Закалка сталь 40х режимы: Сталь 40Х — Термообработка — Металлический форум

твердость, режимы, время, температура, технология

В процессе изготовления различных металлоконструкций металл подвергается процедурам, в число которых входит и термообработка. Очень важно грамотно подойти к проведению этой операции, выполнив требования технологии, что позволит придать конечному изделию улучшенные механические свойства.

Эта тема является довольно обширной и включает довольно большое количество важных вопросов. Однако нам хотелось бы рассмотреть особенности процедуры закалки стали, ее применение и технологию. Возможно, поначалу возникает впечатление, что термообработка является довольно сложной процедурой, однако при более тщательном ознакомлении становится ясно, что все обстоит совсем не так.

Химический состав

Цифра 40 в маркировке свидетельствует о том, что процентное содержание углерода в сплаве колеблется в пределах от 0.36 до 0.44, а буквенное обозначение х указывает на наличие легирующего элемента хрома в количестве не менее 0. 8 и не более 1.1 процента. Легирование стали хромом придает ей свойство устойчивости к коррозии в окислительной среде и атмосфере. Говоря другими словами, сталь приобретает нержавеющие свойства. Кроме того, хром определяет структуру сплава, его технологические и механические характеристики.

Остальные химические элементы входят в состав стали х 40 в следующем количестве:

• не более 97% железа;
• 0,5 — 0,8% марганца;
• 0,17 — 0,37% кремния;
• не более 0,3% меди;
• не более 0,3% никеля;
• не более 0,035% фосфора;
• не более 0,035% серы.

Защита изделия от внешних воздействий

Нередки ситуации, когда приходится решать проблему защиты стали от вредных воздействий, которые могут быть созданы в результате появления окалины или потери углерода. В качестве решения этой проблемы могут выступить специальные газы, которые подаются в печи, где размещена обрабатываемая деталь. Но следует помнить, что подобная процедура может быть выполнена при условии, что печь имеет герметичную конструкцию. Чаще всего в качестве источника газа используется специальный генератор, топливом для которого выступают углеводородные газы, например, метан.
При проведении полной закалки металлической заготовки важно обеспечить ей защиту. В некоторых ситуациях нет возможности подвести газ. Тогда эту операцию можно проводить в герметичной таре. Герметиком здесь может выступать глина, способная исключить проникновение внутрь воздуха. Но еще до начала этой процедуры рекомендуется покрыть заготовку слоем чугунной стружки.

Физические характеристики

Почти все физические свойства металлов прямо или обратно пропорционально зависят от температуры. Такие показатели, как удельное сопротивление, коэффициент линейного расширения и удельная теплоемкость возрастают с ростом температуры, а плотность стали, ее модуль упругости и коэффициент теплопроводности, наоборот, падают при увеличении температуры.

Еще одна физическая характеристика, называемая массой, не зависит практически ни от чего. Образец можно подвергать термической обработке, охлаждать, обрабатывать, придавать ему различную форму, а масса при этом будет оставаться величиной неизменной.

Физические показатели всех известных марок отечественных сталей и сплавов, в том числе и описываемой марки, сведены в таблицы и размещены в справочниках по металловедению.

Закалка стали 40Х

При сильном нагреве практически все материалы изменяют свои физические характеристики. В некоторых случаях нагрев проводится целенаправленно, так как подобным образом можно улучшить некоторые эксплуатационные качества, к примеру, твердость. Термическая обработка на протяжении многих лет используется для повышения твердости поверхности стали. Выполнять закалку следует с учетом особенностей металла, так как технология повышения твердости поверхности создается на основании состава материала. В некоторых случаях провести закалку можно в домашних условиях, но стоит учитывать, что сталь относиться к труднообрабатываемым материалам и для придания пластичности нужно проводить сильный нагрев до высоких температур при помощи определенного оборудования. В данном случае рассмотрим особенности нагрева стали 40Х для повышения пластичности и проведения закалки или отпуска.

Влияние термической обработки на качество

Сталь в исходном состоянии представляет собой довольно пластичную массу и поддается обработке путём деформирования. Ее можно ковать, штамповать, вальцевать.

Для изменения механических свойств и достижения необходимых качеств применяется термическая обработка металла. Суть термической или тепловой обработки заключается в применении совокупности операций по нагреву, выдержке и охлаждению твердых металлических сплавов. В результате такой обработки сплав изменяет свою внутреннюю структуру и приобретает определенные, необходимые производителю и потребителю, свойства.

Критические точки

Критические точки — это температуры, при которых изменяется структура стали и ее фазовое состояние. Вычислены в 1868 году русским металлургом и изобретателем Дмитрием Константиновичем Черновым, поэтому иногда их называют точками Чернова.

Обозначают такие точки буквой А. Нижняя точка А1 соответствует температуре, при которой аустенит превращается в перлит при охлаждении или перлит в аустенит при нагреве. Точка А3 — верхняя критическая точка, соответствующая температуре, при которой начинается выделение феррита при охлаждении или заканчивается его растворение при нагреве.

Если критическая точка определяется при нагреве, то к букве «А» добавляется индекс «с», а при охлаждении — индекс «r».

Для данной стали определена следующая температура критических точек:

• 743*С — Ас1;
• 815*С — Ас3;
• 730*C — Аr3;
• 693*C — Ar1.

Алгоритм термообработки стали и сплавов:

• отжиг:
• закалка;
• отпуск;
• нормализация;
• старение;
• криогенная обработка.

Термообработка для стали 40х. Характеристика температурного режима в соответствии с требованиями ГОСТ 4543–71:

• закалка стали 40х в масляной среде при температуре 860*С;
• отпуск в воде или масле при температуре 500*С.

В результате такой термической обработки данная сталь приобретает повышенную твердость (число твердости НВ не более 217), высокий предел прочности при разрыве (980 Н/м2) и ударную вязкость 59 Дж/см2.

Предел текучести

Говоря о механических свойствах, нужно обязательно упомянуть о такой важной характеристике, как предел текучести. Если приложенная нагрузка слишком велика, то конструкция или ее детали начинают деформироваться и в металле возникают не упругие (полностью исчезающие, обратимые), а пластические (необратимые остаточные) деформации. Говоря другими словами, металл «течет».

Предел текучести — это граница между упругими и упругопластическими деформациями. Значение предела текучести зависит от множества факторов: режима термической обработки, наличия примесей и легирующих элементов в стали, микроструктуры и типа кристаллической решетки, температуры.

В металловедении различают понятия физического и условного предела текучести.

Физический предел текучести — это такое значение напряжения, при котором деформация испытываемого образца увеличивается без увеличения приложенной нагрузки. В справочниках эта величина обозначается σт и для марки 40х ее значение не менее 785 Н/мм2 или 80 КГС/мм2.

Следует отметить, что пластические (необратимые) деформации появляются в металле не мгновенно, а нарастают постепенно, с увеличением приложенной нагрузки. Поэтому, с точки зрения технологии, уместнее применение термина «условный (технический) предел текучести».

Условным (или техническим) пределом текучести называется напряжение, при котором опытный образец получает пластическое (необратимое) удлинение своей расчетной длины на 0.2%. В таблицах эта величина обозначается как σ 0,2 и для стали 40х составляет:

• при температуре от 101 до 200*С — 490 МПа;
• при температуре от 201 до 300*С — 440 МПа;
• при температуре от 301 до 500*С — 345 МПа.

Технологические характеристики

Подводя итог, можно охарактеризовать сталь 40х как твердый и прочный материал, выдерживающий большие нагрузки без разрушений. ПК числе положительных свойств относятся:

• устойчивость к температурным колебаниям;
• отличные коррозионные свойства;
• высокие показатели прочности.

Наряду с этими качествами, у данного материала есть, к сожалению, и недостатки. К ним относятся:

• трудности при сваривании;
• склонность к отпускной хрупкости;
• чувствительность к образованию флокенов.

После подогрева с последующей термообработкой описываемая сталь поддается ручной дуговой сварке (РДС) и электрошлаковой сварке (ЭШС). Если применяется контактная точечная сварка (КТС), то необходима последующая термическая обработка.

Медленное охлаждение конструкционной легированной стали 40х после отпуска приводит к ее хрупкости. Этот недостаток отсутствует при быстром охлаждении, но в этом случае могут возникнуть внутренние напряжения, вызывающие деформацию.

Флокеночувствительность — это склонность металла к образованию внутренних дефектов (полостей и трещин), так называемых флокенов. Для устранения этого недостатка сплав вакуумируют в ковше с одновременной продувкой аргоном и электродуговым подогревом.

Отпуск и нормализация

Чтобы в структуре стали не образовывались микротрещины, технологией процесса предусмотрена операция отпуска после закалки. На этом этапе изделие разогревают до температуры, которая имеет более низкое значение, чем температура критической точки. Здесь также происходит выдержка материала в течение определенного интервала времени в таком состоянии. Далее следует охлаждение изделия. Все внутренние напряжения после проведения этих мероприятий нейтрализуются, структура кристаллической решетки улучшается, пластичность увеличивается.
Для марки стали 40х можно применить три вида отпуска:

1. Отпуск на низких температурах предполагает прогрев детали до предела 250 градусов по Цельсию с выдержкой. Остужают заготовку на открытом воздухе. Термообработка такого характера способствует нейтрализации напряжений при минимальном увеличении пластичности без влияния на твердость. Используется метод редко, так как велика вероятность образования хрупкой структуры.
2. Отпуск на средних температурах. Прогрев здесь идет до 500 градусов по Цельсию. За счет более высокой температуры возрастает вязкость изделия с пропорциональным снижением твердости. Метод подходит для изготовления автомобильных рессор, пружин, другого специфического инструмента.
3. Отпуск на высоких температурах с увеличением прогрева до 600 градусов по Цельсию. В этом случае внутри кристаллической решетки распадается мартенсит, образуя при этом сорбит. На практике это лучший вариант пропорционального соотношения пластичности и твердости. Ударная вязкость при этом также возрастает. Детали, полученные таким образом, можно применять в механизмах, подверженных воздействию ударных нагрузок.

Чтобы избежать повышенной хрупкости при отпуске, охлаждение при этом процессе следует делать быстро в специальной вакуумной камере с системой продувки аргоном. Последние два условия помогут избежать возникновения внутренних дефектов в структуре материала, а именно образования раковин, полостей и деформаций.

Если после закаливания сталь 40х разогреть до критической точки, выдержать и охладить на воздухе, то внутренняя структура получит мелкозернистое строение – этот процесс носит наименование нормализация. Ее задача — повысить ударную вязкость металла и его пластичность.

Ассортимент металлопроката

Сталь 40х производится и поставляется на рынок в следующем виде:

• сортовой прокат (в том числе фасонный) по ГОСТам 4543−71, 2591−2006, 2590−2006, 10702−78 и 2879−2006;
• серебрянка и шлифованный пруток по ГОСТу 14955−77;
• пруток калиброванный по ГОСТам 8559−75, 7417−75, 1051−73 и 8560−78;
• полоса по ГОСТам 82−70, 103−2006 и 1577−93;
• трубы по ГОСТам 13663−86, 8731−74, 8733−74;
• поковки по ГОСТу 8479−70;
• лист толстый по ГОСТам 19903−74и1577−93.

Известно достаточное количество отечественных (40ХР, 40ХС, 40ХН, 40ХФ, 38ХА, 45Х) и зарубежных аналогов описываемой марки стали.

Область применения

Благодаря своим свойствам сталь 40х широко применяется в различных областях промышленности. Ее используют при изготовлении кулачковых и коленчатых валов, осей и полуосей, штоков, плунжеров, вал-шестерней, шпинделей, колец, оправок, болтов, реек, втулок и других деталей, к прочности которых предъявляются повышенные требования. Также используется эта сталь для изготовления конструкций, эксплуатируемых в условиях низких температур внешней среды, например, при сооружении авто- и железнодорожных мостов в северных широтах.

04 семестр / Домашние задания / Готовые ДЗ варианты Остальные / Остальные / 40Х / 40Х

МГТУ им. Н. Э. Баумана

Кафедра МТ8

Домашнее задание

по курсу материаловедения

Студент: Клёнкин А. В.

Группа: М2-51

Преподаватель: Силаева В. И.

Москва, 2000г.

Для изготовления шестерней, валов, осей применяется улучшаемая хромистая сталь, легированная бором.

1. Подберите легированную сталь для изготовления оси диаметром 20мм.

Укажите оптимальный режим термической обработки, обеспечивающей получение твердости 265HB, постройте график термической обработки в координатах “температура — время”.

2. Опишите все структурные превращения, происходящие при процессе улучшения стали.

3. Приведите основные сведения об этой стали: ГОСТ, химический состав, свойства, влияние легирующих элементов на прокаливаемость достоинства, недостатки и т.д.

Отчет

Для изготовления шестерней, осей, валов применяют улучшаемую хромистую сталь, легированную бором.

Особенности работы деталей типа оси состоят в том, что в них используют прочность и сопротивление усталости стали. В связи с этим стали должны иметь большой запас прочности и высокий предел выносливости. Детали этого типа работают при статических нагрузках.

Для обеспечения этих свойств вводят легирующие элементы, что повышает конструкционную прочность стали. Их применяют после закалки и отпуска, поскольку в отожженном состоянии они по механическим свойствам практически не отличаются от углеродистых. Высокие механические свойства при улучшении возможны лишь при обеспечении требуемой прокаливаемости, поэтому она служит важнейшей характеристикой при выборе этих сталей. Кроме прокаливаемости важно получить мелкое зерно и не допустить развития отпускной хрупкости.

К группе легированных конструкционных сталей относятся среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,3…0,5% , которые для улучшения свойств (прокаливаемость, мелкозернистая структура, предел выносливости) дополнительно легируют хромом

( до 2%), никелем (от 1 до 5%), марганцем (до 1,5%), кремнием (до 2%), молибденом и вольфрамом (0,2-0,4 Mo и 0,8-1,2 W), ванадием и титаном (до 0,3% V и 0,1% Ti), а так же микро легируют бором

(0,002-0,005%).

Среднеуглеродистые стали приобретают высокие механические свойства после термического улучшения – закалки и высокого отпуска (500-650град) на структуру сорбита.

В соответствии с заданием необходимо подобрать легированную сталь. Выбираем сталь 40Х, так как она относится к широко используемым дешевым конструкционным материалам. Хромистые стали склонны к отпускной хрупкости, устранение которой требует быстрого охлаждения от температуры высокого отпуска. Эта сталь прокаливается на глубину 15-25 мм и применяется для деталей небольшого сечения.

Примем первый вариант термической обработки: закалку и высокий отпуск. По данным ГОСТ 4543-71 температура закалки для стали 40Х составляет 850 С (Ас3 – 815 С). В качестве охлаждающей среды выбираем воду. Последующий отпуск назначаем при температуре 600 С

(выше интервала температур необратимой отпускной хрупкости).

Указанный режим термообработки обеспечивает получение следующих свойств (минимальные значения):

0.2 > 720 Мпа;  > 14 %

в > 860 Мпа;  > 60 %

HB  265 после отпуска при 600 С.

Сталь 40Х – сталь перлитного класса до термообработки имеет структуру:

Феррит (Ф) + Перлит (П). П (Ф+Fe3C).

Ф=Fe(C) – твердый раствор, С’ в Fe.

На практике при обычных скоростях нагрева (электропечи) под закалку перлит сохраняет свое пластинчатое или зернистое строение до температуры Ас1. При нагреве до Ас1 (743 С.) никаких превращений не происходит. При температуре Ас1 в стали происходит превращение перлита в аустенит. Кристаллы (зерна) аустенита зарождаются в основном на границах фаз феррита и цементита. При этом параллельно развиваются 2 процесса: полиморфный переход Fe  Fe и растворение цементита в аустените.

Представим общую схему превращения:

Ф+П (Ф+Ц) Ас1Ф+Ц+АА+ЦАнеоднородн.Агомогенный

Образование зерен аустенита происходит с большей скоростью, чем растворение цементита перлита, поэтому необходима выдержка стали при температуре закалки для полного растворения цементита и получения гомогенного аустенита. Фазовая перекристаллизация приводит к измельчению зерна в стали. При этом, выше дисперсность структуры перлита (Ф+Ц) и скорость нагрева стали, тем больше возникает центров зарождения аустенита, а следовательно возрастает дисперсность продуктов его распада, что приводит к увеличению пластичности, вязкости, уменьшению чувствительности к концентрации напряжений.

При охлаждении при Vохл. > Vкрит будет образовываться мартенсит – неравновесная фаза – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Fe и остаточный аустенит (А). Кристаллы мартенсита М, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью, равной скорости звука в стали(5000м/с). Росту кристаллов мартенсита препятствует граница зерна аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита(рис. 2).

Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются на расстояния, не превышающее межатомные. При этом перестройка решетки происходит по тем кристаллографическим плоскостям исходной модификации, которая по строению одинаковая, а по параметрам близки к определенным плоскостям кристаллической решетки образующей фазы, т.е. выполняется принцип структурного и размерного соответствия. Для мартенситного превращения характерно, что растущие кристаллы мартенсита когерентно связаны с кристаллами исходной фазы. Два кристалла считаются когерентными, если они соприкасаются по такой поверхности раздела, которая является общей для их кристаллических решеток. При нарушении когерентности решеток интенсивный упорядоченный переход атомов из аустенита в мартенсит становится невозможным, и рост кристалла мартенсита прекращается. Мартенсит имеет тетрагональную пространственную решетку. Чем больше углерода было в аустените, тем большее число элементарных ячеек мартенсита будет содержать атом углерода и тем большими окажутся средние искажения пространственной решетки.

Свойства мартенсита сталей зависят от растворенного в нем углерода.

Мартенсит имеет очень высокую твердость равную или превышающую HRC 60, при содержании углерода большем 0,4%.

После мартенситного превращения в стали сохраняется небольшое количество остаточного аустенита(1 – 3%). Затрудненность распада последних порций аустенита связывают с появлением значительных сжимающих напряжений, возникающих вследствие увеличения объема при переходе ГЦК решетки в ОЦК решетку.

Для придания стали требуемых эксплуатационных свойств, после закалки всегда проводят отпуск. При отпуске снижается уровень напряженного состояния ( в, НВ,, КСV).

До t =80C не происходит никаких структурных изменений. Первое превращение при отпуске развивается в диапазоне 80…200C и приводит к формированию структуры отпущенного мартенсита – смеси пересыщенного углеродом -раствора и когерентных с ним частиц карбида. В результате этого существенно уменьшается степень тетрагональности мартенсита (часть углерода выделяется в виде метастабильного -карбида ), уменьшается его удельный объем, снижаются остаточные напряжения.

Второе превращение при отпуске развивается в интервале температур 200…260 C (300 C) и состоит из следующих этапов:

1. превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит;

2. распад отпущенного мартенсита: степень его пересыщенности уменьшается до 0,15…0,2% , начинается преобразование -карбида в Fe3C –цементит и его обособление, разрыв когерентности;

3. снижение остаточных напряжений:

4. некоторое увеличение объема, связанное с переходом АостМотп.

Третье превращение при отпуске развивается в интервале 300…400C. При этом заканчивается распад отпущенного мартенсита и процесс карбидообразования. Формируется ферритокарбидная смесь, существенно снижается остаточные напряжения; повышение температуры отпуска выше 400C активизирует процесс коалесценции карбидов, что приводит к уменьшению дисперсности феррито-цементитной смеси.

В стали 40Х после полной закалки в воде и высокого отпуска при 600C образуется структура сорбита отпуска.

Сталь 40Х. Основные данные. ГОСТ 4543 – 71.

Химический состав: С – 0,36…0,44 %; Ni – не более 0,3%;

Si – 0,17…0,37 %; Cu – не более 0,3%;

Мn – 0,50…0,80 %; S – не более 0,035%

Сr – 0,80…1,10 %; P – не более 0,035%

Назначение – оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, зубчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.

Прокаливаемость 18 – 25 мм.

Улучшение механических свойств обусловлено влиянием легирующих элементов на свойства феррита, дисперсность карбидной фазы, устойчивость мартенсита при отпуске, прокаливаемость, размер зерна.

Легирующие элементы, растворяясь в феррите, упрочняют его. Наиболее сильно повышают твердость медленно охлажденного (нормализованного) феррита кремний, марганец, никель, т.е. элементы, имеющие отличную от Fe кристаллическую решетку. Слабее влияют молибден вольфрам и хром, изоморфные Fe. Упрочняя феррит и мало влияя на пластичность, большинство легирующих элементов снижают его ударную вязкость, особенно если их концентрация выше 1%. Исключение составляет никель, который не снижает вязкости. Марганец и хром при содержании до 1% повышают ударную вязкость; при большей концентрации она снижается, достигая уровня нелегированного феррита, примерно при 3% Cr и 1,5% Mn.

Вид поставки – сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543 –71,

ГОСТ 2590 – 71, ГОСТ 2591 – 71, ГОСТ 2879 – 69, ГОСТ 10702 – 78.

Калиброванный пруток ГОСТ 7417 – 75, ГОСТ 8559 – 75, ГОСТ 8560–78,

ГОСТ 1051 – 73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955 – 77.

Лист толстый ГОСТ 1577- 81, ГОСТ 19903 – 74. Полоса ГОСТ 103 – 76,

ГОСТ 1577 – 81, ГОСТ 82 – 70. Поковки ГОСТ 8479 – 70. Трубы

ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8733 – 87, ГОСТ 13663 – 68.

Литература:

1. Материаловедение. Учебник для вузов под ред. Арзамасова Б.Н. 2-ое издание исправленное и дополненное. М.: Машиностроение, 1986. 384 с.

2. Марочник сталей и сплавов, под ред. Сорокина В.Г. М.: Машиностроение, 1989 г. 640с.

Режим закалки стали 45

Таблица 7.3

Влияние содержания углерода на твердость закаленной

Содержание отчета

1. Тема и цель работы.

2. Краткие ответы на контрольные вопросы.

3. Область диаграммы состояния сплавов системы Fe – C, относящаяся к сталям с температурными интервалами нагрева сталей под термическую обработку.

4. Режимы отжига, нормализации, закалки и отпуска сталей 45 и У10.

5. Результаты измерения твердости сталей 45 и У8 после различных видов термической обработки в соответствии с заданиями.

Лабораторная работа № 8

СТРУКТУРА СТАЛЕЙ В НЕРАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ

Цель работы: изучение влияния закалки и отпуска на структуру углеродистых сталей, установление связи между структурой термически обработанных сталей, их диаграммами изотермического распада аустенита и механическими свойствами.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Эксплуатационные свойства стали зависят от ее химического состава и структуры. Желаемое изменение структуры, а, следовательно, и механических свойств, достигается термической обработкой. Различные структуры стали формируются в процессе ее охлаждения из аустенитного состояния.

Незначительная степень переохлаждения или весьма медленное охлаждение обеспечивает получение равновесных структур (лабораторная работа № 7). Чем больше степень переохлаждения аустенита или скорость его охлаждения, тем при более низких температурах происходит превращение аустенита, тем более неравновесная структура получаемой стали. Сталь при этом может приобрести структуры сорбита, троостита, игольчатого троостита (бейнита) илимартенсита.

Закалка, обеспечивающая получение наиболее неравновесной структуры стали – мартенсита, сопровождается возникновением больших внутренних напряжений. Поскольку эти напряжения могут вызвать коробление или разрушение детали, их уменьшают путем отпуска.

Рис. 8.1. Микроструктура закаленной низкоуглеродистой (0,15 % С) стали. Х200

При отпуске из структур закаленной стали образуются структуры отпуска (троостит, сорбит, перлит). Рассмотрим подробнее структуры углеродистых сталей, образующиеся при закалке, а затем при отпуске. Получаемая структура стали зависит не только от скорости охлаждения аустенита, но и от температуры нагрева и химического состава стали.

Низкоуглеродистая сталь, содержащая до 0,15 % углерода, нагретая выше температуры А_С3 и закаленная в воде, имеет структуру малоуглеродистого мартенсита (рис. 8.1).

Рис. 8.2. Изменение температурного интервала мартенситного превращения – а (область М_н – М_к заштрихованная, сплошная линия – t_комн) и массовой доли остаточного аустенита – б (возможная доля А_ост, заштрихована) от содержания углерода в стали

Мартенсит – это пересыщенный твердый раствор углерода в a-железе. Он содержит столько углерода, сколько было в аустените, т.е. в стали. Мартенсит имеет тетрагональную объемно центрированную решетку. С увеличением содержания углерода тетрагональность кристаллической решетки мартенсита, твердость и прочность закаленной стали возрастают. Он имеет характерное пластинчатое, под микроскопом – игольчатое, строение. Рост пластин мартенсита происходит со скоростью около 1000 м/с по бездиффузионному механизму. Они ориентируются по отношению друг к другу под углом 60 и 120 о в соответствии с определенными кристаллографическими плоскостями аустенита пределах аустенитного зерна, и чем выше температура нагрева под закалку и чем, следовательно, крупнее зерно аустенита, то тем более крупноигольчатым и хрупким он будет.

Твердость мартенсита весьма высока, например, для среднеуглеродистой стали – 55. 65 HRC, (НВ = 5500. 6500 МПа). Превращение аустенита в мартенсит сопровождается увеличением удельного объема стали, поскольку мартенсит имеет больший объем, чем аустенит. В сталях, содержащих более 0,5 % С, не происходит полного превращения аустенита в мартенсит и сохраняется так называемый остаточный аустенит. Чем выше содержание углерода в стали, тем ниже температурный интервал (М_н– М_к) мартенситного превращения (рис. 8.2, а)и больше остаточного аустенита (рис. 8.2, б). При обработке холодом можно достичь температуры М_к и обеспечить переход аустенита остаточного в мартенсит.

В доэвтектоидных сталях, закаленных с оптимальных температур (на 30. 50 о С выше А_С3), мартенсит имеет мелкоигольчатое строение (рис. 8.3).

Заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке (температура нагрева на 30. 50 0 С превышает А_С1). Сталь приобретает структуру мартенсита с равномерно распределенными зернами вторичного цементита и остаточного аустенита (5. 10 % А_ост.) (рис. 8.4).

После полной закалки заэвтектоидная сталь имеет структуру крупноигольчатого мартенсита и в ней содержится свыше 20 % остаточного аустенита (рис. 8.5) . Такая сталь обладает значительно меньшей твердостью, чем после неполной закалки.

Рис. 8.3. Мартенсит закалки в доэвтектоидной стали. Х600

Рис. 8.4. Микроструктура закаленной заэвтектоидной стали:

мартенсит, аустенит остаточный, зерна цементита вторичного. Х400

Рис. 8.5. Микроструктура перегретой закаленной стали:

мартенсит крупноигольчатый, аустенит остаточный. Х400

Рис. 8.6. Микроструктура троостита закалки:

а – увеличение 500; б – увеличение 7500

Закалка на мартенсит обеспечивается охлаждением углеродистых сталей в воде со скоростью выше критической. При более медленном охлаждении стали из аустенитного состояния, например, в масле со скоростью, меньше критической, аустенит при температурах 400. 500 о С распадается на высокодисперсную феррито-цементитную смесь пластинчатого строения, называемую трооститом закалки. Троостит – структура с повышенной травимостью (рис. 8.6, а) и характерным пластинчатым строением (рис. 8.6, б).

Еще более медленное охлаждение стали (например, в струе холодного воздуха) вызывает при температурах 500. 650 0 С распад аустенита на более грубую, чем троостит, феррито-цементитную смесь также пластинчатого строения, называемую сорбитом закалки. По мере уменьшения скорости охлаждения и перехода от структур мартенсита к трооститу, сорбиту и, наконец, перлиту твердость стали уменьшается.

Рис. 8.7. Микроструктура троостита (а)и сорбита (б) отпуска. Х7500

Сталь с неравновесной мартенситной структурой при нагреве получает равновесную перлитную структуру. При нагреве закаленной стали до температур 150. 250 о С (низкий отпуск) образуется структура кубического (отпущенного) мартенсита. Увеличение температуры отпуска (300. 400 о С – средний отпуск и 550. 650 о С – высокий отпуск) ведет к появлению структуры зернистых трооститаи сорбита отпуска соответственно. Эти структуры показаны на рис. 8.7, а и 8.7, б. Сталь со структурой троостита с твердостью 35. 45 HRC (НВ = 3500. 4500 МПа) обеспечивает максимальную упругость, необходимую, как правило, при изготовлении рессор, пружин, мембран. Сталь со структурой зернистого сорбита отпуска (25. 35 HRC) обладает наилучшим комплексом механических свойств и высокой конструкционной прочностью. Именно поэтому закалку и высокий отпуск называют термическим улучшением.

Нагрев закаленной стали вплоть до температуры А_С1 (727 о С) обеспечивает получение равновесной структуры зернистого перлита, т.е. менее дисперсной, чем сорбит и троостит, ферритно-цементитной смеси. Если сталь является доэвтектоидной, в ней обособляются зерна избыточного феррита.

Таким образом, при переохлаждении аустенита по мере увеличения скорости охлаждения образуются перлит, сорбит, троостит пластинчатого строения и мартенсит закалки, а при распаде мартенсита по мере повышения температуры отпуска формируются мартенсит кубический (отпущенный), троостит, сорбит, перлит зернистого строения.

Зернистые структуры, образующиеся при отпуске, характеризуются более высокой пластичностью и ударной вязкостью по сравнению с аналогичными структурами пластинчатого строения.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с теоретическими сведениями и в случае необходимости, определяемой преподавателем, сдать теоретический зачет по теме.

2. Вычертить двойную диаграмму состояния железоуглеродистых сплавов, ее участок, соответствующий сталям и нанести на него температурные интервалы нагрева сталей под термическую обработку.

3. Начертить диаграммы изотермического распада аустенита для исследуемых сталей и нанести на них режимы термической обработки (температуры изотермических выдержек, скорости охлаждения).

4. Изучить и зарисовать микроструктуры термообработанных сталей, указать их твердость.

5. Сделать выводы и отчет по работе в соответствии с заданиями.

Контрольные вопросы

1. Что называется мартенситом? Каковы его структура и свойства?

2. Какая фаза называется остаточным аустенитом? Причина появления остаточного аустенита в закаленной стали? Условия, от которых зависит количество остаточного аустенита в структуре закаленных сталей? Влияние остаточного аустенита на свойства закаленных сталей.

3. Оптимальные температуры нагрева под закалку доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей. Каковы структура и свойства сталей после закалки?

4. Что называется сорбитом, трооститом закалки, сорбитом и трооститом отпуска? Условия образования этих структур. Каковы их структура и свойства?

5. Что называется низким, средним и высоким отпуском?

Содержание отчета

1. Тема и цель работы.

2. Краткие ответы на контрольные вопросы.

3. Область диаграммы состояния сплавов системы Fe – C, относящаяся к сталям с температурными интервалами нагрева сталей под термическую обработку.

4. Диаграммы изотермического распада аустенита для исследуемых сталей с режимами термической обработки (температуры изотермических выдержек, скорости охлаждения).

5. Результаты микроструктурного анализа сплавов, выполненного в соответствии с заданиями.

В этой статье вы узнаете и сможете, ознакомится с характеристиками стали 45, 40Х. Узнать какая твердость данных марок стали. Узнать предел текучести стали 45 и стали 40Х. Так же ознакомится с гостами на сталь 45 и гост стали 40Х. Предлагаем, ознакомится с понятием термообработка стали, режимы термообработки, виды термообработки стали 45, и стали 40Х.

Так же ознакомитесь что такое закалка стали, виды закалки стали.

Данная статья предполагает глубокое самостоятельное изучение всех процессов
связанных с закалкой, термообработкой различных марок стали. Мы постарались
собрать в виде ПДФ документов интересные статьи различных авторов, курсы
лекций по металлообработке, закалке, термообработке различных марок стали, а
так же стали 45 и 40Х которые Вы можете приобрести в компании Метпромснаб.
Предлагаем, ознакомится с обучающими видео материалами по закалке стали,
термообработке стали.
Надеемся, что данный материал будет интересен и полезный как людям давно занимающимися металлопрокатом, так и людям работающими с термообработкой металлопроката или заинтересованным в изучении данного материала. Данная статья так же будет интересна студентам обучающихся по дисциплине металловедение.

Начнем знакомство: сталь 40Х.

В прикрепленных файлах Вы можете, ознакомится с характеристиками стали 40Х, химический состав сталь 40Х, как производится термообработка сталь 40Х, как расшифровывается сталь 40Х, технологические свойства стали 40Х, какими сталями можно заменить сталь 40Х, как производится закалка стали 40Х и на что о братить внимание.
Приятного Вам изучения материала.

Также рекомендуем прочесть статью о влиянии термической обработки на структуру стали 40Х. “​В статье рассмотрено влияние предварительной термической обработки стали 40Х на структуру и свойства поверхности, упрочненной деформирующим резанием. Заготовки из стали 40Х в исходном состоянии после нормализации, закалки с низким отпуском и в ысоким отпуском были закалены деформирующим резанием. В результате получены образцы с различной структурой и твердостью поверхностного слоя. Выявлены структурные особенности, проведён сравнительный анализ и установлена зависимость твердости и структуры упрочненного слоя и переходной зоны от вида предварительной термической обработки. Сделан вывод о целесообразности использовании нормализованных заготовок из стали 40Х под закалку методом деформирующего резания.”

Предлагаем посмотреть обучающее видео о “Термическая обработка металлов”.

Продолжим знакомство: сталь 45.

В прикрепленных файлах Вы можете, ознакомится с характеристиками стали 45, химический состав сталь 45, как производится термообработка сталь 45, как расшифровывается сталь 45, технологические свойства стали 45, какими сталями можно заменить сталь 45, как производится закалка стали 45 и на что обратить внимание.

Приятного Вам изучения материала.

Предлагаем посмотреть лекцию о термической обработки стали.

Закалка стали 45 выполняется с целью повышения твердости, износостойкости и прочностных характеристик поверхности заготовок и деталей. Является разновидностью термообработки, с помощью которой им придаются необходимые эксплуатационные свойства. По содержанию углерода конструкционная сталь 45 (0,45 % С) относится к среднеуглеродистой, что затрудняет механическую обработку и свариваемость. Применяется такая сталь для изготовления конструкций и устройств, противостоящих нагрузкам. У металла хорошие показатели прочности, износостойкости, он не поддается коррозионным процессам в процессе эксплуатации. Закаливание улучшает эти показатели, что и определяет области применения стали 45. Из нее изготавливают валы, цилиндры, шпиндели, кулачки и другие детали машин и механизмов машиностроительной, сельскохозяйственной, строительной и другой техники, а также плоскогубцы, тиски и другой инструмент и приспособления, применяемые в промышленности и быту.

Технология закалки стали 45

Закалить сталь 45 – значит подвергнуть ее нагреву до необходимой температуры, выдержке в течение определенного времени и охлаждению. Здесь есть свои нюансы. Нагрев металла осуществляют двумя способами:

• в специальных электропечах непрерывного или периодического действия;
• токами высокой частоты (ТВЧ).

Эти способы отличаются технологией, а именно температурой закалки, временем выдержки и средой охлаждения.

При нагреве в печи температура нагрева не превышает 860 °C, обычно сталь 45 нагревают со скоростью не больше 3 °C в секунду выше 790 °C, а в устройстве ТВЧ она может доходить до 920 °C со скоростью 250 °C в секунду соответственно. Именно эти режимы позволяют изменить атомную решетку железа. В результате нагрева (температура должна быть выше растворения феррита в аустените) и выдержки она из объемноцентрированной станет гранецентрированной. Для того чтобы в металле произошло выравнивание структуры, его выдерживают в печи или в установке какое-то время. Это зависит от толщины заготовки. Только после этого ее подвергают охлаждению. В это время происходит обратный процесс, что в результате придает поверхности прочность и твердость.

Охлаждение производят в специальных средах до температуры 20÷25 °C. В качестве рабочей среды может служить вода, минеральные масла или смесь воды с солями или каустической содой. Температура рабочей среды колеблется в пределах 20÷60 °C и указывается в технологическом процессе проведения закалки стали 45. Режимы устанавливают в зависимости от состава закалочной среды. Деталь при этом после нагрева может опускаться в емкость с рабочей средой или охлаждаться способом разбрызгивания. Сталь 45 чаще всего после нагрева охлаждают в воде или масле, при этом масло охлаждает равномерно, что препятствует возникновению трещин. Затем заготовку или деталь подвергают низкотемпературному отпуску, что способствует выравниванию тепловых напряжений. Это позволяет получить твердость рабочей поверхности 50 HRC, что для большинства деталей, работающих при нагрузках, более чем достаточно.

Особенности технологии закалки токами высокой частоты

Нагрев осуществляют в установке, называемой индукционной. Состоит из генератора высокой частоты и индуктора простой или сложной формы. Закаливаемая деталь может устанавливаться в самом индукторе или возле него. Переменный ток, проходя через индуктор, вызывает возникновение вихревых токов (токи Фуко), благодаря чему происходит быстрый нагрев поверхности заготовки. Изменяя параметры тока, можно регулировать глубину прогрева заготовки, а следовательно, и прочность. Твердость поверхности лежит в пределах 58÷62 HRC, в то время как сердцевина остается более мягкой. Таких показателей невозможно добиться, осуществляя нагрев в печи, т. к. он будет осуществляться по всему объему. Сразу после закалки сталь 45 подлежит следующему этапу термообработки – нормализации или отпуску.

Процесс закалки ТВЧ стали 45 показан на видео:

Режим закалки может быть одновременным и последовательным. Это зависит от размеров детали, которая подлежит закалке. Первый случай используется для деталей небольших размеров, второй – для крупногабаритных.

Характеристика и свойства стали 45 после закалки

Свойства стали 45 после закалки на предприятиях, выпускающих продукцию разного назначения, обязательно проверяются в первую очередь на твердость. Она становится намного выше, чем была у заготовки, и должна иметь твердость не менее 50 по Роквеллу. Этот показатель свидетельствует о качестве проведенной термообработки. Закалка стали значительно расширяет область ее применения. Такие заготовки и детали износостойкие, прочные и могут выдерживать значительные нагрузки. Они с трудом поддаются коррозионным процессам.

Несколько слов о способе закалки стали 45 в домашних условиях. Ее можно выполнить, если соблюдать технологию выполнения работ и технику безопасности. Главное – правильно осуществить нагрев, а поэтому не лишним будет посмотреть на шкалу зависимости цвета от температуры нагрева металла. Она подскажет, какого цвета должна быть сталь 45 при нагреве не выше 860 °C.

Просим тех, кто занимался закалкой стали 45 в производственных и домашних условиях, поделиться опытом в комментариях к тексту.

Закалка стали – ТВЧ закалка стали – Росиндуктор.рф

ЗАКАЛКА СТАЛИ – это процесс изменения атомной структуры металла путем операций по термообработки, которые включают в себя нагрев до высокой температуры и быстрое охлаждение. Способы, режимы и температуры закалки сталей определяются их маркой (содержанием углерода и различных примесей). Компания «Росиндуктор» оказывает услуги по ТВЧ закалки любых марок сталей (отжиг, отпуск, нормализация).

Содержание

Температура закалки стали

Температура закалки стали индивидуальна для каждого вида металла, исходя из его химического состава. Сталь должна нагреваться до образования аустенита (гранецентрированная модификация), проходить выдержку, а затем охладиться и получить состояние мартенсита (в обычной прохладной воде) или троостита (в горячей воде). Закалка стали не возможна, если содержание углерода в ней не более 0,2 %. Мало подобрать правильную температуру закалки стали, важно знать, что при нагреве стали происходит изменение ее кристаллической решетки. А при выборе способа и длительности охлаждения мы получаем необходимую твердость стали. При неправильной температуре закалки стали можно ее перегреть и получить очень хрупкий металл, порой температура варьируется в пределе + 100 °С. Профессионалы с многолетним опытом работы, определяют содержание углерода, время нагрева стали и переходной период по цвету металла.

Отжиг стали

Отжиг стали производят в тех случаях, когда необходимо уменьшить твердость, повысить пластичность и вязкость, ликвидировать последствия перегрева, получить равновесное состояние, улучшить обрабатываемость при резании. Полный отжиг стали производят путем нагрева ее до температуры выше верхних критических точек на 20…50 СС (Лс3 + 20…50°С), т.е. выше линии GS, выдержки при такой температуре до полного прогрева слитка с последующим очень медленным охлаждением (вместе с охлаждаемой печью, под слоем песка, золы, шлака и т. п.).При неполном отжиге сталь нагревают выше нижних критических точек на 2О…5О°С (ЛЙ+20…50° С), выдерживают при этой температуре с последующим медленным охлаждением. При неполном отжиге происходит только частичная перекристаллизация. Неполному отжигу подвергают стали, не требующие исправления структуры, т. е. измельчения. Для снятия внутренних напряжений, снижения твердости, улучшения обрабатываемости металлов применяют низкотемпературный отжиг при нагреве до температуры, лежащей ниже критических точек. Температура нагрева этого вида отжига определяется по формуле 7р = 0,4 ТПЛ, где Тр — температура рекристаллизации; Т„л — температура плавления сплава.

Отпуск стали

Отпуском называют термическую обработку, при которой закаленную сталь нагревают до температуры ниже критических точек Ас\ (723 °С), выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают. При отпуске стали мартенсит закалки и остаточный аустенит распадаются, образуя более устойчивые структуры (троостит, сорбит). Цель отпуска — уменьшение внутренних напряжений, снижение твердости и хрупкости, повышение пластичности.

Различают три вида отпуска: низкий (в интервале температур 150-200°С), средний (300 — 400°С), высокий (500- 600°С). При низком отпуске сталь сохраняет структуру мартенсита, а изменение механических свойств объясняется уменьшением закалочных напряжений, переходом остаточного аустенита в мартенсит, частичным выделением из мартенсита в высокодисперсном состоянии карбидов железа (цементита). При среднем и высоком отпуске проходят диффузионные процессы и мартенсит распадается с образованием смеси феррита с высокодисперсными частицами цементита (троостита или сорбита). При этом снижаются твердость и прочность стали, повышается пластичность, практически полностью снимаются внутренние напряжения в стали. Неправильное проведение термообработки, т. е. отклонение от установленного режима, может ухудшить качество стали. Причинами брака могут быть недостаточность нагрева стали, малая скорость охлаждения, перегрев, коробление, закалочные трещины, обезуглероживание. Термической обработкой можно также улучшить качество чугунных отливок, которые часто имеют литейные напряжения. Напряжения эти снимаются при низкотемпературном отжиге до 500 °С в течение 3- 5 часов, а для больших деталей — «старением», т. е. выдержкой в течение 3-12 месяцев при нормальной температуре.

Нормализация стали

Нормализация стали – это нагрев выше критического состояния на 30-50 °С, выдержка и охлаждение в воздушной среде. Процесс нормализации стали используется при получении однородной мелкозернистой структуры, с повышенной твердостью. Но пластичность металла уступает, в сравнении с операцией по отжигу.

Часто используют нормализацию стали при изготовлении стальных отливок, а так же, при обработки сварных швов для их упрочнения. Процесс нормализации позволяет снять излишнее напряжения металла, и произвести его термическое уплотнение.

Время охлаждения металла в воздушной среде влияет на количество перлита (смесь цементита и феррита с содержанием углерода 0,80 %, чем меньше зерно, тем выше механические свойства металла), его зернистость и толщину перлитных волокон. При быстром охлаждении образуется больше перлита, и структура его пластин располагается плотно друг к другу. При медленном охлаждении сталь менее прочная и твердая. После воздушного охлаждения можно дополнительно использовать водное или масленое для уменьшения времени охлаждения.

Режимы закалки сталей

• закалка углеродистой стали,
• закалка низкоуглеродистых сталей,
• закалка малоуглеродистых сталей,
• закалка легированных сталей,
• закалка инструментальной стали,
• закалка пружинной стали,
• закалка быстрорежущей стали,
• закалка нержавеющей стали,
• закалка рессорной стали

ТВЧ закалка стали

ТВЧ ЗАКАЛКА СТАЛИ – это операция по индукционному нагреву металлических деталей токами высокой частоты, которая применяется для упрочнения поверхностного слоя металла. При выполнении ТВЧ закалки обрабатываемая деталь располагается в индукторе и обрабатывается за счет действия электромагнитного поля. Закалка ТВЧ позволяет обрабатывать следующие изделия:

• Длинные валы, пальцы и оси
• Винты сталь 8 х
• Зубья шестерни
• Впадины
• Отверстий втулок
• Крановые колеса
• Стали 40 х (сканирующая закалка)
• Цапфы роликов

Услуги по закалке сталей

Компания «Росиндуктор» оказывает услуги по закалке сталей, а так же термической обработке металлов и стальных деталей. Мы производим отжиг, отпуск, нормализацию металлов работая по всей России. Наши заказчики – это сотни предприятий работающие в сфере производства металлических изделий и металлообработки. Мы принимаем заказы и оказываем услуги по закалке стальных деталей и металлических узлов, а так же выполняем разовые работы по термической обработке любой сложности.

Высокопрофессиональная термообработка деталей механизмов (термическая обработка стали): цементация, азотирование, закалка любой сложности, закалка Током Высокой Частоты (ТВЧ) (поверхностная закалка) выполняются профессионалами своего дела. Мы проводим контроль (проверка) результатов термообработки и оформление паспорта.

Закалка стали — температура, скорость и режимы закалки, свойства и структура закаленной стали

Закалка – вид термической обработки, состоящий из основных операций – нагрева до определенной температуры, выдержки, быстрого охлаждения. Он применяется в сочетании с другой разновидностью термообработки – отпуском. Эта технология позволяет улучшить механические характеристики недорогих марок стали, цветных металлов и сплавов, за счет чего снижается себестоимость получаемых изделий и конструкций.

Общие сведения о технологии закалки стали

Основные цели, решаемые комплексом закалка + отпуск:

• повышение твердости;
• повышение прочностных характеристик;
• снижение пластичности до допустимой величины;
• возможность использования пустотелых изделий вместо полнотелых, что позволяет снизить массу металлоизделия и металлоемкость производственного процесса.

Основные этапы закалки:

• нагрев до температур, при которых осуществляется изменение структурного состояния металла;
• выдержка, установленная в технологической карте;
• охлаждение со скоростью, обеспечивающей формирование заданной кристаллической структуры.

После закалки проводят отпуск, который заключается в нагреве металла до температур, лежащих ниже линии фазовых превращений, с дальнейшим медленным понижением температуры. На результат термообработки влияют:

• температура нагрева;
• скорость роста температуры;
• период выдержки при закалочных температурах;
• охлаждающая среда и скорость снижения температуры.

Ключевым параметром является температура нагрева, от которой зависит перестройка и формирование новой структурной решетки. По глубине действия закалку разделяют на объемную и поверхностную. В машиностроении обычно используется объемная закалка, после которой твердость поверхности и сердцевины отличается незначительно. Поверхностная термообработка востребована для деталей, для которых важна высокая твердость поверхности и вязкая сердцевина.

Какие стали подвергают закалке

Не все марки сталей могут подвергаться закалке. Марки с содержанием углерода ниже 0,4% практически не изменяют твердость при закалочных температурах, поэтому этот способ для них не применяется. Закалочную технологию чаще всего применяют для инструментальных сталей.

Таблица правильных режимов закалки и отпуска для некоторых типов инструментальных сталей

Виды закалки – с полиморфным превращением и без него

Закалка сталей протекает с полиморфным превращением, цветных металлов и сплавов – без них.

В углеродистых сталях при повышении температур выше определенного уровня происходит ряд фазовых превращений, вызывающих изменения кристаллической решетки. При критических температурах, значение которых зависит от процентного содержания углерода, происходит распад карбида железа и образование раствора углерода в железе, называемого аустенитом. При медленном остывании аустенит постепенно распадается, и кристаллическая решетка приобретает исходное состояние. Если углеродистые стали охлаждать с высокой скоростью, то в зависимости от режима закалки в них образуются различные фазовые состояния, самый прочный из них – мартенсит.

Для получения мартенситной структуры доэвтектоидные стали(до 0,8% C) нагревают до температур, лежащих выше точки Ас3 на 30-50°C, для заэвтектоидных – на 30-50° выше Ас₁.По такой технологии закаливают металлорежущий инструмент и упрочняют изделия, которые в процессе эксплуатации подвергаются трению: шестерни, валы, обоймы, втулки. При нагреве до более низких температур в структуре доэвтектоидных сталей наряду с мартенситом сохраняется более мягкий феррит, снижающий твердость металла и ухудшающий его механические характеристики после отпуска. Такая закалка стали называется неполной и в большинстве случаев является браком. Но она может использоваться в некоторых случаях во избежание появления трещин.

Закалка без полиморфного превращения протекает в цветных металлах и сплавах, имеющих ограниченную растворимость вторичных фаз при обычных температурах, в которых при высоких температурах не происходят полиморфные превращения. При повышении температур выше линии солидус (это линия, ниже которой находится только твердая фаза) вторичные фазы полностью растворяются. При быстром охлаждении вторичные фазы не выделяются, поскольку для этого необходимо определенное время. После такой термообработки цветной сплав является термодинамически неустойчивым, поэтому со временем он начинает распадаться с постепенным выделением вторичной фазы. Такой процесс распада, происходящий в естественных условиях, называется естественным старением, а при нагреве – искусственным старением. В результате старения получают равновесную структуру. Характеристики материала зависят от выбранного режима процесса.

Закалка цветных металлов и сплавов, в отличие от углеродистых сталей, часто не приводит к повышению прочности. Сплавы на основе меди, например, после такой ТО часто становятся более пластичными. Для таких материалов обычно используют отпуск, благодаря которому снимаются напряжения после литья, прокатки, штамповки, ковки или прессования.

Способы закалки стали

Способ закалки выбирают в зависимости от химического состава стали и запланированных свойств.

Скорость охлаждения стали после закалки зависит от среды, в которой оно проводится. Самую высокую скорость обеспечивает охлаждение в воде. Такой способ используется для среднеуглеродистых низколегированных сталей и некоторых марок коррозионностойких сталей. При содержании углерода более 0,5% C и высоком легировании воду в качестве охлаждающей среды не применяют, поскольку такие сплавы покрываются трещинами или полностью разрушаются.

Ступенчатую закалку применяют для деталей, изготовленных из сложнолегированных сталей. Крупногабаритные детали после нагрева на несколько минут окунают в воду, а затем охлаждают в масле до +320…300°C, после чего оставляют на воздухе. При охлаждении в масле до комнатных температур твердость изделия значительно снижается.

Закалка высокоуглеродистых марок – сложный процесс, состоящий из нормализации с последующим нагревом до температуры закалки. Нагретые детали опускают в ванну с селитрой, нагретой до температур +320…+350°C, выдерживают.

Такая термообработка применяется для высоколегированных сталей и заключается в их нагреве в среде инертных газов или в вакууме, что обеспечивает светлую поверхность металла. Светлая закалка используется в серийном производстве типовых изделий.

При высокой скорости охлаждения внутри детали остается тепло, которое при постепенном выходе снимает напряжения внутренней структуры. Этот процесс можно доверить только специалистам, которые могут точно рассчитать время нахождения изделия в охлаждающей среде.

Охлаждение осуществляют интенсивной струей воды. Такой процесс применяется при необходимости закаливания отдельных частей изделий.

Оборудование для проведения закалки

Оборудование разделяется на две основные группы – установки для нагрева и ванны для охлаждения. На современных предприятиях для получения закалочных температур используются:

• муфельные термические печи;
• оборудование для индукционного нагрева;
• установки для нагрева в расплавах;
• аппараты лазерного нагрева;
• газоплазменные устройства.

Первые три типа установок востребованы для осуществления объемной закалки, три последние – для поверхностного процесса.

Закалочное оборудование – это стальные емкости, графитовые тигли, печи, в которых содержатся расплавленные металлы или соли. Закалочные ванны для жидких сред оборудованы системами обогрева и охлаждения. В их конструкции могут быть предусмотрены специальные мешалки для перемешивания жидких сред и устранения паровой рубашки.

Охлаждающие среды

Условия охлаждения стали после закалки выбирают в зависимости от химического состава обрабатываемого металла и требуемых характеристик конечного продукта. Это могут быть:

• вода;
• воздушная или струя или струя инертного газа;
• минмасло;
• водополимерные смеси;
• расплавленные соли – бария, натрия, калия;
• металлические расплавы – свинцовые или оловянные.

Технология закалочного процесса

Температура нагрева стали при закалке зависит от ее химического состава. В общем случае наблюдается закономерность – чем меньше процентное содержание углерода, тем выше должна быть температура нагрева. Понижение температуры нагрева приводит к тому, что нужная структура не успевает сформироваться. Последствия перегрева:

• обезуглероживание;
• окисление поверхности;
• увеличение внутреннего напряжения;
• изменение структурных составляющих.

Изделия сложных форм предварительно подогревают. Для этого их два-три раза опускают на несколько минут в соляные ванны или держат короткое время в печах, нагретых до температур +400…500°C. Период выдержки определяется габаритами изделия и их количеством в печи. Все части изделия должны прогреваться равномерно.

Таблица температур закалки различных марок стали

Температуру нагрева измеряют с помощью пирометров – контактных и бесконтактных, инфракрасных приборов.

Для охлаждения используется вода – чистая или с растворенными в ней солями, щелочные растворы. Для легированных сталей используется обдув или охлаждение в минмаслах. В изотермических и ступенчатых процессах для охлаждения используются расплавы солей, щелочей и металлов. Такие среды могут чередоваться между собой.

В зависимости от необходимой температуры отпуск осуществляется в масляных, щелочных или селитровых ваннах, печах с принудительной циркуляцией воздушных потоков, горячем песке.

Низкий отпуск, проводимый при +150…+200°C,служит для устранения внутренних напряжений, некоторого повышения пластичности и вязкости без существенного ухудшения твердости. Низкий отпуск востребован для измерительного и металлообрабатывающего инструмента, других деталей, которые должны сочетать твердость и устойчивость к износу.

Для быстрорежущих сталей отпуск осуществляют при температурах +550…580°C. Такую процедуру называют вторичным отвердением, поскольку она приводит к дополнительному росту твердости.

Возможные дефекты после закалки

Нагрев, выдержку, охлаждение и отпуск стали осуществляют в соответствии с технологическими картами, разработанными специалистами. Нарушение разработанного и утвержденного техпроцесса и/или неоднородность структуры заготовки могут стать причиной появления различных дефектов. Среди них:

• Неравномерный нагрев и/или охлаждение. Приводят к деформациям и образованию трещин, неоднородному составу и неоднородным механическим характеристикам.
• Пережог. Возникает из-за проникновения кислородных молекул в металлическую поверхность. В результате образуются оксиды, изменяющие рабочие характеристики поверхностного слоя. Этот дефект возникает из-за выгорания из стали углерода, вызванного избыточным количеством кислорода в печи.
• Попадание в масляную охлаждающую ванну воды. Это нарушение техпроцесса приводит к появлению трещин на изделии.

Все перечисленные выше дефекты являются неисправимыми.

Технологии термообработки стали — ТехноХакер

ЭкономияSavedRemoved 0