Закалка и отпуск стали: Страница не найдена — Elsvarkin.ru

alexxlab | 09.12.1989 | 0 | Разное

Содержание

Закалка и отпуск стали |

Целью закалки и отпуска стали является повышение твер­дости и прочности. Закалка и отпуск стали необходимы для очень многих деталей и изделий. Закалка основана на перекристаллиза­ции при нагреве и предотвращении перехода аустенита в перлит путем быстрого охлаждения. Закаленная сталь имеет неравновесную структуру  мартенсита,  троостита  или  сорбита.

Чаще всего сталь резко охлаждают на мартенсит. Для смягче­ния действия закалки сталь отпускают, нагревая до температуры ниже точки А1. При отпуске структура стали из мартенсита закалки переходит  мартенсит  отпуска,  троостит отпуска,  сорбит отпуска.

Закалка стали. Температура нагрева стали при закалке та же, что и при полном отжиге: для доэвтектоидной стали на 30—50 °С выше точки Ас3, для заэвтектоидной — на 30—50° выше точки 1. При нагреве доэвтектоидной стали до температуры между точ­ками Ас1и Ac3(неполная закалка) в структуре быстро охлажденной стали наряду с закаленными участками будет присутствовать нерастворенный при нагреве (в аустените) феррит, резко снижающий твердость и прочность. Поэтому для доэвтектоидной стали обяза­тельна полная закалка с нагревом выше точки

Ас3.

В заэвтектоидной стали избыточной фазой является цементит, который по твердости не уступает мартенситу и даже превосходит его, поэтому сталь достаточно нагреть на 30—50 °С выше точки Ас1.

Нагревать заготовки, особенно крупные, нужно постепенно во избежание местных напряжений и трещин, а время выдержки на­гретых заготовок должно быть достаточным, чтобы переход в струк­туру аустенита полностью завершился.

Скорость охлаждения заготовок при закалке должна быть такой, чтобы получить заданную структуру. Критическая скорость за­калки изменяется в широких пределах в зависимости от наличия легирующих компонентов в стали. Для простых сплавов железо—углерод эта скорость очень высока. Присутствие в стали кремния и марганца облегчает закалку на мартенсит, так как для такой стали С-образные кривые на диаграмме изотермического пре­вращения аустенита будут сдвинуты вправо и критическая скорость закалки понижается.

Наиболее распространено охлаждение заготовок погружением их в воду, в щелочные растворы воды, в масло, расплавленные соли и т. д. При этом сталь закаливается на мартенсит или на бейнит.

При закалке применяют различные способы охлаждения в зави­симости от марки стали, формы и размеров заготовки.

Простую закалку в одном охладителе (чаще всего в воде или вод­ных растворах) выполняют, погружая в него заготовки до полного охлаждения. На рис. 1 режим охлаждения при такой закалке ха­рактеризует кривая 1. Для получения наибольшей глубины закален­ного слоя применяют охлаждение при интенсивном обрызгивании. Прерывистой закалкой называют такую, при которой заготовку охлаждают последовательно в двух средах: первая среда — охлаж­дающая жидкость (обычно вода), вторая — воздух или масло (см. кривую

2 на рис. 1). Резкость такой закалки меньше, чем пре­дыдущей.

При ступенчатой закалке заготовку быстро погружают в соляной расплав  и  охлаждают до температуры  несколько  выше Мн. Выдержка обеспечивает выравнивание температуры от по­верхности к сердцевине заготовки, что уменьшает напряжения, воз­никающие при мартенситном превращении; затем заготовку охлаж­дают на воздухе (кривая 3 на рис. 1).

Изотермическая закалка (закалка в горячих средах) основана на изотермическом распаде аустенита. Охлаждение ведется до температуры несколько выше начала мартенситного превращения (200—300 °С) в зависимости от марки стали. В качестве охладителя используют соленые расплавы или масло, нагретое до 200—250 °С. При температуре горячей ванны заготовка выдерживается продол­жительное время, пока пройдет инкубационный период и период превращения аустенита (кривая

4 на рис. 1). В результате полу­чается структура бейнита, по твердости близкая к мартенситу, но более вязкая и пластичная. Последующее охлаждение производится на воздухе.

При изотермической закалке вначале требуется быстрое охлаж­дение со скоростью не менее критической, чтобы избежать распад аустенита. Следовательно, по этому методу можно закаливать лишь небольшие (диаметром примерно до 8 мм) заготовки из углеро­дистой стали, так как массивные заготовки не удается быстро ох­ладить. Это не относится однако к легированным сталям, большин­ство марок которых имеют значительно меньшие критические ско­рости закалки. Большим преимуществом изотермической закалки является возможность рихтовки (выправления искривлений) за­готовок во время инкубационного периода превращения аустенита (который длится несколько минут), когда сталь еще пластична.

Закалка при помощи газовой горелки. Кислородно-ацетиленовое пламя газовой горелки с темпера­турой около 3200 °С направляется на поверхность закаливаемой заготовки и быстро нагревает ее поверхностный слой до температуры выше критической. Вслед за горелкой перемещается трубка, из ко­торой на поверхность заготовки направляется струя воды, закали­вая нагретый слой. Этот способ применяется для изделий с большой поверхностью (например, для про­катных валков, зубьев больших шестерен и т. д.).

Обработка холодом. Этот метод применяется для повышения твердости стали путем перевода остаточного аустенита закаленной стали в мартенсит. Холодом обрабатывают углеродистую сталь, содержащую больше 0,5 % С, у которой температура конца мартенситного превращения находится ниже 00 С, а также ле­гированную сталь (например, быстрорежущую).

Отпуск стали. Отпуск смягчает действие закалки, снимает или уменьшает остаточные напряжения, повышает вязкость, уменьшает твердость и хрупкость стали. Отпуск производится путем нагрева заготовок до температуры ниже критической; при этом в зависимости от температуры могут быть получены структуры мартенсита, троостита или сорбита отпуска.

При низком отпуске (нагрев до температуры 150—200 °С) в струк­туре стали в основном остается мартенсит, который однако имеет другую решетку, как сказано выше. Кроме того, начинается выде­ление карбидов железа из пересыщенного твердого раствора угле­рода в a-железе и начальное скопление их небольшими группами. Это влечет за собой некоторое уменьшение твердости и увеличение вязкости стали, а также уменьшение внутренних напряжений в за­готовках. Для низкого отпуска, заготовки выдерживают в течение определенного времени обычно в масляных или солевых ваннах. Если для низкого отпуска заготовки нагревают в атмосфере воздуха, то для контроля температуры часто пользуются цветами побежа­лости, появляющимися на зачищенной поверхности заготовки. Появление этих цветов связано с интерференцией белого цвета в плен­ках оксида железа, возникающих на поверхности заготовки при ее нагреве. Для углеродистой стали в интервале температур от 220 до 330 °С в зависимости от толщины пленки цвет изменяется от светло-желтого до серого. Для легированной стали соответствующие температуры выше. Низ­кий отпуск применяют для режу­щего инструмента из углеродистых и легированных сталей, измеритель­ного инструмента, цементированных заготовок, а также других изделий, работающих в условиях трения на износ.

При среднем (нагрев в пределах 300—500 °С) и высоком (500—700 °С) отпуске структура мартенсита пе­реходит соответственно в структуру троостита или сорбита. Чем выше температура отпуска, тем меньше твердость   отпущенной  стали   и тем больше ее вязкость. При высоком отпуске сталь получает наилучшее сочетание механи­ческих свойств: повышенные прочность, вязкость и пластичность; поэтому закалку на мартенсит с последующим высоким отпуском называют улучшением стали. Средний отпуск применяют при про­изводстве кузнечных штампов, пружин, рессор, а высокий—для многих деталей, подверженных действию высоких напряжений (на­пример, осей автомобилей, шатунов двигателей).

4.2. Закалка и отпуск стали

Превращения в стали при охлаждении; При медленном охлаж­дении стали образуются структуры, соответствующие диаграмме Fe-Fe3C. Вначале происходит выделение феррита (в доэвтектоидныхсталях) или вторичного цементита (в заэвтектоидных сталях), а затем происходит превращение аустенита в перлит. Это превращение заключается в распаде аустенита на феррит, почти не содержащий углерода и цементит, содержащий 6,67%C. Поэтому превращение сопровождается диффузией, перераспределением углерода. Диффузи­онные процессы происходят в течение некоторого времени, причем скорость диффузии резко падает с понижением температуры.

Обычно изучают изотермическое превращение аустенита (проис­ходящее при выдержке при постоянной температуре) для эвтектоидной стали. Влияние температуры на скорость и характер превращения пред­ставляют в виде диаграммы изотермического превращения аустенита (рис.16). Диафамма строится в координатах температура — логарифм времени. Выше температуры 727°C на диаграмме находится область устойчивого аустенита. Ниже этой температуры аустенит является неустойчивым и превращается в другие структуры. Первая C- образ­ная кривая на диафамме соответствует началу превращения аустени­та, а вторая — его завершению. При небольшом переохлаждении — приблизительно до 550°C происходит упомянутое выше диффузион­ное

перлитное превращение. В зависимости от степени переохлаж­дения образуются структуры, называемые перлит, сорбит и трос­тит. Это структуры одного типа — механические смеси феррита и цементита, имеющие пластинчатое строение. Отличаются они лишь степенью дисперсности, т.е. толщиной пластинок феррита и цемен­тита. Наиболее крупнодисперсная структура — перлит, наиболее мелкодисперсная — тростит. При переохлаждении аустенита при­близительно ниже 240°C скорость диффузии падает почти до нуля и происходит бездиффузионное
мартенситное
превращение. Образу­ется мартенсит — пересыщенный твердый раствор углерода в аа-железе. Мартенсит имеет ту же концентрацию углерода, что и ис­ходный аустенит. Из-за высокой пересыщенности углеродом решетка мартенсита сильно искажается, благодаря чему мартенсит имеет высокую твердость (до HRC 65). Горизонтальная линия Ми диаграм-мЧл соответствует началу превращения аустенита в мартенсит, а ли­ния Мк — завершению этого процесса.

Рис 16. Диаграмма изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали (схема).

В диапазоне температур от мартенситного до перлитного пре­вращения происходитпромежуточное

превращение и образуется структура, называемаябейнит.

Закалка — это вид термической обработки, состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке и последующем быстром охлаждении. В результате закалки повышается твердость и прочность, но снижается вязкость и пластичность. Нагрев стали про­изводится на 30-50°C выше линии GSK диаграммы Fe-Fe3C. В доэвтектоидных сталях нагрев выше линии GS необходим для того, чтобы после закалки в структуре не было мягких ферритных включений. Для заэвтектоидных сталей применяется нагрев выше линии SK, так как присутствие цементита не снижает твердость стали.

Обычно в результате закалки образуется мартенситная структура. Поэтому охлаждать сталь следует с такой скоростью, чтобы кривая охлаждения не пересекала С- образные кривые диаграммы изотер­мического превращения аустенита (рис.16). Для достижения высо­кой скорости охлаждения закаливаемые детали погружают в воду(для углеродистых сталей) или минеральные масла (для легирован­ных сталей).

Способность стали закаливаться на мартенсит называется закаливаемостью. Она характеризуется значением твердости, приобретаемой сталью после закалки и зависит от содержания углерода. Стали с низким содержанием углерода (до 0,3%) практически не закаливаются и закалка для них не применяется.

Прокаливаемостью называется глубина проникновения закален­ной зоны. Отсутствие сквозной прокаливаемости объясняется тем, что при охлаждении сердцевина остывает медленнее, чем поверх­ность. Прокаливаемость характеризуеткритический диаметр Dкр, т.е. максимальный диаметр детали цилиндрического сечения*, кото­рая прокаливается насквозь в данном охладителе.

Отпуск стали — это вид термической обработки, следующий за закалкой и заключающийся в нагреве стали до определенной темпера­туры (ниже линии PSK), выдержке и охлаждении. Цель отпуска — получение более равновесной по сравнению с мартенситом структу­ры, снятие внутренних напряжений, повышение вязкости и пластич­ности. Различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпуск проводится при температуре 150-200°С. В ре­зультате снимаются внутренние напряжения, происходит некотороеувеличение пластичности и вязкости без заметного снижения твер­дости. Образуется структура мартенсит отпуска. Низкому отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент, а также детали,которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью.

При среднем отпуске производится нагрев до 350-450°С. Приэтом происходит некоторое снижение твердости при значительном увеличении предела упругости и улучшении сопротивляемости дей­ствию ударных нагрузок. Структура стали представляет собой трос­тит отпуска, который имеет зернистое, а не пластинчатое строение. Применяется для пружин, рессор, ударного инструмента.

Высокий отпуск проводится при 550-650°С. В результате твер­дость и прочность снижаются значительно, но сильно возрастают вязкость и пластичность и получается оптимальное для конструкци­онных сталей сочетание механических свойств. Структура стали — сорбит отпуска с зернистым строением цементита. Применяется для деталей, подвергающихся действию высоких нагрузок. Термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называетсяулучшением. Она является основным видом обработки конструкци­онных сталей.

Закалка и отпуск стали

Превращения в стали при охлаждении. При медленном охлаждении стали образуются структуры, соответствующие диаграмме Fe-Fe3C. Вначале происходит выделение феррита (в доэвтектоидных статях) или вторичного цементита (в заэвтектоидных сталях), а затем происходит превращение аустенита в перлит. Это превращение заключается в распаде аустенита на феррит, почти не содержащий углерода и цементит, содержащий 6,67% С. Поэтому превращение сопровождается диффузией, перераспределением углерода. Диффузионные процессы происходят в течение некоторого времени, причем скорость диффузии резко падает с понижением температуры

Рис 12.2. Диаграмма изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали.

 

Обычно изучают изотермическое превращение аустенита (происходящее при выдержке при постоянной температуре) для эвтектоидиой стали. Влияние температуры на скорость и характер превращения представляют в виде диаграммы изотермического превращения аустенита (рис. 12.2). Диаграмма строится в координатах температура — логарифм времени. Выше температуры 727°С на диаграмме находится область устойчивою аустенита. Ниже этой температуры аустенит является неустойчивым и превращается в другие структуры. Первая С- образная кривая на диаграмме соответствует началу превращения аустенита, а вторая — её завершению. При небольшом переохлаждении — приблизительно до 550°С происходит упомянутое выше диффузионное перлитное превращение. В зависимости от степени переохлаждения образуются структуры, называемые перлит, сорбит и тростит. Это структуры одного типа — механические смеси феррита и цементита, имеющие пластинчатое строение. Отличаются они лишь степенью дисперсности, т.е. толщиной пластинок феррита и цементита. Наиболее крупнодисперсная структура — перлит, наиболее мелкодисперсная — тростит. При переохлаждении аустенита приблизительно ниже 240°С скорость диффузии падает почти до нуля и происходит бездиффузионное мартенситное превращение. Образуется мартенсит — пересыщенный твердый раствор углерода в аа-железе. Мартенсит имеет ту же концентрацию углерода, что и исходный аустенит. Из-за высокой пресыщенности углеродом решетка мартенсита сильно искажается, благодаря чему мартенсит имеет высокую твердость (до HRC 65). Горизонтальная линия Мк диаграммы соответствует началу превращения аустенита в мартенсит, а линия Мк — завершению этого процесса.

В диапазоне температур от мартенситного до перлитного превращения происходит промежуточное превращение и образуется структура, называемая бейнит.

Закалка — это вид термической обработки, состоящий в нагреве стали до определенной температуры, выдержке и последующем быстром охлаждении. В результате закалки повышается твердость и прочность, но снижается вязкость и пластичность. Нагрев стали производится на 30-50°С выше линии GSK диаграммы Fe-Fe3C. В доэвтектоидных сталях нагрев выше линии GS необходим для того, чтобы после закалки в структуре не было мягких ферритных включений. Для заэвтектоидных сталей применяется нагрев выше линии SK, так как присутствие цементита не снижает твердость стали.

Обычно в результате закалки образуется мартенситная структура. Поэтому охлаждать сталь следует с такой скоростью, чтобы кривая охлаждения не пересекала С – образные кривые диаграммы изотермического превращения аустенита (рис. 12.2). Для достижения высокой скорости охлаждения закаливаемые детали погружают в воду (для углеродистых сталей) или минеральные масла (для легированных сталей).

Способность стали закаливаться на мартенсит называется закаливаемостью. Она характеризуется значением твердости, приобретаемой сталью после закалки и зависит от содержания углерода. Стали с низким содержанием углерода (до 0,3%) практически не закаливаются и закалка для них не применяется.

Прокаливаемостьюназывается глубина проникновения закаленной зоны. Отсутствие сквозной прокаливаемости объясняется тем, что при охлаждении сердцевина остывает медленнее, чем поверхность. Прокаливаемость характеризует критический диаметр D, т. е. максимальный диаметр детали цилиндрического сечения, которая прокаливается насквозь в данном охладителе.

Отпуск стали — это вид термической обработки, следующий за закалкой и заключающийся в нагреве стали до определенной температуры (ниже линии PSK), выдержке и охлаждении. Цель отпуска — получение более равновесной по сравнению с мартенситом структуры, снятие внутренних напряжений, повышение вязкости и пластичности. Различают низкий, средний и высокий отпуск.

Низкий отпускпроводится при температуре 150-200°С. В результате снимаются внутренние напряжения, происходит некоторое увеличение пластичности и вязкости без заметного снижения твердости. Образуется структура мартенсит отпуска. Низкому отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент, а также детали, которые должны обладать высокой твердостью и износостойкостью.

Рис. 12.3 Мартенсит

 

При среднем отпускепроизводится нагрев до 350-450°С. При этом происходит некоторое снижение твердости при значительном увеличении предела упругости и улучшении сопротивляемости действию ударных нагрузок. Структура стали представляет собой троостит отпуска, который имеет зернистое, а не пластинчатое строение. Применяется для пружин, рессор, ударного инструмента.

 

Рис. 12.4 Троостит

 

Высокий отпускпроводится при 550-650°С. В результате твердость и прочность снижаются значительно, но сильно возрастают вязкость и пластичность и получается оптимальное для конструкционных сталей сочетание механических свойств. Структура стали — сорбит отпуска с зернистым строением цементита. Применяется для деталей, подвергающихся действию высоких нагрузок. Термическая обработка, состоящая из закалки и высокого отпуска, называется улучшением. Она является основным видом обработки конструкционных сталей

 

 

Рис. 12.5 Сорбит

Вопросы для самоконтроля.

1.Что такое термообработка стали?

2. Расскажите превращения в углеродистой стали при нагреве выше критической точкеАс1 (образование аустенита)

3. Расскажите превращения при медленном охлаждении стали (распад аустенита на перлит).

4. Что такое отжиг и какие виды отжига стали бывают?

 

Тест (работать с диаграммой Fe-Fe3C)/

1. При неполном отжиге заэвтектоидную сталь нагревают для получения структуры…

а) феррит + аустенит;

б) аустенит;

в) аустенит + цементит вторичный.

2. Цель отжига стали…

а) снижение твердости и повышение пластичности;

б) снижение твердости и пластичности;

в) повышение твердости и пластичности.

3 При отжиге сталь охлаждают…

а) медленно;

б) быстро;

в) на воздухе.

4. При нормализационном отжиге сталь нагревают…

а) выше линии PSK;

б) выше линии SE;

в) выше линии GSE.

5. При нормализационном отжиге сталь нагревают для получения структуры…

а) феррит + аустенит;

б) аустенит;

в) аустенит + цементит.

6.При нормализации углеродистую сталь охлаждают…

а) медленно;

б) быстро;

в) вместе с печью.

7. Структура стали, содержащей 0,4%С после отжига состоит из…

а) феррита и перлита;

б) перлита;

в) перлита и цементита.

8. Структура стали, содержащей 0,8%С после отжига состоит из…

а) феррита и перлита;

б) перлита;

в) перлита и цементита.

9.При нагреве доэвтектоидной стали выше 727оС образуется

а) аустенит + феррит;

б) аустенит;

в) аустенит + цементит.

10. При нагреве эвтектоидной стали выше 727о С образуется …

а) аустенит + феррит;

б) аустенит;

в) аустенит + цементит.

11. При нагреве заэвтектоидной стали выше 727о С образуется …

а) аустенит + феррит;

б) аустенит;

в) аустенит + цементит вторичный.

12. При нагреве стали со структурой перлит выше 727о С образуется …

а) аустенит + цементит;

б) феррит + аустенит;

в) аустенит.

 

 

Занятие 13. Термическая обработка: отжиг, закалка, отпуск стали. Технология, получаемые свойства.

 


Узнать еще:

Отпуск стали :: Технология металлов

Отпуском  называется операция термической обработки, сос­тоящая в нагреве закаленной стали до температуры ниже критичес­кой АC1, выдержке при этой температуре и последующем медленном или быстром охлаждении. Цель отпуска — устранить или умень­шить напряжения в стали, повысить вязкость и понизить твер­дость.

Отпуск является заключительной операцией термической обра­ботки, и правильное выполнение его в значительной степени опре­деляет качество готовой закаленной детали.

В зависимости от температуры нагрева различают низкий, сред­ний и высокий отпуск.

 

Низкий  отпуск  достигается нагревом до температуры 150—250° С, выдержкой при этой температуре и последующим ох­лаждением на воздухе. При выдержке во время отпуска в указанном интервале температур мартенсит закалки превращается в мартен­сит отпуска, при этом внутренние напряжения частично снимаются и остаточный аустенит превращается в мартенсит отпуска.

В результате низкого отпуска сталь сохраняет высокую твер­дость, а иногда твердость повышается за счет распада остаточного аустенита; устраняется закалочная хрупкость. Такой отпуск приме­няют для режущего инструмента и изделий, которым необходима высокая твердость. Превращение мартенсита закалки в мартенсит отпуска способствует стабилизации размеров детали, что необходи­мо для измерительного инструмента, изготовляемого из инструмен­тальной стали. Этому инструменту также дают низкий отпуск.

 

Средний  отпуск производят при 300—500° С. Твердость стали заметно понижается, вязкость увеличивается. Средний от­пуск применяют для пружин, рессор, а также инструмента, кото­рый должен иметь значительную прочность и упругость при средней твердости.

 

Высокий  отпуск происходит при 500—600° С, его ос­новное назначение — получить наибольшую вязкость при доста­точных пределах прочности и упругости стали. Применяют этот вид отпуска для деталей из конструкционных сталей, подвергающихся действию высоких напряжений, особенно при ударной нагрузке

Для деталей различных машин и станков обычно применяют термическую обработку, состоящую в закалке споследующим высо­ким отпуском при температуре, обеспечивающей получение сорбита отпуска и хорошего сочетания прочностных и пластических свойств.

Такая термическая обработка называется «улучшением стали».

Нагрев при отпуске можно производить в тех же печах, которые применяют для других видов термической обработки, но он требует более равномерной температуры и более точного контроля.

 

Источник:
Остапенко Н.Н.,Крапивницкий Н.Н. Технология металлов. М. Высшая школа,1970г.

Отпуск стали – Технарь

Отпуском называют такую операцию термической обработки, при которой закаленную сталь нагревают до температуры ниже критической точки Аспосле чего ее охлаждают.

В любой закаленной на мартенсит стали появляются не только высокая твердость и прочность, но и большие внутренние напряжения. Поэтому закаленная сталь очень хрупка и легко разрушается от ударных и изгибающих нагрузок. Для снятия внутренних напряжений и повышения вязкости закаленную сталь подвергают отпуску.

При отпуске закаленной стали сильно напряженный мартенсит, имеющий тетрагональную кристаллическую решетку, постепенно распадается на феррито-цементитную смесь и структура из неустойчивого состояния переходит в более равновесное, в результате чего внутренние напряжения уменьшаются. Эти превращения сопровождаются понижением твердости, повышением пластичности и ударной вязкости. Чем выше температура отпуска, тем полнее идет процесс распада мартенсита.

При низких температурах тетрагональный мартенсит переходит в отпущенный мартенсит, при более высоких — в троостит отпуска и затем в сорбит отпуска. Такие изменения в структуре закаленной стали вызывают изменение ее физико-механических свойств.

Прочность и твердость с повышением температуры отпуска понижаются, а пластические свойства возрастают.

В зависимости от требуемых свойств стали различают три вида отпуска: низкий, средний и высокий.

Низкий отпуск производится при температуре 150- 200°С. Такой вид отпуска понижает внутренние напряжения при сохранении высокой твердости закаленных деталей.

В масляных ваннах продолжительность отпуска для мелких и средних деталей 30-40 мин., а в электрических печах — до 90 мин., т. е. прогрев происходит более медленно.

Низкий отпуск применяют для режущего и измерительного инструмента, изготовленного из углеродистых и малолегированных сталей, шарикоподшипниковых колец, шариков и роликов, цементованных и планированных деталей — зубчатых колес автомобилей, тракторов, металлорежущих станков и т. д.

Средний отпуск производят при температуре 350-450°С. В этом интервале температур мартенсит превращается в мелкую феррито-цементитную смесь — троостит. Среднеуглеродистая сталь приобретает твердость около 35-47 HRCупругость и повышенную сопротивляемость действию переменных и ударных нагрузок.

Для такого отпуска применяются отпускные электрические печи и селитровые ванны.

Высокий отпуск осуществляется при температуре.500- 650°С. В результате такого отпуска стальные детали получают определенный комплекс прочностных, пластических и ударных свойств.

При высоком отпуске мартенсит распадается и образуется сорбит, который, как известно, обладает высокой прочностью и хорошей вязкостью. Наиболее высокие механические свойства конструкционные стали, особенно сталь 35, 45, 40Х, 40ХН,

40XHM, приобретают в результате закалки с последующим высоким отпуском на сорбит. Такой вид термической обработки называют улучшением. Улучшенная сталь по своим прочностным свойствам значительно выше, чем отожженная или нормализованная, т. е. сталь, прошедшая одинарную термическую обработку. Поэтому коленчатые валы, шатуны, бандажи, полуоси, балки передних осей грузовых автомобилей, тракторов и другие детали машин, испытывающие большие нагрузки и подвергающиеся ударам, изготовляют из конструкционных среднеуглеродистых или малолегированных сталей и подвергают улучшению.

При термической обработке некоторых легированных сталей возникает отпускная хрупкость, которая, несмотря на уменьшение твердости, резко снижает ударную вязкость.

Для повышения ударной вязкости и устранения отпускной хрупкости детали, изготовленные из хромоникелевых и марганцовистых сталей, после высокого отпуска необходимо охлаждать быстрее и не на воздухе, а в масле или воде.

Кроме того, для устранения отпускной хрупкости сталь легируют молибденом (около 0,3%) и вольфрамом (не более 0,8%).

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

Термическая обработка (термообработка)  — это технологический процесс  изменения структуры сталей, сплавов  и  цветных металлов  посредством широкого диапазона температур: поэтапных нагреваний  и охлаждении с определенной скоростью. Такая обработка очень сильно изменяет свойства сталей, сплавов, металлов в сторону улучшения показателей, но при этом не изменяя их химический состав.  Можно сказать, что основная цель термической обработки – это улучшение свойств и характеристик изделий из него.

Виды (стадии) термической обработки стали

Отжиг — термическая обработка (термообработка) металла, представляющая собой процесс нагревания до заданной температуры, а затем процесс медленного охлаждения. Отжиг бывает разных видов в зависимости от уровня температур и скорости процесса.

Нормализация — термообработка, принципиально похожая на отжиг. Основное отличие в том, что процесс отжига предполагает печь, а при нормализации охлаждение стали проходит на воздухе.

Закалка — этап термообработки, основанный на нагревании сырья до такого уровня температуры, который является выше критического (перекристаллизация стали).

После выдержки в такой температуре в заданном интервале времени происходит охлаждение, быстрое, с заданной скоростью.

Закаленной стали (сплавам) свойственна неравновесная структура и  поэтому применяется такой вид термообработки как отпуск.

Отпуск — стадия термообработки, необходимая для снятия в стали и сплавах остаточного напряжения или максимального его снижения. Снижает хрупкость и твёрдость металла, увеличивает вязкость. Проводится после стадии закалки.

Старение — иначе еще называется дисперсионное твердение. После стадии отжига металл опять нагревают, но до более низкого уровня температур и с медленной скоростью остужают. Цель такой термообработки в получении особенных частиц упрочняющей фазы.

  • От степени необходимой глубины обработки различают термообработку поверхностную, которая затрагивает лишь поверхность изделий, и объемную, когда термическому воздействию подвергается весь объем сырья. 
  • В отраслевой промышленности, в частности – в машиностроении, термическую обработку  чаще всего проходит сталь следующих марок:
  • — сталь 45 (замещаемость  40Х, 50, 50Г2)
  • — сталь 40Х (замещаемость  38ХА, 40ХР, 45Х, 40ХС, 40ХФ, 40ХН)
  • — сталь 20 (замещаемость  15, 25)
  • — сталь 30ХГСА (замещаемость  40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА)
  • — сталь 65Г
  • — сталь 40ХН
  • — сталь 35
  • — сталь 20Х13
  • Термообработка стали 45

Конструкционная углеродистая. Этап предварительной термической обработки называется  нормализация, проходит на воздухе, а не в печи.  довольно легко проходит механическую обработку. Точение, фрезеровку и т. д. Получают детали, например, типа вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки.  

После закалки, которая является конечной стадией термообработки,  детали достигают высокого уровня прочности и отличных показателей износостойкости. Подвергаются шлифовке.

Высокое содержание углерода (0,45%) обеспечивает хорошую закаливаемость и, соответственно, высокую твёрдость поверхности и прочность изделия. Сталь 45 калят «на воду», когда после калки деталь охлаждают в воде.

После охлаждения деталь подвергается низкотемпературному отпуску при температуре 200-300 градусов  по Цельсия. При такой термообработке стали 45 достигает твердость порядка 50 HRC.

Изделия: Кулачки станочных патронов, согласно указаниям ГОСТ, изготовляют из сталей 45 и 40Х. Твёрдость Rc = 45 -50. В кулачках четырёх-кулачных патронов твёрдость резьбы должна быть в пределах Rс = 35-42. Отпуск кулачков из стали 45 производится при температуре 220-280°, из стали 40Х при 380-450° в течение 30-40 мин.

Расшифровка марки стали 45: марка 45 означает, что в стали содержится 0,45% углерода,C 0,42 — 0,5; Si 0,17 — 0,37;Mn 0,5 — 0,8; Ni до 0,25; S до 0,04; P до 0,035; Cr до 0,25; Cu до 0,25; As до 0,08.

Термообработка стали 40Х

Легированная конструкционная сталь. Для деталей повышенной прочности такие как оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, зубчатые венцы, болты, полуоси, втулки и прочих деталей повышенной прочности.

Сталь 40Х также часто используется для производства поковок, штампованных заготовок и деталей трубопроводной арматуры.

Однако последние перечисленные детали нуждаются в дополнительной термической обработке, заключающейся в закалке через воду в масле или просто в масле с последующим отпуском в масле или на воздухе.

Расшифровка марки стали 40Х. Цифра 40 указывает на то, что углерод в стали содержится в объеме 0,4 %. Хрома содержится менее 1,5 %.

Помимо обычных примесей в своем составе имеет в определенных количествах специально вводимые элементы, которые призваны обеспечить специально заданные свойства.

В качестве легирующего элемента в данном случае используется хром, о чем говорит соответствующая маркировка.

Термообработка стали 20

Термообработка стали 20 — сталь конструкционная углеродистая качественная. Широкое применение в котлостроении, для труб и нагревательных трубопроводов различного назначения, кроме того промышленность выпускает пруток, лист. В качестве заменителя стали 20 применяют стали 15 и 25.
 

  1. По требованиям к механическим свойствам выделяют пять категорий.
  2. —  I категория: сталь всех видов обработки без испытания на ударную вязкость и растяжение.
  3. — II категория: образцы из нормализованной стали всех видов обработки размером 25 мм проходят испытания на ударную вязкость и растяжение.
  4. — III категория: испытания на растяжение проводят на образцах из нормализованной стали, размером 26-100 мм.

— IV категория: образцы для испытаний на растяжение и ударную вязкость изготавливают из термически обработанных заготовок размером не более 100 мм. Требования третьей и четвертой категории предъявляют к калиброванной, горячекатаной и кованной качественной стали.

— V категория. Испытания механических свойств на растяжение проводят на образцах из калиброванных термически обработанных (высокоотпущенных или отожженных) или нагартованных сталей.

Химический состав стали 20:  углерод (C) — 0.17-0.24 %, кремний (Si) — 0,17-0,37%, марганец (Mn) — 0,35-0,65 %;содержание меди (Cu) и никеля (Ni) допускается не более 0,25%, мышьяка (As) — не более 0,08%, серы (S) — не более 0,4%, фосфора (Р) — 0,035%.

Структура стали 20 представляет собой смесь перлита и феррита. Термическая обработка стали 20 позволяет получать структуру реечного (пакетного) мартенсита. При таких структурных преобразованиях прочность возрастает, и пластичность уменьшается.

После термического упрочнения прокат из стали 20 можно использовать для изготовления метизной продукции (класс прочности 8.8).

Технологические свойства стали 20: Температура начала ковки стали 20 составляет 1280° С, окончания — 750° С, охлаждение поковки — воздушное. Сталь 20 нефлокеночувствительна и не склонна к отпускной способности. Свариваемость стали 20 не ограничена, исключая детали, подвергавшиеся химико-термической обработке. Рекомендованы способы сварки АДС, КТС, РДС, под газовой защитой и флюсом.

Сталь 20 применяют для производства малонагруженных деталей ( пальцы, оси, копиры, упоры, шестерни) , цементуемых деталей для длительной и весьма длительной службы (эксплуатация при температуре не выше 350° С) , тонких деталей, работающих на истирание.

Сталь 20 без термической обработки или после нормализации используется для производства крюков кранов, вкладышей подшипников и прочих деталей для эксплуатации под давлением в температурном диапазоне от -40 до 450°С .

Сталь 20 после химико-термической обработки идет на производство деталей, которым требуется высокая поверхностная прочность ( червяки, червячные пары, шестерни) .

Широко применяют сталь 20 для производства трубопроводной арматуры, труб, предназначенных для паропроводов с критическими и сверхкритическими параметрами пара, бесшовных труб высокого давления, сварных профилей прямоугольного и квадратного сечения и т. д.

Термообработка стали 30ХГСА

Относится к среднелегированной конструкционной стали.

Сталь 30ХГСА проходит улучшение – закалку с последующим высоким отпуском при 550-600 °С, поэтому применяется при создании улучшаемых деталей (кроме авиационных деталей это могут быть различные корпуса обшивки, оси и валы, лопатки компрессорных машин, которые эксплуатируются при 400°С, и многое другое), рычаги, толкатели, ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках, крепежные детали, работающие при низких температурах.

Сталь 30ХГСА обладает хорошей выносливостью, отличными показателями ударной вязкости, высокой прочностью. Она также отличается замечательной свариваемостью.

Сварка стали 30ХГСАтоже имеет свои особенности. Она осуществляется с предварительным подогревом материала до 250-300 °С с последующим медленным охлаждением.

Данная процедура очень важна, поскольку могут появиться трещины из-за чувствительности стали к резким перепадам температуры после сварки.

Поэтому по завершении сварных работ горелка должна отводиться медленно, при этом осуществляя подогрев материала на расстоянии 20-40 мм от места сварки.

Также, не более, чем спустя 8 часов по завершении сварки сварные узлы стали 30ХГСА нуждаются в закалке с нагревом до 880 °С с последующим высоким отпуском. Далее изделие охлаждается в масле при 20-50 °С. Отпуск осуществляется нагревом до 400 — 600 °С и охлаждением в горячей воде. Сварку же необходимо выполнять максимально быстро, дабы избежать выгорания легирующих элементов.

После прохождения термомеханической низкотемпературной обработки сталь 30ХГСА приобретает предел прочности до 2800 МПа, ударная вязкость повышается в два раза (в отличии от обычной термообработки стали 30хгса), пластичность увеличивается.

Термообработка стали 65Г

Сталь конструкционная рессорно-пружинная. Используют в промышленности пружины, рессоры, упорные шайбы, тормозные ленты, фрикционные диски, шестерни, фланцы, корпусы подшипников, зажимные и подающие цанги и другие детали, к которым предъявляются требования повышенной износостойкости, и детали, работающие без ударных нагрузок. (заменители: 70, У8А, 70Г, 60С2А, 9ХС, 50ХФА, 60С2, 55С2).

Термообработка стали 40

Сталь конструкционная углеродистая качественная. Использование в промышленности: трубы, поковки, крепежные детали, валы, диски, роторы, фланцы, зубчатые колеса, втулки для длительной и весьма длительной службы при температурах до 425 град.

Термообработка стали 40ХН

Сталь конструкционная легированная Используется в отраслевой в промышленности: оси, валы, шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, валы-шестерни, шпиндели, болты, рычаги, штоки, цилиндры и другие ответственные нагруженные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам, с предъявляемыми  требованиями  повышенной прочности и вязкости. Валки рельсобалочных и крупносортных станов для горячей прокатки металла.

Термообработка сталь 35

Сталь конструкционная углеродистая качественная. Используется  в отраслевой промышленности. Это детали невысокой прочности, подвергающиеся невысокому уровню напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, шпиндели, звездочки, тяги, ободы, траверсы, валы, бандажи, диски и другие детали.

Термообработка стали 20Х13

Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная.

Используется в  энергетическом машиностроении и печестроении; турбинные лопатки, болты, гайки, арматура крекинг-установок с длительным сроком службы при температурах до 500 град; сталь мартенситного класса Сталь марки 20Х13 и другие стали мартенситного класса: жаропрочные хромистые стали мартенситного класса применяют в различных энергетических установках, они работают при температуре до 600° С. Из них изготовляют роторы, диски и лопатки турбин, в последнее время их используют для кольцевых деталей больших толщин. Существует большое количество марок сталей данного класса. Общим для всех является пониженное содержание хрома, наличие молибдена, ванадия и вольфрама. Они эффективно упрочняются обычными методами термообработки, которая основана на у — a-превращении и предусматривает получение в структуре мартенсита с последующим улучшением в зависимости от требований технических условий. (заменители: 12Х13, 14Х17Н2)  

Пресс-служба группы компаний ВоКа

17 сентября 2016г

Источник: https://metizmsk.ru/blog/termicheskaya-obrabotka-termoobrabotka-stali-splavov-metallov

Закалить сталь 45 на твердость

Обработка стали, осуществляемая в процессе термообработки, является одной из важнейших операций в металлургической отрасли и машиностроении.

При соблюдении технологии PC 45 изделие приобретает достаточную прочность, значительно расширяя область использования изготовляемых изделий. При необходимости можно осуществлять закалку изделия из стали, в домашних условиях строго соблюдая технологию.

При закалке лезвия ножа в домашних условиях вполне допустимо добиться повышения прочностных характеристик изделия в 3-4 раза.

Структурные изменения металла

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

Структура стали 45 после отжига и закалки

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

Происходит образование игольчатых мелких структур имеющих название мартенсит. Данный вид кристаллов придает металлу высокую прочность, твердость и улучшенные характеристики.

Происходит образование одновременно двух видов кристаллов аустенита и мартенсита, которые воздействуют друг, на друга создавая внутреннее избыточное напряжение.

При активном влиянии на металл внешних сил происходит взаимная компенсация двух видов кристаллов, придавая структуре прочность.

Термическая обработка металла

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

Процесс термической обработки состоит из процессов:

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

Режимы термообработки стали 45

Закалка и отпуск стали во многом зависят от ряда факторов:

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

Закалка стали

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

  • Режим воздействия температуры охлаждения металла зависит от количества содержания углерода и легирующих присадок в стали.
  • После проведения закалки стали заготовки покрываются налетом окалины и частично теряют содержащийся углерод, поэтому технология обязательно должна соблюдаться согласно установленному регламенту.

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

Закалка стали с помощью ТВЧ

  1. При проведении поверхностной закалки с помощью ТВЧ процесс нагрева изделий осуществляется до более высокой температуры.
  2. Это вызвано двумя факторами:
  1. Нагрев осуществляется за короткое время с ускоренным изменением и переходом перлита в аустенит.
  2. Реакция перехода должна осуществляться в сжатые сроки за небольшой промежуток времени при высокой температуре.

Закалка ТВЧ (токами высокой частоты)

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

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

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

Читать также:  Выбор станка для фрезерования металла стоматология

Процесс нагрева

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

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

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

Применение защитных мер

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

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

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

Использование специальных охлаждающих жидкостей

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

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

Состав смесей солей и щелочей, применяемых в качестве закалочных сред

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

Изделия, имеющие сложную форму, изготовленные из конструкционной специальной стали охлаждаются в 5% растворе каустической соды при температуре 50-60 °С. Операция закалки, проводится в помещении, оснащенном вытяжной вентиляцией.

Для закалки заготовок выполненных из высоколегированной стали применяют минеральные масла, причем скорость охлаждения в масленой ванне не зависит от температуры масла.

Недопустимо смешивание масла и воды, что может привести к появлению трещин на металле.

При закалке в масляной ванне необходимо выполнять ряд правил:

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

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

Отпуск стали 45

Технологический процесс отпуска стали проводится в зависимости от необходимой температуры:

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

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

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

Источник: https://morflot.su/zakalit-stal-45-na-tverdost/

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

Термообработка представляет собой одну из необходимых и важных операций в процессе обработки стали. Ее широко использует металлургия и машиностроение.

Технология термообработки стали 45 обеспечивает достижение высоких характеристик прочности. Это обстоятельство позволяет значительно расширить область применения обработанных подобным способом деталей.

При использовании технологии закалки стали 45 твердость изделий становится существенно выше.

Особенности термообработки

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

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

Качество стали 45 при термообработке зависит от ряда факторов.

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

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

Закалка ТВЧ

Если сталь закалить таким образом, то она будет лучше справляться с переменной и ударной нагрузкой. Закалка ТВЧ считается разновидностью поверхностной закалки, основная задача которой получение более прочного наружного слоя, сохраняя при этом вязкость сердцевины. 

Нагрев под закалку ТВЧ осуществляют в индукционных печах, используя ток высокой частоты. Принцип данной термообработки заключается в неравномерном нагреве сечения изделия. Плотность тока на наружней части стали значительно выше в сравнении с сердцевиной. Основная часть тепла приходится на поверхность, соответственно, именно в этой зоне и происходит упрочнение.

Охлаждение осуществляется непосредственно в печи специальными распрыскивающими устройствами. После закалки обычно требуется отпуск для выравнивания тепловых напряжений.

Структура стали в результате всех этих операций получается неоднородной. Верхний закалённый слой полностью состоит из мартенсита, а нетронутая сердцевина из феррита. Прочность глубинного слоя повышается предварительным проведением нормализации.

Преимущества закалки ТВЧ:

  • Повышенная производительность.
  • Сталь изолирована от влияния окисления и обезуглероживания.
  • Возможность регулировать толщину закаленного слоя. Чем частота токов выше, тем глубина закалки меньше.
  • Автоматизация процесса.

:

Источник: https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/kak-zakalivaetsya-stal-45-process-sposoby-tverdost-posle-zakalki.html

Сталь У8 , описание свойств и режим закалки , термообработка

Сталь У8 , описание свойств и режим закалки , термообработка

Марка: У8 ( заменители: У7А, У7, У10А, У10 ) Класс: Сталь инструментальная углеродистая Вид поставки: сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1435-99 , ГОСТ 2590-2006, ГОСТ 2591-2006, ГОСТ 2879-2006. Калиброванный пруток: ГОСТ 1435-99 , ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78. Шлифованный пруток и серебрянка: ГОСТ 1435-99, ГОСТ 14955-77. Полоса:ГОСТ 103-2006, ГОСТ 4405-75 . Поковки и кованные заготовки: ГОСТ 1435-99, ГОСТ 4405-75 , ГОСТ 1133-71. Лента: ГОСТ 2283-79 , ГОСТ 10234-77 .Использование в промышленности: для инструмента, работающего в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки: фрез, зенковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых, накатных роликов, кернеров, отверток, комбинированных плоскогубцев, боковых кусачек.
Химический состав в % стали У8
C 0,76 — 0,83
Si 0,17 — 0,33
Mn 0,17 — 0,33
Ni до 0,25
S до 0,028
P до 0,03
Cr до 0,2
Cu до 0,25
Fe ~97
Свойства и полезная информация:
Удельный вес: 7839 кг/м3 Термообработка: Закалка 780oC, масло, Отпуск 400oC. Твердость материала: HB 10 -1 = 187 МПа Температура критических точек: Ac1 = 720 , Ar1 = 700 , Mn = 245 Температура ковки, °С: начала 1180, конца 800. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, 101-300 мм в яме. Обрабатываемость резанием: при HB 187-227, σв=620 МПа,  К υ тв. спл=1,2 и Кυ б.ст=1,1 Свариваемость материала: не применяется для сварных конструкций. Флокеночувствительность: не чувствительна.Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.
Твердость стали У8 после термообработки (ГОСТ 1435-99)
Состояние поставки Твердость
Сталь термообработанная Закалка 780-800 °С, вода До НВ 187 Св. HRCЭ 63
Механические свойства ленты стали У8 (ГОСТ 2283-79)
Состояние поставки Сечение, мм σв(МПа) δ5 (%)
Лента отожженая холоднокатаная  0,1-1,5 1,5-4,0  650 750 15 10
Лента нагартованная холоднокатаная, класс прочности : Н1 Н2Н3 0,1-4,0 750-900 900-10501050-1200
Лента отожженая высшей категории качества  0,1-4,0  650  15 
Предел выносливости стали У8
σ-1, МПА Термообработка
490  σв=1860 МПа, НВ 611
Твердость стали У8 в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска, °С Твердость, HRCЭ
Закалка 780-800 °С, вода       
160-200 200-300 300-400 400-500500-600 61-65 56-61 47-56 37-4729-37
Механические свойства стали У8 в зависимости от температуры испытания
Температура испытаний, °С σ0,2 (МПа) σв(МПа) δ5 (%) ψ % НВ
Отжиг или нормализация      
100 200 300 400 500 600700 — — — — — — 710 640 — — 500 370255 17 15 17 19 23 2833 24 15 16 23 29 3950 195 205 205 190 170 150120
Закалка 780 °С, масло. Отпуск 400 °С (образцы гладкие диаметром 6,3 мм)     
20 -40-70 1230 12701300 1420 14501470 10 1112 37 3635 — —
Образец диаметром 5 мм и длиной 25 мм, деформированный и отожженый. Скорость деформирования 10 мм/мин. Скорость деформации 0,007 1/с
700 800 900 1000 11001200 — — — — — 105 91 55 33 2115 58 58 62 62 8069 91 100 100 100 100100 — — — — —
Температура, °С Время, ч Твердость, HRCэ 
150-160 200-220 1 1 63 59
Прокаливаемость стали  У8 
Расстояние от торца, мм Примечание
2 4 6 8 10 12 14 16 18 Закалка 790 °С
65,5-67  63-65  45,5-55  42-43,5  40,5-42,5  39,5-41,5  37-40,5  39-40  36-39,5  Твердость для полос прокаливаемости, HRC
Критический диаметр в воде Критический диаметр в масле
15-20  4-6 
Физические свойства стали У8
T (Град) E 10- 5 (МПа) a 10 6 (1/Град) l (Вт/(м·град)) r (кг/м3) C (Дж/(кг·град)) R 10 9 (Ом·м)
20 2.09 7839
100 2.05 11.4 49 7817 477 230
200 1.99 12.2 46 7786 511 305
300 1.92 13 42 7752 528 395
400 1.85 13.7 38 7714 548 491
500 1.75 14.3 35 7676 565 625
600 1.66 14.8 33 7638 594 769
700 15.2 30 7600 624 931
800 14.5 24 7852 724 1129
900 1165

Расшифровка марки стали У8: буква У говорит о том, что перед нами инструментальная качественная нелегированная сталь, в которой присутствует углерод в среднем количестве 0,8%.

Инструмент из стали У8 и его термообработка: молотки слесарные изготовляют из сталей У7 и У8. Закалке подвергаются боёк и хвост. Нагрев лучше всего вести в соляной или свинцовой ванне.

При нагреве молотка в камерной печи сначала закаливают боёк, а потом хвост, после чего попеременно охлаждают до полного потемнения средней части. Для окончательного охлаждения молоток переносят в масло. Отпускают при 260-340° в течение 30-40 мин.

Твёрдость Rc = 49 -56. Проверяют твёрдость на приборе РВ.

Для изготовления пневматического инструмента применяют сталь У8 или У7. Закалке подвергают рабочую хвостовую часть. Следует избегать нагрева пневматического инструмента полностью, поэтому лучше всего производить нагрев в соляных или свинцовых ваннах.

Рабочую часть закаливают в воде с переносом в масло, а хвостовую часть в масле. После этого инструмент отпускают в зависимости от требуемой твёрдости рабочей части, а именно: зубила, крейцмейсели, пробойники, чеканы и насечки отпускают при 240-270° с выдержкой 30 — 40 мин.

Требуемая твёрдость Rc = 56-59.

Обжимки, поддержки, бойки и выколотки отпускают при 270-300° в течение 30-40 мин. Требуемая твёрдость Rc = 53-56. Определяют твёрдость тарированным напильником.

Нередки случаи, когда пневматический инструмент в месте перехода с меньшего диаметра на больший во время работы ломается, причём структура излома на глубину 5-8 мм по окружности весьма мелкозернистая, а глубже крупнозернистая.

Основной причиной поломок является недостаточная чистота поверхности в местах переходов (риски, царапины и пр.).

Долота станочные изготовляют из сталей У8, У9, 65Х. Место перехода от тонкой части долота к толстой, а также стенки отверстия в полом долоте должны быть закалены на небольшую твёрдость. При несоблюдении этого возможно отгибание долота или поломка его во время работы.

Получение небольшой твёрдости переходной части достигается прерывистой закалкой в воде для сплошных долот из углеродистой стали или же полной закалкой с последующим отпуском в соляной ванне до серого цвета побежалости для всех других долот. Хвостовую часть не закаливают.

Долота сплошные отпускают при температуре 260-280°, а полые при 320-360°; выдерживают 20-30 мин. Требуемая твёрдость для оплошных долот Rc = 56-58, а для полых Rc = 50-52.

Стамески и долота плотничьи и столярные изготовляют из этих же сталей. Нагрев под закалку производят в печах-ваннах на длину 60-80 мм. При нагреве в камерных печах инструмент замачивают на длину 60-80 мм. Хвостовую часть не закаливают. Отпускают при температуре 250-300° в течение 20-40 мин. Требуемая твёрдость Rc = 53-58.

Комбинированные плоскогубцы и кусачки изготовляют из сталей У7 и У8.

Термической обработке их подвергают в собранном виде с раскрытыми губками, калят только рабочую часть — в кусачках губки на длину 8-10 мм, а в комбинированных плоскогубцах губки на длину, включая прорези у шарнира. Охлаждают в масле или керосине при энергичном помешивании.

Отпуск производят при температуре 220-300° в течение 30-40 мин. Твёрдость Rc = 52-60. Твёрдость контролируют на приборе РВ или тарированным напильником, а также путём откусывания стальной проволоки диаметром 2 мм.

Клейма изготовляют из вышеупомянутых сталей, закаливают с последующим отпуском при температуре 220-250°. Хвостовик отпускают путём нагрева в свинцовой ванне до серого цвета побежалости. Требуемая твёрдость рабочей части Rc =54-58.

Краткие обозначения:
σв — временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа ε — относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05 — предел упругости, МПа — предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2 — предел текучести условный, МПа σизг — предел прочности при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10 — относительное удлинение после разрыва, % σ-1 — предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 иσсж — предел текучести при сжатии, МПа J-1 — предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν — относительный сдвиг, % n — количество циклов нагружения
— предел кратковременной прочности, МПа R иρ — удельное электросопротивление, Ом·м
ψ — относительное сужение, % E — модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV — ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2 T — температура, при которой получены свойства, Град
sT — предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа l и λ — коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB — твердость по Бринеллю C — удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)]
HV — твердость по Виккерсу pn иr — плотность кг/м3
HRCэ — твердость по Роквеллу, шкала С а — коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ), 1/°С
HRB — твердость по Роквеллу, шкала В σtТ — предел длительной прочности, МПа
HSD — твердость по Шору G — модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

Источник: http://www.artwood.ru/state/view/56.html

Продукция — Техмашхолдинг — группа компаний, официальный сайт

    Закалка сталей токами высокой частоты (ТВЧ) — это один из распространенных методов поверхностной термической обработки, который позволяет повысить твердость поверхности заготовок. Применяется для деталей из углеродистых и конструкционных сталей или чугуна. Индукционная закалка ТВЧ являет собой один из самых экономичных и технологичных способов упрочнения. Она дает возможность закалить всю поверхность детали или отдельные ее элементы или зоны, которые испытывают основную нагрузку.При этом под закаленной твердой наружной поверхностью заготовки остаются незакаленные вязкие слои металла. Такая структура уменьшает хрупкость, повышает стойкость и надежность всего изделия, а также снижает энергозатраты на нагрев всей детали.Закалка ТВЧ

    Технология высокочастотной закалки

    Поверхностная закалка ТВЧ — это процесс термообработки для повышения прочностных характеристик и твердости заготовки.Основные этапы поверхностной закалки ТВЧ — индукционный нагрев до высокой температуры, выдержка при ней, затем быстрое охлаждение. Нагревание при закалке ТВЧ производят с помощью специальной индукционной установки. Охлаждение осуществляют в ванне с охлаждающей жидкостью (водой, маслом или эмульсией) либо разбрызгиванием ее на деталь из специальных душирующих установок.

    Выбор температуры

    Для правильного прохождения процесса закалки очень важен правильный подбор температуры, которая зависит от используемого материала.Стали по содержанию углерода подразделяются на доэвтектоидные — меньше 0,8% и заэвтектоидные — больше 0,8%. Сталь с углеродом меньше 0,4% не закаливают из-за получаемой низкой твердости. Доэвтектоидные стали нагревают немного выше температуры фазового превращения перлита и феррита в аустенит. Это происходит в интервале 800—850°С. Затем заготовку быстро охлаждают. При резком остывании аустенит превращается в мартенсит, который обладает высокой твердостью и прочностью. Малое время выдержки позволяет получить мелкозернистый аустенит и мелкоигольчатый мартенсит, зерна не успевают вырасти и остаются маленькими. Такая структура стали обладает высокой твердостью и одновременно низкой хрупкостью.

    Микроструктура сталиЗаэвтектоидные стали нагревают чуть ниже, чем доэвтектоидные, до температуры 750—800°С, то есть производят неполную закалку. Это связано с тем, что при нагреве до этой температуры кроме образования аустенита в расплаве металла остается нерастворенным небольшое количество цементита, обладающего твердостью высшей, чем у мартенсита. После резкого охлаждения аустенит превращается в мартенсит, а цементит остается в виде мелких включений. Также в этой зоне не успевший полностью раствориться углерод образует твердые карбиды.

    В переходной зоне при закалке ТВЧ температура близка к переходной, образуется аустенит с остатками феррита. Но, так как переходная зона не остывает так быстро, как поверхность, а остывает медленно, как при нормализации. При этом в этой зоне происходит улучшение структуры, она становится мелкозернистой и равномерной.Перегревание поверхности заготовки способствует росту кристаллов аустенита, что губительно сказывается на хрупкости. Недогрев не дает полностью феррито-перритной структуре перейти в аустенит, и могут образоваться незакаленные пятна.После охлаждения на поверхности металла остаются высокие сжимающие напряжения, которые повышают эксплуатационные свойства детали. Внутренние напряжения между поверхностным слоем и серединой необходимо устранить. Это делается с помощью низкотемпературного отпуска — выдержкой при температуре около 200°С в печи. Чтобы избежать появления на поверхности микротрещин, нужно свести к минимуму время между закалкой и отпуском.

    Также можно проводить так называемый самоотпуск — охлаждать деталь не полностью, а до температуры 200°С, при этом в ее сердцевине будет оставаться тепло. Дальше деталь должна остывать медленно. Так произойдет выравнивание внутренних напряжений.

    Индукционная установка

    Индукционная установка для термообработки ТВЧ представляет собой высокочастотный генератор и индуктор для закалки ТВЧ. Закаливаемая деталь может располагаться в индукторе или возле него. Индуктор изготовлен в виде катушки, на ней навита медная трубка. Он может иметь любую форму в зависимости от формы и размеров детали. При прохождении переменного тока через индуктор в нем появляется переменное электромагнитное поле, проходящее через деталь. Это электромагнитное поле вызывает возникновение в заготовке вихревых токов, известных как токи Фуко. Такие вихревые токи, проходя в слоях металла, нагревают его до высокой температуры.

    Индукционный нагреватель ТВЧОтличительной чертой индукционного нагрева с помощью ТВЧ является прохождение вихревых токов на поверхности нагреваемой детали. Так нагревается только наружный слой металла, причем, чем выше частота тока, тем меньше глубина прогрева, и, соответственно, глубина закалки ТВЧ. Это дает возможность закалить только поверхность заготовки, оставив внутренний слой мягким и вязким во избежание излишней хрупкости. Причем можно регулировать глубину закаленного слоя, изменяя параметры тока.

    Повышенная частота тока позволяет сконцентрировать большое количество тепла в малой зоне, что повышает скорость нагревания до нескольких сотен градусов в секунду. Такая высокая скорость нагрева передвигает фазовый переход в зону более высокой температуры. При этом твердость возрастает на 2—4 единицы, до 58—62 HRC, чего невозможно добиться при объемной закалке.Для правильного протекания процесса закалки ТВЧ необходимо следить за тем, чтобы сохранялся одинаковый просвет между индуктором и заготовкой на всей поверхности закаливания, необходимо исключить взаимные прикосновения. Это обеспечивается при возможности вращением заготовки в центрах, что позволяет обеспечить равномерное нагревание, и, как следствие, одинаковую структуру и твердость поверхности закаленной заготовки.
    Индуктор для закалки ТВЧ имеет несколько вариантов исполнения:

    • одно- или многовитковой кольцевой — для нагрева наружной или внутренней поверхности деталей в форме тел вращения — валов, колес или отверстий в них;
    • петлевой — для нагрева рабочей плоскости изделия, например, поверхности станины или рабочей кромки инструмента;
    • фасонный — для нагрева деталей сложной или неправильной формы, например, зубьев зубчатых колес.

    В зависимости от формы, размеров и глубины слоя закаливания используют такие режимы закалки ТВЧ:

    • одновременная — нагревается сразу вся поверхность заготовки или определенная зона, затем также одновременно охлаждается;
    • непрерывно-последовательная — нагревается одна зона детали, затем при смещении индуктора или детали нагревается другая зона, в то время как предыдущая охлаждается.

    Одновременный нагрев ТВЧ всей поверхности требует больших затрат мощности, поэтому его выгоднее использовать для закалки мелких деталей — валки, втулки, пальцы, а также элементов детали — отверстий, шеек и т.д. После нагревания деталь полностью опускают в бак с охлаждающей жидкостью или поливают струей воды.

    Непрерывно-последовательная закалка ТВЧ позволяет закалять крупногабаритные детали, например, венцы зубчатых колес, так как при этом процессе происходит нагрев малой зоны детали, для чего нужна меньшая мощность генератора ТВЧ.

    Охлаждение детали

    Охлаждение — второй важный этап процесса закалки, от его скорости и равномерности зависит качество и твердость всей поверхности. Охлаждение происходит в баках с охлаждающей жидкостью или разбрызгиванием.

    Для качественной закалки необходимо поддерживать стабильную температуру охлаждающей жидкости, не допускать ее перегрева.

    Отверстия в спрейере должны быть одинакового диаметра и расположены равномерно, так достигается одинаковая структура металла на поверхности.

    Чтобы индуктор не перегревался в процессе работы, по медной трубке постоянно циркулирует вода. Некоторые индукторы выполняются совмещенными с системой охлаждения заготовки. В трубке индуктора прорезаны отверстия, через которые холодная вода попадает на горячую деталь и остужает ее.

    Закалка токами высокой частоты

    Достоинства и недостатки

    Закалка деталей с помощью ТВЧ обладает как достоинствами, так и недостатками. К достоинствам можно отнести следующее:

    • После закалки ТВЧ у детали сохраняется мягкой середина, что существенно повышает ее сопротивление пластической деформации.
    • Экономичность процесса закалки деталей ТВЧ связана с тем, что нагревается только поверхность или зона, которую необходимо закалить, а не вся деталь.
    • При серийном производстве деталей необходимо настроить процесс и далее он будет автоматически повторяться, обеспечивая необходимое качество закалки.
    • Возможность точно рассчитать и регулировать глубину закаленного слоя.
    • Непрерывно-последовательный метод закалки позволяет использовать оборудование малой мощности.
    • Малое время нагрева и выдержки при высокой температуре способствует отсутствию окисления обезуглероживания верхнего слоя и образования окалины на поверхности детали.
    • Быстрый нагрев и охлаждение не дают большого коробления и поводок, что позволяет уменьшить припуск на чистовую обработку.

    Но индукционные установки экономически целесообразно применять только при серийном производстве, а для единичного производства покупка или изготовление индуктора невыгодно.

    Для некоторых деталей сложной формы производство индукционной установки очень сложно или невозможно получить равномерность закаленного слоя.

    В таких случаях применяют другие виды поверхностных закалок, например, газопламенную или объемную закалку.

    Источник: https://pellete.ru/stal/tehnologiya-zakalki-45-stali.html

Закалка и отпуск заэвтектоидной и ледебуритной стали для штампового инструмента


Свойства и поведение при термической обработке заэвтектоидной и высокохромистой стали были рассмотрены ранее, а режим закалки был указав в табл. 33.

Поэтому здесь приводятся только основные особенности и отличия в термической обработке инструмента для холодного деформирования металла.

Инструмент этого назначения часто имеет большие габариты, чем режущий инструмент. В таких случаях следует назначать температуры закалки стали (кроме стали Х12М и X12) по верхнему пределу, указанному в табл. 33, а при закалке более крупного инструмента — на 10—20° выше этого верхнего предела.

В штампах из углеродистой стали надо часто обеспечить максимально глубокую прокаливаемость. Последняя возрастает, если сталь имеет перед закалкой структуру тонкопластинчатого перлита. Такая структура создается в стали в результате нормализации. Поэтому крупные штампы из углеродистой стали иногда целесообразно подвергать нормализации перед закалкой.


Прокаливаемость углеродистой стали возрастает также в случае повышения температуры нагрева ее при закалке, как это показывает диаграмма фиг. 83. Более высокую прокаливаемость имеют марки углеродистой стали, содержащие повышенный процент марганца: У8Г и У10Г (фиг. 84). Однако эти марки стали можно применять лишь для изготовления штампов простой формы, так как более высокое содержание марганца в высокоуглеродистой стали повышает ее склонность к образованию трещин при закалке В.Я. Дубовой рекомендует применять следующий режим обработки крупных штампов, изготовленных из углеродистой стали У8—У10 (табл. 41).

По данным В.Я. Дубового, стойкость крупных штампов, получивших более высокий нагрев при закалке или прошедших предварительную нормализацию, возрастает примерно в два раза по сравнению со стойкостью штампов, нагревавшихся при закалке по обычному режиму, установленному для углеродистой стали.

Штамповому инструменту, изготовленному из стали Х12М, X12 и 7X3, надо в результате термической обработки сообщить высокую износоустойчивость при достаточной вязкости. Поэтому при закалке этой стали не требуется переводить большое количество карбидов в твердый раствор. Кроме того, деформация сложного инструмента, изготовляемого из стали Х12 и Х12М, в процессе закалки должна быть минимальной. По этим соображениям нет необходимости нагревать эту сталь до высоких температур, указанных в табл. 33 и назначаемых для режущего инструмента. Нагрев штампового инструмента применяют следующий:


Охлаждение штампов из стали Х12М, Xl2 и 7X3 можно производить в масле или в струе воздуха, после чего сталь получает твердость в пределах 62—65 Rс и структуру мартенсита с значительным количеством не перешедших в раствор карбидов (а также 10—20% остаточного аустенита). Охлаждение высокохромистой стали в струе воздуха создает несколько меньшие остаточные напряжения, чем охлаждение в масле. Поэтому для уменьшения деформаций, возникающих при закалке, штампы, изготовленные из стали Х12М и Х12, охлаждают на воздухе. Однако штампы сложной формы, особенно с резкими переходами, более рационально охлаждать в расплавленных солях или в специальной печи при температуре 450—475° и после выдержки в течение 10—20 мин. переносить на воздух.

Сталь Х12М и X12, нагревавшаяся при закалке до 975—1050°, сохраняет высокую твердость (60—62 Rс) после отпуска при 425—475°; дальнейшее повышение температуры отпуска вызывает понижение твердости. Поскольку из этих марок стали изготовляют штампы, работающие главным образом в условиях повышенного износа, то температуры отпуска стали Х12М и X12 обычно устанавливают в указанных здесь пределах. Отпуск производят однократный с выдержкой в зависимости от размера штампа продолжительностью 2—5 час. Штампы высокой точности, в которых надо сохранить размер, бывший до закалки, отпускают 2—3 раза при 509—520°, так как дополнительный отпуск, способствуя полному распаду остаточного аустенита, увеличивает размеры штампа. Твердость после такого отпуска 55—60 Rс.

Температуры отпуска штампового инструмента, изготовленного из стали марок X, ШХ15, ХГ, Х09, 9ХС, У8—У12, устанавливают в пределах, указанных ранее, если инструмент работает в условиях повышенного износа.

Если штампы испытывают в работе удары и должны иметь более высокую вязкость, то твердость их после отпуска должна быть ниже 60 Rс. Можно при этом исходить из следующих данных: для штампов простой формы принимать твердость 57—60 Rс, а для штампов с резкими переходами — 55—57 Rс; для штампов, обрабатывающих более мягкий металл, например, цветные металлы, — 48—55 Rс. В этом случае для штампового инструмента устанавливают более высокие температуры отпуска (табл. 42).


Некоторые типы инструмента, например, дыропробивные штемпеля, пуансоны и т. п., имеют длинную крепежную часть, работающую на изгиб, что требует выполнения более сложного режима термической обработки с целью сохранения высокой твердости в рабочей части и получения меньшей твердости при повышенной вязкости в крепежной части. Для создания разнородной твердости по длине инструмента можно применить или различный режим закалки для рабочей и крепежной части или диференцированный режим отпуска. В первом случае инструмент нагревают в свинцовой или соляной ванне только рабочей частью или же нагревают полностью в печи, но погружают в масло только его рабочую часть.

Однако для получения плавного перехода по твердости и механическим свойствам более целесообразно создавать в подобных штампах однородную твердость и структуру после закалки, а затем производить отпуск штампа с нагревом на различные температуры. С этой целью такие инструменты, изготовленные, например, из стали X, Х09, XBР, У10, У12 и др., после закалки сначала отпускают полностью в масляной ванне при 180—200° для снятия напряжений, затем их передают в соляную ванну с температурой 300—350° для отпуска переходной части. В эту ванну инструмент погружают вертикально таким образом, чтобы его рабочая часть выступала примерно на 10—12 мм над зеркалом ванны; продолжительность выдержки не должна превышать 10—25 мин. в зависимости от размера инструмента во избежание разогрева его рабочей части. Твердость переходной части после отпуска 45—55Rс. Затем производят отпуск крепежной части погружением ее на 20—30 мин. в соляную ванну с температурой 420-450°; твердость крепежной части после отпуска составляет 40—45 Rс. После этого производят окончательный отпуск рабочей части на требуемую твердость погружением всего пуансона в масляную ванну с температурой 210—250° на 1—2 часа.

Этот способ нельзя эффективно применять для длинных и тонких пуансонов, так как они могут дать значительную поводку и деформацию при закалке. Поэтому пуансоны этого типа нагревают при закалке только в рабочей части.

Руководство столяра по инструментальной стали и термической обработке

Руководство столяра по инструментальной стали и нагреву Лечение

Вы когда-нибудь задумывались, с помощью какой волшебной стали можно сделать твердую или мягкий? Я тоже. После закалки моего первого рубанка я решил выяснить. Эта страница является результатом моего исследования. Пока существуют десятки различных составов инструментальной стали, единственное, с которым у меня есть опыт, это масло O-1. Упрочняющая инструментальная сталь .Я использую O-1 для следующего причины:

  • Дешево и доступно
  • Имеет одну из самых низких температур закалки среди всех инструментальные стали, поддающиеся термообработке в домашних условиях
  • Обладает хорошей устойчивостью к короблению при закалке
  • Справочник по машинному оборудованию рекомендует О-1 для «инструменты с острыми краями (ножи, бритвы)» и «инструменты для операции, где не требуется высокая скорость, но стабильность в термообработке и существенной стойкостью к истиранию являются нужно”

В следующих обсуждениях термины “сталь”, “инструмент сталь», а «углеродистая сталь» следует понимать как относящуюся к к О-1.В то время как физические изменения и фазовые соотношения в термическая обработка практически одинакова для всех инструментальных сталей, требуемые температуры (и другие физические свойства) сильно различаются по составу. Отметим также, что др. жидкости (вода, воздух), кроме масла, используются для тушения различных инструментальные стали и процедуры отпуска также различаются.

Химический состав инструментальной стали O-1 Физические свойства инструментальной стали O-1
Железо 97.1% Закалка (°F) 1450 – 1500
Углерод 0,90% (°С) 788 – 816
Хром 0.50% Закалка (°F) 350 – 550
Марганец 1.00% (°С) 177 – 228
Вольфрам 0.50% Диапазон твердости (R c ) 64 – 58

Определения:

Отжиг – Размягчение инструмента стали для обработки, нагревом до температуры закалки и медленно остывает.Медленное охлаждение может быть достигнуто путем закапывание стали в изолирующую среду, такую ​​как известь или вермикулита и дайте ему остыть до комнатной температуры.

Закалка – Нагрев стали до закалки температура и резкое охлаждение путем закалки в масле ванна.

Отпуск – Повторный нагрев закаленной стали до температура отпуска для снятия напряжений, возникающих в процесс затвердевания и удалить часть твердости в обмен на жесткость.Неотпущенная, закаленная инструментальная сталь почти такой же хрупкий, как стекло.

Что происходит во время термической обработки инструмента Сталь?

Углерод и железо существуют вместе в нескольких различные фазы, в зависимости от процентного содержания углерода и температура. Фазовая диаграмма Fe-C показывает эти отношения. Упрощенная фаза Fe-C Диаграмма (Стальная часть) Для нашего обсуждения важны четыре фазы: Обратите внимание, что показанная диаграмма относится только к стальной части. системы.При содержании углерода от 2 до 6,67 % сплав чугун. Свыше 6,67% углерода сплав состоит из цементит и графит.

Сплав, состоящий точно из 0,76% углерода и 99,24% железа, имеет самую низкую температуру, при которой превращение феррита и цементита в аустентит завершено. Это известно как эвтектоидная сталь . Увеличение содержания углерода сверх этого количества, а также добавление других легирующих элементов, также повышает температуру полного фазового превращения (т.д., затвердевание).

Полностью отожженная углеродистая сталь состоит, помимо примеси и другие легированные элементы, механические смесь железа и карбида железа. Железо берет на себя кристаллическая форма феррита, а карбид железа занимает кристаллическая форма цементита. Общая структура состоит из полосы этих двух компонентов и известен как перлит. В этом состоянии сталь мягкая. и работоспособный.

При нагреве стали выше критической температуры, около 1335 ° F (724 ° C) он претерпевает фазовый переход, перекристаллизовывается в аустенит.Продолжение нагрева до температура закалки, 1450-1500°F (788-843°C) обеспечивает полное превращение в аустенит. В этот момент сталь больше не магнитится, и ее цвет вишнево-красный.

Если аустенитная сталь охлаждается медленно (процесс известный как отжиг), он вернется к перлиту структура. Однако если его резко охладить закалкой в масляная ванна, новая кристаллическая структура, мартенсит, сформировался.Мартенсит характеризуется угловатым игольчатым структуру и очень высокую твердость.

Хотя мартенситная сталь очень твердая, она также чрезвычайно хрупкий и будет ломаться, скалываться и крошиться вместе с малейший шок. Кроме того, внутренние напряжения остаются в средство от внезапной закалки; это также облегчит поломка инструмента. Закалка снимает эти напряжения и вызывает частичный распад мартенсита на феррит и цементит.Величина этого частичного изменения фазы равна регулируется температурой отпуска. Закаленная сталь не такая твердая, как чистая мартенсит, но намного прочнее.

Влияние легирующих элементов на свойства инструментальной стали:

  • Углерод: Повышение содержания углерода немного увеличивает твердость и значительно увеличивает износостойкость.
  • Марганец: Небольшие количества марганца уменьшают хрупкость и улучшают ковкость.Большие суммы марганца улучшают прокаливаемость, допускают закалку в масле и уменьшают деформацию при закалке.
  • Кремний: Повышает прочность, ударную вязкость и ударопрочность.
  • Вольфрам: Повышает «горячую твердость» – используется в быстрорежущей инструментальной стали.
  • Ванадий: Улучшает структуру карбида и улучшает способность к ковке, а также повышает твердость и износостойкость.
  • Молибден: Улучшает глубокую закалку, ударную вязкость и, в больших количествах, «горячую твердость».Используется в быстрорежущей инструментальной стали, потому что она дешевле вольфрама.
  • Хром: Улучшает прокаливаемость, износостойкость и прочность.
  • Никель: В меньшей степени повышает прочность и износостойкость.
Включение этих элементов в различные комбинации может действовать синергетически, усиливая эффект от их использования по отдельности.

Типы инструментальной стали, кроме О-1:

Серии A и D (A-2, D-2 и т. д.) содержат больше хрома и поэтому более износостойкие.Серия S содержит больше кремния и поэтому более устойчива к ударам. Серии M и T содержат либо больше молибдена, либо вольфрама. быстрорежущие стали, обладающие гораздо большей жаропрочностью. Все они требуют значительно более высоких температур для закалки, чем О-1, и не являются действительно подходит для закалки в домашних условиях.

Зачем криогенно обрабатывать инструментальную сталь?

В некоторых легированных инструментальных сталях значительное количество аустенита не превращается в мартенсит при закалке.Это особенно верно для A-2 и D-2; эти стали выбирают для кромочных инструментов из-за их более высокой износостойкость, которая снижается за счет остаточного аустенита. Поскольку аустенит нестабилен при комнатной температуре, он постепенно превращается в мартенсит в течение определенного периода времени – но мы говорим о годах, слишком долго, чтобы быть практичным. Так переохлаждая закаленное, закаленная сталь ускоряет преобразование до нескольких часов. Затем инструмент повторно закаляют после криогенной обработки, и исследования показывают, что это приводит к значительному повышению износостойкости.Поскольку мартенситное превращение более полно в О-1, криогенная обработка для этой инструментальной стали не требуется.

Цвет инструментальной стали в зависимости от температуры

2000°F Ярко-желтый 1093°С
1900°F Темно-желтый 1038°С
1800°F Оранжево-желтый 982°С
1700°F Оранжевый 927°С
1600°F Оранжево-красный 871°С
1500°F Ярко-красный 816°С
1400°F Красный 760°С
1300°F Средний красный 704°С
1200°F Тусклый красный 649°С
1100°F Светло-красный 593°С
1000°F Очень слабо красный, в основном серый 538°С
0800°F Темно-серый 427°С
0575°F Синий 302°С
0540°F Темно-фиолетовый 282°С
0520°F Фиолетовый 271°С
0500°F Коричневый/Фиолетовый 260°С
0480°F Коричневый 249°С
0465°F Темная солома 241°С
0445°F Светлая солома 229°С
0390°F Бледная солома 199°С

Сталь окрашивается в разные цвета в зависимости от температуры.Температуры выше 800°F (427°C) производят яркие цвета; атомы в стали так заряжены теплом, что они испускают фотоны. Температура ниже 800°F (427°C) дают цвета окисления. Как сталь нагревается, на поверхности образуется оксидный слой; это толщина (и, следовательно, интерференционный цвет, поскольку свет отраженное) является функцией температуры. Эти цвета могут быть используется для закалки инструментальной стали.

Если проблема с цветом:
Не всегда практично использовать цвет для определения температуры.От пяти до десяти процентов мужчин население дальтоники; кроме того, цвет раскаленной стали гораздо труднее определить на солнце, если ты делаешь термообработку на открытом воздухе, что вам следует делать, если в вашем магазине нет вентиляционной вытяжки и дымохода. Закалка может быть в духовке с точным термометром. Для температуры затвердевания, есть несколько решений:

Магнетизм: Помните, что при критической температуре, когда начинается фазовый переход в аустенит, сталь стать немагнитным.

Пирометры: Хотя хорошие пирометры стоят дорого, термопару типа K можно купить за несколько долларов по стекольный или керамический цех. Подключите его к цифровому мультиметру, загрузите диаграмму милливольт к температуре для термопары, и все готово. Я сделал это, пропустив термопару через маленькое отверстие сбоку моей газовой горнила, и это кажется довольно точным. Некоторые интернет-ресурсы:

Tempilstiks: Tempilstiks — это цветные мелки, которые гарантированно плавятся в пределах 1% от их номинальной температуры.Доступно в широкий диапазон температур до 2500°F, их можно приобрести у торговцев кузнечным/кузнечным делом (онлайн по адресу Кузница Кентавра).

Руководство по закалке и отпуску инструментальной стали O-1

Начните с отожженной стали. На этом этапе сталь мягкая. достаточно для работы с файлом. Сделайте всю свою форму сейчас. Однако, если вы делаете кромочный инструмент, пока не затачивайте острую кромку — остановитесь совсем чуть-чуть. острого, оставляя его тупым.

Небольшая газовая горн с безнаддувной горелкой (Острый край во время жары обработка вызовет нежелательные напряжения в инструменте.)

Используя соответствующий источник тепла (или создание горелки Reil), нагрейте сталь до критической температуры. Как узнать, когда вы достигнете критической температуры? Аустенит, кристаллическая структура железа/углерода, образующаяся выше критическая температура немагнитна.я держу старый магнит держится в паре удобных тисков при закалке. Когда сталь достаточно горячая, магнит не прилипает. В в этот момент сталь вишнево-красная.

Изображение фактически показывает приближение темно-желтого цвета. ярко-желтый; вишнево-красный можно увидеть дальше вниз лезвие. Теперь снимите сталь с огня и немедленно потушить в масле. Подойдет любое масло; я утопил на отработанном моторном масле, но теперь предпочитаю дешевое растительное масло в металлическая ведро 5 литров.(Я бы предпочел думать о картофеле фри чем двигатель, работающий на жидком топливе.) Когда ты погрузить раскаленную сталь в масло, сделать это вертикально – если вы погружаете его под углом, он деформируется. Аккуратно встряхните его в масле движениями вверх-вниз. движение; перемешивание также может вызвать деформацию. Это Хотя похоже, что я вхожу под углом в изображение, клещи захватывают инструмент под одним и тем же углом, и фактическое движение инструмента и моей руки вертикальный.важно, чтобы он двигался, чтобы пополнить масло в поверхность стали; иначе образуется слой пара что приводит к более медленному, чем хотелось бы, гашению. Если погасить слишком медленно, инструмент не будет достаточно жестким. Держите сталь в масло до тех пор, пока масло не перестанет пузыриться.

Как только сталь достаточно остынет, чтобы с ней можно было обращаться, вытрите ее. и проверьте его твердость. Если вы все сделали правильно, файл не кусается – просто соскальзывает с края инструмента.Если достаточно тяжело, пора закаляться; это важно закалить как можно скорее после закалки. Вы можете просто поместите инструмент в духовку, если вы доверяете его температуре (возможно, хороший термометр был бы хорошей инвестицией), или можно закалять так, как это делают кузнецы, нагревая инструмент до он достигает нужного цвета. Чтобы увидеть цвета окисления, вам придется полировать инструмент на грубой эмори-бумаге. Мы не говорим здесь о зеркальной отделке – достаточно, чтобы разоблачить голый металл (возможно, до зернистости 220).Теперь, используя соответствующий источник тепла, осторожно нагрейте инструмент от неделовой край. Идея состоит в том, чтобы смягчить к сокращению кромка, поэтому режущая кромка будет тверже, чем другой конец инструмента. Например, лезвие ножа будет тверже. чем вдоль спины – спина бы больше закалялась, чтобы дать это гибкость. По мере того, как инструмент нагревается, первый цвет, который вы должен видеть слабый соломенный цвет. Продолжайте нагревать и дайте этот цвет распространяется к режущей кромке.Так же, как это достигает режущей кромки, погрузите инструмент в воду, чтобы препятствуйте тому, чтобы это темперировало слишком много. Все готово, если инструмент это плоское железо или долото – все, что вам нужно сделать сейчас, это сгладить заднюю часть и заточить его. Для инструмента, которому нужна большая прочность (меньше ломкости), как может холодная стамеска, следует темперамент немного выше. Для настоящей гибкости, как пружина, пройти весь путь до синего.

Твердость в зависимости от температуры отпуска

Авторское право © Питер Л. Берглунд, 2006 г.Все права защищены; содержание не может быть воспроизведено без разрешения автора.

Огонь и сталь: наука ковки

 

Металлообработка и огонь кажутся настолько естественными, что мы воспринимаем науку, стоящую за этим, как должное. Но между взаимодействием тепла и металлов гораздо больше, чем просто плавление, литье и придание формы. Эта связь уходит глубоко в молекулярную сферу, где выравнивание частиц может создать или разрушить структуру.

А когда конструкция поддерживает мосты, здания или транспортные средства, то, безусловно, стоит узнать больше.

“Пайнфулл кузнец, с силой пылкого жара,
Самый твердый ирон скоро умягчится,
Что с его тяжелыми санями он может его разбить,
И придать ему форму, которую он применит к списку”.
Эдмунд Спенсер, Сонет XXXII

​До того, как были изобретены современные методы обработки металлов, кузнецы использовали тепло, чтобы сделать металл пригодным для обработки.Как только металлу придавали нужную форму, нагретый металл быстро охлаждали. Быстрое охлаждение сделало металл более твердым и менее хрупким. Современная обработка металлов стала намного более сложной и точной, что позволяет использовать разные методы для разных целей.

Воздействие тепла на металл

Воздействие на металл сильного нагрева вызывает его расширение, а также влияет на его структуру, электрическое сопротивление и магнетизм.Тепловое расширение довольно очевидно. Металлы расширяются при воздействии определенных температур, которые варьируются в зависимости от металла. Фактическая структура металла также изменяется при нагревании. Называемое аллотропным фазовым превращением, тепло обычно делает металлы более мягкими, слабыми и более пластичными. Пластичность — это способность растягивать металл в проволоку или что-то подобное.
 
Тепло также может влиять на электрическое сопротивление металла. Чем горячее становится металл, тем сильнее рассеиваются электроны, в результате чего металл становится более устойчивым к электрическому току.Металлы, нагретые до определенных температур, также могут терять свой магнетизм. Подняв температуру до 626–2012 градусов по Фаренгейту, в зависимости от металла, магнетизм исчезнет. Температура, при которой это происходит в конкретном металле, известна как температура Кюри.

Термическая обработка

Термическая обработка – это процесс нагревания и охлаждения металлов для изменения их микроструктуры и придания физико-механических характеристик, которые делают металлы более привлекательными.Температуры, до которых нагреваются металлы, и скорость охлаждения после термической обработки могут существенно изменить свойства металла.
 
Наиболее распространенными причинами термической обработки металлов являются повышение их прочности, твердости, ударной вязкости, пластичности и коррозионной стойкости. Общие методы термической обработки включают следующее:
 
Отжиг — это форма термической обработки, которая приближает металл к его равновесному состоянию. Он смягчает металл, делая его более пригодным для обработки и обеспечивая большую пластичность.В этом процессе металл нагревают выше его верхней критической температуры, чтобы изменить его микроструктуру. После этого металл медленно охлаждается.
 
Менее затратный, чем отжиг, закалка представляет собой метод термообработки, при котором металл быстро возвращается к комнатной температуре после того, как он нагрет выше верхней критической температуры. Процесс закалки предотвращает изменение микроструктуры металла в процессе охлаждения. Закалка, которую можно проводить водой, маслом и другими средами, упрочняет сталь при той же температуре, что и полный отжиг.
 
Материал нагревают до температуры, подходящей для затвердевания, затем быстро охлаждают, погружая горячую часть в воду, масло или другую подходящую жидкость, чтобы преобразовать материал в полностью затвердевшую структуру. Детали, подвергающиеся закалке, обычно должны быть состарены, отпущены или сняты напряжения для достижения надлежащей ударной вязкости, окончательной твердости и стабильности размеров.
 
Осаждение Упрочнение также известно как старение. Он создает однородную структуру зерна металла, делая материал прочнее.Процесс включает в себя нагрев раствора до высоких температур после процесса быстрого охлаждения. Дисперсионное твердение обычно проводят в инертной атмосфере при температуре от 500 до 600 градусов Цельсия. Процесс может занять от часа до четырех часов. Продолжительность обычно зависит от толщины металла и других подобных факторов.
 
Использование этой обработки приведет к улучшению механических свойств, а также к повышению уровня твердости, в результате чего изделие станет более прочным и долговечным.Сплавы нагревают выше критической температуры превращения материала, а затем достаточно быстро охлаждают, чтобы мягкий исходный материал превратился в гораздо более твердую и прочную структуру. Сплавы могут охлаждаться на воздухе или охлаждаться закалкой в ​​масле, воде или другой жидкости, в зависимости от количества легирующих элементов в материале. Закаленные материалы обычно подвергают отпуску или снятию напряжения для улучшения их размерной стабильности и ударной вязкости.
 
Отпуск , широко используемый в настоящее время в сталеплавильном производстве, представляет собой термообработку, используемую для повышения твердости и ударной вязкости стали, а также для снижения хрупкости.Этот процесс создает более пластичную и стабильную структуру. Целью отпуска является достижение наилучшего сочетания механических свойств металлов, а сочетание закалки и отпуска важно для изготовления прочных деталей. Температура и время отпуска обычно контролируются для получения окончательных свойств, требуемых от стали. В результате получается компонент с подходящим сочетанием твердости, прочности и ударной вязкости для предполагаемого применения. Отпуск также эффективен для снятия напряжений, вызванных закалкой.
 
Снятие напряжения — это процесс термической обработки, который снижает напряжение в металлах после их закалки, литья, нормализации и т. д. Напряжения снимаются нагревом металла до температуры ниже необходимой для превращения. После этого процесса металл медленно охлаждают.
 
Нормализация — это форма термической обработки, которая устраняет примеси и повышает прочность и твердость за счет изменения размера зерна, чтобы он был более однородным по всему металлу.Это достигается путем охлаждения металла воздухом после его нагрева до определенной температуры.
 
Когда металлическая деталь подвергается криогенной обработке , она медленно охлаждается жидким азотом. Медленный процесс охлаждения помогает предотвратить термическое напряжение металла. Далее металлическая часть выдерживается при температуре примерно минус 190 градусов Цельсия примерно сутки. При более позднем термическом отпуске металлическая часть подвергается повышению температуры примерно до 149 градусов Цельсия.Это помогает снизить степень хрупкости, которая может быть вызвана образованием мартенсита во время криогенной обработки.


Термическая обработка действует только на металлы? А керамика? Или даже органические материалы?

Можно ли подвергать термообработке металлы с очень низкой температурой плавления, такие как галлий или ртуть?


Почему необходимо достичь определенных температур для обработки материалов, чтобы они приобрели определенные свойства? Какие химические или физические механизмы изменяют прочность, твердость, ударную вязкость или пластичность металла в зависимости от того, до какой температуры он обрабатывается?

Термическая обработка инструментальной стали своими руками — блог о заточке

Выдержка из The Perfect Edge: полное руководство по заточке для столяров

Стойка с лезвиями HOCK вынимается из печи.Фото любезно предоставлено Службой термообработки Edwards

. Вы можете успешно упрочнить свои собственные инструменты, обладая небольшими знаниями, небольшим количеством тепла и известным сплавом стали. Часто это самая сложная часть: какая у меня здесь сталь? И какое закаливание я использую? Сталь, используемую в любом данном инструменте, определить непросто. Металлургическая лаборатория берет приличную сумму денег за тестирование сплава, и я не знаю ни одного надежного домашнего теста. Также существует некоторый риск при закалке, скажем, стали, закаленной в масле, в воде.Он может деформироваться как сумасшедший или, что еще хуже, может сломаться. Старожилы «зажигали» стали, чтобы рассказать, что в них. Искры, генерируемые точильным станком, будут гореть с различными визуальными характеристиками в зависимости от легирующих элементов (например, различные минеральные красители в фейерверках). Таким образом, вы можете отшлифовать угол рассматриваемого предмета, понаблюдать за искрами, затем отшлифовать известную сталь и попробовать сравнить маленькие искры-вспышки по форме, яркости, сложности и т. д., а затем попытаться сопоставить.

Для мастеров-самоучек чаще всего возникает вопрос о том, закаливается ли кусок стали (автомобильная пружина, старая пила и т. д.) в масле или в воде.Безопаснее закаливать неизвестную, возможно, закаливающуюся в воде сталь в масле, чем наоборот. Закаливаемая в воде сталь может не полностью затвердеть в масле, и если это так, химия и физика позволят вам повторить попытку в воде. Я знаю, что это звучит предостерегающе, потому что так оно и есть. Хотя я опасаюсь давать ложные надежды самодельщикам, я также знаю, что возможно закалять стали самостоятельно. Когда я делал ножи из пильных полотен, я собрал вместе высокотемпературную печь и масляную ванну (например, фритюрницу) для закалки и отпуска с очень ограниченным бюджетом и сумел проделать приличную работу по термообработке более тысячи ножей. .Я многое узнал об этом процессе методом проб и ошибок, собирая, перестраивая и точно настраивая оборудование. Я по-прежнему держу руку на пульсе простых, небольших работ в цеху и для любопытных испытаний в небольших масштабах, но теперь я доверяю профессионалам заниматься термообработкой нашего производства. С нашими нынешними размерами партий они выполняют гораздо более постоянную и однородную работу, чем я мог бы с моей настройкой шнурка для обуви.

Начальный красный — около 1200F

Первый шаг — довести металл до критической температуры , которая со старым добрым O – 1 ( закалка в масле ) составляет 1450 — 1500°F ( от 790 до 815° C ) .Есть хороший пирометр? Без проблем. Два события сигнализируют о превращении перлита (низкотемпературного кристалла железа) в аустенит. Один из них — внезапный скачок цвета раскаленной стали. Когда температура детали приближается к критической, красное свечение, которое начинается при температуре около 1200°F (650°C), будет заметно ярче, пока температура детали не приблизится к 1400°F (760°C). Затем он останется того же цвета, в то время как перлит превращается в аустенит. Как только это преобразование завершено, цвет внезапно становится более ярко-оранжевым.Однако для того, чтобы распознать изменение цвета, может потребоваться некоторый опыт; это может быть не так очевидно для новичка. К счастью для вас, аустенит не магнитится. Точка, при которой обычная высокоуглеродистая сталь перестает быть магнитной, является ее критической температурой. Из-за этого удобного физического факта вы можете просто нагревать металл до тех пор, пока к нему перестанет притягиваться магнит, а затем погасить его в масле. В продаже имеются охлаждающие масла, но для простоты я использую арахисовое масло. Арахисовое масло имеет очень высокую температуру воспламенения, что снижает риск возгорания*, а при дымлении оно пахнет приятнее, чем нефтяное масло.

* ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ! Безопасность превыше всего : риск возгорания здесь очень реален – Пламя + Раскаленный металл + Горячее масло = Опасно! Будьте готовы: используйте длинные щипцы для работы, надевайте перчатки и средства защиты глаз/лица и держите огнетушитель под рукой. Если вы делаете это в магазине или гараже, включите вентилятор и не удивляйтесь, когда сработает дымовая сигнализация. Если вы делаете это дома, позвоните адвокату по разводам.

Приближаемся – около 1350F

Как довести лезвие до точки Кюри, вероятно, самая большая проблема для самодельщика.Когда металл достигает температуры 1300°F (700°C) или около того, углерод ведет себя так, как будто он находится в жидкости, и поэтому может мигрировать по своему усмотрению. Это необходимо для того, чтобы произошло отверждение, но вблизи поверхности металла эти атомы углерода становятся непостоянными и так же быстро убегают с любыми доступными атомами кислорода, с которыми они сталкиваются, навсегда теряясь в своих новых отношениях, как атмосферный углекислый газ. Мы пытаемся предотвратить это обезуглероживание стали путем нагревания металла в инертной (бескислородной) атмосфере или путем резкого ограничения времени докрасна.Кислородно-ацетиленовая горелка, которая часто является предпочтительным источником тепла для домашних мастеров, делает первое невозможным, а второе очень трудным. Равномерно нагреть что-то такое большое, как лезвие рубанка, небольшим пятном тепла, создаваемым горелкой, — настоящая проблема. Кузнечный огонь лучше, чем факел, из-за его однородности, и ему можно немного не хватать воздуха, чтобы уменьшить кислород в непосредственной близости. Небольшая испытательная печь лабораторного типа или печь, используемая для испытаний керамической глазури, работает достаточно хорошо, хотя вы, возможно, не сможете наблюдать изменения цвета при нагревании стали.Бросьте брикет древесного угля, чтобы убрать часть кислорода из печи, пока в ней находится сталь. Лучшим решением проблемы выгорания углерода для самодельного термообрабатывающего станка является покрытие стали окклюзионным порошковым покрытием, которое можно приобрести на сайте www.rosemill.com. Порошок наносится на деталь, предварительно нагретую до 450°F (230°C). Затем деталь возвращают в печь для завершения процесса. Покрытие смывается водой после закалки.

Этот скачок к ярко-оранжевому цвету происходит при критической температуре — 1475F

. Несмотря на то, что в официальных инструкциях говорится о выдержке детали при критической температуре в течение двадцати минут на каждый дюйм поперечного сечения, для большинства работ на заднем дворе с тонким сечением, таким как ножом, как только вы убедитесь, что он достиг критической температуры, вы можете снять кусок с огня и быстро окунуть его в достаточное количество масла комнатной температуры.Будьте готовы к тому, что масло может загореться — не держите лезвие таким образом, чтобы ваша рука (или ваше лицо) находилась прямо над ним. Для равномерного охлаждения подвигайте изделие вверх-вниз в масле. Если вы будете крутить его, есть риск, что он остынет быстрее с одной стороны, что может привести к деформации. Деталь должна быть закалена, как только она остынет примерно до 150°F (65°C). Без закалки он будет очень твердым и слишком хрупким для использования. Проверить твердость можно напильником. Вероятно, из-за обезуглероживания на заготовке будет тонкая мягкая корка, поэтому напильник может захватить эту мягкую обезуглероженную корку.Нажмите немного сильнее на напильник, чтобы пройти через эту кожу, и вы должны найти твердую, не поддающуюся напильнику сталь, под которой напильник будет просто скользить.

Закалка в масле (в данном случае в арахисовом масле) – будьте готовы к воспламенению! Отпускайте, как только сталь достаточно остынет, чтобы можно было обращаться с

. Отпускайте сразу после закалки, чтобы избежать упомянутого выше риска повреждения. Цель проста: нагреть деталь до нужной температуры отпуска (см. таблицу), выдержать двадцать минут на дюйм поперечного сечения и готово.Знание того, достигли ли вы нужной температуры, может создать проблему. Если у вас на кухне есть очень точная духовка, и когда ваш супруг отсутствует дома в течение дня, просто установите целевую температуру и нагревайте лезвие в духовке в течение необходимого времени. Точная фритюрница даст тот же результат, а темперирование на масляной бане* работает хорошо. Всегда используйте надежный термометр, чтобы дважды проверить термостат духовки или фритюрницы. На этом этапе закалка не требуется (хотя вы можете), просто убедитесь, что лезвие полностью достигло заданной температуры, не превышая ее.

*Еще один ОПАСНОСТЬ ПОЖАРА здесь! Горячее масло легко воспламеняется! Не нагревайте масло на открытом огне! Рекомендуется электрическая фритюрница, используемая на открытом воздухе. Носите соответствующую одежду, средства защиты глаз/лица, перчатки, рукава и т. д. Возьмите с собой наиболее активный мозг вместе с огнетушителем, когда проводите термообработку. Будь осторожен! И если вы делаете это в помещении, применяется то же предупреждение адвоката по разводам.

Без точного контроля температуры вам придется использовать цвета оксида поверхности, чтобы знать, когда хватит.После закалки кусок будет черным и чешуйчатым, поэтому сначала, если вы закаляете горелкой, используйте наждачную бумагу, чтобы очистить часть лезвия, пока он снова не станет блестящим металлом. При нагревании это пятно меняет цвет (вы видели радугу цветов, которая появляется при нагревании стали), начиная с очень бледно-желтого, называемого светло-соломенным, и переходя от ярко-красного к бирюзово-синему и серому. Высокоуглеродистые лезвия рубанка HOCK TOOLS закалены до 325°F (163°C) для достижения твердости Rc62. Я рекомендую эту твердость, она хорошо работала для нас в течение десятилетий, но она представляет собой загадку для самодельных термообработчиков, потому что первый слабый оттенок цвета появится при температуре чуть выше 325 ° F (163 ° C). .Это как сказать попутчику в автобусе: «Выходи на остановке прямо перед моей». Так что мой лучший совет — немного перегреть, до первых признаков цвета, самого слабого из светлой соломы, и остановиться на этом. Ваша законченная часть может быть не такой сложной, как Rc62, но она будет очень близка и должна работать хорошо. Закалка «по цветам» может иметь давнюю романтическую кузнечную традицию, но она не так эффективна, как печь или масляная ванна, которые позволяют стали вымачиваться в течение оптимального времени для полной трансформации.

Знакомая радуга цветов, обозначающая температуру поверхности. Светлая «соломинка» справа проявляется при температуре около 400°F (200°C), темно-коричневая — при температуре около 500°F (260°C), бледно-голубая — при температуре около 600°F (315°C) и светло-голубая — при 640°C. F (340°C)

Начинайте нагрев от режущей кромки, экономно применяйте пламя горелки и дайте цветам стекать к краю. Возможно, вам придется закалить изделие, чтобы остановить дальнейшее повышение температуры. Любой цвет, кроме бледно-соломенного, — это уже слишком. (Лезвие по-прежнему будет работать, просто оно не будет держать свою кромку так долго, как вам этого хочется.) Будьте слишком осторожны с темперированием. Вы всегда можете повторно закалить слишком твердое лезвие, но если вы зайдете слишком далеко и слишком сильно смягчите его, вам придется закалять его снова и снова. Если лезвие кажется слишком твердым, вы всегда можете бросить его обратно в духовку и дать ему нагреться на 25 ° F (13 ° C), подержав его там несколько минут, прежде чем снимать с огня.

Если вы используете для закалки масляную ванну во фритюре, на лезвии не будет цветов закалки, потому что масло не позволяет кислороду создавать цветные оксиды на поверхности стали.Доверьтесь термометру и методу, выньте лезвие из масла или просто выключите огонь и дайте ему остыть.

Готово! Если лезвие выглядит ужасно, вы можете подвергнуть его пескоструйной обработке или хорошенько отшлифовать, но в любом случае оно должно работать хорошо. Если вы сделали рубанок или стамеску, не забудьте немного отшлифовать скос перед хонингованием. Без защитного покрытия или контроля атмосферы эта тонкая кромка, вероятно, подверглась более чем справедливой доле выгорания углерода, и вам нужно перейти к хорошей стали (обезуглероженный слой может быть толщиной до 0.025” (0,6 мм)). То же самое касается и задней части: тщательная заточка задней части как минимум, если не больше, важна, чем заточка фаски. Небольшое дополнительное количество консистентной смазки удалит обезуглероженный слой и обнажит закаленную сталь. Не забывайте: задняя часть это передняя кромка . Подумайте об этом: если задняя часть не была заточена достаточно глубоко, лезвие никогда не будет работать хорошо.

Один из управляемых компьютером криогенных «морозильников», изготовленных и используемых Cryogenics International в Скоттсдейле, штат Аризона.Это не морозильник твоей мамы.

Вот и все для этого отрывка из The Perfect Edge. В качестве тизера я добавил фотографию, иллюстрирующую раздел о криогенной обработке.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Родственные

Автор: Рон Хок

Владелец HOCK TOOLS (.com) и автор книги «The Perfect Edge, полное руководство по заточке для столяров». Просмотреть все сообщения Рона Хока

Трактат о практике, обработке и обработке высококачественной и низкосортной стали (классическое переиздание): Вудворт, Джозеф Винсент: 9781330023006: Amazon.com: Books

Отрывок из книги «Закалка, отпуск, отжиг и ковка стали: трактат о практике, обработке и обработке высококачественной и низкосортной стали»

При подготовке этого трактата автор руководствовался знанием того, что информация по обработке и обработке стали, имеющая практическое значение для общего механика. По этой причине он убежден, что практическая книга по обработке и обработке металла в соответствии с современными требованиями, т. е. по процессам нагрева, отжига, ковки, закалки и отпуска, не может не представлять интереса и ценности для всех. механики, использующие инструменты или каким-либо образом занятые обработкой металлов.

Принимая во внимание тот факт, что инструменты, изготовленные из лучших сортов стали, не будут выполнять требуемую работу, если они не были должным образом обработаны в ходе различных процессов нагрева, ценность знания наиболее удовлетворительных и одобренных устройств и методов для механика сразу бросается в глаза.

С целью дать практичным людям книгу, в которой эта важнейшая тема рассматривается и излагается в ясной, краткой и практической форме, автор, опираясь на многолетний личный опыт, собрал всю доступную информацию, исключив все ненужное. и морально устаревшее, и добавлено все утвержденное, актуальное и достоверное.

Что касается оригинальности, то мы претендуем на очень мало, поскольку, хотя факты, содержащиеся в большом количестве предметов, были получены благодаря многолетнему опыту работы в кузне, станке и машине, мы в большей степени обязаны другим , и просто заявляют, что, как сказал один великий поэт, «собрали плоды трудов других людей и связали их своей собственной нитью». Техническим журналам, в частности, American Machinist, Machinery, Iron Age, Scientific American, Age of Steel, Modern Machinery и Shop Talk; мастерить механиков известных мастерских, многим американским станко-т…

Что такое отпуск и закалка закаленной стали?

Закаленная сталь имеет низкое сопротивление в дополнение к высокой твердости.Следовательно, закаленная сталь будет слишком хрупкой для большинства применений. Что вы должны сделать? С отпуском и закалкой.


Отпуск закаленной стали.

После закалки необходимо использовать закалку, чтобы устранить любые напряжения и хрупкость. Как происходит такое лечение?

  • нагревать сталь до температуры ниже AC1
  • хранить при этой температуре в течение заданного периода времени
  • охладить сталь соответствующим образом до комнатной температуры .

Что конкретно при отпуске? Последнее приводит к растеканию атомов углерода . Мартенситная структура медленно теряет эти атомы, принимая форму цементита (карбида железа). В результате сталь сильно теряет в твердости и одновременно повышает ударную вязкость .

Когда следует запускать закалку?

Во избежание опасности образования трещин (именно из-за высокого напряжения закаленных деталей) необходимо проводить отпуск сразу после закалки .Как выбрать температуру отпуска? Вы должны выбрать его таким образом, чтобы получить наилучший компромисс между твердостью и прочностью. Более высокие температуры , на самом деле даже прочность постепенно увеличивается . Кроме того, будет увеличиваться удлинение и сжатие и, следовательно, уменьшаться твердость, предел прочности и, наконец, предел текучести.

Что такое упрочняющая обработка?

Закалка сталей представляет собой термическую обработку, состоящую из различных операций, требующих тщательного учета некоторых основных условий, в том числе:

  • тип стали
  • состав стали
  • размеры деталей
  • температура и продолжительность отпуска .

Что такое термообработка? В закалке мартенситная структура с последующим отпуском. Именно для того, чтобы достичь компромисса между вязкостью и твердостью. Но что определяет структуру закаленной и отпущенной стали? В основном зависят от этих двух факторов:

  • 1ˢͭ  коэффициент: принятая температура отпуска
  • 2 ⁿᵈ фактор: более или менее грубая структура мартенситного твердения .

Поэтому необходимо установить как можно более низкую температуру затвердевания. Мартенситная закалка также должна достигать сердцевины детали от закалки.


Ищете крепеж из нержавеющей стали, фитинги, морские аксессуары или крепеж для фотогальванических систем? Посетите наш сайт. Подпишитесь на нашу электронную коммерцию, чтобы просматривать цены и наличие всех наших продуктов в режиме реального времени.

Нажмите здесь

Хотите читать другие сообщения? Продолжение здесь.

Закалка имеет значение – термообработка деталей

Сообщение в блоге Марка Сиррина при металлургической помощи Джима Сенне из MetalPro Resources

Часть того, что делает нашу работу такой интересной, а иногда и такой разочаровывающей, заключается в том, что термическая обработка и закалка пламенем включают довольно тонкие процессы для достижения точного преобразования стали в соответствии с потребностями клиента.Иногда это разочаровывает, потому что старое школьное мышление все еще существует: подожгите это факелом, пока оно не станет красным, а затем бросьте его в ведро с водой, и все готово. Но именно поэтому люди в конечном итоге звонят нам. В сегодняшнем требовательном производственном климате устаревшее мышление иногда приводит к растрескиванию – нестабильности получаемой стальной конструкции – в полевых условиях. Но мы не выходим из себя, когда сталкиваемся с этими неправильными представлениями о , упрочняемом пламенем . На самом деле мы делаем как раз наоборот: закаляем, закаляем!

Термическая обработка — это не только тепло ИЛИ охлаждение, как оказалось.Речь идет о целом процессе, предназначенном для того, чтобы сделать стальную или чугунную часть оборудования более прочной и стабильной, чтобы она могла выдерживать неправильные действия в полевых условиях. Будь то стальные тросы, стачивающие канавки колес, шкивов и барабанов, или ведущая шестерня, ударяющаяся о зубчатый венец в локомотиве, или шасси реактивного самолета весом 70 000 фунтов, искусство термообработки этих компонентов включает в себя тщательно спроектированный процесс, который часто начинается с локальной закалкой пламенем или индукцией, но заканчивается отпуском .Отпуск еще больше стабилизирует мартенситную структуру стали, давая нам лучшее из обоих миров: долговечность и стабильность.

Мы мало говорили о закалке в нашем блоге, но мы только что увидели растущую потребность в ней, поскольку к нам поступают компоненты с более жесткими производственными требованиями. Закалка пламенем фокусируется на определенном образце твердости, который клиент должен иметь для детали, и в процессе нагрева и закалки мы можем достичь этой твердости. Но чтобы обеспечить максимальную твердость, мы часто берем закаленные пламенем детали и помещаем их в печь для отпуска с последующим охлаждением на воздухе.Почему? Отпуск добавляет дополнительный уровень стабильности структуре закаленной стали.

Это связано с тем, что сразу после закалки, хотя сталь может иметь наивысший уровень прочности, она также может быть хрупкой и растрескиваться при ударе. Закалка улучшает вязкость разрушения и чувствительность к надрезам, делая заготовку более пригодной для использования без повреждений. Это дополнительная гарантия того, что прочность работает на самом высоком уровне в полевых условиях.

Неотпущенный мартенсит (преобладающая фаза стали после закалки) подвергается дальнейшему фазовому превращению при эксплуатации стальной детали.Смеем вас заглянуть на страницу A HKDH Bhadeshia из Кембриджского университета со всеми подробностями химии и металлургии, которые вы могли бы пожелать: «Отпуск при температурах около 650° способствует сегрегации примесных элементов, таких как фосфор, на границах предшествующих аустенитных зерен, что приводит к межкристаллитному разрушению вдоль этих границ. Обратимость возникает из-за возможности испарения примесных атмосфер на границах зерен при повышении температуры отпуска. Закалка от более высокой температуры позволяет избежать повторной сегрегации примесей во время охлаждения, тем самым устраняя охрупчивание.

Для остальных это означает, что закалка помогает стабилизировать микроструктуру. Любой процесс нагрева и закалки стали может оставить заготовку в состоянии высокого остаточного напряжения. Некоторые стали, например инструментальные стали, после закалки должны быть отпущены два или три раза. Вот почему успешная локальная закалка, будь то пламенная или индукционная, требует знающих инженеров, которые проводят заготовку через весь процесс трансформации многократного нагрева и охлаждения, чтобы в конечном итоге получить желаемую структуру.И эта структура зависит от того, как изделие будет использоваться в полевых условиях!

Таким образом, несмотря на то, что мы в Flame Treating Systems Inc. сосредотачиваемся на закалке пламенем в процессе термообработки, как производители и поставщики услуг, мы знаем, что закалка пламенем является одним из этапов процесса, который часто должен включать поездку в отпуск духовой шкаф. Большинство наших клиентов, которые покупают машины для пламенной закалки, уже имеют печи отпуска для удовлетворения различных потребностей в термообработке. Для клиентов, которые отправляют нам детали для закалки пламенем, мы всегда обязательно понимаем требования к твердости и ожидаемые эксплуатационные характеристики изделия в полевых условиях.Если мы считаем, что деталь будет работать лучше после отпуска после закалки пламенем, мы порекомендуем им это сделать. Да, это стоит больше денег, но дополнительная стабильность того стоит. Они могут не знать разницы между закалкой пламенем и отпуском или мартенситом и ферритом, они знают только, что изделие работает в полевых условиях. И это хорошо с нами. В конце концов, закалка пламенем и термическая обработка должны повышать ценность детали, продлевая ее срок службы и уровень производительности под нагрузкой.

Таким образом, хотя мы известны как «эксперты по огневой закалке », быть экспертом означает знать, как огневая закалка лучше всего вписывается в процесс термообработки, обеспечивающий высочайший уровень качества при высочайшем уровне производства при минимальных затратах.Когда этот процесс должен включать закалку, мы закаляем, закаляем!

Напишите мне по адресу [email protected], чтобы получить ответы на любые ваши вопросы по термообработке. Или позвоните мне по телефону 919-956-5208 . Это может занять некоторое время, но я свяжусь с вами! Спасибо за посещение нашего веб-сайта.

 

 

 

 

ИНДУКЦИОННЫЙ

ГХ | Индукционная закалка и отпуск Преимущества

Закалка

Закалка – это процесс нагрева с последующим охлаждением, как правило, быстрым для повышения твердости и механической прочности стали.

С этой целью сталь нагревают до температуры, несколько превышающей верхнюю критическую (между 850-900°С), а затем охлаждают более или менее быстро (в зависимости от характеристик стали) в такой среде, как масло, воздух, вода, вода в смеси с растворимыми полимерами и др.

Существуют различные методы нагрева, такие как электрическая духовка, газовая плита, соль, пламя, индукция и т. д.

Стали, которые обычно используются для индукционной закалки, содержат от 0,3% до 0,7% углерода (доэвтектические стали).

Преимущества индукционного нагрева:
  • Обрабатывает определенную часть детали (упрочняющий профиль)
  • Контроль частоты и время нагрева
  • Управление охлаждением
  • Энергосбережение
  • Нет физического контакта
  • Контроль и локальное отопление
  • Может быть интегрирован в производственные линии
  • Повышение производительности и экономия места

Индукционная закалка может осуществляться двумя способами:

  • Статическая: заключается в установке детали перед индуктором и выполнении операции без перемещения ни детали, ни индуктора.Этот тип операции очень быстрый, требует только простой механики и позволяет очень точно локализовать обрабатываемую область даже на деталях со сложной геометрией.
  • Прогрессивный (путем сканирования): состоит из непрерывного прохождения детали, перемещения либо детали, либо индуктора. Этот вид операции означает, что можно обрабатывать детали с большими поверхностями и большими размерами.

Для одного и того же типа деталей сканирующая обработка требует меньше энергии и больше времени обработки по сравнению со статической обработкой.

Закалка

Закалка — это процесс, способный снизить твердость, прочность и повысить ударную вязкость закаленных сталей, при этом устраняя напряжения, возникающие в дужке, оставляя сталь с требуемой твердостью.

Традиционная система отпуска состоит из нагревания деталей при относительно низких температурах (от 150°C до 500°C, всегда ниже линии AC1) в течение некоторого времени, а затем их медленного охлаждения.

Преимущества индукционного нагрева:
  • Более короткое время в процессе
  • Контроль температуры
  • Интеграция в производственные линии
  • Энергосбережение
  • Немедленная доступность запчастей
  • Экономия места на полу
  • Улучшение условий окружающей среды

Процесс закалки и отпуска представляет собой обработку различных деталей во многих отраслях промышленности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.