Изотермическая обработка стали это

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

Превращение переохлажденного аустенита в процессе выдержки при постоянной повышенной температуре представляет большой практический интерес. Оно лежит в основе особых видов термической обработки стали, известных под названием изотермической закалки и изотермического отжига.

Изучением изотермического распада аустенита занимались многие отечественные и зарубежные ученые. Среди них прежде его следует назвать С. С. Штейнберга и его школу в СССР и Певенпорта и Бейна за границей.

С. С. Штейнберг построил так называемые С-образные диа-ммы изотермического распада аустенита.

Положение линий начала и конца изотермического распада аустенита зависит от содержания углерода в стали. Вместе с тем по общему виду С-образные диаграммы всех углеродистых сталей аналогичны. Представление об этих диаграммах дают приведенные на рис. 1 С-образные кривые эвтектоидной стали. Здесь левая кривая характеризует время начала распада переохлажденного аустенита при изотермической выдержке, а правая кривая — время конца этого распада. Анализируя диаграмму, можно видеть, что инкубационный период, т. е. время, в течение которого аустенит устойчив и не распадается, зависит от температуры изотермической выдержки в горячей ванне.

Дальнейшее понижение температуры изотерм и постепенное приближение к линии Мн (график 2 на рис. 1) приводит к новому увеличению инкубационного периода, свидетельствующему о повышении устойчивости переохлажденного аустенита.

Структуры, полученные при изотермах, близких к линии Лгь вследствие благоприятных условий диффузии сильно дифференцированы, т. е. феррит и цементит в них хорошо обособлены и видны достаточно четко. Такими структурами являются перлит и сорбитообразный перлит; они близки к равновесным и обладают сравнительно невысокой твердостью и прочностью. Изотермическая обработка на подобные структуры называется изотермическим отжигом.

Структуры, получаемые при изотермах, близких к линии Мн, значительно менее дифференцированы, являются неравновесными и обладают гораздо большей твердостью; они носят название верхнего игольчатого тростита и нижнего игольчатого тростита. Изотермическая обработка, приводящая к получению этих структур, называется изотермической закалкой.

Наилучшими механическими свойствами обладает нижний игольчатый тростит, вследствие чего в настоящее время изотермическая закалка проводится с целью получения именно этой структуры.

Изотермический отжиг по сравнению с обычным позволяет достигнуть большой экономии времени.

Изотермическая закалка по сравнению с обычной почти совершенно свободна от дефектов термической обработки: короблений, поводок и трещин. Вместе с тем для получения быстрого охлаждения аустенита по всему сечению приходится ограничиваться небольшими размерами обрабатываемых деталей; диаметр или толщина их не должны превышать 10—20 мм.

Изотермическая закалка успешно применяется для различных деталей, а также режущих и измерительных инструментов, имеющих сложную форму и небольшие размеры поперечного сечения.

Значение диаграмм изотермического распада аустенита состоит не только в том, что они позволяют правильно выбрать режимы изотермических отжига и закалки. С их помощью можно лучше разобраться и в некоторых вопросах обычной термообработки. Эти диаграммы, в частности, позволяют судить о величине критической скорости закалки с непрерывным охлаждением.

Тот факт, что изотермические диаграммы и кривые охлаждения строятся в одних и тех же координатах «температура—время», позволяет совместить эти графики и определить критическую скорость закалки при непрерывном охлаждении.

Сталь, охлажденная по кривой, касающейся линии начала распада аустенита, претерпевает только мартенситное превращение. Скорость охлаждения стали по кривой 2 является критической скоростью закалки данной стали при непрерывном охлаждении.

Источник

изотермическая закалка

Энциклопедический словарь по металлургии. — М.: Интермет Инжиниринг . Главный редактор Н.П. Лякишев . 2000 .

Полезное

Смотреть что такое «изотермическая закалка» в других словарях:

изотермическая закалка — Закалка с выдержкой при постоянной температуре в процессе охлаждения для уменьшения закалочных напряжений и получения определённой структуры. [http://sl3d.ru/o slovare.html] Тематики машиностроение в целом … Справочник технического переводчика

изотермическая закалка — izoterminis grūdinimas statusas T sritis chemija apibrėžtis Grūdinimas, kurį laiką sustabdant aušinimą tam tikroje temperatūroje. atitikmenys: angl. isothermic quenching rus. изотермическая закалка … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ЗАКАЛКА — закалка с выдержкой при пост. темп ре в процессе охлаждения. И. з.ррименяют для уменьшения закалочных напряжений и получения определ. структуры, в сталях чаще всего структуры бейнита(бейнитная з а к а л к а) … Большой энциклопедический политехнический словарь

изотермическая закалка на бейнит — Термообработка сталей, при которой сплав нагретый до температуры аустенитизации охлаждают с достаточно высокой скоростью, чтобы избежать образования феррита и перлита, и затем выдерживают при температуре несколько выше Ms — начала… … Справочник технического переводчика

Изотермическая закалка на бейнит — Austempering Изотермическая закалка на бейнит. Термообработка сталей, при которой сплав нагретый до температуры аустенитизации охлаждают с достаточно высокой скоростью, чтобы избежать образования феррита и перлита, и затем выдерживают при… … Словарь металлургических терминов

Читайте также:  Сталь 20 лист гост 1577 93 размеры

Закалка металлов — Закалка вид термической обработки изделий из металлов и сплавов, заключающийся в их нагреве выше критической температуры (температуры изменения типа кристаллической решетки, т.е. полиморфного превращения), с последующим быстрым охлаждением, как… … Википедия

Закалка (металлургия) — Закалка вид термической обработки материалов (металлы, их сплавы, стекло), заключающийся в их нагреве выше критической температуры (температуры изменения типа кристаллической решетки, т. е. полиморфного превращения, либо температуры, при которой… … Википедия

закалка с самоотпуском — [temper quenching] закалка стали, в процессе охлаждения которой за счет аккумулирования теплоты может протекать отпуск; Смотри также: Закалка ступенчатая закалка объемно поверхностная закалка … Энциклопедический словарь по металлургии

закалка с обработкой холодом — [cold quenching] закалка, включающая охлаждение стали до температуры ниже комнатной, обеспечивающая превращение остаточного аустенита в мартенсит; Смотри также: Закалка ступенчатая закалка … Энциклопедический словарь по металлургии

закалка из жидкого состояния — [melt quenching] охлаждение расплава со сверхвысокими (более 103 104 °С/с) скоростями охлаждения, достигаемыми распылением расплава, разливкой расплава на быстро вращающийся медный цилиндр с образованием тонких пленок на его поверхности, подачей… … Энциклопедический словарь по металлургии

Источник

Технологии, секреты, рецепты

Имитация черного дерева (протрава).

Гладко обструганное черное (эбеновое) дерево имеет чистый черный цвет без блеска и обладает столь мелким строением волокон, что последнее невозможно увидеть невооруженным глазом. Удельный вес этого дерева очень велик. Полируется черное дерево настолько хорошо, что отполированная поверхность е. Подробнее

Имитации орехового дерева (протрава).

Обыкновенное ореховое дерево имеет светло-бурый оттенок, который даже после полирования выглядит не очень красиво. Поэтому натуральному ореховому дереву следует придать более темный тон, что достигается обработкой раствором марганцовокислого калия. Как только дерево высохнет, этот раствор наносят втори. Подробнее

Имитации розового дерева (протрава).

Розовое дерево отличается темно-красными жилками. Для имитации этого дерева берется клен, как наиболее подходящий по своему строению. Кленовые дощечки или фанеры должны быть тщательно отшлифованы, прежде чем идти в обработку, так как только в этом случае они хорошо прокрашиваются.

1) Для имитации ро. Подробнее

Имитация дубового дерева (протрава).

Варят в течение часа смесь из 0,5 кг кассельской земли, 50 г поташа в 1 литре дождевой воды, затем полученный темный отвар процеживают через полотно и варят до сиропообразного состояния. После этого выливают ее в совершенно плоские ящики из жести (крышки из-под жестянки), дают затвердеть и измельчают при. Подробнее

Имитация красного дерева (протрава).

Предназначенное для протравы дерево должно быть хорошо высушено, а нанесение протравы лучше всего производить при помощи кисти, которая после каждого употребления должна быть тотчас вымыта и высушена. Очень красивую и прочную протраву готовят, смешивая в склянке 500 г тонко измельченного сандала, 30 . Подробнее

Имитация палисандрового дерева (протрава).

Палисандровое дерево имеет темно-бурую окраску с характерными красноватыми жилками. Так как ореховое дерево ближе всего к палисандровому, то для имитации последнего и берут ореховое, с другими сортами дерева не получается такой красивой подделки.

Ореховое дерево сначала шлифуют пемзой, а потом р. Подробнее

Имитация серого клена (протрава).

В качестве серой протравы для дерева хорошо использовать растворимую в воде прочную и легкую анилиновую краску нигрозин. Раствор 7 частей нигрозина в 1000 частях воды окрашивает дерево в красивый серебристо-серый цвет, который настолько прочен, что даже по прошествии двух лет нисколько не изменяется.

Источник

3. Изотермическая закалка.

Изотермической закалкой называется операция нагрева стали, как и при обычной закалке, выше линии GSK, т.е. до аустенитного состояния доэвтектоидной стали или аустенитно-карбидного – заэвтектоидной, ускоренного ее охлаждения в зоне наименьшей устойчивости аустенита в расплавленной соли, имеющей температуру выше т. Мн, выдержки в горячей среде в зоне промежуточного превращения до полного его завершения и последующего охлаждения на воздухе.

Температура изотермической выдержки зависит от требуемых свойств деталей и лежит выше т. Мн, но ниже зоны перлитного превращения. Изотермическая закалка позволяет в значительной степени устранить большую разницу в скорости охлаждения поверхности и сердцевины изделий, являющуюся основной причиной образования термических напряжений. Кроме того, при изотермической закалке бездиффузионное мартенситное превращение заменяется диффузионным промежуточным превращением, которое протекает постепенно и одновременно по всему сечению. Это уменьшает образование структурных напряжений. При охлаждении после изотермической выдержки, благодаря закончившемуся превращению аустенита, структурные изменения уже не происходят.

В результате изотермической закалки детали получают структуру Бейнита с высокой и средней твердостью, достаточно вязкую, прочную и хорошо сопротивляющуюся ударной нагрузке.

Отсутствие значительных термических и структурных напряжений резко снижает брак, связанный с образованием трещин, короблением и изменением размеров деталей.

Другими методами закалки структуру Бейнита получить не удается.

Изотермической закалке подвергают детали из простых углеродистых и низколегированных сталей тонкого сечения (не более 5-10 мм). При больших сечениях невозможно в горячей среде переохладить аустенит без распада до температур, лежащих выше т. Мн, из-за малой устойчивости аустенита.

Изотермическая закалка деталей более крупных сечений применима главным образом к высоколегированным сталям, в которых аустенит более устойчив (кривые на диаграммах изотермического превращения аустенита достаточно сдвинуты вправо). В этом случае можно избежать перлитного превращения в горячей среде и достигнуть зоны более устойчивого аустенита.

Читайте также:  Сталь st38b 2 российский аналог

Очень хорошие результаты дает изотермическая закалка таких деталей, как пружины, болты, шайбы, трубы, различные мелкие детали для автомобилей, прочих машин и механизмов.

Изотермическая закалка стальной проволоки в расплавленной свинцовой ванне называется патентированием.

4. Закалочные среды.

Для успешного проведения термической обработки большое значение имеет правильный выбор закалочной среды.

Наиболее распространенными закалочными средами являются вода, 5-10% водный раствор NaOH или NaCl, минеральное масло, а также расплавы солей с низкой температурой плавления.

При закалке стали требуется быстро охладить аустенит при температурах наименьшей его устойчивости, т.е. при 650-550 0 С до Мн. В зоне температур мартенситного превращения, т.е. ниже 300 0 С, наоборот выгоднее применять замедленное охлаждение, чтобы образующиеся структурные напряжения успели выровняться. Твердость образовавшегося мартенсита при выдержке ниже Мн практически не снижается.

Данные о скоростях охлаждения и наиболее распространенных закалочных средах приводим в таблице.

Скорость охлаждения в различных закалочных средах (по С. С. Штейнбергу).

Скорость охлаждения в º/с в интервале температур

Источник

Термическая обработка стали

Термическая обработка стали позволяет придать изделиям, деталям и заготовкам требуемые качества и характеристики. В зависимости от того, на каком этапе в технологическом процессе изготовления проводилась термическая обработка, у заготовок повышается обрабатываемость, с деталей снимаются остаточные напряжения, а у деталей повышаются эксплуатационные качества.

Технология термической обработки стали – это совокупность процессов: нагревания, выдерживания и охлаждения с целью изменения внутренней структуры металла или сплава. При этом химический состав не изменяется.

Так, молекулярная решетка углеродистой стали при температуре не более 910°С представляет из себя куб объемно-центрированный. При нагревании свыше 910°С до 1400°С решетка принимает форму гране-центрированного куба. Дальнейший нагрев превращает куб в объемно-центрированный.

Сущность термической обработки сталей – это изменение размера зерна внутренней структуры стали. Строгое соблюдение температурного режима, времени и скорости на всех этапах, которые напрямую зависят от количества углерода, легирующих элементов и примесей, снижающих качество материала. Во время нагрева происходят структурные изменения, которые при охлаждении протекают в обратной последовательности. На рисунке видно, какие превращения происходят во время термической обработки.

Изменение структуры металла при термообработке

Назначение термической обработки

Термическая обработка стали проводится при температурах, приближенных к критическим точкам . Здесь происходит:

  • вторичная кристаллизация сплава;
  • переход гамма железа в состояние альфа железа;
  • переход крупных частиц в пластинки.

Внутренняя структура двухфазной смеси напрямую влияет на эксплуатационные качества и легкость обработки.

Образование структур в зависимости от интенсивности охлаждения

Основное назначение термической обработки — это придание сталям:

  • В готовых изделиях:
    1. прочности;
    2. износостойкости;
    3. коррозионностойкость;
    4. термостойкости.
  • В заготовках:
    1. снятие внутренних напряжений после
      • литья;
      • штамповки (горячей, холодной);
      • глубокой вытяжки;
    2. увеличение пластичности;
    3. облегчение обработки резанием.

Термическая обработка применяется к следующим типам сталей:

  1. Углеродистым и легированным.
  2. С различным содержанием углерода, от низкоуглеродистых 0,25% до высокоуглеродистых 0,7%.
  3. Конструкционным, специальным, инструментальным.
  4. Любого качества.

Классификация и виды термообработки

Основополагающими параметрами, влияющими на качество термообработки являются:

  • время нагревания (скорость);
  • температура нагревания;
  • длительность выдерживания при заданной температуре;
  • время охлаждения (интенсивность).

Изменяя данные режимы можно получить несколько видов термообработки.

Виды термической обработки стали:

  • Отжиг
    1. I – рода:
      • гомогенизация;
      • рекристаллизация;
      • изотермический;
      • снятие внутренних и остаточных напряжений;
    2. II – рода:
      • полный;
      • неполный;
  • Закалка;
  • Отпуск:
    1. низкий;
    2. средний;
    3. высокий.
  • Нормализация.

Температура нагрева стали при термообработке

Отпуск

Отпуск в машиностроении используется для уменьшения силы внутренних напряжений, которые появляются во время закалки. Высокая твердость делает изделия хрупкими, поэтому отпуском добиваются увеличения ударной вязкости и снижения жесткости и хрупкости стали.

1. Отпуск низкий

Для низкого отпуска характерна внутренняя структура мартенсита, которая, не снижая твердости повышает вязкость. Данной термообработке подвергаются измерительный и режущий инструмент. Режимы обработки:

  • Нагревание до температуры – от 150°С, но не выше 250°С;
  • выдерживание — полтора часа;
  • остывание – воздух, масло.

2. Средний отпуск

Для среднего отпуска преобразование мартенсита в тростит. Твердость снижается до 400 НВ. Вязкость возрастает. Данному отпуску подвергаются детали, работающие со значительными упругими нагрузками. Режимы обработки:

  • нагревание до температуры – от 340°С, но не выше 500°С;
  • охлаждение – воздух.

3. Высокий отпуск

При высоком отпуске кристаллизуется сорбит, который ликвидирует напряжения в кристаллической решетке. Изготавливаются ответственные детали, обладающие прочностью, пластичностью, вязкостью.

Нагревание до температуры – от 450°С, но не выше 650°С.

Отжиг

Применение отжига позволяет получить однородную внутреннюю структуру без напряжений кристаллической решетки. Процесс проводят в следующей последовательности:

  • нагревание до температуры чуть выше критической точки в зависимости от марки стали;
  • выдержка с постоянным поддержанием температуры;
  • медленное охлаждение (обычно остывание происходит совместно с печью).

1. Гомогенизация

Гомогенизация, по-иному отжиг диффузионный, восстанавливает неоднородную ликвацию отливок. Режимы обработки:

  • нагревание до температуры – от 1000°С, но не выше 1150°С;
  • выдержка – 8-15 часов;
  • охлаждение:
    • печь – до 8 часов, снижение температуры до 800°С;
    • воздух.

2. Рекристаллизация

Рекристаллизация, по-иному низкий отжиг, используется после обработки пластическим деформированием, которое вызывает упрочнение за счет изменения формы зерна (наклеп). Режимы обработки:

  • нагревание до температуры – выше точки кристаллизации на 100°С-200°С;
  • выдерживание — ½ — 2 часа;
  • остывание – медленное.
Читайте также:  Труба 108х8 сталь 20

3. Изотермический отжиг

Изотермическому отжигу подвергаются легированные стали, для того чтобы произошел распад аустенита. Режимы термообработки:

  • нагревание до температуры – на 20°С — 30°С выше точки ;
  • выдерживание;
  • остывание:
    • быстрое – не ниже 630°С;
    • медленное – при положительных температурах.

4. Отжиг для устранения напряжений

Снятие внутренних и остаточных напряжений отжигом используется после сварочных работ, литья, механической обработки. С наложением рабочих нагрузок детали подвергаются разрушению. Режимы обработки:

  • нагревание до температуры – 727°С;
  • выдерживание – до 20 часов при температуре 600°С — 700°С;
  • остывание — медленное.

5. Отжиг полный

Отжиг полный позволяет получить внутреннюю структуру с мелким зерном, в составе которой феррит с перлитом. Полный отжиг используют для литых, кованных и штампованных заготовок, которые будут в дальнейшем обрабатываться резанием и подвергаться закалке.

Полный отжиг стали

  • температура нагрева – на 30°С-50°С выше точки ;
  • выдержка;
  • охлаждение до 500°С:
    • сталь углеродистая – снижение температуры за час не более 150°С;
    • сталь легированная – снижение температуры за час не более 50°С.

6. Неполный отжиг

При неполном отжиге пластинчатый или грубый перлит преобразуется в ферритно-цементитную зернистую структуру, что необходимо для швов, полученных электродуговой сваркой, а также инструментальные стали и стальные детали, подвергшиеся таким методам обработки, температура которых не провоцирует рост зерна внутренней структуры.

  • нагревание до температуры – выше точки или , выше 700°С на 40°С — 50°С;
  • выдерживание – порядка 20 часов;
  • охлаждение — медленное.

Закалка

Закалку сталей применяют для:

  • Повышения:
    1. твердости;
    2. прочности;
    3. износоустойчивости;
    4. предела упругости;
  • Снижения:
    1. пластичности;
    2. модуля сдвига;
    3. предела на сжатие.

Суть закалки – это максимально быстрое охлаждение прогретой насквозь детали в различных средах. Каление производится с полиморфными изменениями и без них. Полиморфные изменения возможны только в тех сталях, в которых присутствуют элементы способные к преобразованию.

Такой сплав подвергается нагреву до той температуры, при которой кристаллическая решетка полиморфного элемента терпит изменения, за счет чего увеличивается растворяемость легирующих материалов. При снижении температуры решетка изменяет структуру из-за избытка легирующего элемента и принимает игольчатую структуру.

Невозможность полиморфных изменений при калении обусловлено ограниченной растворимостью одного компонента в другом при быстрой скорости охлаждения. Для диффузии мало времени. В итоге получается раствор с избытком нерастворенного компонента (метастабильтный).

Для увеличения скорости охлаждения стали используются такие среды как:

  • вода;
  • соляные растворы на основе воды;
  • техническое масло;
  • инертные газы.

Сравнивая скоростной режим охлаждения стальных изделий на воздухе, то охлаждение в воде с 600°С происходит в шесть раз быстрее, а с 200°С в масле в 28 раз. Растворенные соли повышают закаливающую способность. Недостатком использования воды считается появление трещин в местах образования мартенсита. Техническое масло используется для закалки легирующих сплавов, но оно пригорает к поверхности.

Металлы, использующиеся при изготовлении изделий медицинской направленности не должны иметь пленки из оксидов, поэтому охлаждение происходит в среде разряженного воздуха.

Чтобы полностью избавиться от аустенита, из-за которого у стали наблюдается высокая хрупкость, изделия подвергаются дополнительному охлаждению при температурах от — 40°С и до -100°С в специальной камере. Также можно использовать углекислую кислоту в смеси с ацетоном. Такая обработка повышает точность деталей, их твердость, магнитные свойства.

Если деталям не требуется объемная термообработка, проводится каление только поверхностного слоя на установках ТВЧ (токами высокой частоты). При этом глубина термообработки составляет от 1 мм до 10 мм, а охлаждение происходит на воздухе. В итоге поверхностный слой становится износоустойчивым, а середина вязкая.

Процесс закалки предполагает прогревание и выдержку стальных изделий при температуре, достигающей порядка 900°С. При такой температуре стали с содержанием углерода до 0,7% имеют структуру мартенсита, который при последующей термообработке перейдет в требуемую структуру с появлением нужных качеств.

Нормализация

Нормализация формирует структуру с мелким зерном. Для низкоуглеродистых сталей — это структура феррит-перлит, для легированных – сорбитоподобная. Получаемая твердость не превышает 300 НВ. Нормализации подвергаются горячекатаные стали. При этом у них увеличивается:

  • сопротивление излому;
  • производительность обработки;
  • прочность;
  • вязкость.

Процесс нормализации стали

  • происходит нагрев до температуры – на 30°С-50°С выше точки ;
  • выдерживание в данном температурном коридоре;
  • охлаждение – на открытом воздухе.

Преимущества термообработки

Термообработка стали – это технологический процесс, который стал обязательным этапом получения комплектов деталей из стали и сплавов с заданными качествами. Этого позволяет добиться большое разнообразие режимов и способов термического воздействия. Термообработку используют не только применительно к сталям, но и к цветным металлам и сплавам на их основе.

Стали без термообработки используются лишь для возведения металлоконструкций и изготовления неответственных деталей, срок службы которых невелик. К ним не предъявляются дополнительные требования. Повседневная же эксплуатация наоборот диктует ужесточение требований, именно поэтому применение термообработки предпочтительно.

В термически необработанных сталях абразивный износ высок и пропорционален собственной твердости, которая зависит от состава химических элементов. Так, незакаленные матрицы штампов хорошо сочетаются при работе с калеными пуансонами.

Источник