Для чего предназначена закалка стали

Закалка стали

Для придания стали определенных эксплуатационных качеств на протяжении многих десятилетий проводится термообработка. Сегодня, как и несколько столетий назад, закалка стали предусматривает нагрев металла и его последующее охлаждение в определенной среде. Температура нагрева стали под закалку должна быть выбрана в соответствии с составом металла и механическими свойствами, которые нужно получить. Допущенные ошибки при выборе режимов закалки приведут к повышению хрупкости структуры или мягкости поверхностного слоя. Именно поэтому рассмотрим способы закалки стали, особенности применяемых технологий, а также многие другие моменты.

Какой бывает закалка метала?

Для чего нужна закалка стали знали еще древние кузнецы. Правильно выбранная температура закалки стали позволяет изменять основные эксплуатационные характеристики материала, так как происходит преобразование структуры.

Закалка – термообработка стали, которая сегодня проводится для улучшения механических качеств металла. Процесс основан на перестроении атомной решетки за счет воздействия высокой температуры с последующим охлаждением.

Технология закалки стали позволяет придать недорогим сортам металла более высокие эксплуатационные качества. За счет этого снижается стоимость изготавливаемых изделий, повышается прибыльность налаженного производства.

Основные цели, которые преследуются при проведении закалки:

  1. Повышение твердости поверхностного слоя.
  2. Увеличение показателя прочности.
  3. Уменьшение пластичности до требуемого значения, что существенно повышает сопротивление на изгиб.
  4. Уменьшение веса изделий при сохранении прочности и твердости

Существуют самые различные методы закалки стали с последующим отпуском, которые существенно отличаются друг от друга. Наиболее важными режимами нагрева можно назвать:

  1. Температуру нагрева.
  2. Время, требующееся для нагрева.
  3. Время выдержки металла при заданной температуре.
  4. Скорость охлаждения.

Изменение свойств стали при закалке может проходить в зависимости от всех вышеприведенных показателей, но наиболее значимым называют температуру нагрева. От нее зависит то, как будет происходить перестроение атомной решетки. К примеру, время выдержки при закалке стали выбирается в соответствии с тем, какой прочностью и твердостью должно обладать зубчатое колесо для обеспечения длительной эксплуатации в условиях повышенного износа.

Цвета закалки стали

При рассмотрении того, какие стали подвергаются закалке стоит учитывать, что температура нагрева зависит от уровня содержания углерода и различных примесей. Единицы закалки стали представлены максимальной температурой, а также временем выдержки.

При рассмотрении данного процесса изменения основных эксплуатационных свойств следует учитывать нижеприведенные моменты:

  1. Закалка направлена на повышение твердости. Однако с увеличением твердости металл становится и более хрупким.
  2. На поверхности может образовываться слой окалины, так как потеря углерода и других примесей у поверхностных слоев больше, чем в середине. Толщина данного слоя учитывается при расчета припуска, максимальных размеров будущих деталей.

Выполняется закалка углеродистой стали с учетом того, с какой скоростью будет проходить охлаждение. При несоблюдении разработанных технологий может возникнуть ситуация, когда перестроенная атомная решетка перейдет в промежуточное состояние. Это существенно ухудшит основные качества материала. К примеру, охлаждение со слишком большой скоростью становится причиной образования трещин и различных дефектов, которые не позволяют использовать заготовку в дальнейшем.

Процесс закалки сталей предусматривает применение камерных печей, которые могут нагревать среду до температуры 800 градусов Цельсия и поддерживать ее на протяжении длительного периода. Это позволяет продлить время закалки стали и повысить качество получаемых заготовок. Некоторые стали под закалку пригодны только при условии нагрева среды до температуры 1300 градусов Цельсия, для чего проводится установка иных печей.

Отдельная технология разрабатывается для случая, когда заготовка имеет тонкие стены и грани. Представлена она поэтапным нагревом.

Полную закалку используют обычно для сталей и деталей, которые не подвержены растрескиванию или короблению.

Зачастую технология поэтапного нагрева предусматривает достижение температуры 500 градусов Цельсия на первом этапе, после чего выдерживается определенный промежуток времени для обеспечения равномерности нагрева и проводится повышение температуры до критического значения. Холодная закалка стали не приводит к перестроению всей атомной сетки, что определяет только несущественное увеличение эксплуатационных характеристик.

Как ранее было отмечено, есть различные виды закалки стали, но всегда нужно обеспечить равномерность нагрева. В ином случае перестроение атомной решетки будет проходить так, что могут появиться серьезные дефекты.

Методы предотвращения образования окалины и критического снижения концентрации углерода

Назначение закалки стали проводится с учетом того, какими качествами должна обладать деталь. Процесс перестроения атомной сетки связан с большими рисками появления различных дефектов, что учитывается на этапе разработки технологического процесса.

Даже наиболее распространенные методы, к примеру, закалка стали в воде, характерно появления окалины или существенного повышения хрупкости структуры при снижении концентрации углерода. В некоторых случаях закалка стали проводится уже после финишной обработки, что не позволяет устранить даже мелкие дефекты. Именно поэтому были разработаны технологии, которые снижают вероятность появления окалины или трещин. Примером можно назвать технологию, когда закалка стали проходит в среде защитного газа. Однако сложные способы закалки стали существенно повышают стоимость проведения процедуры, так как газовая среда достигается при установке печей с высокой степенью герметичности.

Читайте также:  Явления закалки отпуска стали

Более простая технология, при которой проводится закалка углеродистой стали, предусматривает применение чугунной стружки или отработанного карбюризатора. В данном случае сталь под закалку помещают в емкость, заполненную рассматриваемыми материалами, после чего только проводится нагрев. Температура закалки несущественно корректируется с учетом созданной оболочки из стружки. Технология предусматривает обмазывание емкости снаружи глиной для того, чтобы избежать попадание кислорода, из-за чего начинается процесс окислений.

Температура нагрева стали при термообработке

Как ранее было отмечено, термообработка предусматривает и охлаждение сталей, для чего может использоваться не только водяная, но, к примеру, и соляная ванная. При использовании кислот в качестве охлаждающей жидкости одним из требований является периодическое раскисление сталей. Данный процесс позволяет исключить вероятность снижения показателя концентрации углерода в поверхностном слое. Чтобы провести процесс раскисления используется борная кислота или древесный уголь. Также не стоит забывать о том, что процесс раскисления сталей приводит к появлению пламя на заготовки во время ее опускания в ванную. Поэтому при закалке, закалкой сталей с применением соляных ванн следует соблюдать разработанную технику безопасности.

Рассматривая данные методы термической обработки с последующим охлаждением следует отметить, что они существенно повышают себестоимость заготовки. Однако сегодня охлаждение в воде или закалка при заполнении камеры кислородом не позволяют повысить показатели свойств стали без появления дефектов.

Закалка стали — технологический процесс

Процедура охлаждения

Рассматривая все виды закалки стали стоит учитывать, что не только температура нагрева оказывает сильное воздействие на структуру, но и время выдержки, а также процедура охлаждения. На протяжении многих лет для охлаждения сталей использовали обычную воду, в составе которой нет большого количества примесей. Стоит учитывать, что примеси в воде не позволяют провести полную закалку с соблюдением скорости охлаждения. Оптимальной температурой воды, используемой для охлаждения закалённой детали, считают показатель 30 градусов Цельсия. Однако стоит учитывать, что жидкость подвергается нагреву при опускании раскаленных заготовок. Холодная проточная вода не может использоваться при охлаждении.

Обычно используют воду при охлаждении для получения не ответственных деталей. Это связано с тем, что изменение атомной сетки в данном случае обычно приводят к короблению и появлению трещин. Закаливание с последующим охлаждением в воде проводят в нижеприведенных случаях:

  1. При цементировании металла.
  2. При поверхностной закалке.
  3. При простой форме заготовки.

Детали после финишной обработки подобным образом не охлаждаются.

Для придания нужной твердости заготовкам сложной формы используют охлаждающую жидкость, состоящую из каустической соды, нагреваемой до температуры 60 градусов Цельсия. Стоит учитывать, что закаленное железо при использовании данной охлаждающей жидкости приобретает более светлый оттенок. Специалисты уделяют внимание важности соблюдения техники безопасности, так как могут выделяться токсичные вещества при нагреве рассматриваемых веществ.

Процесс закалки стали

Тонкостенные детали также подвергаются термической обработке. Закалочное воздействие с последующим неправильным охлаждением приведет к тому, что концентрация углерода снизиться до критических значений. Выходом из сложившейся ситуации становится использование минеральных масел в качестве охлаждающей среды. Используют их по причине того, что масло способствует равномерному охлаждению. Однако попадание воды в состав масла становится причиной появления трещин. Поэтому заготовки должны подвергаться охлаждению при использовании масла с соблюдением мер безопасности.

Рассматривая назначение минеральных масел в качестве охлаждающей жидкости следует учитывать и некоторые недостатки этого метода:

  1. Соблюдая режимы нагрева можно создать ситуацию, когда раскаленная заготовка контактирует с маслом, что приводит к выделению вредных веществ.
  2. В определенном интервале воздействия высокой температуры масло может загореться.
  3. Подобный метод охлаждения позволяет выдержать требуемую твердость, измеряемую в определенных единицах, а также избежать появления трещин в структуре, но на поверхности остается налет, удаление которого также создает весьма большое количество проблем.
  4. Само масло со временем теряет свои свойства, а его стоимость довольно велика.

Какие именно жидкости используют для охлаждения стали?

Вышеприведенная информация определяет то, что жидкость и режим охлаждения выбираются в зависимости от формы, размеров заготовки, а также того, насколько качественной должна быть поверхность после закалки. Комбинированным методом охлаждения называется процесс применения нескольких охлаждающих жидкостей. Примером можно назвать закалку детали сложной формы, когда сначала охлаждение проходит в воде, а потом масляной ванне. В этом случае учитывается то, до какой температуры на каком этапе охлаждается металл.

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.

Читайте также:  По качеству стали у7а

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.
Читайте также:  Когда впервые стали употреблять термин экономической безопасности

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