Андрей Смирнов
Время чтения: ~10 мин.
Просмотров: 1

Сталь 9хс

Структурные превращения при термической обработке.

Сталь подвергаем неполной закалке при этом её нагреваем до образования аустенита и цементита вторичного. Далее выдерживаем при данной температуре (840 ºС) для получения однородного аустенита.

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем Vкрит (меньшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит ), обеспечивает получение мелкозернистого мартенсита.

Рассмотрим превращение в масле, происходящее в стали 9ХС, при нагреве исходной равновесной структуры Ф+Ц. На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет своё пластинчатое или зернистое строение до температуры Ac1 (770 ºС для стали 9ХС). При температуре Ac1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зёрна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. Образование зёрен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворения цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита.

Изменения структуры стали при закалке в масло

При непрерывном охлаждении в стали с Vохлажд > Vкрит аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение развивается в стали с высокой скоростью ( 1000-7000 м/с) в интервале температур Мн…Мк. При этом необходимо учитывать, что с увеличением содержания углерода в стали температуры Мн и Мк понижаются ( точки Мн и Мк изменяют своё положение на графике ). Введение легирующих элементов также изменяет положение точек Мн и Мк . Например, введение кремния и хрома их повышает. В результате закалки стали 9ХС её структура имеет

кроме мартенсита и некоторое количество остаточного аустенита ( 6-8 % ).

Образование в результате закалки мартенсита приводит к большим остаточным напряжениям, повышению твердости, прочности, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению, что требует проведения дополнительно последующего отпуска.

Отпуск – это нагрев закалённых сталей до температур, не превышающих Ac1

При отпуске происходит несколько процессов. Основной — распад мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов. Кроме того, распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превращение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения твёрдого раствора и остаточные напряжения.

Рассмотрим превращения в закаленной стали при отпуске. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80. 200ºС и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита. В результате этого уменьшается удельный объем мартенсита, снижаются остаточные напряжения. Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200. 260 о С и состоит из следующих этапов:

1) превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

2) распад отпущенного мартенсита

3) снижение остаточных напряжений;

4) некоторое увеличение объема, связанное с переходом А ост


М отп.

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300. 400ºС . При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется феррито-карбидная смесь, существенно снижаются остаточные напряжения.

Структуру стали после низкого отпуска (до 250 С) называют отпущенным мартенситом; структуру стали после среднего отпуска 350. 500ºС – трооститом отпуска; после высокого отпуска 500. 600 ºС – сорбитом отпуска.

В стали 9ХC после неполной закалки в масле и низкого отпуска при 170ºС образуется структура отпущенного мартенсита.

Сталь 9ХС. Основные данные

ГОСТ 5950-73. Инструментальные легированные стали.

Назначение: сверла, развертки, метчики, плашки, гребенки, фрезы, машинные штампели, клейма для холодных работ. Ответственные детали, материал которых должен обладать повышенной износостойкостью, усталостной прочностью при изгибе, кручении, контактном нагружении, а также упругими свойствами.

Расшифровка маркировки

Для маркировки сталей и других материалов разрабатываются определенные стандарты, применение которых позволяет упростить процесс определения химического состава. Расшифровка данной стали проводится следующим образом:

  1. У инструментальной группы первая цифра указывает на содержание углерода (в десятых долях процента), то есть в этом случае в составе 0,9% углерода. Этот элемент считается основным, так как определяет особенности кристаллической решетки, твердость, прочность, хрупкость и другие качества.
  2. Как ранее было отмечено, сталь была легирована для изменения некоторых эксплуатационных характеристик. В качестве легирующих материалов использовались хром и кремний, которых не более 1,5%.

Кроме вышеприведенных элементов, в составе присутствуют и многие другие, которые являются неотъемлемой частью сталей.

https://youtube.com/watch?v=6x8Jxd0R72M

Это интересно: Сталь марки 30ХГСА — характеристики, расшифровка, применение

Классификация сталей для ножей

Когда мы говорим о таком материале, как сталь, особенно ножевая, следует понимать, что современная промышленность наряду с традиционными технологиями породила огромное количество ее видов, которые различаются как по химическому составу, так и по технологии изготовления. Чтобы не потеряться в этом многообразии, нам следует выделить хотя бы основные понятия. Итак…

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные:

  • Углеродистая сталь представляет собой сплав железа и угля, без добавления каких-либо других элементов. Ее часто называют «черной», или «ржавеющей». Это самый древний вид стали, из которой изготавливались ножи. В целом она отличается высокой прочностью, хорошо принимает и держит заточку, и ее единственный недостаток заключается в том, что она чрезвычайно подвержена коррозии.
  • Легированная сталь — та, которую часто называют «нержавейкой», на самом деле не всегда является таковой. Как правило, такая сталь гораздо меньше подвержена коррозии, но это вовсе не значит, что именно она является лучшей сталью для ножа. Главная ее особенность в том, что кроме углерода в сплаве с железом содержатся многие другие элементы, которые могут влиять на ее характеристики самым разным образом.

По технологии изготовления данных сплавов можно выделить довольно много видов стали. Для ножей подходят следующие:

  • Сталь, которая получается современным промышленным способом. Это самый распространенный ее тип, который производится методом плавки и штамповки.
  • Отдельно из промышленных сталей следует выделить так называемую «порошковую», которая получается не плавкой и штамповкой, а методом порошкового спекания мельчайших частиц металла, что позволяет достичь характеристик, недоступных для обычных промышленных сталей. Из порошковой стали делаются ножи премиум-сегмента, клинки которых обладают особо высокой прочностью, показателями твердости и износостойкости.
  • Сталь, которая получается традиционным кузнечным методом. Ее часто называют «кованой», и она высоко ценится.
  • Дамаск, как и его близкий родственник — булат, тоже является продуктом кузнечной выделки металлов. Говорят, что дамасская сталь для ножа является одной из лучших, равно как и булатная, но их характеристики в огромной мере зависят от мастерства кузнеца, и сама по себе технология изготовления вовсе не гарантирует высокого качества. Дамасская сталь имеет слоистую структуру, в которой чередуются разные виды металла, а булат обладает особым, «звездчатым» рисунком. Ножи из дамасской стали сами по себе очень красивы, но их свойства напрямую будут зависеть от тех сталей, которые включены в состав слоев.

Область применения

Рассматриваемый сплав имеет относительно невысокую стоимость, однако не может выдерживать длительное воздействие высокой температуры. Именно поэтому он особо популярен среди производителей ножей. При необходимости сплаву можно придать требуемую форму, для чего не требуется специальное оборудование. Изначально изделие затачивается, после чего подвергается термической обработке. Выпуская продукцию подобного типа, следует учитывать, что рассматриваемый сплав обладает некоторой хрупкостью и нужно проводить термическую обработку для ее снижения.

Основное назначение сплава заключается в применении при производстве различных инструментов, к примеру, сверл или метчиков. Главное условие — инструмент не должен во время работы нагреваться до критических значений. Кроме этого, сплав походит для выпуска ответственных деталей, которые работают в сложных эксплуатационных условиях. Поэтому 9ХС часто применяют в машиностроительной или иной подобной промышленности.

Советы по уходу

Ножи из стали 100Х13М больше понравятся пользователям, которые любят остроту и агрессивность резания. Использование подобающих инструментов во время загородного пикника, охоты, рыбалки, профессиональной деятельности будет славным подспорьем в работе. Как и любой другой предмет, ножичек любит заботу. Первейшие условия:

  • содержать в чистоте клинок;
  • периодически обрабатывать лезвие минеральными маслами;
  • своевременно править и затачивать.

При заточке рекомендуется использовать мелкозернистый алмаз или водный камень, ремень из кожи, пасту ГОИ.

В зависимости от назначения правильно выбранный угол будет определять, как долго будет служить предмет впоследствии. Для тяжёлых работ (костей, дерева) он будет составлять 40 градусов, для разделки мелкой рыбы и кухонных работ подойдёт угол в 25-30 градусов. При таких условиях нож из «сотки» будет иметь идеальную заточку в течение длительного времени.

Ещё одно условие: приобретая клинки из стали 100Х13М, нужно выбирать изготовителей, зарекомендовавших себя с хорошей стороны. Ведь не всё зависит от характеристик стали. Нужен грамотный подход производителя к обработке (закалке, полировке, заточке), не последнюю роль играет конструкция резака. Только в этом случае нож будет служить долго.

Структура сплава

В состав стали 9хс входит множество легирующих элементов. Один из основных — это хром, количественное содержание которого, колеблется в пределах от 0,95% до 1, 25%. Наличие данного вещества увеличивает такой параметр, как прочность и твердость. Кроме того, хром значительно повышает стойкость к коррозии. Очень схожими свойствами обладает кремний, который также присутствует в составе, а его содержание более 1%. Однако стоит отметить, что из-за него немного снижается пластичность и вязкость. Однако можно существенно повысить порог такой характеристики, как хладноломкость и увеличить порог текучести.

Производство пружин

Отпуск

Основная сфера применения стали — использование при производстве пружинных изделий. Поступление металла производится обычно в виде прутьев, но возможны и другие варианты, такие, как листы и проволока, а также кованые заготовки.

На характеристики и качество готового продукта достаточно сильно влияет её термообработка.

При производстве изделий из сверхпрочной проволоки имеется необходимость подвергнуть элементы отпуску при температуре от 250 °C до 350 °C, эта процедура выполняется для снятия созданного при производстве внутреннего напряжения и, конечно, для повышения упругости витков изделия.

Вышеописанная процедура, как правило, осуществляется в селитровых ваннах, но может производится и в камерных электрических или нефтяных печах. В случае с электрическими печами время удержания составляет 10 минут, а в нефтяных — 40 минут.

https://youtube.com/watch?v=-tQzLA2VFPc

Чтобы нагреть пружины для закалки, их помещают в заранее нагретые до определённой температуры соляные ванны или камерные печи. Во избежание деформации крупноразмерных изделий они подвергаются нагреву в приспособлении, специально для этого предназначенном.

Малоразмерные пружины

Малоразмерные пружины для закалки в печи помещают на специальном противне. Необходимо сократить время выдержки в печи до минимума для того, чтобы предотвратить окисление и обезуглероживание. Чтобы уменьшить время пребывания мелких пружин в печи, их кладут на заранее разогретый до определённой температуры противень.

Если в печи отсутствует защитная атмосфера, пружины подлежат упаковке в изолирующей среде, а также выполняется заброс небольшим количеством древесного угля.

Охлаждение пружин производится в масле. В воде охлаждать крайне не рекомендуется, так как могут возникнуть трещины на поверхности. Если охлаждение в воде необходимо, то время выдержки должно составлять 2−3 секунды, после чего нужно поместить готовый продукт в масло.

https://youtube.com/watch?v=vfD5I4Trnx8

Отпуск малоразмерных пружин

Перед тем как отпустить пружины, их необходимо очистить от масла методом промывки содовым раствором или методом протирки в опилках. Если после очистки на поверхности пружин останется неудаленное масло, то при отпуске оно может вспыхнуть и изменять условия процедуры отпуска. Рекомендуемая температура отпуска — от 300 до 420 градусов по Цельсию. Крайние витки необходимо отжигать в свинцовой ванне.

Перед отпуском крупные пружины необходимо надеть на толстые трубы во избежание коррозии при нагреве.

Необходимо обращать внимание на поверхность материала, предназначенного для изготовления пружин. Всевозможные дефекты могут привести к трещинам, а обезуглероживание верхнего слоя приводит к снижению упругости изделия

Зачастую при использовании антикоррозийных покрытий, иногда используемых для нанесения, пружины становятся хрупкими из-за перенасыщения стали водородом. Очень сильно это замечается на пружине из проволоки или из лент малых сечений. Такая хрупкость называется травильной и исправляется путём нагрева готового продукта в сушильном шкафу при температуре 150−180 градусов по Цельсию в течение 1,5−2 часов.

При большом времени травления происходит настолько сильное насыщение металла водородом, что температурная обработка не помогает устранить хрупкость и возникает необходимость отжига пружин. Чтобы избежать перенасыщения стали водородом, следует отказаться от травления перед процессом покрытия, а необходимо подвергнуть их очистке струёй песка и нагревать только после покрытия методом, описанным выше.

Пружины из отожжённого металла

Если пружины будут изготавливаться из отожжённого металла, то тогда, скорее всего, может быть необходимо не только закалить металл, так как основную роль будет играть его твёрдость. Например, при использовании в производстве толстой (более 6 мм) проволоки есть необходимость производить отпуск при температуре около 720 градусов по Цельсию. Делается это для того, чтобы придать готовому изделию прочности и только затем произвести закалку. Касаемо тех деталей, что навиваются в разогретом виде: в любом случае, здесь необходима нормализация, которая выполняется в самом начале обработки металла, перед остальными процессами.

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