Сталь изотермическая закалка стали

Содержание
  1. 3. Изотермическая закалка.
  2. 4. Закалочные среды.
  3. Технологии, секреты, рецепты
  4. Имитация черного дерева (протрава).
  5. Имитации орехового дерева (протрава).
  6. Имитации розового дерева (протрава).
  7. Имитация дубового дерева (протрава).
  8. Имитация красного дерева (протрава).
  9. Имитация палисандрового дерева (протрава).
  10. Имитация серого клена (протрава).
  11. Изотермическая закалка стали
  12. Закалка конструкционной стали
  13. Технология процесса и способы закалки стали
  14. Какие металлы подлежат калению
  15. Свойства стали после закалки
  16. Классификация каления стали
  17. Закаливание в одной среде
  18. Ступенчатая закалка
  19. Изотермическая закалка
  20. Закалка с самоотпуском
  21. Светлая закалка
  22. Оборудование для термообработки сталей
  23. Температура для закалки
  24. Технология каления металла
  25. Способы охлаждения
  26. Среды охлаждения
  27. Влияние скорости охлаждения на конечный результат
  28. Отличия закаливаемости от прокаливаемости
  29. Дефекты при закаливании стали
  30. Окалины и критическое снижение концентрации углерода при калении

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.

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

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

Читайте также:  Кордщетка зубр плоская 125мм для ушм гофрированная латунированная сталь

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

Изотермическая закалка стали

Закалку по этому способу выполняют в основном так же, как и ступенчатую, но в данном случае предусматривается более длительная выдержка выше точки Мн. При такой выдержке происходит распад аустенита с образованием нижнего бейнита. Для углеродистых сталей изотермическая закалка не дает существенного повышения механических свойств по сравнению с получаемыми обычной закалкой и отпуском.

У большинства легированных сталей распад аустенита в промежуточной области не идет до конца. Если аустенит, не распавшийся при изотермической выдержке, не претерпевает мартен- ситного превращения при дальнейшем охлаждении, то сталь получает структуру: бейнит + 10 — 20 % остаточного аустенита, обогащенного углеродом. При такой структуре достигается высокая прочность при достаточной вязкости. Для многих сталей изотермическая закалка обеспечивает значительное повышение конструктивной прочности.

Если же большая часть аустенита, не распавшегося после окончания промежуточного превращения, при последующем охлаждении претерпевает мартенситное превращение, то изотермической закалкой нельзя получить высокие механические свойства. В этом случае резко снижается сопротивление хрупкому разрушению.

Закалка конструкционной стали

Конструкционные легированные стали (0,3-0,5 % С) приобретают оптимальные механические свойства в результате изотермической закалки с выдержкой в нижней части промежуточной зоны изотермического распада аустенита (несколько выше точки МН). Продолжительность выдержки в закалочной среде зависит от устойчивости аустенита при температурах выше точки Мн, определяемых диаграммой изотермического распада аустенита для данной стали.

В качестве охлаждающей среды при ступенчатой и изотермической закалке чаще применяют расплавленные соли в интервале температур 150-500 °С, например 55 % KN03 и 45 % NaN02 (или NaN03), а также расплавленные щелочи (20 % NaOH и 80 % КОН). Чем ниже температура соли (щелочи), тем выше скорость охлаждения в ней. Поскольку расплавленные соли охлаждаются только вследствие теплоотдачи, то охлаждающая способность их возрастает при перемешивании. Добавление воды (3 — 5 %) в расплавы едких щелочей или в селитру (0,2-1,2 %) с помощью специального приспособления при погружении в них нагретого для закалки изделия вызывает кипение и увеличение скорости охлаждения в области температур перлитного превращения. Скорость охлаждения возрастает при температуре 400-450 °С в 4-5 раз, а при температуре 300 °С — в 2 раза.

Охлаждение в расплавах едких щелочей, если предварительно детали нагревались в расплавленных солях (т. е. солях, не вызывающих окисления), позволяет получить чистую поверхность светло-серого цвета. Закалку по этому способу называют светлой.

Источник

Технология процесса и способы закалки стали

Все о технологии закалки стали: что это такое, для чего нужно, какие способы существуют. Температуры, которым подвергается металл. Как изменяются свойства стали. Методы нагрева и среды охлаждения. Оборудование для термообработки. Дефекты при закалке.

Закалка стали проводится для повышения ее твердости, прочности и износостойкости. Это один из видов термической обработки, при котором металл сначала нагревается до температур, изменяющих его структурное состояние, а затем охлаждается таким образом, чтобы он приобрел требуемый физико-химический состав и необходимую кристаллическую структуру. Существует множество способов закалки стали, приводящих к различным результатам, но все они состоят из двух основных циклов: нагрева до критической точки и охлаждения с определенной скоростью до заданной температуры. Еще одна технологическая операция, используемая в процессе закалки металлов, — это отпуск, при котором структурные изменения происходят после нагрева до невысокой температуры с медленным охлаждением. Возможность изменения характеристик стали посредством закаливания во многом связана с ее изначальной кристаллической структурой и химическим составом, в котором самыми важными компонентами являются углерод и легирующие добавки. Именно они определяют, какой будет форма, размер и конфигурация элементов структуры стали после ее термической обработки.

Читайте также:  Как скрепить нержавеющую сталь

Какие металлы подлежат калению

Закалка металла — это термическая обработка, которой чаще всего подвергаются углеродистые и легированные стали с целью повышения их твердости и улучшения прочностных характеристик. Несколько реже встречается термообработка цветных металлов, в частности отпуск, отжиг и закалка меди, латуни и бронзы, а также сплавов алюминия и титана. Необходимо отметить, что закаливание этих соединений в отличие от углеродистых сталей не всегда приводит к их упрочнению, некоторые сплавы меди после этого, наоборот, становятся более пластичными и мягкими. Гораздо чаще изделия из цветных металлов подвергаются отпуску для снятия напряжения после отливки, штамповки, прокатки или волочения.

Свойства стали после закалки

Углеродистая сталь в процессе нагрева проходит через ряд фазовых изменений своей структуры, при которых меняется ее состав, а также форма и элементов кристаллической решетки. При критической температуре 723 °C в еще твердом металле начинается распад цементита (карбида железа) и формирование равномерного раствора углерода в железе, который называется аустенит. Это состояние углеродистой стали является исходным для закалки.

При медленном охлаждении аустенит распадается, и металл возвращается в исходное состояние. Если же сталь охлаждать быстро, то аустенит не успевает изменяться, и при определенной скорости охлаждения и пороговых температурах формируются кристаллические решетки и химические составы, придающие ей различные эксплуатационные свойства. Этот процесс называется закалкой, и каждому его виду соответствует определенная структура уже закаленной стали, обладающей определенными техническими характеристиками. Основные фазовые состояния, имеющие значения при закалке, — это перлит, сорбит, троостит и мартенсит (см. рис. ниже).

Самая высокая твердость у стали, закаленной до состояния мартенсита. Таким способом производят закаливание режущего инструмента, а также осуществляют упрочнение поверхностей деталей, подвергающихся в процессе работы трению (втулки, обоймы, валы, шестерни и пр.). После выполнения закалки на троостит сталь становится одновременно твердой и упругой. Этой вид термообработки применяют к ударному инструменту, а также рессорам и пружинным амортизаторам. Для получения таких свойств стали, как стойкость к износу, упругость и вязкость, используют закалку до состояния сорбита. Такая термообработка используется для рельсов и других конструктивных элементов, работающих под постоянной динамической нагрузкой. Перечисленные фазовые состояния свойственны всем углеродистым сталям, но каждая их марка характеризуется своими температурными диапазонами и скоростями охлаждения.

Классификация каления стали

Закаливание в одной среде

Ступенчатая закалка

Ступенчатое закаливание проходит в два этапа. На первом изделие помещается в среду с температурой, превышающей на несколько десятков градусов точку начала возникновения мартенсита. После того, как температура выравнивается по всему объему металла, деталь медленно охлаждается, в результате чего в нем равномерно формируется мартенситная структура.

Изотермическая закалка

При изотермическом закаливании изделие также выдерживается в закалочной ванне при температуре, превышающей точку мартенсита, но несколько дольше. В результате этого аустенит трансформируется в бейнит — одну из разновидностей троостита. Такая сталь сочетает в себе повышенную прочность с пластичностью и вязкостью. Кроме того, после изотермической закалки в изделии снижаются остаточные напряжения.

Закалка с самоотпуском

Светлая закалка

Светлая закалка применяется для стальных изделий, поверхности которых при термообработке не должны подвергаться окислению. При такой термообработке сталь нагревается в вакуумных печах (см. фото ниже) или в инертных газовых средах (азот, аргон и пр.), а охлаждается в неокисляющих жидкостях или расплавах. Этим способом закаливают изделия, которые не должны подвергаться дальнейшей шлифовке, а также детали, критичные к содержанию углерода в поверхностном слое.

Оборудование для термообработки сталей

  • муфельные термопечи;
  • устройства индукционного нагрева;
  • установки для нагрева в расплавах;
  • газоплазменные установки;
  • аппараты лазерной закалки.

Первые три вида могут выполнять прогрев всего объема изделия до требуемой температуры, а последние — только поверхностного слоя металла. Кроме того, выпускаются и широко используются печи для закалки металлов, в которых нагрев осуществляется в вакууме или в среде инертного газа.

ПОСМОТРЕТЬ Индукционный нагреватель на AliExpress от 7 506 рублей →

Закалочные ванны представлены стальными емкостями-охладителями для различных жидкостей, а также специальными тиглями из графита и печами для расплавов солей или металлов. В качестве закалочных жидкостей чаще всего используют минеральное масло, воду и водополимерные смеси. Для расплавов металлов обычно применяют свинец или олово, а для расплавов солей — соединения натрия, калия и бария. Закалочные ванны для жидких сред имеют системы нагрева и охлаждения рабочей жидкости до требуемой температуры, а также мешалки для равномерного распределения жидкости и разрушения паровой рубашки.

Температура для закалки

Марка стали Температура, С
закалки отжига отпуска
15Г 800 780 200
65Г 815 790 400
15Х, 20Х 800 870 400
30Х, 35Х 850 880 450
40Х, 45Х 840 860 400
50Х 830 830 400
50Г2 805 830 200
40ХГ 870 880 550
ОХ13 1050 860 750
3Х13 1050 880 450
35ХГС 870 860 500
30ХГСА 900 860 210
У7, У7А 800 780 170
Р9, Р12 1250 860 580
Р9Ф5, Р9К5 1250 860 590
Р18Ф2 1300 900 590
ШХ15 845 780 400
9ХС 860 730 170
Р18К5Ф2 1280 860 580
1Х14Н18Б2БРГ 1150 860 750
4Х14Н1482М 1200 860 750

Определение температуры нагрева в промышленном производстве осуществляется посредством контактных и бесконтактных пирометров. В последние десятилетия широкое распространение получили инфракрасные приборы, позволяющие дистанционно замерять температуру в любой точки поверхности нагретой детали. Кроме того, приблизительную температуру разогрева стали можно определить по цветовым таблицам.

Технология каления металла

От скорости и температурных параметров охлаждения стали, разогретой выше критической точки, напрямую зависит процесс формирования структуры и состава закаленного металла. К примеру, при быстром охлаждении в воде с комнатной температурой можно получить углеродистую сталь с мартенситной структурой, а при охлаждении в масле или горячей воде получается троостит. Каждой марке стали соответствуют свои характеристики и температурные режимы закалки, которые, помимо прочего, зависят от размера и формы детали. Поэтому на производстве термическая обработка деталей проводится в соответствии с маршрутной технологией и операционными картами, разрабатываемыми для каждого изделия.

Способы охлаждения

  1. Охлаждение в одном компоненте. Изделие погружается в жидкость и остается в ней до полного остывания.
  2. Прерывистая закалка в двух охладителях. Изделие сначала помещают в быстроохлаждающую жидкость, а после достижения заданной температуры переносят в среду с медленным охлаждением.
  3. Струйное охлаждение. Разогретая деталь интенсивно орошается потоком охладителя (см. фото ниже).
  4. Обдув. Поверхность изделия обдувается потоком воздуха или инертного газа.

При практическом применении закалки все эти виды охлаждений могут иметь различные вариации или комбинироваться друг с другом.

Среды охлаждения

Структура Среда охлаждения Твердость (HBW)
1 Мартенсит Холодная вода 500÷750
2 Троостит Масло 350÷500
3 Сорбит Воздух 250÷350
4 Перлит С остыванием печи 150÷250

Влияние скорости охлаждения на конечный результат

При закалке стали охлаждение должно идти со скоростью, предотвращающей распад аустенита на феррит и карбид железа, которое начинает происходить при температуре ниже 650 °C. Дальнейшее снижение температуры следует проводить медленнее, т. к. такая скорость обеспечивает уменьшение внутренних напряжений стали. Быстрое и полное охлаждение в холодной воде позволяет получить мартенсит, который обладает максимальной твердостью, но довольно хрупок. При быстром понижении температуры на 200÷300 °C распад аустенита прекращается, а дальнейшее более медленное охлаждение формирует в стали фазовые состояния с меньшей твердостью, но обладающие повышенной прочностью и износостойкостью. Скорость охлаждения регулируется видом используемой закалочной среды и ее температурой (см. таблицу ниже).

Среда охлаждения Скорость охлаждения (град/сек)
1 Воздух 5
2 Минеральное масло 150
3 Вода при комн. t° 700
4 Вода при 80 °C 1400
5 10%-й р-р хлористого натрия 2100
6 10%-й р-р едкого натра 1600

Отличия закаливаемости от прокаливаемости

Дефекты при закаливании стали

Причиной возникновения дефектов при закалке стали является ряд физических и химических факторов, возникающих при отклонении от заданных параметров термического процесса или из-за неоднородности закаливаемой заготовки. Неравномерный нагрев или охлаждение изделия может привести к его деформации и возникновению внутренних трещин. Эта же причина может вызвать неодинаковость фазовых превращений в различных частях изделия, в результате чего металл будет иметь неоднородную по составу и твердости структуру. Пережог стали происходит вследствие проникновения кислорода в поверхностный слой металла, что приводит к возникновению окислов, разъединяющих его структурные элементы и изменяющих физические свойства поверхностного слоя. Причиной обезуглероживания при закалке стали является выгорание углерода при попадании в печь избыточного количества кислорода. Эти виды дефектов неисправимы, а единственный способ борьбы с ними — это проверка герметичности печи или закалка в вакууме и инертных газах.

Окалины и критическое снижение концентрации углерода при калении

Даже небольшая концентрация кислорода в закалочной печи приводит к появлению поверхностной окалины, которая является следствием окисления металла при его термообработке. Эта же причина может вызвать уменьшение количества углерода в поверхностном слое заготовки. Полностью избавиться от таких явлений можно только путем применения вакуумных печей, обеспечивающих так называемую светлую закалку, а также при нагреве изделия в среде азота или аргона. Для минимизации окисления и обезуглероживания закалочная печь должна быть максимально герметичной, что в какой-то мере ограничивает приток кислорода в ее рабочее пространство.

Для закалки металлов рекомендуют использовать трансформаторное или индустриальное масло И-20. Частнику достать его непросто, поэтому хотелось бы услышать в комментариях к этой статье ваше мнение о возможности использования для закаливания стали отработанного автола или другого автомобильного масла.

Источник