Закаленный металл: Каленый и закаленный — в чем разница?

Каленый и закаленный — в чем разница?

Эти понятия часто путают.

 

Термин «каление» в общем смысле означает «нагретый до высоких температур». И все. Применительно к металлам: достижение металлом определенной температуры сопровождается появлением характерного цвета – красного, желтого или белого. При нагреве в муфельной печи начало видимого свечения металла соответствует температуре порядка 600 ^оС. О цветах каления подробно сказано в Википедии:

Температура, оС	Цвет каления
550	Темно-коричневый
630	Кроичнево-красный
680	Темно-красный
740	Темно-вишневый
770	Вишневый
800	Ярко- или светло-вишневый
850	Ярко- или светло-красный
900	Ярко-красный
950	Желто-красный
1000	Желтый
1100	Ярко- или светло-желтый
1200	Желто-белый
1300	Белый

 Цвет каления давал хорошее качественное представление о температуре металла – чем светлее, тем горячее. Поэтому тот кузнец, который мог лучше различать цвета и выбрать оптимальный цвет (= температуру), получал более качественные изделия.

(Понятно, что скверну выжигали каленым железом – самым эффективным, что было в арсенале средств борьбы. Понятно также, что это использовали и палачи – если железо красное, то точно будет больно, и очень. Относительно каленых орешков – их «калят», т.е. нагревают до высокой температуры для того, чтобы сделать скорлупу хрупкой и облегчить извлечение ядрышка. Т.е. в процессе нагрева орехов скорлупа меняет свои свойства. Собственно, то же самое относится и к семечкам. «Щелкать» можно только сушеные или жареные семечки, именно потому, что они сухие. С сырыми — не получится.)

Относительно металла. В первом приближении, если металл нагреть, а потом неспешно охладить, то по окончании охлаждения он будет таким же, как до нагрева (или почти таким же). На рисунке 1 показана структура армко-железа в исходном состоянии (рис.1, а) и после нагрева до 900

оС (рис.1,б). Видно, что размер зерна не изменился, а вот структура внутри зерна, скорее всего, изменилась. Могли измениться и свойства. Тот и другой образец травили одинаково, однако структура выглядит по-разному.

а	б

Рисунок 1. Армко -железо в исходном состоянии (а) и после нагрева до высоких температур (б).

Что касается стали, если нагреть ее до температуры существования аустенита, да еще выдержать при этой температуре, то может измениться размер аустенитного зерна; это окажет влияние на свойства. Но это уже дальше от нашей темы.
А вот если охладить сталь быстро, то состояние ее кардинально изменится. Это будет уже закаленная сталь.

Закалка стали – это вид термической обработки, который заключается в нагреве стали на 30—50 ºС выше критической точки (выше А_с1 для эвтектоидных и заэвтектоидных сталей и выше А_с3 для доэвтектоидных), выдержке при этой температуре и охлаждении со скоростью выше критической. Целью закалки является получение структуры мартенсита, который придает стали совершенно другие свойства.
Закалка имеет смысл только для сплавов с переменной растворимостью легирующих элементов при изменении температуры (есть «закалка вакансий», но это не тема данной статьи). Поэтому закалка, например железа, не имеет смысла с технологической точки зрения.
Закалка интересна именно большой скоростью охлаждения, поскольку позволяет 1) зафиксировать высокотемпературное состояние (например пересыщенный твердый раствор) и/или 2) создать структуру, имеющую определенные свойства, отличающиеся от свойств медленно охлажденного металла. Результат закалки показан на рисунке 2. В стали, не прошедшей закалку, структура представляет собой зерна феррита и перлита (рис.1, а). После закалки сталь имеет структуру мартенсита (рис.1,б) Соответственно, свойства стали до и после закалки будут разными. 

а	б

Рисунок 2. Сталь до (а) и после (б) закалки.

Т.е., когда вместо «закаленный» говорят «каленый», это неверно.

В литературных источниках, в том числе в интернете, упоминаются каленые стрелы.Да, стальные стрелы могли иметь закаленный наконечник. Но не каленый. Вероятно, смешение понятий получилось потому, что сначала этот наконечник надо нагреть до температуры каления. Собственно, температура закалки для разных сталей составляет примерно от 850 до 1100 ^оС и лежит как раз в интервале цветов красного и желтого каления.
Есть еще интересный момент. Если стрелы (или наконечники к ним) ковали в кузнице, то для этого надо было их разогреть до высокой температуры. Это делалось на раскаленных углях, другого способа раньше не было. Т.е. имела место твердая цементация. Оптимальная температура цементации 830-850 

оС, т.е. опять же попадаем в интервал температур красного каления. После изготовления наконечники охлаждалось в воде. Ну, а термической обработкой после цементации является, в том числе и закалка.
Насчет каленых деревянных стрел. Возможно, их обжигали на огне для придания лучших свойств. Тогда точно «каленая». Но это уже к специалистам по обработке древесины.
Подведем итог для металлов:
1. Каленый – претерпевший нагрев до высокой температуры, изменение свойств не предполагается;
2. Закаленный – прошедший термическую обработку (закалку) с целью изменения свойств.

 

Каленый металл (характеристики и особенности материала, важные нюансы) — РИНКОМ

Содержание

Каленый металл (характеристики и особенности материала, инструменты для обработки, применяемые технологии, важные нюансы)

1. Что такое закалка металла?
2. Важные особенности закалки стали
   1. Особенности охлаждения различных деталей и изделий
3. Как изменяются свойства металлов после закалки
4. Отпуск каленого металла
5. Технологии выполнения основных операций по обработке заготовок и изделий из каленых металлов
6. Как просверлить каленый металл
   1. Какой инструмент выбрать для сверления каленого металла
   2. Советы по применению СОЖ при обработке каленого металла
7. Как согнуть каленый металл
8. Как нарезать резьбу в каленом металле
   1. Технология нарезания внутренних резьб
   2. Технология нарезания наружных резьб
9. Где купить инструменты для обработки заготовок и изделий из каленого металла?

В этой статье мы подробно расскажем о технологиях обработки заготовок и изделий из закаленных металлов. Особое внимание уделим следующим основным вопросам.

1. Что такое закалка металла?

2. Какие характеристики материалов улучшаются после дополнительной обработки?

3. Какие инструменты и технологии применяют для выполнения основных операций с заготовками и изделиями из каленого металла?

Итак, начнем.

Что такое закалка металла?

Закалка — это один из видов дополнительной обработки металла, предполагающий:

1. нагрев заготовки или изделия выше критической температуры, при которой кристаллическая решетка материала изменяет свою структуру;

2. быстрое охлаждение стали.

Важно! Материалы нагревают выше определенных критических температур. Для каждого металла они отличаются.

Фотография №1: процесс закалки

Для улучшения физико-химических свойств металлов применяют различные виды закалки.

1. С полиморфным вращением. По этой технологии закаливают стали и сплавы на основе черных металлов. Для нормализации пластичности и вязкости, а также для снижения хрупкости используют отпуск. Он незначительно уменьшает прочность заготовок и изделий.

2. Без полиморфного вращения. По этой технологии закаливают цветные металлы и сплавы на их основе. Нужные характеристики материалы приобретают после процесса «старения».

Для закалки металлов применяют различные охладители. При этом технологии отличаются. Расскажем об их особенностях.

1. Закалка в одном охладителе. Нагретый металл просто погружают в закалочную жидкость до полного охлаждения.

2. Изотермическая закалка. Деталь или изделие выдерживается в охладительной среде только до тех пор, пока не произойдет изотермическое преобразование кристаллической решетки. При этом образуется аустенит.

3. Прерывистая закалка. Этот метод повышения физико-химических свойств металлов и сплавов предполагает использование двух охлаждающих сред. Вначале заготовка или изделие быстро охлаждается в первичной среде (вода). Затем происходит медленное остывание, к примеру, в масле. Таким способом закаливают углеродистую сталь и изделия из нее.

4. Ступенчатая закалка. Ее проводят в среде, которая имеет температуру выше мартенситной точки. При этом металл приобретает температуру закалочной ванны во всех точках сечения. После этого происходит окончательное медленное охлаждение заготовки или изделия.

5. Струйчатая закалка. Предполагает обрызгивание металла струей воды. Чаще всего этот способ используют для повышения физико-химических свойств частей деталей или изделий. Технология обеспечивает более высокую степень прокаливаемости.

Перечислим основные охлаждающие среды.

1. Вода.

2. Соляные растворы.

3. Щелочные растворы

4. Расплавленный свинец.

5. Технические масла.

К самым лучшим охлаждающим средам относят растворы поваренной соли и каустической соды.

Важные особенности закалки стали

1. Экономическая эффективность закалки напрямую зависит от скорости термообработки и охлаждения. Чем она выше, тем меньше расходуется энергии. Однако быстрый нагрев приводит к возникновению большого перепада температур между поверхностными слоями и сердцевинами изделий. В результате появляются трещины и происходят деформации. Именно поэтому термическая обработка проводится плавно и равномерно. Процесс контролирует технолог-термист. Используются табличные значения и эмпирические формулы.

2. На процесс преобразования структуры и изменения состава металла при его калении напрямую влияет скорость охлаждения заготовки или изделия. Например, быстрое охлаждение с применением обычной воды комнатной температуры приводит к получению углеродистой стали с мартенситной структурой, а при использовании горячей жидкости или масел получаются трооститы.

3. Режимы термической обработки и охлаждения также зависят от форм и размеров деталей и изделий. Поэтому в каждом конкретном случае специалисты разрабатывают индивидуальные операционные карты и маршрутные технологии.

4. Технология получения каленого металла выглядит так.

   1. Все поверхности тщательно очищаются от ржавчины, масла и иных загрязнений.
   2. Деталь или изделие равномерно прогревается до нужной температуры.
   3. Производятся охлаждение и отпуск.

5. При калении металла в домашних условиях температуру изделий и заготовок определяют по цветам побежалости. Ориентируйтесь по данным из таблицы.

Цвет разогретого металла	Температура
Ярко-белый	Более 1300 °C
Желто-белый	От 1250 до 1300 °C
Светло-желтый	От 1150 до 1250 °C
Темно-желтый	От 1050 до 1150 °C
Оранжевый	От 900 до 1050 °C
Красный	От 870 до 900 °C
Ярко-красный	От 830 до 870 °C
Вишнево-алый со светлым оттенком	От 800 до 830 °C
Вишнево-алый	От 770 до 800 °C
Вишнево-красный	От 730 до 770 °C
Вишневый	От 650 до 730 °C
Красно-коричневый	От 580 до 650 °C
Темно-коричневый	От 530 до 580 °C

Особенности охлаждения различных деталей и изделий

1. Тонкостенные детали и изделия, изготовленные из углеродистых и легированных сталей, охлаждают с применением минеральных масел. Процесс происходит при постоянной температуре. Она не зависит от температуры воздуха. Вода в охладителе должна отсутствовать.

2. Для каления углеродистых сталей со сложным химическим составом используют комбинированное охлаждение. Вначале заготовку помещают в воду, а затем – в масляную ванну. Смена сред должна происходить очень быстро.

3. Детали, заготовки и изделия сложных форм охлаждают с применением раствора каустической соды (50 %). Его нагревают до +60 °C. Сталь, охлажденная в этой среде, приобретает светлый оттенок.

Для получения простых каленых деталей и изделий из металлов чаще всего применяют обычную воду. Оптимальная температура — +30 °C. Соли и примеси в среде должны отсутствовать.

Как изменяются свойства металлов после закалки

1. Повышаются твердость и прочность.

2. Увеличиваются хрупкость и внутреннее напряжение. Это провоцирует разрушение материалов при резких критических воздействиях.

Обратите внимание! Для уменьшения внутренних напряжений и увеличения пластичности применяют отпуск. После этой операции твердость и прочность снижаются незначительно.

Отпуск каленого металла

Отпуск металла — это заключительная стадия каления, применяемая для уменьшения твердости, снижения хрупкости и устранения внутренних напряжений. Технология предполагает нагрев металла до определенной температуры с последующим охлаждением. Оно может проходить как на открытом воздухе, так и в различных жидкостях (масляные и расплавные среды).

Фазовые состояния и структуры металлов напрямую зависят от температур нагрева. Чем она выше, тем ниже твердость и хрупкость, но выше вязкость и гибкость.

Активно применяют три вида отпуска металла при калении. Предельные температуры нагрева различны.

1. Низкий отпуск. Предельная температура нагрева – 300 °C. При такой температуре отпуска получаются материалы с максимально высокой твердостью. При этом снижаются внутренние напряжения, а также повышается вязкость износостойких сталей.

2. Средний отпуск. Предельная температура нагрева — +450°C. Применяется при калении металлических деталей и изделий для получения повышенных показателей упругости и прочности. Вязкость при этом остается на определенном заданном уровне. По этой технологии получают рессорные и пружинные стали. Охлаждение обычно проводится на открытом воздухе.

3. Высокий отпуск. Проводится в температурном диапазоне от 450 до 650 °C. После такого отпуска:

   1. каленый металл становится пластичным;
   2. у заготовки или изделия повышаются относительные удлинение и сужение;
   3. внутренние напряжения уменьшаются на 95 %.

Изображение №1: влияние температуры отпуска на механические свойства металлов и сплавов

Технологии выполнения основных операций по обработке заготовок и изделий из каленых металлов

Начнем с самой распространенной операции — сверления.

Как просверлить каленый металл

В первую очередь — перечислим основные особенности сверления заготовок и изделий из каленого металла. Для успешной обработки необходимо:

1. правильно подобрать сверло;

2. подготовить заготовку или изделие;

3. применять смазочно-охлаждающую жидкость.

Какой инструмент выбрать для сверления каленого металла

Для сверления каленого металла лучше всего подходят инструменты, изготовленные из сталей следующих марок.

1. Р18. Инструменты из стали этой марки — лучший выбор. Эти сверла по каленому металлу появились еще во времена СССР. Материал содержит до 18 % вольфрама. Это придает стали высокую прочность. Поверхности не перегреваются и изнашиваются медленно.

2. Р6М5К5. Сталь этой марки содержит 6% вольфрама и по 5 % молибдена и кобальта. Эти сверла по каленому металлу могут выдерживать максимальные тепловые нагрузки при обработке закаленных деталей и изделий.

3. HSS-Co. Это зарубежный аналог предыдущей стали.

Фотография №2: сверло по каленому металлу из стали марки HSS-Co

Мастера выбирают сверла из сталей именно этих марок из-за оптимального сочетания цены и эффективности обработки высокопрочных каленых металлов.

Обратите внимание! Перед сверлением необходимо тщательно очистить заготовку или изделия от масел, жиров и иных загрязнений.

Советы по применению СОЖ при обработке каленого металла

1. Добавляйте СОЖ на режущие кромки инструментов. В процессе обработки жидкость разлетается и испаряется. Смазку нужно своевременно обновлять.

2. Перед обработкой детали или изделия необходимо также нанести СОЖ на целевую поверхность.

3. Во время сверления каленого металла делайте небольшие перерывы для остывания заготовки и инструмента.

Как согнуть каленый металл

Для сгибания металлических заготовок и изделий на производстве обычно применяют прессы следующих видов.

1. Пневматические и гидравлические. Это стандартное оборудование для сгибания металла. Заготовки помещают между пуансонами и матрицами. Это позволяет сгибать даже утолщенные детали и изделия. Гидравлические прессы используют чаще. Их преимущества — низкая стоимость и простота эксплуатации.

2. Поворотные. Сгибание металла происходит между специальными балками и плитами. Технология отлично подходит для обработки простых изделий из каленого металла с небольшими габаритами.

3. Ротационные. На этих станках каленый металл сгибают специальные валики. Ротационные станки чаще всего используют для мелкосерийного производства крупногабаритных изделий.

Фотография №3: сгибание металла на станке

Обратите внимание! Хорошая производительность обеспечивается при использовании ротационных и поворотных прессов. Обработка происходит в автоматическом режиме. Заранее рассчитывать усилия не требуется.

Как нарезать резьбу в каленом металле

Для этой операции также лучше всего подходят инструменты, изготовленные из быстрорежущих сталей и твердых сплавов. Для нарезания внутренних резьб используют метчики, а для наружных — плашки.

Технология нарезания внутренних резьб

Для нарезания внутренней резьбы определенного размера обычно используют три метчика: черновой (№1), получистовой (№2) и чистовой (№3).

Действуйте по следующей схеме.

1. Сделайте разметку.

2. Накерните отверстие.

3. Смажьте будущее отверстие и сверло.

4. Закрепите деталь.

5. Установите сверло.

6. Настройте режим резания. Обработку начинайте с малых оборотов. После погружения сверла в металл скорость можно понемногу увеличивать.

7. Просверлите отверстие под резьбу и раззенкуйте. Удалите стружку. Смажьте метчик №1 и заготовку.

8. Установите инструмент. Оси (его и отверстия) должны совпадать.

9. Сделайте первый проход. После каждого полного оборота метчика делайте пол-оборота в обратном направлении. При необходимости удаляйте стружку.

10. Сделайте проходы с применением получистового и чистового метчиков.

Технология нарезания наружных резьб

Для этого применяют плашки. Обрабатывайте заготовки по такой технологии.

1. Установите инструмент в держатель подходящего размера. Закрепите плашку при помощи винтов.

2. Сделайте фаску на конце заготовки.

3. Нанесите СОЖ на поверхности.

4. Наложите плашку на заготовку. Ее плоскость должна быть перпендикулярно оси обрабатываемой детали.

5. Нарежьте резьбу. После одного-двух-витков делайте возвраты на пол-оборота.

6. Удостоверьтесь в точности нарезанной резьбы.

Где купить инструменты для обработки заготовок и изделий из каленого металла?

Выгодно купить инструменты для обработки заготовок и изделий из закаленных металлов вы можете в нашем интернет-магазине. В каталоге вы найдете:

1. сверла;

2. метчики;

3. плашки;

4. резцы;

5. фрезы;

6. зенкеры и пр.

Изучите ассортимент и выберите подходящие инструменты. Для оформления заказа позвоните нам по телефону или заполните форму на сайте. Желаем вам приятных покупок!

Дефекты закаленной стали

При закалке могут иметь место следующие дефекты:

Недостаточная твердость закаленного изделия

Такой вид брака может появляться в результате неправильно выбранной температуры закалки или недостаточно интенсивного охлаждения.

Например, при закалке доэвтектоидных сталей недостаточная твердость может получиться в результате того, что температура закалки была ниже А_С3 и в структуре стали сохранился феррит.

Кроме того, в доэвтектоидной стали пониженная твердость может быть результатом перегрева. Образование при этом крупноигольчатой структуры мартенсита, помимо пониженной твердости, вызывает понижение ударной вязкости.

В заэвтектоидных сталях недостаточная твердость закаленного изделия может также являться результатом перегрева и образования крупноигольчатого мартенсита.

Перегрев и недогрев исправляются повторной закалкой. Иногда перед повторной закалкой деталей сложной формы дают отжиг для устранения внутренних напряжений.

Образование мягких пятен

Этот вид брака может быть результатом неравномерного охлаждения, соприкосновения деталей друг с другом в процессе охлаждения, наличия жировых пятен на поверхности изделия и неоднородности структуры (скопления феррита).

Исправляется он повторной закалкой. Неоднородность структуры устраняется предварительной нормализацией.

Окисление и обезуглероживание

Окисление и обезуглероживание характеризуются образованием окалины (окислов) на поверхности изделий и выгоранием углерода в поверхностных слоях (обезуглероживание) .

Этот вид брака термической обработкой неисправим. Если позволяет припуск на механическую обработку, то окисленный и обезуглероженный слой удаляют шлифовкой.

Для предотвращения этого вида брака нагрев изделий рекомендуется проводить в печах с нейтральной атмосферой либо в жидких средах.

Пережог

Явление пережога наступает при весьма высоких температурах нагрева, близких к температуре плавления.

В этом случае имеет место проникновение кислорода внутрь металла и образование окислов, располагающихся по границам зерен, или даже оплавление металла по границам зерен, что нарушает сплошность металла, и металл становится не пригодным для применения.

Такой брак неисправим.

Закалочные трещины

Закалочные трещины могут являться результатом слишком быстрого и неравномерного нагрева, либо слишком быстрого охлаждения, либо наличия на детали резких переходов сечений, где возникают большие внутренние напряжения, приводящие к растрескиванию изделия.

Закалочные трещины могут получиться и в том случае, если после закалки деталь сразу не подвергли отпуску для снятия внутренних напряжений (особенно это важно для углеродистых инструментальных сталей).

Для устранения растрескивания деталей при закалке необходимо обеспечить равномерный и более медленный нагрев (ввести предварительный подогрев детали), использовать закалку с одстуживанием, в двух средах или ступенчатую, отпускать изделия непосредственно после закалки и т.д.

Деформация и коробление

Деформация и коробление, т.е. изменение размеров изделия и искажение его формы, происходят в связи с тем, что структуры имеют различный удельный объем.

Это следует учитывать при назначении допуска на шлифовку. Удельный объем мартенсита больше, чем удельный объем перлита.

§

Производство закаленной нержавеющей стали | Глобус Сталь

Сделать заказ можно по телефону

Наши специалисты с радостью вам помогут

+7 495 775-50-79

Одним из способов термической обработки металлов, целью которого является растворение избыточных карбидов и переведение их в твердые растворы хрома, никеля и др. компонентов, считается закалка. Она проводится после изучения химического состава материала. Прокат, прошедший этот процесс, считается закаленными нержавеющими сталями.

Пример такого сплава — 12×18н10т. Для его получения изделие нагревают до температуры в пределах 1020-1100°С, выдерживают определенное время, затем охлаждают в струе воздуха. Нержавеющая лента (штрипс) этой марки после охлаждения обладает нужными характеристиками: высокой твердостью, прочностью,износоустойчивостью, хорошей жаропрочностью и кислотоустойчивостью.В качестве закалочной среды может использоваться вода, минеральные масла, растворы солей и расплавленные соли.

На качественное проведение закаливания влияют температуры нагрева, выдержки, охлаждения; скорость нагрева; степень легирования элементами. Чем больше объем примесей, тем выше температуры. Температурный диапазон термообработки – 1050-1300°С.

Термообработка изделий проводится в соляных ваннах, пламенной и электрической печах. Время нагрева зависит от толщины металлопроката.

Максимально поддаются закаливанию сплавы с процентным содержанием углерода более 0,03% и хрома – не менее 5%. Виды закалки включают: струйчатую, изотермическую, ступенчатую и самоотпуском.

К дефектам процесса относят перегрев либо недогрев, коробление и деформацию, появление пятен и трещин, изменение объема металла и др. Чтобы предотвратить образование трещин в закаленной легированной нержавейке, ее обычно нагревают медленнее, более равномерно, чем углеродистые сплавы.

Участки наиболее вероятного возникновения трещин, появляющихся вследствие внутренних напряжений, обматываются асбестовым шнуром и залепляются огнеупорной глиной. Также применяется ступенчатая закалка, в которой металл быстро охлаждают в температурном диапазоне от 650 до500°С и медленно в интервале 300-200°С.

Область применения

Применяется такая сталь как трубный материал, конструкционное сырье для корпусов теплообменников. Широкое использование находит в декоративной внешней отделке общественных и административных объектов, при изготовлении режущего инструмента.

Закаленные нержавеющие стали обладают максимальной прочностью при сохранении вязкости и пластичности. Нержавеющие листы, лента (штрипс) марки 12Х18Н10Т используют в производстве деталей для сварки, печной арматуры, электродов искровых зажигательных свечей и т.д.

Как просверлить каленую сталь в домашних условиях обычным сверлом

Для улучшения основных характеристик металла зачастую проводится его закалка. Подобная технология предусматривает повышение твердости изделия за счет сильного нагрева металла и его быстрого охлаждения. В некоторых случаях после проведения термической обработки приходится выполнять сверление. За счет повышения подобной характеристики провести сверление каленного металла становится сложнее. Рассмотрим все особенности сверления каленой стали подробнее.

Как просверлить каленую сталь

Сверлим отверстие в каленой стали

Распространение вопроса, как просверлить каленую сталь можно связать с тем, что при применении обычной технологии инструмент быстро затупляется и приходит в непригодность. Именно поэтому нужно уделить внимание особенностям сверления каленого сплава. Среди особенностей технологии отметим следующие моменты:

1. Нужно правильно подготовить каленую заготовку.
2. В некоторых случаях требуется специальный инструмент.
3. Применяется охлаждающая жидкость.

При необходимости можно изготовить сверло для закаленной стали своими руками, для чего требуется определенное оборудование и навыки. Однако, в большинстве случаев применяется покупной варианты исполнения, так как оно лучше справится с задачей при резании каленой стали.

Процесс сверления каленой стали

Нюансы при сверлении

У рассматриваемой технологии есть довольно большое количество особенностей, которые нужно учитывать. Сверление каленного металла проводится с учетом нижеприведенных моментов:

1. Перед проведением работы следует уделить внимание твердости поверхности. По этому параметру проводится выбор наиболее подходящего сверла. Определить твердость можно при применении самых различных технологий.
2. Во время сверления выделяется большое количество тепла. Именно поэтому происходит быстрый износ режущей кромки. В связи с этим во многих случаях в зону резания подается жидкость для охлаждения.
3. При резании труднообрабатываемого материала время от времени приходится проводить заточку режущей кромки. Для этого применяется обычный заточной станок или специальный инструмент. В качестве абразива подходит исключительно круг с алмазным напылением.

Инструмент для сверления стали

Существуют самые различные методы резания каленной стали. Некоторые из них существенно упрощают проводимую обработку. Только при учете всех нюансов можно повысить качество полученного отверстия.

Полезные приемы при сверлении

Для работы с каленой сталью могут применяться самые различные технологии. Наиболее распространенные технологии характеризуются следующими особенностями:

1. Обработка поверхности кислотой. Эта технология характеризуется длительным применением, так как для снижения твердости поверхности требуется довольно большое количество времени. Для травления может применяться серная, хлорная или другая кислота. Процедура предусматривает создание бортика, который будет сдерживать применяемое вещество в зоне резания. После длительного воздействия металл становится более мягким, можно будет провести сверление при использовании обычного варианта исполнения.
2. Можно использовать сварочный аппарат для достижения поставленной цели. При воздействии высокой температуры металл становится более мягким, что значительно упрощает процедур.
3. Чаще всего применяется специальное сверло. В продаже встречаются варианты исполнения, которые можно применять для обработки каленой стали. При их изготовлении используется металл с повышенной устойчивостью к износу и воздействию высокой температуры. Однако, сложность изготовления и некоторые другие моменты определяют то, что стоимость специального инструмента довольно высока.

Кроме этого, для достижения поставленной цели часто приобретается пробойник. С его помощью можно сделать небольшой отверстие, что упростит дальнейшее сверление.

Использование смазочных материалов

При сверлении каленой стали возникает серьезное трение. Именно поэтому рекомендуется приобретать и использовать различные смазочные материалы. Среди особенностей подобного метода обработки отметим следующие моменты:

1. Для начала проводится обработка зоны сверления. На поверхность, где будет находиться отверстие, наносится небольшое количество смазывающего вещества.
2. Масло добавляется на режущую кромку. Для обработки каленой стали требуется небольшое количество вещества, но его время от времени нужно добавлять, так как при вращении инструмента оно разлетается.
3. Во время работы рекомендуется делать перерывы для остывания режущей поверхности и обрабатываемой поверхности.

Смазывание стали специальным маслом

Специальное масло позволяет не только упростить сверление, но и увеличить срок службы применяемого инструмента.

Это связано с тем, что масло может снижать температуру режущей кромки.

Выбор сверла

Довольно большое распространение получили спиральные сверла, которые представлены вертикальным стержнем с двумя канавками. За счет определенного расположения канавок образуется режущая кромка. Среди особенностей выбора отметим следующие моменты:

1. Довольно большое распространение получило победитовое сверло. Оно может применяться для работы с различными калеными сплавами. Однако, поверхность со слишком высокой твердостью подобным инструментом не обработать.
2. Выбор проводится и по показателю диаметра. Стоит учитывать, что получить отверстие большого диаметра довольно сложно. Вариант исполнения большего диаметра обходится намного дороже по причине применения большого количества материала при его изготовлении.
3. Уделяется внимание и углу заточки, предназначению изделия и типу применяемого материала при изготовлении. К примеру, кобальтовые варианты исполнения характеризуются более высокой устойчивостью к воздействию высокой температуры.
4. Рекомендуется уделять внимание продукции исключительно известных производителей. Это связано с тем, что китайские варианты исполнения изготавливаются при использовании низкокачественных материалов. Однако, подобное предложение обходится намного дешевле и может использоваться для недлительной или одноразовой работы.
5. При выборе сверла можно ориентироваться по нанесенной маркировке. По ней можно определить то, какие именно материалы применялись при изготовлении. Также указывается и диаметр отверстия, которое можно получить при использовании инструмента.

Сверло по каленой стали

В специализированном магазине можно встретить практически все необходимое для проведения работы. Однако, достаточно высокая стоимость изделия и некоторые другие моменты определяют то, что некоторые решают изготовить сверло самостоятельно из подручных материалов. Подобную работу можно провести при наличии требующихся инструментов.

Изготовление самодельного сверла

При необходимости можно провести изготовление сверла из каленой стали. Среди основных рекомендаций по проведению подобной работы отметим:

1. Подбираются стержни, которые изготавливаются из сплавов вольфрама и кобальта. В народе подобный металл называют победитом. В сравнении с обычным сверлом подобный вариант исполнения характеризуется повышенной устойчивостью к износу.
2. Для обработки заготовки нужно закрепить ее в небольших тисках. В противном случае провести работу будет довольно сложны.
3. Для затачивания подобной поверхности требуется алмазный камень. Обычный не выдержит длительную работу.
4. Торцевая поверхность затачивается таким образом, чтобы получилась поверхность, напоминающая плоскую отвертку. После этого режущие кромки затачиваются для получения острого наконечника.

Для того чтобы снизить степень обрабатываемости поверхности проводится добавление масла. За счет этого обеспечивается длительная обработка по причине уменьшения силы трения и снижения температуры.

Самодельные сверла по каленке

В заключение отметим, что обработка каленой стали должна проводиться исключительно при применении специальных инструментов. Для работы требуется сверлильный аппарат, так как ручной не позволит получить требуемое отверстие.

Закалка металла — технология закалки стали

Закалка металла происходит при нагреве его выше температуры изменения кристаллической решетки (такая температура называется критической и для каждого металла и сплава она отличается). После нагрева металл быстро охлаждают, чаще всего в воде или масле.

Термическая обработка (закалка) бывает двух типов – без полиморфного превращения (цветные металлы) и с полиморфным превращением (стали). В процессе закалки металл становится более твердым, но одновременно уменьшается его пластичность и вязкость, особенно, если цикл «нагревание-охлаждение» повторять много раз. Чтобы снизить хрупкость и нормализовать вязкость и пластичность, после закалки с полиморфным превращением используют отпуск, который незначительно уменьшает прочность. Для цветных металлов (т.е. для закалки без полиморфного превращения) применяется так называемое «старение» металла.

По температуре нагрева различают два вида закалки – полная и неполная закалка металлов. Неполная закалка используется, как правило, для инструментальных сталей. В процессе полной закалки структура стали становится аустенитной (кристаллическая решетка гранецентрированная, в отличие от объемно-центрированной ферритной решетки).

При изготовлении некоторых изделий закалке подвергается не весь металл, а только часть его. Например только режущая кромка, как это происходит при закалке катан (японских мечей). При этом граница между закаленным и незакаленным металлом (хамон) видна невооруженным глазом.

Технология закалки стали требует быстрого охлаждения в пределах от 650 до 400° С. Длительность нагрева при закалке зависит от вида нагревательного устройства. Опытные данные показывают, что на закалку 1 мм сечения в электрической печи затрачивается от 90 секунд до 2 минут, тогда как в пламенной печи – 1 минута, а в соляной ванне – 30 секунд. Меньше всего времени уходит на закалку в свинцовой ванне ( от 6 секунд).

При погружении раскаленного изделия в закалочную среду образуется плёнка пара, через которую и происходит относительно медленное остывание (стадия пленочного кипения). В зависимости от того, какая жидкость используется для закаливания, температура достигает значения, при котором паровая пленка рвется и жидкость закипает на поверхности металла. Охлаждение значительно ускоряется. Этот процесс носит название пузырькового кипения. Когда металл уже достаточно охлаждается и жидкость уже не кипит, процесс охлаждения начинается замедляться. Происходит так называемый конвективный теплообмен.

Закалка металла, в зависимости от используемых охладителей, подразделяется на:
• закалку в одном охладителе. Нагретую деталь из углеродистой или легированной стали погружают в закалочную жидкость, до полного охлаждения закаливаемого металла;
• прерывистую закалку, которая производится в двух средах. Сначала деталь быстро оостужают в первичной среде (например воде), а затем в медленно охлаждающей жидкости (масло). Такой способ применим для изделий из высокоуглеродистых сталей;
• струйчатую закалку, при которой деталь обрызгивают струей воды. Паровая пленка при этом не образуется и, как правило, этот способ используют для закалки части изделия. Струйчатая закалка обеспечивает более глубокую степень прокаливаемости, чем обычная закалка в воде. Используется при закаливании индукторов на установках ТВЧ;
• ступенчатую закалку производят в закалочной среде, которая имеет температуру выше мартенситной точки для данной марки стали. При охлаждении и последующей выдержке в этой среде закаливаемый металл должен приобрести температуру закалочной ванны во всех точках сечения. После этого следует окончательное медленное охлаждение, в процессе которого и происходит непосредственно закалка;
• изотермическая закалка. Деталь выдерживают в закалочной среде до тех пор, пока не произойдет изотермическое превращение кристаллической решетки с образованием аустенита.

Скорость охлаждения зависит от размеров и формы закаливаемого изделия, теплопроводности стали и вида охлаждающей среды. При выборе последней нужно учитывать закаливаемость стали, которая в немалой степени зависит от легирующего состава и содержания углерода. Если углерода меньше 20%, то сталь нельзя подвергать закалке.

Высокие внутренние напряжения, которые могут возникнуть при больших скоростях охлаждения, приводят к деформации и повреждению структуры изделия. Внутренние напряжения возникают по двум причинам – разница температуры по сечению во время охлаждения и неодновременное протекание процесса фазовых превращений в различных участках закаливаемого изделия.

Охлаждающими средами могут служить различные жидкости (вода, растворы солей, щелочей), технические масла и даже расплавленный свинец. Вода слишком быстро охлаждает, поэтому высока вероятность возникновения внутренних напряжений. Минеральные масла дороги и легко воспламеняются. Одним из лучших охладителей является 8-12% раствор обычной пищевой соли (NaCl – хлорид натрия), или каустической соды (она же гидроксид натрия или едкий натр — NaOH).

особенности и специфика обработки каленого металла

Сталь лучше сверлить еще до процесса каления, поскольку это не вызовет никаких затруднений. Если же попалась каленая заготовка (большой толщины), отпустите ее, просверлите отверстия стандартным сверлом и повторно произведите закалку, если того требует ситуация. Однако, не всегда этот вариант возможен. Часто бывают ситуации, когда требуется сделать отверстие в заготовке из стали, но она уже сильно закалена. В производстве и народными умельцами, создано множество вариантов и технологий сверления калёной стали. Исходить нужно из той ситуации, тех материалов, которые есть под рукой. Обязательный фактор – цели, ради которых требуется проделывать данную работу.

В домашних условиях

Порой, чтобы получить отверстие, достаточно сделать прорезь болгаркой. Через нее пропустить винт, далее закрепить заготовку. Чтобы отверстие вышло меньше, его нужно делать с 2 сторон. Диск при этом используется наименьшего диаметра. Лучше будет практически стертый диск.

Перед работами сталь необходимо обследовать на твердость. Уже отталкиваясь от этого выбирать метод. Если заготовка хорошо гнется, подойдет сверло с победитовыми напайками, т.е. по бетону. Обязательное условие – оно должно быть острое. Заточить его можно алмазным кругом. В противном случае требуется использование специальных инструментов.

Во время работ заготовка сильно прижимается дрелью, и ставятся большие обороты. Место сверления предварительно смазывается. Лучше будет изначально использовать сверло меньшего диаметра, а потом заменить на больший. Так снижается площадь сопротивления, повышается эффективность.

Если используется специальное сверло из углеродистых сталей, требуется работать, учитывая следующие тонкости:

• Дрель сильно не прижимать к заготовке;
• Не включать большие обороты.

Следующий метод займет от 2 часов. Сначала металл протравливается серной или азотной кислотой. Из парафина делается бортик, туда закапывается кислота. Диаметр «глазка» получается чуть шире, нежели сам борт, поэтому делая его, учитывается этот нюанс. Для ускорения процесса заготовка подогревается до 50 градусов.

Также отверстие делается обычным сварочным аппаратом. Само место прожигается, либо «отпускается», а далее просто просверливается. Оплавленные края необходимо зашлифовать.

На производстве

Для сверления более толстых каленых заготовок используют специальные станки. В них сверло крепится в специальном сверлильном патроне, который закреплен коническим хвостом в пиноли задней бабки. Работа по сверлению осуществляется благодаря линейной подаче сверла и колеса подачи пиноли. При этом и заготовка, и сверло вращается. Максимальный используемый диаметр сверла составляет 1,5 сантиметра. Сверла больших размеров закрепляются хвостиком с переходными втулками. Они идут стандартных размеров. Их называют конусами Морзе.

Сверла бывают:

• Спиралевидные с цилиндрическими и коническими хвостовиками. Ими можно сверлить не только закаленную сталь, но и чугун, а также другие «крепкие» материалы;
• С пластинами из твердосплавных материалов. Также подходят для толстой закаленной стали;
• Сверла глубокого сверления. Используются в тех случаях, когда проделывается отверстие глубиной в 5 раз больше диаметра сверла.

Перед работами поверхность заготовки обрабатывается. Также делается углубление центровочным сверлом. В противном случае сверло начинает «гулять» перед листом стали, и отверстие смещается от центральной оси вращения.

Глубина отверстия контролируется нанесенными насечками с разметкой на пиноли. Если на ней предусмотрен лимб, то глубина сверления получится с точностью до 0,01 миллиметра. Сверлить необходимо в несколько этапов. Сделав отверстие глубиной в 2 мм, сверло выводится из стали и удаляется стружка (из отверстия и выводных каналов сверла). После чего процесс продолжается. Если не соблюдать данную технологию, сверло может заклинить и сломаться. Надо не забывать использовать смазочную жидкость.

Прежде, чем приступать к сверлению, необходимо помнить, что диаметр отверстия получается больше, нежели диаметр сверла. Эта величина называется разбивка. Для сверла диаметром 1 сантиметр разбивка составит 0,15 миллиметра. Разбивка возникает из-за недостаточной точности во время заточки сверла.

Чтобы получить высококачественное отверстие, на первом этапе используется сверло, размер которого составляет 70% диаметра необходимого отверстия. На втором этапе оно меняется и используется необходимого размера. Более точную обработку получают, применяя зенкерование и развертывание.

Зенкерование

Применяется для литых обработанных заготовок с предварительно просверленными отверстиями. Зенкеры помогают улучшить чистоту поверхности, повышают точность для дальнейшей развертки. В сравнении со стандартными сверлами они имеют три, либо более, винтовые канавки и короткую режущую часть. При зенкеровании используйте смазочную жидкость. Скорость оборотов шпинделя должна быть ниже, чем при сверлении.

Развертка

Инструмент, который предварительно и окончательно обрабатывает отверстие с необходимой точностью. Диаметр отверстия, которое подготавливается для развертки, должно быть меньше на пол сантиметра самой развертки. Обороты шпинделя должны быть не большие, 50-200 в минуту. При развертке также используется смазочная жидкость.

Расточка

Во время расточки используются резцы:

• Расточный изогнутый. Обрабатывает сквозное отверстие перед черновой обработкой;
• Расточный подрезной. Обрабатывает глухие отверстия. Подрезает внутренние углы торцов;
• Канавочный. Применяется не часто. По большей части для резьбовых канавок. Изготавливают резцы из твердой стали;

Контроль размера

После получения отверстий проводится контроль размеров. Для замеров используют штангенциркуль. Если проделанное отверстие имеет уступы, либо длины измерительных губок штангенциркуля не достаточно, чтобы замерить размер отверстия, используют калибры (измерительные пробки). Это два измерительных цилиндра. Один из них равен диаметру отверстия, второй больше на 0,3 мм. Во время измерения цилиндр «по размеру» погружается в «глазок», второй же входить туда не должен. При штучном производстве такие калибры можно изготовить самому. На производстве используют приборы с высокой точностью измерения.

Процесс цементированной стали | Специальная обработка стали

❮ Вернуться в блог

Цементированная сталь

3 января 2019 г.

Цементированная сталь означает создание тонкого слоя более твердого сплава на металлической поверхности путем наплавления на нее элементов. Более твердый сплав на внешней поверхности называется корпусом, а внутренняя структура — сердечником. Специальная обработка стали предлагает несколько различных методов упрочнения стали.

Свойства цементированной стали

Свойства закаленной стали включают прочный сердечник и твердый корпус. Это придает компонентам из закаленного металла дополнительную прочность, так как сердцевина или глубина корпуса сохраняет способность поглощать удары, а жесткий внешний корпус обеспечивает дополнительную прочность. Цементированная сталь способна выдерживать следующее:

Напротив, компонент, который не закален, может образовывать трещины под поверхностью, которые вызывают точечную коррозию и отслаивание, когда они, наконец, достигают ее.

Разница между поверхностным и поверхностным упрочнением

Поверхностное упрочнение включает поддержание сердечника ниже температуры аустенизации при нагревании поверхности и немедленную закалку (т.е. погружение в холодную жидкость) после достижения этой температуры. Это заставляет сердцевину металла оставаться мягкой, в то время как поверхность затвердевает.

Как закаливать сталь

Поскольку цементация включает добавление элемента к металлу, различные процессы поверхностной закалки названы в соответствии с добавленным элементом.Эти элементы включают следующее:

• Аммиак или другой газ, богатый азотом (азотирование)
• Азот и углерод (цианирование)
• Углерод (науглероживание)

Цементная закалка стали заключается в наплавке элементов на нагретую поверхность металла с последующей закалкой. Нагрев может осуществляться пламенем, в вакуумной камере или с помощью электромагнитной индукции.

Используемый метод поверхностной закалки частично зависит от содержания углерода в металле. Индукционная закалка обычно выполняется для стали, которая уже имеет значительное содержание углерода, поскольку в процессе не добавляется углерод.

Подробнее о цементируемой стали

Большая или маленькая, простая или сложная, цементация имеет преимущества для многих стальных компонентов или инструментов. Для получения дополнительной информации или запроса сметы позвоните в отдел специальной обработки стали по телефону 586-293-5355.

Прокаливаемость стали — в лупе

Многие виды стали хорошо поддаются термической обработке, известной как закалка. Одним из важнейших критериев при выборе материала заготовки является прокаливаемость.Прокаливаемость описывает, насколько глубоко металл может быть упрочнен при закалке от высокой температуры, и также может упоминаться как глубина закалки.

Сталь в микроскопическом масштабе:

Первый уровень классификации сталей на микроскопическом уровне — это их кристаллическая структура, способ, которым атомы расположены в пространстве. Телоцентрированная кубическая (BCC) и гранецентрированная кубическая (FCC) конфигурации являются примерами металлических кристаллических структур. Примеры кристаллических структур BCC и FCC можно увидеть ниже на рисунке 1.Имейте в виду, что изображения на рисунке 1 предназначены для отображения положения атомов и что расстояние между атомами увеличено.

Рисунок 1: Пример кристаллической структуры BCC (слева) и кристаллической структуры FCC (справа)

Следующий уровень классификации — фаза. Фаза представляет собой однородную часть материала обладающий такими же физическими и химическими свойствами. У стали есть 3 разных фазы:

1. Аустенит: чугун гранецентрированной кубической формы; также сплавы железа и стали, имеющие кристаллическую структуру FCC.
2. Феррит: объемноцентрированное кубическое железо и стальные сплавы с кристаллической структурой ОЦК.
3. Цементит: карбид железа (Fe ₃ C)

Последний уровень классификации, обсуждаемый в этой статье это микроструктура. Три фазы, показанные выше, можно объединить, чтобы сформировать различные микроструктуры стали. Примеры этих микроструктур и их общие механические свойства показаны ниже:

• Мартенсит: самый твердый и прочный микроструктура, но самая хрупкая
• Перлит: твердый, прочный и пластичный, но не особо прочный
• Бейнит: имеет желаемую прочность-пластичность комбинация, тверже перлита, но не так твердая, как мартенсит

Упрочнение при Микроскопические весы:

Прокаливаемость стали зависит от содержания углерода. содержание материала, других легирующих элементов и размер зерна аустенит.Аустенит — это гамма-фазовое железо, и при высоких температурах его атомарное структура претерпевает переход от конфигурации BCC к конфигурации FCC.

Высокая прокаливаемость относится к способности сплава образовывать высокий процент мартенсита во всем теле материала при закалке. Закаленные стали создаются путем быстрой закалки материала при высокой температуре. Это включает быстрый переход от состояния 100% аустенита к высокому процентному содержанию мартенсита. Если сталь больше 0.15% углерода, мартенсит приобретает сильно деформированную объемно-центрированную кубическую форму и перенасыщается углеродом. Углерод эффективно закрывает большинство плоскостей скольжения в микроструктуре, создавая очень твердый и хрупкий материал. Если скорость закалки недостаточно высока, углерод будет диффундировать из аустенитной фазы. Затем сталь становится перлитом, бейнитом или ферритом, если выдерживается достаточно долго. Ни одна из указанных микроструктур после отпуска не имеет такой же прочности, как мартенсит, и обычно считается неблагоприятной для большинства применений.

Успешная жара обработка стали зависит от трех факторов:

1. Размер и форма образца
2. Состав стали
3. Способ закалки

1. Размер и форма образца

Во время процесса закалки тепло должно передаваться на поверхность образца, прежде чем оно может быть отведено в закалочную среду. Следовательно, скорость охлаждения внутренней части образца зависит от отношения площади его поверхности к объему.Чем больше это соотношение, тем быстрее будет охлаждаться образец и, следовательно, тем сильнее будет эффект упрочнения. Например, 3-дюймовый цилиндрический стержень диаметром 1 дюйм будет иметь более высокую закаливаемость, чем 3-дюймовый стержень диаметром 1,5 дюйма. Из-за этого эффекта детали с большим количеством углов и кромок легче поддаются закалке, чем детали правильной и округлой формы. На рис. 2 приведен пример диаграммы температурно-временного преобразования (TTT) кривых охлаждения закаленного в масле стержня диаметром 95 мм. Поверхность превратится в 100% мартенсит, в то время как ядро ​​будет содержать некоторое количество бейнита и, следовательно, будет иметь более низкую твердость.

Рисунок 2: Пример диаграммы временного температурного преобразования (TTT), также известной как диаграмма изотермического преобразования.

2. Состав стали

Важно помнить, что разные сплавы стали содержат разный элементный состав. Соотношение этих элементов относительное к количеству железа в стали дают широкий спектр механических характеристики. Увеличение содержания углерода делает сталь тверже и прочнее, но менее пластичный. Преобладающий легирующий элемент нержавеющих сталей — хром, что придает металлу сильную устойчивость к коррозии.Поскольку у людей есть возились с составом стали более тысячелетия, число комбинаций бесконечно.

Потому что существует так много комбинаций, которые дают так много различные механические свойства, стандартизованные испытания используются для классификации разные виды стали. Распространенным тестом на прокаливаемость является тест Джомини, показано на Рисунке 3 ниже. Во время этого теста стандартный блок материала нагревают до 100% аустенита. Затем блок быстро перемещается в аппарат, где его закаливают в воде.Поверхность или область, контактирующая с вода немедленно охлаждается, и скорость охлаждения падает в зависимости от расстояние от поверхности. Затем на блок шлифуется квартира по длине образца. По этой плоскости измеряется твердость в различных точках. Этот данные затем наносятся на диаграмму прокаливаемости с твердостью в качестве оси Y и расстояние по оси абсцисс.

Рисунок 3: Схема образца для закалки в конце Джомини, установленного во время закалки (слева) и испытания на твердость после (справа)

Кривые прокаливаемости построены на основе результатов испытаний Джомини.Примеры нескольких кривых для стальных сплавов показаны на рисунке 4. При уменьшении скорости охлаждения (более резкое падение твердости на коротком расстоянии) больше времени дается для диффузии углерода и образования большей доли более мягкого перлита. Это означает меньшее количество мартенсита и меньшую закаливаемость. Материал, который сохраняет более высокие значения твердости на относительно больших расстояниях, считается высокотвердеющим. Кроме того, чем больше разница в твердости между двумя концами, тем ниже закаливаемость.Для кривых прокаливаемости характерно то, что с увеличением расстояния от закаленного конца скорость охлаждения снижается. Сталь 1040 изначально имеет такую ​​же твердость, как 4140 и 4340, но очень быстро остывает по длине образца. Сталь 4140 и 4340 остывает более плавно и, следовательно, имеет более высокую закаливаемость. 4340 имеет менее экстремальную степень охлаждения по сравнению с 4140 и, следовательно, имеет самую высокую закаливаемость из всех трех.

Рисунок 4: Диаграммы прокаливаемости сталей 4140, 1040 и 4340

Кривые прокаливаемости зависят от содержания углерода.Чем больше процент углерода в стали, тем выше ее твердость. Следует отметить, что все три сплава на Рисунке 4 содержат одинаковое количество углерода (0,40% C). Углерод — не единственный легирующий элемент, который может влиять на прокаливаемость. Различия в характеристиках прокаливаемости между этими тремя сталями можно объяснить с точки зрения их легирующих элементов. В таблице 1 ниже показано сравнение содержания легирующих элементов в каждой из сталей. 1040 представляет собой простую углеродистую сталь и поэтому имеет самую низкую прокаливаемость, поскольку нет других элементов, кроме железа, которые блокируют выход атомов углерода из матрицы.Никель, добавленный к 4340, позволяет образовывать немного большее количество мартенсита по сравнению с 4140, что дает ему самую высокую закаливаемость среди этих трех сплавов. Большинство металлических легирующих элементов замедляют образование перлита, феррита и бейнита, поэтому они повышают прокаливаемость стали.

Стол 1: показывает содержание легирующих элементов 4340, 4140 и 1040. сталь

Тип стали:	Никель (мас.%):	Молибден (мас.%):	Хром (мас.%):
4340	1.85%	0,25%	0,80%
4140	0,00%	0,20%	1,00%
1040	0,00%	0,00%	0,00%

Может варьироваться в пределах одного группа материалов. При промышленном производстве стали всегда есть незначительные неизбежные изменения элементного состава и средней зернистости размер от одной партии к другой.В большинстве случаев способность материала к упрочнению составляет представлены максимальными и минимальными кривыми, установленными как пределы.

Прокаливаемость также увеличивается с увеличением размера аустенитного зерна. Зерно — это отдельный кристалл в поликристаллическом металле. Представьте себе витраж (такой, как показано ниже), цветное стекло — это зерна, а материал для пайки, удерживающий его вместе, — это границы зерен. Аустенит, феррит и цементит — это разные типы зерен, которые составляют различные микроструктуры стали.Именно на границах зерен образуются перлит и бейнит. Это пагубно сказывается на процессе упрочнения, поскольку желаемой микроструктурой является мартенсит, а другие типы мешают его росту. Мартенсит образуется в результате быстрого охлаждения аустенитных зерен, и процесс его превращения до сих пор не изучен. С увеличением размера зерна появляется больше зерен аустенита и меньше границ зерен. Следовательно, существует меньше возможностей для образования микроструктур, таких как перлит и бейнит, и больше возможностей для образования мартенсита.

Рисунок 5: Цветные кусочки стекла представляют собой зерна аустенита, который при закалке превращается в желаемый мартенсит. Черные участки между цветными участками представляют границы зерен. Участки, на которых при закалке образуется перлит или бейнит.

3. Способ закалка

Как указывалось ранее, тип закалки влияет на охлаждение. показатель. Использование масла, воды, водных гасителей полимеров или воздуха дает разная твердость внутри заготовки.Это также сдвигает кривые прокаливаемости. Вода производит наиболее сильную закалку, за ней следует масло и затем воздух. Водные полимерные тушители обеспечивают скорость тушения между вода и масло и могут быть адаптированы к конкретным приложениям, изменив концентрация и температура полимера. Степень возбуждения также влияет на скорость отвода тепла. Чем быстрее закалочная среда движется по образца, тем больше эффективность закалки. Охлаждение маслом обычно используется, когда закалка в воде может быть слишком жесткой для данного типа стали, так как она может треснуть или деформироваться при лечении.

Рисунок 6: Закалка отливок слесарем в масляной ванне

Обработка закаленная Стали:

Тип фрезы, который следует выбрать для обработки инструментов, выбранных для обработки заготовки после закалки, зависит от нескольких различных переменных. Не считая геометрических требований, специфичных для конкретного применения, двумя наиболее важными переменными являются твердость материала и его закаливаемость. Для некоторых применений с относительно высокими напряжениями требуется минимум 80% мартенсита во внутренней части заготовки.Обычно для деталей с умеренными нагрузками требуется всего около 50% мартенсита по всей заготовке. При обработке закаленного металла с очень низкой способностью к закалке твердосплавный инструмент со стандартным покрытием может работать без проблем. Это потому, что самая твердая часть заготовки ограничена ее поверхностью. При обработке стали с высокой способностью к закалке рекомендуется использовать фрезу со специальной геометрией, предназначенной для этого конкретного применения. Высокая закаливаемость приведет к тому, что заготовка будет твердой по всему объему.В каталоге Harvey Tool имеется ряд различных фрез для закаленной стали, в том числе сверла, концевые фрезы, фрезы для ключей и граверы.

Резюме:

Прокаливаемость — это мера глубины, до которой сплав черных металлов может быть упрочнен за счет образования мартенсита по всему его объему, от поверхности к сердцевине. Это важное свойство материала, которое вы должны учитывать при выборе стали, а также режущего инструмента для конкретного применения. Закалка любой стали зависит от размера и формы детали, молекулярного состава стали и типа используемого метода закалки.

Зачем закаливать закаленную сталь

Представьте, что вы воин средневековья и пора обзавестись новым мечом. Итак, вы идете к кузнецу, чтобы купить острый блестящий длинный меч. Несколько недель спустя вы участвуете в битве, сражаясь перед стеной щитов. Вы наносите огромный удар по врагу, который встречает ваш удар своим мечом, и ваш меч разлетается на несколько частей. К несчастью для вас, ваш кузнец передал партию мечей кузнецу на другом конце города, у которого не было времени закалить мечи.В результате мечи были крепкими, но хрупкими. Их недостаточная прочность означала, что они не могли поглотить большую часть удара до разрушения.

См. Курсы и вебинары по металлургии
Нужна помощь с вашим продуктом?

Результаты анализа отказов

Закаленный мартенсит

Отпуск используется для повышения ударной вязкости стали, подвергшейся закалке, путем ее нагрева до образования аустенита и последующей закалки до образования мартенсита. В процессе отпуска сталь нагревается до температуры от 125 ° C (255 ° F) до 700 ° C (1292 ° F).При этих температурах мартенсит разлагается с образованием частиц карбида железа. Чем выше температура, тем быстрее разложение в течение любого заданного периода времени. На микрофотографии показана сталь после значительного отпуска. Черные частицы представляют собой карбид железа.

Незакаленный мартенсит — прочный, твердый, хрупкий материал. Чем он прочнее и тверже, тем он хрупче. Прочность и твердость обусловлены упругой деформацией внутри мартенсита, которая является результатом слишком большого количества атомов углерода, находящихся в промежутках между атомами железа в мартенсите.По мере увеличения количества углерода в стали (примерно до 0,8 мас.% Углерода) прочность и твердость мартенсита возрастают.

В процессе отпуска атомы углерода выходят из пространств между атомами железа в мартенсите, образуя частицы карбида железа. Напряжение внутри мартенсита снимается, когда атомы углерода перемещаются между атомами железа в мартенсите. Это приводит к повышению ударной вязкости стали за счет снижения прочности.

Требуемый отпуск зависит от конкретного применения, в котором будет использоваться сталь. В некоторых случаях прочность не имеет значения, поэтому отпуск при низкой температуре в течение короткого периода времени является приемлемым. В случаях, когда требуется очень прочная и вязкая сталь, может использоваться высокоуглеродистая сталь, отпущенная при высокой температуре.

Более подробную информацию о термообработке стали можно найти в нашем онлайн-курсе по запросу «Принципы металлургии или Металлургия термообработки стали». Книга Джорджа Краусса «Сталь: обработка, структура и характеристики» дает всестороннее обсуждение термической обработки стали.

История цементации и ее процессов

Описание различных процессов цементации.

Цементационная закалка — это процесс поверхностной закалки металла, также называемый поверхностной закалкой. Это древняя технология, восходящая к 1400 году до нашей эры.

Истоки цементирования

Примерно в 1400 году до нашей эры методы упрочнения стали появляться в оружейных магазинах по всему миру.Было хорошо известно, что остроту и твердость лезвия оружия можно было повысить, немедленно погрузив только что сформированное оружие в холодную воду или масло после того, как предмет был нагрет до температуры, необходимой для ковки. О умеренном климате также можно судить по цвету раскаленной стали, вы должны стремиться к вишнево-красному цвету.

Было известно, что кромка становится более твердой и острой, но непонятно, почему этот процесс сделал кромку лучше.

Промышленные процессы

Поверхностная закалка — это метод, используемый для улучшения долговечности и часто внешнего вида металлической поверхности, при которой металлическая поверхность укрепляется путем добавления тонкого слоя на верхнюю поверхность из другого металлического сплава.Этот тонкий слой сплава обычно намного тверже и долговечнее исходного основного металла.

Поскольку новая твердая поверхность полностью окружает исходный предмет, буквально заключая объект в более твердую оболочку, это известно как упрочнение.

Закаленная сталь обычно используется для увеличения срока службы конкретного продукта. Этот процесс особенно полезен для многих производителей продукции, от производителей зубчатых колес до производителей огнестрельного оружия.Поверхностная закалка используется как для углеродистой, так и для легированной стали, хотя обычно используются мягкие стали.

Закаленная сталь образуется путем диффузии углерода, азота или бора во внешний слой поверхности стали при высокой температуре. Затем изделие из закаленной стали можно подвергнуть термообработке, чтобы придать поверхностному слою желаемую твердость.

Поскольку поверхностная закалка позволяет продукту иметь особо прочный верхний слой с более гибкой внутренней сердцевиной, это отличный процесс для использования на висячих замках, звеньях цепи и других изделиях безопасности.Упрочнение корпуса позволяет продукту противостоять порезам, а более гибкая и менее хрупкая сердцевина продукта лучше выдерживает удары. Поверхностная закалка обычно проводится после того, как продукт полностью сформирован.

Упрочнение корпуса подходит для многих применений, особенно в изделиях, которые многократно сталкиваются с другими поверхностями. Таким образом, винтовочные болты, ударные штифты и другие механические детали, которые обычно подвергаются жесткому износу, например, распределительный вал в двигателе внутреннего сгорания.

Использование угля для поверхностного упрочнения

Один из вариантов цементного упрочнения с использованием угля имеет следующий метод. Сначала сталь нагревается, пока она находится в контакте с веществом с высоким содержанием углерода. В средние века рабочие-металлисты использовали костную муку, конские копыта и различные другие довольно неприятные органические соединения с высоким содержанием углерода.

Затем сталь выдерживают при относительно высокой температуре от 850 ° C до 950 ° C в течение заданного периода.
Горячая сталь затем будет быстро закалена в холодной жидкости, такой как вода или масло, закалка даст упрочненный поверхностный слой или, как мы уже обсуждали, закалку твердой фазы.

Закаленная сталь может быть подвергнута закалке в печи или с использованием прямого источника тепла до желаемой твердости. Закалка проводится при температуре около 190 ° C. Закалка — это медленный процесс, который занимает несколько часов.

Что такое упрочнение? | Metal Supermarkets

Способность противостоять истиранию и сопротивляться вдавливанию — два очень важных свойства определенных типов металлов. Твердость, измерение этих атрибутов, является ключевым фактором при принятии решения, какой тип металла выбрать.Возможно, наиболее важной областью металла, для которой необходимо найти оптимальную твердость, является его внешняя поверхность. Это потому, что именно поверхность подвергается наибольшему истиранию и прямому удару. Чтобы обеспечить подходящую твердость металлической подложки, твердость поверхности некоторых металлов изменяется с помощью метода, известного как поверхностная закалка.

Что такое упрочнение?

Цементная закалка — это метод обработки материала, который используется для увеличения твердости внешней поверхности металла.Цементное упрочнение приводит к образованию очень тонкого слоя металла, который заметно тверже, чем больший объем металла под закаленным слоем. Цементационная закалка почти всегда требует повышенных температур. Из-за нагрева закалка может быть вызвана изменением кристаллической структуры металла или добавлением новых элементов к составу внешней поверхности металла. Поскольку процессы закалки снижают формуемость и обрабатываемость, поверхностное упрочнение обычно проводят после завершения большинства других производственных процессов.

Почему именно Case Harden?

Есть несколько причин для упрочнения материала, а не для отверждения всего металлического объекта. Одна из причин — эффективность. Для нагрева внешней поверхности металла требуется меньше энергии и меньше времени, а не всего его поперечного сечения. Такая эффективность может привести к огромной экономии затрат при крупномасштабных производственных операциях. Еще одна причина, по которой поверхностное упрочнение широко используется, заключается в производительности. Может быть выгодно иметь металл с твердой внешней оболочкой и более пластичной внутренней частью.Примером этого может быть случай, когда металл необходим, чтобы противостоять истиранию, но все же должен быть способен поглощать удар, не приводя к полному хрупкому разрушению.

Типы методов упрочнения

Цементная закалка может быть выполнена несколькими способами. Одним из наиболее популярных методов обработки сталей с более высоким содержанием углерода или других термически обрабатываемых металлов является нагрев и закалка. Нагрев и закалка включают использование какого-либо источника тепла, такого как индукционные катушки или кислородное пламя, чтобы довести внешнюю поверхность стали до температуры, превышающей температуру, при которой ее микроструктура начинает меняться, известная как ее критическая температура (обычно около 700 градусов Цельсия ).Как только это будет выполнено, стальную поверхность необходимо быстро охладить, приведя в контакт с закалочной средой. Это может быть рассол, вода, масло или воздух. В зависимости от требуемой скорости охлаждения для разных приложений будут использоваться разные среды. Это быстрое охлаждение приводит к образованию в стали мартенсита, который представляет собой очень твердую устойчивую к истиранию микроструктуру.

Другой метод упрочнения — азотирование. Азотирование получило свое название от образования нитридов на поверхности металла.Для выполнения процесса азотирования металлы нагревают до повышенной температуры и подвергают воздействию аммиака или других азотсодержащих веществ. Повышенная температура и воздействие азота способствуют образованию нитридов, которые по своей природе очень твердые и устойчивы к истиранию. Этот процесс работает только тогда, когда в закаленном металле есть элементы, которые могут образовывать нитриды, такие как хром и молибден. Азотирование обычно требует более низких температур, чем нагрев и закалка, а также не требует процесса закалки, что приводит к меньшему искажению.

Науглероживание — это еще одна форма цементации, которая широко используется для улучшения механических свойств стальной основы. Во время науглероживания стальной сплав нагревается до повышенной температуры, а затем подвергается воздействию большого количества углерода на своей поверхности. Внешний источник углерода может быть газом, жидкостью или твердым телом в зависимости от требований приложения. Большое количество внешнего углерода затем образует карбиды с другими элементами на поверхности стали. Эти карбиды обеспечивают повышенную твердость и износостойкость.Как и при азотировании, требования к нагреву обычно меньше, что потенциально приводит к меньшим искажениям.

Какие типы металлов можно закаливать?

Металлы, которые могут подвергаться закалке, обычно ограничиваются черными металлами, хотя есть особые случаи, такие как азотирование некоторых титановых или алюминиевых сплавов. Чёрные металлы, обычно подвергающиеся закалке, следующие:

Некоторые распространенные компоненты, подвергнутые закалке, включают:

• Шестерни
• Крепежные изделия
• Распредвалы
• Стержни
• Штыри

Metal Supermarkets — крупнейший в мире поставщик мелкосерийного металла с более чем 90 магазинами в США, Канаде и Великобритании.Мы эксперты по металлу и обеспечиваем качественное обслуживание клиентов и продукцию с 1985 года.

В Metal Supermarkets мы поставляем широкий ассортимент металлов для различных областей применения. В нашем ассортименте: нержавеющая сталь, легированная сталь, оцинкованная сталь, инструментальная сталь, алюминий, латунь, бронза и медь.

Наша горячекатаная и холоднокатаная сталь доступна в широком диапазоне форм, включая пруток, трубы, листы и пластины. Мы можем разрезать металл в точном соответствии с вашими требованиями.

Посетите одно из наших 85+ офисов в Северной Америке сегодня.

Введение в упрочненную сталь | Национальная компания материалов

Что такое упрочненная сталь (PHS)?

Упрочненная под давлением стали — это углеродистые / марганцевые стали с добавлением бора (0,001% — 0,005%), которые используются с середины 1980-х годов для изготовления кузовов автомобилей белого цвета.

Эти стали также известны как HF или горячеформованные стали.

Сталь

, закаленная под давлением или горячеформованная сталь, проходит уникальный производственный процесс, при котором сталь нагревается до минимальной температуры 850 * C, а затем формуется до окончательной формы в фильерах с водяным охлаждением, которые контролируют скорость охлаждения / закалки для обеспечения требуемых свойств .Высокая температура в сочетании с быстрым охлаждением преобразует микроструктуру почти до 100% мартенсита и очень высокого конечного предела прочности на разрыв до 2000 МПа. Этот процесс обычно называют «горячим тиснением». Готовый продукт квалифицируется как современная высокопрочная сталь и в три раза стабильнее, чем материал до обработки. Отношение прочности к весу также значительно увеличилось.

Упрочнение под давлением и использование закаленных сталей являются многообещающими альтернативами для оптимизации геометрии деталей сложной формы без проблем с пружинением.Процесс горячего формования позволяет формировать формы, которые не могут быть подвергнуты холодной штамповке с использованием сверхвысокопрочных сталей.

Уникальные свойства этого материала сочетают в себе сложность и прочность, а компоненты, изготовленные из закаленной под давлением стали, могут выполнить в виде единой детали то, что обычно требует более тяжелых и толстых деталей, свариваемых вместе.

Процесс закалки под давлением / горячего формования был впервые применен на практике в середине 1980-х годов и в основном используется для создания чувствительных к ударам компонентов безопасности в автомобилях.Детали, созданные с помощью этого процесса, соответствуют нескольким развивающимся требованиям автомобильной промышленности, таким как снижение веса и стоимости, а также снижение воздействия на окружающую среду при их создании.

С момента своего появления популярность горячего формования постоянно растет. В автомобилях последнего модельного года процент этих сталей увеличился до 25% в весе белого цвета.

Стали

PHS / HF могут поставляться с покрытиями, предотвращающими образование оксидов во время процесса.Наиболее распространенным из этих покрытий является покрытие из алюминия и кремния (AS), другие покрытия могут включать горячее погружение (GI), отожженное цинкование (GA) или цинк-никель (GP).

Эти детали обычно используются там, где важны жесткость детали и низкая деформация, в том числе типичные детали.

• Передняя стойка
• Центральная стойка
• Передний / задний лонжерон
• Поперечины
• Дверное кольцо

Свойства упрочненных сталей

Прочность закаленных под давлением сталей может достигать 2000 МПа (215 фунтов на квадратный дюйм) с общим пределом текучести 1000 МПа (145 фунтов на квадратный дюйм).

Процесс закалки под прессом

Ниже приведены два различных процесса упрочнения под давлением.

Прямой, , в котором сталь сначала перегревается в печи, формируется, пока она еще горячая, а затем закаливается, находясь в матрице. Процесс выглядит так:

• Сталь с ферритно-перлитной матрицей аустенизируется в печи. Заготовки нагреваются до высокой температуры, почти до 1000 * С.
• Затем материал удаляется из печи и сразу же транспортируется в штамповочное оборудование в течение 10 секунд после извлечения
• Матрица закрыта, и деталь сформирована
• Затем штамп быстро закаливается.Даже передача тепла внутри штампа имеет решающее значение для поддержания однородности его свойств по всему компоненту. Компонент охлаждается со скоростью более 25 К сÀ
.
• Матрица открыта, и компонент удален.

Непрямая, , при которой сталь предварительно формуют и обрезают при комнатной температуре на основе свойств поступающей стали перед горячей штамповкой. Затем детали нагреваются, а участки, которые слишком трудно обрабатывать в холодном состоянии, подвергаются горячей формовке для достижения большей прочности и окончательной формы.

Из-за чувствительных ко времени условий процесса закалки при прессовании робототехника обычно используется для передачи материала между печью, штампом и станциями закалки.

Как отмечалось в разделе свойств выше, упрочнение под давлением может достигать уровней прочности 2000 МПа наряду с очень сложной микрогеометрией.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Метод упрочнения под давлением в целом экономичен, так как он позволяет создавать передовые высокопрочные стали, которые в три раза прочнее материала, из которого они изготовлены.Помимо этого, он может создавать сложные формы, которые устраняют необходимость использовать несколько тяжелых форм, сваренных вместе. Вместо этого это может быть один прочный, легкий и недорогой автомобильный компонент, который в конечном итоге безопаснее, легче и умнее, чем раньше.

Около National Material LP — National Material Limited Partnership и ее дочерние компании имеют долгую историю качества и обслуживания, начиная с 1964 года. С момента своего основания National Material LP выросла до более чем 30 бизнес-единиц и в настоящее время является одним из крупнейшие поставщики стали в Америке.Группа промышленных предприятий National Material состоит из Steel Group, Stainless and Alloys Group, Raw Material Trading Group, Aluminium Group и связанных операций.

Посетите национальные материалы: http://www.nationalmaterial.com или позвоните (США) 847-806-7200.

причин закалки стали после закалки

Вот пример того, как стальная заготовка закалялась в современной печи. Процесс заблокирован и прошел всесторонние испытания, поэтому фактор повторяемости бесспорен.Изменилась внутренняя структура заготовки из сплава. Он механически тверже, прочнее и жестче, чем до термической обработки. Однако в любом случае твердости недостаточно, если деталь хрупкая.

Закалка после закалки

В результате термообработки явно образовался затвердевший продукт, а фаза закалки по существу установила этот фазовый переход в камне. Погружаясь в охлаждающую среду, эффект быстрого охлаждения выпустил огромное облако пара.Все шипело в течение одной долгой минуты, пока закаленная сталь не вернулась к комнатной температуре. Честно говоря, эта заготовка не может просто покинуть предприятие, пока не закаляется. Представьте, что сталь установлена ​​и находится под нагрузкой. Это сложно, но оно разбивается, потому что хрупкость является частью процесса твердения. Таким образом, сразу после станции закалки процесс переходит в стадию отпуска.

Прочность на закалку при инжекции

Благодаря семантическим тонкостям, широкие массы каким-то образом перепутали определенные слова и их значения.Например, твердый материал устойчив к истиранию и трению, но все же может треснуть и даже развалиться. Таким образом, конечной целью является предел прочности на растяжение, при котором на этапе отпуска стальная деталь снимается с состояния хрупкости, охваченной закалкой. Цель состоит не только в том, чтобы удалить эту нежелательную с механической точки зрения характеристику, но и в том, чтобы повысить предел прочности на разрыв, ударную вязкость и определенную степень деформируемости.

Метод снятия напряжения

Наряду с отжигом мы закаливаем сталь в качестве метода снятия напряжений.При правильном проведении низкотемпературного отпуска сплав становится более стабильным и однородным по размерам. Внутри этой кристаллической структуры движутся атомы углерода стального сплава. Они образуют карбиды стали и другие частицы, способствующие деформации, внутри мартенситной формы заготовки. Он по-прежнему невероятно твердый, но эта особенность компенсируется хрупкостью и снятием напряжений, снижающих предел прочности. Введенная в эксплуатацию, эта недавно закаленная стальная деталь настолько же прочная, насколько и твердая, и все благодаря точному применению в низкотемпературной среде.

В старину самурайские мечи скручивали и складывали, затем тем же пламенем закаливали и гасили в воде.