей и обсудил, как карбид влияет на потенциальную ударную вязкость.

Сохранение края

Аналогичные принципы применяются, когда речь идет об удержании кромки и износостойкости. Переход к более высокой твердости обеспечит лучшее удержание края. Однако удержание режущей кромки можно значительно улучшить, используя сталь с большим содержанием карбида и/или более твердого карбида.Ниже показана зависимость износостойкости от твердости для нескольких сталей, проверенная сталью Карпентера, где вы можете видеть, что переход на сталь с более высокой износостойкостью более эффективен, чем увеличение твердости (чем ниже, тем лучше):

Аналогичные различия наблюдаются в испытаниях на удержание режущей кромки CATRA и каната.

Геометрия краев

Даже больший эффект, чем выбор стали и термическая обработка, имеет геометрия кромки. Более тонкая и острая кромка режет лучше и дольше, чем более толстая и тупая.Ниже показано количество обрезанного картона в тесте CATRA для ряда сталей в зависимости от угла кромки. При угле 25° на каждую сторону (всего 50° на участке) максимальное удержание края составляет около 200 мм. Использование 15° с каждой стороны обеспечивает резку картона на 200 мм даже для сталей с очень низкой износостойкостью и до 800 мм для сталей с высокой износостойкостью. Подобные эффекты можно увидеть с постоянным углом, но более тонким за краем.

Те же самые принципы применяются в обратном порядке, когда речь идет о прочности и ударной вязкости кромок.Более толстые и тупые края гораздо труднее деформировать или отколоть.

Геометрия лезвия является наиболее важной частью конструкции ножа, и самая лучшая комбинация стали и термической обработки не может ее заменить. Проектирование может быть итеративным процессом, геометрия частично определяется конечной целью, но также и пределами стали. Превосходный выбор стали и термическая обработка могут позволить использовать более тонкую геометрию кромки для данного применения для повышения производительности резания. Улучшение только стали или термической обработки без изменения геометрии даст меньшую пользу.

Затачиваемость

Использование тонкой геометрии также облегчает заточку, поскольку требуется удалить меньше материала. Однако выбор стали и термообработка также влияют на легкость заточки. Более высокая твердость означает большую износостойкость, поэтому удаление материала занимает больше времени. Однако сталь с низкой твердостью не достигает такого же уровня остроты из-за увеличения шероховатости кромки. Сталь с низкой твердостью и сталь с избыточным содержанием остаточного аустенита склонны к образованию заусенцев, особенно на тонких кромках.Твердая сталь с меньшей вероятностью образует большие заусенцы, хотя, если сталь хрупкая, микровыкрашивание может стать проблемой при заточке тонких кромок.

Резюме и заключение

По причинам, изложенным выше, я думаю, что многие производители ножей имеют репутацию производителей превосходной термической обработки, благодаря превосходному дизайну и исполнению ножей. В конце концов, то, что видит покупатель, — это нож, который хорошо режет, приятно ощущается и прекрасно точится. Это не означает, что у производителя ножей не очень хорошая термическая обработка, но конечные пользователи менее склонны замечать термическую обработку, которая немного лучше другой, в отличие от ножа с превосходным дизайном и геометрией лезвия.Однако, когда дело доходит до «плохой» термической обработки с неправильно термообработанными лезвиями, которые становятся мягкими, ломкими и т. д., конечный пользователь заметит это. Работа производителя ножей или ножевой компании заключается в том, чтобы убедиться, что они выбирают правильную сталь, правильно ее термообрабатывают и оптимизируют ее свойства для конструкции ножа. И спроектировать геометрию кромки вокруг пределов стали и для предполагаемого использования и конечного пользователя.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *