01 / 01

Закалка

Закалка стали

Закалка стали

Закалка стали, от теории к практике

Здравствуйте, уважаемые читатели блога ForgeMika.com.

В процессе ковки изделие подвергается целому набору термического и механического воздействия. И не все его элементы в равной степени полезны изделию, некоторые последствия нужно исправлять. Мы знаем, что для этого необходима закалка. Нужна она для того, чтобы улучшить внутреннюю структуру металлического изделия, снять внутренние напряжения, придать ему оптимизированные физико-технические характеристики. А общий механизм, в соответствии с которым происходит закалка стали, примерно одинаков: нагрев до определённой температуры и немедленно следующее за ним резкое охлаждение.

Факторы, которые нужно учесть при компоновке технологического процесса закалки

Каждый материал имеет два показателя, влияющих на его закалку. Их именуют закаливаемостью и прокаливаемостью.

Закаливаемость

 – это свойство, характеризующее способность материала подвергаться закалке с получением необходимых показателей твёрдости. Не каждая разновидность стали способна эффективно подвергаться этой операции, наличие в структуре стали содержания углерода в количестве меньшем 0,3 процента означает, что такая сталь своих характеристик твёрдости не повысит, оттого подвергать её закалке не имеет смысла. А многие виды сталей в результате ошибок в технологии закалки, своих качеств не повышают, или повышают незначительно. Поэтому к построению технологического процесса для них нужно подходить более тщательно.

Прокаливаемость

Это понятие было введено в качестве характеристики, описывающей глубину, на которую способна проникать закалка в материал. Этот фактор находится под непосредственным влиянием критической скорости закалки, чем она ниже, тем на большую глубину способна прокалиться сталь. Также на этот показатель влияет первоначальная структура вещества, температура нагрева материала и температура нагрева среды, в которой происходит закалка.

Термический режим закалки

Основным критерием выбора температурного режима операции является химический состав стали. Различают такие виды закалки, как полная и неполная.

Критические точки сталиЕсли руководствоваться диаграммой критических точек, можно утверждать, что доэвтектоидные разновидности сталей, во время полного закаливания, подлежат нагреву на тридцать – пятьдесят градусов Цельсия выше Ас3, в результате материал по структуре становится однородным аустенитом. А после процедуры охлаждения он имеем мартенсит, приобретший предельный уровень твёрдости.

Инструментальную сталь же подвергают процессу неполной закалки. Целью этой операции является достижение того температурного уровня, при котором становится возможным образование избыточных фаз. Там же на диаграмме критических точек эта температура находится в интервале между Ас1 и Ас2. Как следствие, в мартенсите будет содержаться определённая доза феррита, образовавшегося в период термообработки.

Подвергая закаливанию заэвтектоидную сталь, стоит ограничиваться температурным показателем на двадцать – тридцать градусов превышающим Ас1. Такова технология неполной закалки. Вследствие чего в процессе повышения температуры (основательного нагрева) и её понижения (резкого охлаждения) будет наблюдаться сохранение цементита, что благотворно скажется на твёрдости мартенсита, в смысле, повысит её. Однако за температурой нагрева заэвтектоидной стали необходимо следить тщательно, ибо перегрев неблагоприятно скажется на твёрдости.

Закалка стали, её разновидности

В методологическом отношении приёмов закалки существует достаточно для того, чтобы подобрать нужный тип технологического процесса для конкретного материала. Рассмотрим их подробнее.

Закалка в одной среде

Закалка стали. Кривые охлаждения.По показаниям диаграммы охлаждения заметно, что такому типу закалки соответствует кривая номер один. В техническом смысле такая процедура не сложна. Но применяя её нужно учитывать особенности габаритов закаливаемой детали. Так как, в том случае, если толщина изделия неравномерна, то резкое охлаждение может привести к деформации и трещинам в теле детали на тех участках, где его толщина меньше. Большое количество углерода может стать причиной увеличенных внутренних напряжений, что есть верный путь к растрескиванию. Изделия с несложной конфигурацией, материалом для которых стала заэвтектоидная сталь, превосходно подходят к этому типу закалки. Если из этой же стали изготовлено изделие сложнее по форме, то тут стоит применить ступенчатую закалку.

Ступенчатая разновидность закалки

При такой технологии риски коробления и потери необходимой конфигурации образца практически сведены к нулю. Подвергаться ей могут достаточно толстостенные детали из легированной стали толщиной до тридцати миллиметров.

Технология изотермической закалки

Во многом она аналогична предыдущей операции. Разница состоит в следующем, на первом этапе, будучи помещённым в разогретую ванну, изделие выдерживается заметно дольше. Отличительной чертой этого вида обработки кованых деталей считается возможность охлаждения в любом режиме и в любых условиях. Расплавленные соли способны быть средой охлаждения.

Светлая закалка

Достаточно сложная процедура, требующая дополнительного оборудования, специализированной печи с защитной средой. Перед тем, как приступить к собственно закалке, деталь предварительно подогревается в среде хлористого натрия до температуры Ас1 + 30…50°С. При этой технологии также используются те же процедуры, что в ступенчатой закалке. Однако после этого деталь помещают в расплавленную едкую щёлочь, и в этой среде уже и происходит остывание. 

Закалка с самоотпуском

Применима для обработки изделий из инструментальной стали. Ноу-хау этого метода можно считать тот факт, что при его использовании охлаждаемое изделие извлекают из среды охлаждения ещё до того, как оно полностью остыло. Причём, наружные слои стали охлаждаются заметно быстрее, а более горячие внутренние сохраняют температуру нагрева дольше. В этом состоянии с деталью производят процедуру отпуска, которая состоит в том, что по достижении необходимой температуры, изделие помещают в закаливающую жидкость. Такие методы применяют для ударного инструмента, которому необходима наружная твёрдость и внутренняя вязкость.

Цвета побежалости

Наиболее распространённые ошибки при закалке

  1. Низкий уровень твёрдости закалённого изделия. Причинами этого могут быть недостаточный нагрев, слишком короткое время выдержки изделия при нагреве, или слишком медленное охлаждение. Исправляется этот дефект отжигом с последующим повторением закалки.
  2. Перегрев. Не выдержаны технологические условия, температура нагрева превысила необходимую, детали, в результате, придана ненадлежащая хрупкость. Путь решения: отжиг и снова закалка. Но уже по всем правилам.
  3. Пережог. Перегрев изделия до температуры на грани плавления. Такое изделие не способно быть восстановленным, увы.
  4. Окисление и обезуглероживание. Это когда из структуры стали выгорает углерод, а на поверхностях образовываются окисловые наслоения. Такой образец также отправляется в ёмкость с металлоломом, не восстановим.
  5. Растрескивания и деформирование. Неравномерность охлаждения становится причиной этих дефектов. Растрескивание не исправляется, а в случае деформации всё может быть исправлено рихтовочными мероприятиями.

Охлаждение – завершающая часть закалки

Вода является наиболее распространённой средой охлаждения после закалки. Для углеродистых сталей она является единственно возможной средой охлаждения. А для других материалов, в отношении которых применяются кузнечные и термические процедуры, часто бывает более подходящим охлаждение в масле. Это позволяет процесс охлаждения сделать более равномерным, не допустить коробления или растрескивания и прочих дефектов.

Есть пару тонкостей, на которые нужно обращать внимание при охлаждениях. Первое, это касается деталей, имеющих участки разной толщины, их в жидкость для охлаждения окунают сначала более толстой частью. А те изделия, конфигурация которых представляет собой вытянутые детали, окунать в охлаждающую жидкость необходимо ровно вертикально, и они не покоробятся.

Нестандартные методы закалки

Таковыми могут считаться технологические операции термообработки кованых изделий, производимые не в специально оборудованных условиях. Как правило, таковыми считаются кузнечные цеха. В них такие операции производить заметно проще, так как, всегда имеется главное средство для нагрева – кузнечный горн.

Потребоваться такое мероприятие может в тех случаях, если обнаруживается дефект в рабочих свойствах инструмента. Например, недостаточная твёрдость режущих кромок у ножей, зубил, стамесок. Или напротив, не хватает внутренней вязкости, есть подозрения, что ударная нагрузка инструментом будет принята не должным образом, поэтому нужно снять внутренние напряжения посредством термообработки.

Возможные дефекты, подстерегающие кузнеца и закаливаемую деталь здесь те же, и методы охлаждения совершенно идентичные.

Желаю удачи, творческих успехов, и до встречи на страницах блога!

Post a comment

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *