Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Поверхностная закалка твч

Соляные ванны

Полная или поверхностная закалка стали должна проходить в соляных ваннах. Они защищают обрабатываемое изделие от окисления, однако не от обезуглероживания. По этой простой причине они подвергаются раскислению бурой или кровяной солью несколько раз за 8-12 часов. Соляные ванны, функционирующие при температуре 760-1000 градусов, эффективно раскисляются древесным углем. Для этого необходимо стакан, имеющий много отверстий, заполнить просушенным древесным углем. Затем стакан закрывают крышкой во избежание всплытия угля и опускают на дно соляной ванной. С течением времени количество языков пламени постепенно уменьшается. По сути, чем больше таких раскислений приходится на одно изделие, тем лучше будет защита от обезуглероживания.

Необходимо периодически проверять степень раскисления. Для этого берут обычное стальное лезвие и кладут его на 5-7 минут в ванну. Если оно будет ломаться, а не гнуться, то ванна считается достаточно раскисленной. Стоит заметить, что некоторые виды закалки стали не нуждаются в выполнении подобных мероприятий.

Скорость охлаждения

Структура мартенсита получается при быстром охлаждении аустенита в тот момент, когда температура стали способствует наименьшей устойчивости аустенита (около 650-550 градусов).

При переходе в зону температур, в которой происходит мартенситное превращение (ниже 240 градусов) применяется замедленное охлаждение. В результате успевают выравнится образующиеся структурные напряжения в то время, как твердость образовавшегося мартенсита не снижается.

Для проведения успешной термической обработки очень важно правильно выбрать среду закаливания. Часто в качестве закалочной среды могут применяться:

  • вода;
  • раствор едкого натрия (5–10 %) или поваренной соли;
  • минеральное масло.

Для закаливания углеродистой стали лучше использовать воду, температура которой 18 градусов. Для закалки легированной стали подойдет масло.

Для чего все это знать обычному человеку?

Эта статья специалистам по термической металлообработке покажется, скорее всего, набором банальностей и всем известных фактов. К тому же они, возможно, найдут и некоторые неточности в терминологии. Представляемая информация предназначена не для них, она адресуется людям, далеким от металлургии, дилетантам, интересующимся, чем отличается по прочности от хорошего лезвия обычный столовый или складной нож, поверхностная закалка от объемной и тому подобными вопросами. Покупая тот или иной нужный в хозяйстве предмет, потребитель сталкивается с существенной ценовой разницей. Продавец не всегда может квалифицированно и понятно объяснить, почему один инструмент (гаечный ключ, например) стоит намного дороже другого при общей внешней схожести. Он, скорее всего, попытается «запудрить мозги» малопонятными для обычного обывателя понятиями и терминами. В переводе на обычный язык эти пояснения будут означать, что разводной ключ не сломается или прослужит дольше, а заточка будет требоваться намного реже (если клиент желает приобрести нож). «Поверхностная закалка!» — загадочно укажет причину продавец, закатив от воображаемого восторга глаза. Что же это такое?

Противоположные свойства в одном изделии

Как ясно из словосочетания, термической обработке в этом случае подвергается только внешний тонкий слой изделия. О том, что сталь требует закалки, смутно догадываются все, даже те, кто вообще не знает, что это такое. Именно этим она отличается от обычной «железяки», мягкой и ломкой. Но почему таким почетом пользуется именно поверхностная? Закалка применяется для изменения свойств металла, а не ради какого-то улучшения, как это декларируется очень часто. Качество, полезное в одних случаях, становится вредным в других. Напильник тверд, потому им легко обрабатывать железо, алюминий или бронзу, но если его попробовать изогнуть или ударить по нему молотком, то он треснет. Это же касается ножовочного полотна, часто ломающегося при неправильном угле распила. Для того чтобы придать твердость в сочетании с гибкостью или пластичностью, применяется поверхностная закалка. После нее свойства изделия могут сочетать в себе качества, иногда противоположные, характерные для разных кристаллических структур. Теперь нужно углубиться в некоторые материаловедческие подробности.

Что происходит внутри

Не вдаваясь в особые подробности, следует отметить, что структура закаленной стали бывает трех основных видов: мартенситной, трооститной и сорбитной. От соотношения этих кристаллических образований и зависят механические характеристики

В данном случае неважно, какое из них и каким образом влияет на твердость. Результат зависит от того, насколько прогрет металл и как быстро он охлажден

Таким образом, поверхностная закалка может возникать при повышении температуры верхнего слоя и последующим охлаждением либо в результате отдачи тепла внешней среде (жидкости, чаще всего маслу, воде и рассолу, воздуху или другим агентам), либо за счет частичного ухода его внутрь изделия. При этом полиморфные превращения происходят послойно, в зависимости от степени достижения критической температуры, влияющей на формирование новой кристаллической структуры.

В итоге происходит изменение по следующим зонам:

— Верхняя, подвергшаяся упрочнению.

— Промежуточная, закаленная частично. Ее еще называют зоной термического влияния.

— Область пониженной твердости.

— Внутренняя часть, не подвергшаяся изменениям.

Старение — сталь

Старение стали заключается в выдерживании стали с метастабильной структурой более или менее продолжительное время при комнатной иши повышенной температуре. При этом происходит частичный переход структуры к более стабильному состоянию и изменение физических и механических свойств стали.

Старение стали уменьшает скорость ползучести только в первый короткий период, когда выпадающие из твердого раствора частицы высокодисперсны. После того как произойдет достаточная их коагуляция, скорость ползучести будет возрастать.

Микроструктура стали Х15Н9Ю Потенциостатические кри.

Старение сталей при 350 — 380 в течение 1 — 3 ч приводит к значительному упрочнению сталей и не вызывает снижения стойкости против общей коррозии. Повышение температуры старения выше 400 С вызывает снижение стойкости сталей против мкк и общей коррозии.

Старение стали ЭИ388 с длительной выдержкой при температурах 700 — 800 приводит к распаду а-фазы, выделяющейся после пятичасового старения, и делает эту сталь гетерофазной.

Старение стали 08Х15Н5Д2Т, так же как и других мартенситно-стареющих сталей, происходит без инкубационного периода в две стадии: первая — более быстрая, вторая — замедленная. Так как в стали 08Х15Н5Д2Т элект рошлакового переплава, идущей для изготовления прутков, поковок, штамповок и прессованных профилей, как правило, содержится 0 03 — 0 06 % Ti, основное упрочнение при старении происходит в результате выделения меди. В связи с этим, температура максимального упрочнения при старении понижена по сравнению с другими мартенситно-стареющими сталями, у которых старение вызывается титаном и алюминием, с 500 до 450 С. Этим же объясняется резкое разупрочнение стали при перестаривании.

Старение стали, сопровождающееся деформационным упрочнением материала внутри зерен и повышением огз, приводит к сокращению или полному исчезновению площадки текучести.

Влияние содержания кобальта на повышение твердости ( ДНУ при старении железоиикелевого мартенсита ( 14.| Влияние содержания хрома на повышение твердости ( ДНУ при старении сталей

Старение мартенснтно-стареющнх сталей приводит к повышению их, прочности, но одновременно снижает вязкость и пластичность.

Старению стали способствуют загрязнение ее примесями и неодинаковые размеры зерен. Явление старения объясняется выделением посторонних примесей, вошедших в твердый раствор с железом: азота ( главным образом), кислорода, фосфора и углерода. Частицы нитридов ( соединения железа с азотом), цементита и других соединений, выделяющиеся с течением времени из твердого раствора, проникают в кристаллические зерна, препятствуют внутрикристаллическим сдвигам и тем самым повышают прочность, а также снижают пластичность и вязкость стали. Сдвиги в кристаллических зернах, образующиеся при холодной деформации, облегчают выделение частиц из твердого раствора, поэтому старение особенно интенсивно развивается после наклепа. Вибрационная нагрузка тоже способствует старению. Нагрев деформированного в холодном состоянии металла ( после наклепа) до температуры 100 — 250 С ускоряет процесс старения. Введение присадок, связывающих азот и углерод, снижает эффект старения. Для связывания углерода применяют титан или ванадий, а для связывания азота — алюминий, цирконий или титан.

На старение сталей для глубокой вытяжки после их дрессировки влияет прежде всего азот по следующим причинам. Растворимости азота в феррите способствует наличие в стали марганца. Приведенные причины приводят к тому, что азот значительно больше ( примерно в 2 раза) влияет на старение после холодной деформации, чем углерод.

Изменение электросопротивления & R / R образцов стали Х18Н10Т после I ( а, 2 ( б и 3 ( в ч выдержки при температуре старения в интервале 620 — 700 С. / — 7 — то же, что и на 142.

Деформационног старение феррито-перлитной стали 22К, изучали в условиях знакопеременного изгиба при постоянной амплитуде подвижного конца образца ( начальная деформация поверхности 0 23 %) при температуре 250 С на установке ИМАШ-ЮМ.

Вид многослойного сварного шва стали марки 1Х18Н9Т, сваренной электродуговой сваркой с присадкой сварочной проволоки из стали ОХ18Н9 после 240-час. испытания в кипящей 56 % — ной азотной.

Изучение старения стали 18 — 8 Ti при длительности испытания до 5000 час.

Как выбирается температура

Чтобы провести качественную закалку стальной заготовки, нужно выбрать температурный режим обработки, который зависит от вида обрабатываемого материала:

  1. Доэвтектоидные стали — содержат менее 0.8% углерода. Во время обработки их разогревают до температуры 850 градусов. После нагрева детали быстро охлаждают. Её погружают в ванную с охлаждающей жидкостью.
  2. Заэвтектоидные стали — содержат более 0.8% углерода. Разогреваются до температуры 800 градусов. Таким образом происходит неполная закалка.

Особенности индукционного воздействия на металлические поверхности не позволяют обрабатывать стали, процентное содержание углерода в которых не превышает 0.5%. Для завершения технологического процесса нужно устранить возникшее напряжение между сердцевиной и поверхностью изделия. Чтобы сделать это, проводится низкотемпературный отпуск. Заготовка помещается в печь, разогретую до температуры 200 градусов по Цельсию. Когда температура упадёт, изделию дают остыть при комнатной температуре.

Закалка стали (Фото: Instagram / redventru)

Способ — поверхностная закалка

Схема поверхностной закалки при нагреве ацетилено-кисло-родным пламенем.

Способ поверхностной закалки основан на том, что ацетилено-кислородное пламя имеет температуру 3100 — 3200 С и благодаря чрезвычайно большому тепловому давлению нагревает поверхность изделия до температуры закалки за очень короткий промежуток времени, в течение которого нижележащие слои стали не успевают прогреться до критической точки и потому не закаляются.

Способ поверхностной закалки в электролите состоит в том, что закаливаемая деталь погружается на некоторую глубину в раствор кальцинированной соды ( фиг. Тогда через раствор и деталь проходит электрический ток. Раствор, по которому проходит электрический ток, называется электролитом. В гальванических цехах, где производится цинкование, никелирование, хромирование, также есть ванньи с растворами-электролитами, через которые также проходит электрический ток. Разница между гальваническими ваннами и нагревом в электролите под закалку состоит в том, что напряжение электрического тока в гальванических ваннах очень небольшое — всего лишь несколько вольт, тогда как при закалке в электролите напряжение значительно выше: 200 в и больше.

Схема нагрева в электролите.

Способ поверхностной закалки с нагревом в электролите применим для ограниченного числа деталей.

Поверхностная закалка деталей токами высокой частоты. а — одновременный нагрев и охлаждение. б — непрерывно-последовательный нагрев вдоль оси вала. в — последовательный нагрев и охлаждение каждой шейки коленчатого вала.

Способ поверхностной закалки с использованием токов высокой частоты выбирают в зависимости от размеров и формы изделия, а также предъявляемых к изделию требований. При закалке небольших изделий производят нагрев и охлаждение всей их поверхности. Изделие 1 ( рис. 10.1, а) помещают в индуктор 2 и сначала нагревают, а затем охлаждают всю поверхность, подлежащую обработке. Охлаждение может быть душевым. После окончания нагрева через эти отверстия на поверхность изделия поступает вода и охлаждает его.

Существует несколько способов поверхностной закалки.

Существует несколько способов поверхностной закалки: закалка с нагревом токами высокой частоты, закалка газопламенная, закалка в электролите и др. Все они в основном отличаются способом нагрева деталей, а сущность их сводится к тому, что нагреву подвергается лишь поверхностный слой детали, и, следовательно, при последующей закалке высокую прочность и износостойкость приобретает только поверхность детали, а сердцевина ее остается вязкой подобно тому, как это получается при цементации и других видах химико-термической обработки.

Выше описывался так называемый способ поверхностной закалки при одновременном нагреве, когда нагреву и последующему охлаждению подвергается сразу весь участок поверхности, подлежащей закалке. Процесс одновременной закалки прост и производителен, предпочтителен для автоматических линий.

Существуют три основных способа поверхностной закалки: с нагревом газокислородным пламенем ( пламенная закалка), с нагревом токами высокой частоты и с нагревом в электролите.

Существуют два основных способа поверхностной закалки: высокочастотный и пламенный. При первом способе тепло для нагрева получают за счет вихревых индукционных токов высокой частоты, а при втором способе — посредством газо-кислородного пламени.

Зависимость глубины проникновения тока от его частоты.

Существуют три основных способа поверхностной закалки: с нагревом газокислородным пламенем ( пламенная закалка), с нагревом токами высокой частоты и с нагревом в электролите.

В отличие от большинства прочих способов поверхностной закалки, при закалке с нагревом токами высокой частоты перегрева поверхностного слоя, как правило, не происходит, и структура поверхностного слоя состоит из бесструктурного или мелкоигольчатого мартенсита. Твердость закаленного поверхностного слоя неизменно получается несколько выше ( на 1 — 2 единицы по Роквеллу) твердости поверхностного слоя детали, изготовленной из той же марки стали и подвергнутой обычной закалке.

Какие бывают дефекты при закалке металла

При несоблюдении режимов закалки могут появляться следующие дефекты:

  • трещины или коробление. Причина — внутреннее напряжение. Если коробление поддаётся рихтовке и выпрямлению, то трещины исправить никак нельзя. Это — окончательный брак;
  • пережог, который представляет из себя окислы по границам зёрен, возникающие из-за проникновения внутрь металлических изделий кислорода. Пережог возможен при нагреве металла до температуры, близкой к температуре плавления. Такой металл не подлежит исправлению;
  • перегрев. При нагреве металла свыше температуры каления происходит его перегрев, в результате которого образуется крупная структура. Такой металл обладает повышенной хрупкостью. Исправляется при помощи отжига и новой закалки;
  • низкая твёрдость. Недостаточная твёрдость получается при низкой температуре нагревания, недостаточной выдержке при необходимой температуре и маленькой скорости охлаждения. Данный дефект легко исправить при помощи отжига и ещё одной закалки;
  • окисление и обезуглероживание, которое происходит при воздействии металла с воздухом и печными газами. Окисленный слой, окалина, наносит непоправимый вред производству, ибо такой дефект исправить нельзя. Чтобы избежать проблемы, необходимо использовать печи с защитной атмосферой.

Закалка

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

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

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

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

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

Закалка с помощью ТВЧ

С использованием ТВЧ температура нагрева более высокая по своим показателям.

Подобное обстоятельство становится возможным благодаря наличию двух факторов:

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

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

Способы, применяемые для охлаждения

При быстром охлаждении закалённая сталь приобретает внутреннее напряжение, которое со временем приводит к тому, что детали, изготовленные из нее, начинают коробиться, и в них могут появиться трещины. Эти отрицательные качества сталь может получить, если её охлаждать в воде. Лучше для охлаждения использовать масло. Однако для некоторых деталей, при изготовлении которых применялась углеродистая сталь, использование масла не подходит, так как процесс охлаждения недостаточно быстр. В этом случае лучше использовать закаливание в двух средах, с самоотпуском или иной способ.

От того, каким способом деталь погружают в среду для закаливания, зависит внутреннее напряжение в металле. Основные правила, которых необходимо придерживаться при охлаждении, следующие:

если по своей конфигурации деталь имеет тонкую и толстую части, то тогда охлаждают сначала толстую часть;
чтобы детали длинной и вытянутой формы не покоробились, опускать их в закалочную среду необходимо вертикально;
если нужно закалить только часть изделия, применяется местная закалка, но в среду для охлаждения погружают всю деталь.

Способы, применяемые для охлаждения

При быстром охлаждении закалённая сталь приобретает внутреннее напряжение, которое со временем приводит к тому, что детали, изготовленные из нее, начинают коробиться, и в них могут появиться трещины. Эти отрицательные качества сталь может получить, если её охлаждать в воде. Лучше для охлаждения использовать масло. Однако для некоторых деталей, при изготовлении которых применялась углеродистая сталь, использование масла не подходит, так как процесс охлаждения недостаточно быстр. В этом случае лучше использовать закаливание в двух средах, с самоотпуском или иной способ.

От того, каким способом деталь погружают в среду для закаливания, зависит внутреннее напряжение в металле. Основные правила, которых необходимо придерживаться при охлаждении, следующие:

  • если по своей конфигурации деталь имеет тонкую и толстую части, то тогда охлаждают сначала толстую часть;
  • чтобы детали длинной и вытянутой формы не покоробились, опускать их в закалочную среду необходимо вертикально;
  • если нужно закалить только часть изделия, применяется местная закалка, но в среду для охлаждения погружают всю деталь.

Продукция – Техмашхолдинг – группа компаний, официальный сайт

  1. Область сверления на каленом металле отмечают керном. На эту точку наносят небольшое количество смазки. Если она жидкая, то выдавливают каплю масла так, чтобы оно не растекалось.
  2. Режущую область инструмента опускают в смазку и устанавливают на отмеченную ранее точку.
  3. Во время сверления каленого металла следят за количеством смазки и добавляют по мере ее выработки.
  4. Следят за состоянием нагрева инструмента, не допуская его перегрева. Интенсивное выделение дыма от горения смазки указывает на необходимость прекратить работу и остудить оснастку и металл.

Марки сверл для каленой стали

Сверла для закаленной стали, если брать из наиболее подходящих старых советских, – это инструмент на базе стали Р18. Оснастка имеет содержание вольфрама до 18 %, что делает ее высокопрочной, не подверженной перегреву и быстрому износу. Такими сверлами можно работать на высоких оборотах электроинструмента. Металл выпускался до 70-х годов прошлого столетия – это очень редкий инструмент.

Сталь марки Р6М5К5 – материал отечественного производства, где вольфрама меньше, всего 6 %, но его недостаток компенсируется за счет применения в сплаве элемента кобальта (до 5 %). Кобальт также способствует крепости оснастки, возможности долго выдерживать повышенные тепловые нагрузки при работе с калеными материалами.

Читать также:  Как отличить метрическую резьбу от дюймовой

Среди иностранных аналогов быстрорежущих сталей, подходящих для производства сверл по каленому металлу, стоит отметить марку HSS-Co. Это, по сути, такой же инструмент, как и предыдущий, где имеется схожий состав основных элементов сплава.

Любые сверла по керамограниту также подходят для получения отверстий в каленом металле, только их победитовые напайки нужно перетачивать.

Самодельное сверло

Дорогое сверло для работы необязательно покупать, в некоторых случаях его можно изготовить в домашних условиях. Лучше всего для этого подойдет стержень из сплава кобальта и вольфрама – победит. Такой стержень легко распознать среди других железок: он не будет поддаваться резанию полотном для металла. Далее делают следующее:

  1. Устанавливают на наждак алмазный круг.
  2. Торцуют одну сторону стержня и стачивают на этой стороне шлицы, как на плоской отвертке.
  3. Далее стачивают бока, чтобы получился острый конус.

Свойства металла после обработки

После проведения цементации твердость науглероженного слоя достигает: 58-61 HRC на легированных сталях и 60-64 HRC на низкоуглеродистых сталях. Длительное нахождение стали при высоких значениях температуры, вызывает изменение структуры металла.

Структура стали после цементации

Для исправления крупного зерна металла детали после цементации подвергаются повторному нагреву и закалке с последующим отпуском или нормализацией.

Закалка производится при температуре, не превышающей 900С. В металле происходит измельчение зерна за счет получения перлита и феррита.

Вместо закалки для легированных сталей производят нормализацию. После сквозного прогрева в середине детали образуется мартенсит. Нагрев детали зависит от марки стали, из которой она была изготовлена.

Режимы термической обработки стали после цементации

В качестве заключительной фазы проводят низкотемпературный отпуск, который позволяет устранить поверхностные напряжения и деформации, вызванные высокотемпературной обработкой.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации