Назовите способы закалки сталей

Зачем нужна и как проводится закалка стали?

Закалкой называют вид термической обработки металлов, который заключается в нагреве выше критической температуры с последующим резким охлаждением (обычно) в жидких средах. Критической называют температуру, при которой происходит изменение типа кристаллической решетки, то есть осуществляется полиморфное превращение. Она определяется она по диаграмме «железо-углерод». фото

Свойства стали после закалки

После закалки увеличивается твердость и прочность стали, но при этом повышаются внутренние напряжения и возрастает хрупкость, провоцирующие разрушение материала при резких механических воздействиях. На поверхности изделия появляется толстый слой окалины, который необходимо учитывать при определении припусков на обработку.

Внимание! Некоторые изделия закаляются частично, например, это может быть только режущая кромка инструмента или холодного оружия. В этом случае на поверхности изделия можно наблюдать четкую границу, разделяющую закаленную и незакаленную части. Закаленную часть на клинках называют «хамон», что в переводе на современный язык металлургии означает «мартенсит».

Определение! Мартенсит – основная составляющая структуры стали после закалки. Вид этой микроструктуры – игольчатый или реечный.

Для уменьшения внутренних напряжений и роста пластичности осуществляют следующий этап термообработки – отпуск. При отпуске происходит некоторое снижение твердости и прочности.

Технология закалки

Режим закалки определяется температурой, временем выдержки, скоростью охлаждения, используемой охлаждающей средой.

Способы закалки стали:

• в одном охладителе – применяется при работе с деталями несложной конфигурации из углеродистых и легированных сталей;
• прерывистый в двух средах – востребован для обработки высокоуглеродистых марок, которые сначала остужают в быстро охлаждающей среде (воде), а затем в медленно охлаждающей (масле);
• струйчатый – обычно востребован при частичной закалке изделия, осуществляется в установках ТВЧ и индукторах обрызгиванием детали мощной струей воды;
• ступенчатый – процесс, при котором деталь остывает в закалочной среде, приобретая во всех точках сечения температуру закалочной ванны, окончательное охлаждение осуществляют медленно;
• изотермический – похож на предыдущий вид закалки стали, отличается от него временем пребывания в закалочной среде.

Типы охлаждающих сред

От правильного выбора охлаждающей среды во многом зависит конечный результат процесса.

Для поверхностной закалки и работы с изделиями простой конфигурации, предназначенными для дальнейшей обработки, применяется в основном вода. Она не должна содержать соли и примеси моющих средств, оптимальная температура +30°C.

Внимание! Использовать этот способ охлаждения для деталей сложной конфигурации не рекомендуется из-за риска появления трещин.

Для изделий сложной формы применяют 50% раствор каустической соды, который нагревают до +60°C. При использовании такого состава для охлаждения сталь приобретает светлый оттенок. Пары каустической соды вредны для здоровья человека.

Для тонкостенных деталей, изготовленных из углеродистых и легированных сталей, применяются минеральные масла, обеспечивающие постоянную температуру охлаждения, не зависящую от температуры окружающей среды. Главное условие, которое необходимо соблюдать при охлаждении сталей после закалки, – отсутствие воды в минеральных маслах. Недостатки процесса: выделение вредных для человека паров, возможность возгорания масла, образование налета, постепенная потеря эффективности охлаждающего состава.

Внимание! Для работы с изделиями из углеродистых сталей со сложным химическим составом используют комбинированное охлаждение. Оно состоит из двух этапов. Первый – охлаждение детали в воде, второй, после +200°C, – в масляной ванне. Перемещение из одной охлаждающей среды в другую должно производиться очень быстро.

Какие стали можно закаливать?

Процедурам закалки и отпуска не подвергается прокат и изделия из него, изготовленные из малоуглеродистых сталей типа 10, 20, 25. Этот вид термообработки эффективен для углеродистых сталей (45, 50) и инструментальных, у которых в результате твердость увеличивается в три-четыре раза.

Таблица режимов закалки и областей применения для некоторых видов инструментальных сталей

Источник

Закалка металла – что это?

Череповецкий завод металлоконструкций предлагает услуги по обработке металла. Мы можем выполнить его закалку с помощью современного оборудования и квалифицированных специалистов.

Что называют закалкой стали? Это нагревание металла до специального уровня температуры, при котором изменяется его структура, и последующее остывание на открытом пространстве или в какой-либо жидкости (воде или масле). К данной процедуре прибегают для повышения твердости стали. В условиях производства температура закалки определяется по диаграмме «железо-углерод».

Обработка применяется для:

• получения новых свойств изделия;
• фиксации габаритов и конфигурации предмета;
• улучшение технологических параметров стали за счет снижения ее прочности;
• получения необходимых характеристик путем увеличения прочности стали.

Отпуск и старение металла

При помощи закалки стали повышается хрупкость изделия и его твердость. Отпуск металла – это еще одна необходимая процедура, в ходе которой он становится более пластичным, но при этом его прочность и твердость немного снижаются. Отпуск проводят постепенно и при более низком температурном режиме.

Отпуск – это разновидность термической обработки, которая применяется для изделий, закаленных до критической точки, в процессе которой происходит изменение структуры стали. Как происходит данный процесс: металл выдерживается в нагретом состоянии определенный промежуток времени, а затем медленно остывает на открытом воздухе. Отпуск осуществляют для сокращения внутреннего напряжения, увеличения пластичности металла и предотвращение его хрупкости.

Если проводить закалку стали без изменения его кристаллической решетки, то вы сможете предотвратить хрупкость металла, однако также получите проблемы с его твердостью. Повысить твердость изделия можно при помощи еще одного процесса термической обработки – старения металла, в ходе которого происходит распад пересыщенного твердого раствора.

С помощью старения достигается необходимая твердость и прочность закаленного металла. Старение бывает трех видов:

• естественным – вид термообработки, который происходит при выдержке в естественных условиях; в ходе естественного старения автоматически происходит повышение прочности металла и снижение его пластичности;
• термическим – это старение, которое невозможно без воздействия высоких температур; в данном случае может произойти перестаривание, когда характеристики металла достигают своего пика, а затем начинают постепенно снижаться;
• деформационным – данный тип старения подразумевает пластическую деформацию закаленного сплава, который имеет структуру перенасыщенного твердого раствора.

Способы закалки

По уровню применения температуры закалка делится на полную и неполную. Первый способ подходит для инструментальной стали, а второй – для цветной.

Способ термообработки также зависит от количества используемых охладителей. По типу охлаждающей среды термическая обработка бывает:

• в одном охладителе;
• с подстуживанием;
• прерывистая;
• ступенчатая;
• изотермическая.

Закалка в одном охладителе

Данный вид термической обработки применяется для простых деталей, которые были изготовлены из углеродистой и легированной стали. В процессе закалки изделие сначала нагревается до нужной температуры, а затем охлаждается в жидкости. Сталь с высоким содержанием углерода диаметром от 2 до 5 мм достаточно охладить в воде, а легированную сталь и изделия меньшего размера – нужно охладить в масле.

Закалка с подстуживанием

Термообработка с одним охладителем может привести к термическому и структурному внутреннему напряжению. Это происходит в случае достижения минимума в разности температур. Напряжение растяжения образуется на поверхности стали, а напряжение сжатия – в центре. Чтобы уменьшить его, деталь держат на открытом воздухе немного времени.

Прерывистая

Данный вид закалки проводится в воде и масле или воде и воздухе. Изделие сначала нагревают до критической точки, затем быстро охлаждают в воде, а потом медленно – в маске или на открытом воздухе. Такой способ применяют для стали с высоким содержанием углерода. Прерывистая закалка относится к сложным методам, так как оптимальное время нахождение в воде сможет определить лишь специалист с большим опытом работы.

Ступенчатая

Прерывистая термическая обработка охлаждает деталь неравномерно: более тонкие поверхности охлаждаются быстрее. К тому же в этом случае очень сложно рассчитать время охлаждения в воде. Это проблемы решает ступенчатая закалка.

Такой метод закалки выполняется в несколько этапов. Первая ступень заключается в охлаждении и выдержки изделия в воде до тех пор, пока все сечения не будут одинаковой температуры. Второй этап – это завершающее охлаждение в медленном темпе.

Изотермическая

При данном виде термообработки нагревают для критической точки, а затем опускают в ванну с солью или маслом с температурой в 250 градусов. Сталь нужно выдержать в ванночке в течение 30 минут, а затем остудить на открытом воздухе. Такой вид закалки обеспечивает высокую прочность металла при хорошей вязкости.

Температурный режим

Для выбора температурного режима для закалки металла используют диаграмму «железо-углерод». Для стали с высоким содержанием углерода определить температуру очень просто. Нагрев конструкционной стали (с углеродом – менее 0,8%) необходимо нагреть до температуры над линией GS и на 30-50 градусов выше точки Ac3. Для материала с углеродом больше 0,8% оптимальная температура – на 30-50 градусов выше линии PSK.

Температурный режим для легированной стали выбирают в соответствии с критическими точками, но этот процесс считается более сложным из-за содержания в металле других компонентов.

Выбор охлаждающей среды

От выбора охлаждающей среды зависит будущее качество вашей детали:

• в качестве охлаждающей среды для простых деталей из углеродистой стали применяется обычная вода;
• для изделий сложной формы применяют каустическую соду в соотношении 1:1, готовый раствор нагревают до 50-60 градусов;
• к деталям с тонкими стенками из любых видов стали в качестве охлаждающей среды выбирают масло.

Сталь с углеродом, которая имеет сложный состав, остужают в двух видах охладителей – сначала в воде, а затем в масляной ванне. Перемещать изделия из одной среды в другую нужно с максимальной скоростью.

Какую сталь подвергают закалке

Термообработке подвергают сталь, в которой содержание углерода не меньше 0,45%, а также инструментальную и легированную. У этих видов металла твердость увеличивается в несколько раз после процедуры закалки. Сталь с содержанием углерода не превышает 0,45% не подвергается термической обработке.

Какие дефекты могут возникать при закалке металла

Если не соблюдать рекомендуемые режимы при осуществлении закалки, могут проявиться следующие дефекты:

• Трещины. Они появляются ввиду внутреннего напряжения и исправить их никак нельзя.
• Пережог. Он возникает из-за проникновения кислорода внутрь изделий из металла. Он также возможен из-за нагрева металла до температуры, близкой к температуре плавления. Изделие с пережогом невозможно исправить.
• Перегрев. Он появляется в том случае, если сталь была нагрета до температуры каления. В результате появляется крупная структура. Перегревшийся металл становится очень хрупким. Исправить перегрев можно при помощи отжига и новой процедуры закалки.
• Низкая твердость. Это возможно при недостаточной скорости охлаждения, недостаточной выдержки необходимой температуры и низкой температуре нагрева. Такой дефект исправляется с помощью отжига и новой закалки.
• Обезуглероживание и окисление. Такой эффект возможен при взаимодействии стали с газами печи и воздухом. Этот дефект нельзя исправить, и он наносит серьезный вред производственному процессу. Во избежание проблем используют печи с атмосферной защитой.

Закалка стали в условиях дома или дачи

Конечно, лучший результат от закалки получится, если она осуществляется профессионалами с большим опытом работы и в производственных условиях. Бывает такое, что вы приобрели инструмент, но он оказался недокаленным или незакаленным. В этих случаях прибегают к закалке в бытовых условиях. Этому процессу легко научиться. Осуществлять закалку можно на простом костре. Достаточно соблюдать следующую последовательность действий:

1. Для начала подготовьте два сосуда – с водой и маслом.
2. Затем подготовьте инструмент, с помощью которого вы будете опускать изделие в костер и вынимать его. Можно использовать простые клещи.
3. Далее нужно развести костер и подождать, пока образуются угли. На них кладем металлическое изделие, которое будем подвергать закалке.
4. Внимательно следите за оттенком, которое принимает пламя, и за цветом углей. Огонь не должен быть белым, а раскаленный угли, напротив, принимают белый цвет. Для процесса домашней закалки оптимальный цвет пламени – малиновый. Если пламя белое, это говорит о высокой температуре, которая просто сожжет деталь.
5. Следите, чтобы на стальной детали не появились пятна синего или черного цвета. Они говорят о деформации изделия из-за сильного размягчения. Если сталь приняла белый оттенок, ее можно выкидывать.
6. Как только металл нагрелся до оптимального уровня температуры, необходимо вытащить его из огня и опустить в масло. Делаем это 3 раза. В первый раз опускаем на 3 секунды. Каждый раз увеличиваем время на столько же. Опускаем и резко вынимаем.
7. Затем опускаем инструмент в сосуд с водой и оставляем там до полного остывания.

Изделия вытянутой формы необходимо поместить в форму вертикально. Для того чтобы определить оптимальную температуру в домашних условиях, можно воспользоваться специальной таблицей цветов. Вместо костра можно использовать простую печку.

Отпуск металла в духовке

Если есть такая необходимость, вы можете подвергнуть предмет отпуску в духовке. Поместите изделие в духовой шкаф, нагретый до 300-320 градусов и оставить там на 1 час. Далее деталь нужно вынуть и остудить на открытом воздухе.

Проверка металла на наличие термообработки

Перед процедурой закалки необходимо убедиться, что купленная нами сталь не подвергалась ранее термической обработке. Проверить это можно при помощи обычного паяльника. Инструмент нужно нагреть и провести им по металлическому изделию. Если он прилипает к металлу, то изделие не подвергалось термообработке. Если паяльник плавно проходит по поверхности или резко от нее отскакивает, то металлический предмет хорошо или слишком сильно обработан под воздействием высоких температур. Если следов термообработки не обнаружено, необходимо сделать ее самостоятельно.

Закалка ножа графитом

Термическая обработка при помощи графита полезна в том случае, если закалка требуется только для части предмета, а не для целого. У ножа этой частью является кромка.

Закалку ножа при помощи графита можно осуществлять в следующей последовательности:

1. Для начала проверьте твердость ножа с помощью надфиля. Если изделие легко сточить, а надфиль издает глухой звук, то нож не подвергался термической обработке.
2. Вы можете использовать графит, добытый из батареек круглой формы, взять стержень карандаша или использовать графитовые щетки генератора.
3. График необходимо растолочь до состояния порошка.
4. В качестве источника питания можно использовать сварочный аппарат постоянного тока. Выставите его на максимальную мощность.
5. Сделайте подложку из оцинкованного листа. Сверху насыпьте на нее графитовый порошок.
6. К оцинкованную листу присоедините «плюс» сварочного прибора, а к ручке – «минус».
7. Аккуратно водите острой частью ножа (лезвием) по графиту таким образом, чтобы не задевать оцинкованную подложку. Обращайте внимание на то, чтобы графитовый порошок не загорелся, иначе изделие будет испорчено.
8. Когда вы будете водить ножом по графиту, то порошок будет искриться. Как только вы заметили, что острие нагрелось, необходимо прекратить процесс термической обработки. Рекомендуемое время закалки – не больше 5 минут.
9. Оставьте ножик остывать на открытом воздухе. Затем возьмите надфиль и проверьте металлическое изделие на твердость. Если звук при контакте инструмента с ножом звонкий и острие нельзя заточить, значит лезвие достаточно твердое.

Закалку гораздо проще и эффективнее осуществлять в условиях производства, чем в домашних. Вы также можете обработать металлическое изделие «топорными» методами с применением подручных средств.

Заказать закалку стали в ЧЗМК

Череповецкий завод работает для вас более 55 лет. Мы занимаемся изготовлением конструкций из металла, а также оказываем различные услуги по обработке стали. Наши квалифицированные специалисты выполняют работу качественно, в собственных цехах и на современном оборудовании.

Заказывая закалку стали у нас, вы можете не беспокоиться о качестве и результате. За процессом работы наши клиенты наблюдают с помощью онлайн-трансляции, а на все услуги у нас действует гарантия сроком от 12 до 24 месяцев.

Мы доставляем заказы во все регионы России и предлагаем удобные способы оплаты. Заплатить вы сможете наличным или безналичным расчетом.

Для получения консультации или оформления заказа звоните нам или оставляйте онлайн-заявку на сайте. Наши опытные менеджеры всегда рады помочь вам.

Источник