Види і режими термічної обробки сталей - майстерня - сайт для захоплених людей!

Залежно від хімічного складу сталей, розміром поковок і вимог, що пред'являються до готових деталей машин, в кузнях можливе застосування наступних видів термічної обробки сталей.

Відпал полягає в нагріві сталей до певної температури, витримці і потім дуже повільному охолодженні, найчастіше разом з горном чи піччю.

1. Нагрівання стали для відпалу проводиться в ковальському горні або печі. Для того щоб при нагріванні в горні не допустити вигорання вуглецю з поверхні стали, поковки укладають в металеві ящики, пересипають їх сухим піском, деревним вугіллям або металевою стружкою і нагрівають до температури, необхідної для відпалу даної марки стали. Тривалість нагріву приймають в залежності від розмірів поковок - приблизно по 45 хвилин на кожні 25 мм найбільшої товщини поперечного перерізу. Нагрівання вище температури для відпалу і тривала витримка при цій температурі неприпустимі, так як можливе утворення грубозернистої структури, що різко зменшить ударну в'язкість металу.

2. Охолодження поковок можна здійснювати трохи швидше, ніж разом з горном і піччю, якщо скористатися наступними рекомендаціями. Вуглецеві якісні конструкційні стали слід охолоджувати приблизно до 600 ° С на повітрі з метою отримання дрібнозернистої структури, а потім, щоб уникнути виникнення внутрішніх напружень, охолодження здійснювати повільно в печі або в ящику з піском або золою, встановленому в горні. Інструментальні вуглецеві сталі слід охолоджувати в печі або горні до 670 ° С, а потім швидкість охолодження можна прискорити, відкривши заслінки печі і видаливши паливо з горна.

Діаграма стану залізо - вуглець для визначення температури нагрівання сталей при термічній обробці.

Залежно від мети зміни структурних перетворень (діаграма стану показана на малюнку) застосовують такі різновиди відпалу.

2. Низький отжиг полягає в нагріванні поковок до температури, трохи перевищує критичну 723 ° С (приблизно до 740. 780 ° С), з періодичною зміною температури нижче і вище точки S і повільному охолодженні до 670 ° С, після чого охолодження можна прискорити. Такий відпал застосовують для зменшення твердості, збільшення пластичності і поліпшення оброблюваності поковок з інструментальних сталей.

3. Відпал рекристалізації полягає в нагріванні сталей до температури 650. 700 ° С і охолодженні на повітрі. За допомогою цього відпалу знімають наклеп і виправляють структуру сталей, порушену під час кування при низьких температурах.

4. нормалізаційного отжиг (нормалізація) полягає в нагріванні поковок до температури 780. 950 ° С, нетривалої витримці при ній і наступному охолодженні на повітрі. Нормалізацію, як правило, застосовують для усунення грубозернистої структури, що утворилася в результаті вимушеного або випадкового збільшення часу знаходження заготовок в печі для виправлення структури перегрітої сталі (перегріву), подрібнення зерна, пом'якшення стали перед обробкою різанням і отримання при різанні більш чистої поверхні, а також загального поліпшення структури перед гартом. В результаті нормалізації сталь виходить кілька твердіше і менш пластичною, ніж після низького відпалу. Нормалізація в порівнянні з відпалом економічніша операція, так як не потрібно охолодження разом з горном чи піччю.

Нагрівання стали під загартування здійснюють в горнах або нагрівальних печах. Деталі в сурми укладають так, щоб холодне дуття повітря не потрапляло безпосередньо на сталь. Потрібно стежити, щоб нагрів відбувався рівномірно. Чим більше вуглецю і легуючих елементів містить сталь, чим масивніше деталь і складніше її форма, тим повільніше повинна бути швидкість нагрівання під загартування. Тривалість витримки при закалочной температурі орієнтовно приймається рівною 0,2 від часу нагріву. Занадто довга витримка при закалочной температурі не рекомендується, так як при цьому інтенсивно ростуть зерна і сталь втрачає міцність.

Охолодження є виключно важливою операцією гарту, так як від нього практично залежить отримання необхідної структури в металі. Для цього має бути достатня кількість охолоджуючої рідини, щоб температура під час перебування в ній деталі підвищувалася незначно. Для досягнення рівномірної гарту нагріту деталь треба швидко занурити в охолоджуючу рідину і перемішати її в рідині до повного охолодження. Якщо гартують тільки кінець або частина вироби (наприклад лезо сокири), ті його опускають в гартівну рідина на необхідну глибину і переміщують вверхвниз, так щоб не було різкого розмежування швидкості охолодження між гартує і незакаліваемой частинами вироби і не з'явилися тріщини в перехідній частині.

При загартуванню стали складним є отримання бажаного двошвидкісного охолодження її. В інтервалі температур 650. 450 ° С потрібне швидке охолодження зі швидкістю 20. 30 ° С / с. Це дозволяє уникнути викривлення і тріщин. Кращою закалочной середовищем була б двошаровий рідина, в якій верхній шар - вода з температурою 18. 28 ° С, а нижній - машинне масло. Але, на жаль, таку двошарову рідина отримати не можна, тому що масло спливає на поверхню.

При певному навику можна застосовувати наступний режим охолодження. На кілька секунд занурити деталь в воду, а потім швидко перенести її в масло. Орієнтовний час охолодження у воді до перенесення в масло становить 1. 1,5 с на кожні 5. 6 мм перетину деталі. Такий спосіб охолодження отримав назву «через воду в масло» або переривчастою гарту. »Її застосовують для загартування інструменту з вуглецевої сталі.

При великому перерізі деталі зовнішні шари охолоджуються швидше, ніж внутрішні, і тому твердість на поверхні виходить більше, ніж в середині. Вуглецеві сталі, наприклад стали 40 і 45, гартуються на глибину 4. 5 мм, а глибше будуть частково загартована зона і незагартована серцевина. Легуючі елементи - марганець, хром, нікель і ін. Сприяють більш глибокій загартуванню. Наприклад, сталь 30Х гартується на глибину 6. 9 мм, сталь 40СХ - на глибину 12 мм і сталь ЗОХНЗА - на глибину 10 мм.

Деякі деталі потребують большои міцності на поверхні при збереженні м'якої і в'язкою серцевини. Такі деталі рекомендується піддавати поверхневому загартуванню. Один з найпростіших способів такого гарту полягає в завантаженні деталі в піч з високою температурою (950. 1000 ° С), швидкому нагріванні поверхні до закалочной температури і охолодженні з великою швидкістю в проточній охолоджуючої середовищі.

Часто загартування виконують відразу після кування без додаткового нагріву, якщо температура поковки після кування буде не нижче закалочной температури.

Загартування може бути сильною, помірною і слабкою. Для отримання сильної гарту в якості охолоджуючої середовища застосовують воду при 15. 20 ° С до занурення в неї деталі і водні розчини кухонної солі та соди (карбонату натрію). Помірна гарт виходить при використанні води з шаром масла товщиною 20. 40 мм, нафти, мазуту, мильної води, рідкого мінерального масла, а також гарячої води. Слабка гарт виходить, якщо застосовувати в якості охолоджуючої середовища струмінь повітря або розплавлений свинець і його сплави. Загартування вимагає уваги і вміння. Погана гарт може зіпсувати майже готові деталі, т. Е. Привести до утворення тріщин, перегріву і зневуглецювання поверхні, а також до желобленію (викривлення), яке в значній мірі залежить від способу і швидкості занурення деталі в охолоджуючу рідину.

Загартування - не остаточна операція термічної обробки, так як після її сталь стає не тільки міцною і твердою, але і дуже крихкою, а в поковки виникають великі гартівні напруги. Ці напруги досягають таких значень, при яких в поковках з'являються тріщини або деталі з цих поковок руйнуються на самому початку їх експлуатації. Наприклад, тільки що загартований ковальський молоток можна використовувати, так як при ударах їм про метал від нього будуть відколюватися шматочки металу. Тому для зменшення крихкості, внутрішніх гартівних напруг і отримання необхідних характеристик міцності властивостей стали після гарту поковки піддаютьвідпустки.

Відпустка полягає в нагріванні загартованої сталі до температури нижче АС1 (див. Малюнок), витримці при цій температурі деякий час і швидкого або повільного охолодження, як правило, на повітрі. В процесі відпустки в металі структурних змін не відбувається, однак зменшуються гартівні напруги, твердість і міцність, а пластичність і в'язкість збільшуються. Залежно від марки стали і від пропонованих до деталі вимог по твердості, міцності і пластичності застосовують такі види відпусток.

2. Середній відпустку складається в нагріванні загартованої деталі до температури 300. 450 ° С, витримці при цій температурі і охолодженні на повітрі. При такій відпустці збільшується в'язкість стали і знімається внутрішня напруга в ній при збереженні досить великої твердості. Він застосовується для деталей машин, що працюють в умовах тертя і динамічних нагружеіій.

3. Низький відпустку складається в нагріванні загартованих деталі до температури 140. 250 ° С і охолодженні з будь-якою швидкістю. При такій відпустці майже не зменшується твердість і в'язкість стали, але зате знімаються внутрішні гартівні напруги. Після такої відпустки деталі не можна навантажувати динамічними навантаженнями. Найчастіше його використовують для обробки ріжучого і вимірювального інструмента з вуглецевих і легованих сталей.

При виготовленні слюсарного, ковальського або вимірювального інструмента ручним куванням ковалі часто застосовують загартування і відпустку з одного нагрівання. Таку операцію називають самоотпуском і виконують наступним чином. Нагріту під гарт поковки охолоджують у воді або маслі в повному обсязі, а до температури трохи вище температури відпустки, яку можна визначити при добуванні поковки з закалочной середовища, за кольором мінливості на попередньо обробленої на наждачному колі поверхні поковки. Після цього поковки остаточно охолоджують шляхом занурення її в воду або масло.

При відсутності вимірювальних приладів температуру нагрівання поковки визначають за кольором мінливості. Для цього перед нагріванням поковки для відпустки на ній, в потрібному місці, зачищають невелику ділянку наждачним папером або іншим абразивом. Нагрівають поковки і спостерігають за зміною кольору металу по зачищеною поверхні. При цьому кольори мінливості будуть відповідати наступним приблизним температурам нагрівання поковки:

Колір мінливості - температура, ° С
Світло-жовтий - 220 ° С
Солом'яно-жовтий (золотистий) - 240 ° С
Коричнево-жовтий - 255 ° С
Червоно-коричневий - 265 ° С
Пурпурно-червоний - 275 ° С
Фіолетовий - 285 ° С
Темно-синій - 295. 310 ° С
Світло-синій - 315. 324 ° С
Світло-блакитний - 320 ° С
Світло-сірий - 330. 350 ° С

При більш високій температурі поверхню стали темніє і залишається такою до температури 600 ° С, коли з'являються гартування.

Режими термообробки сталей необхідно дотримуватися дуже строго, так як тільки правильна термічна обробка дозволяє отримувати деталі машин із заданою міцністю, зносостійкість, оброблюваністю, пластичністю і т. П.

Наближені режими нагріву поковок при термообробці можна устанавливав по діаграмі на рисунку. Наприклад, коваль викував поковки з вуглецевої сталі містить 0,5% вуглецю. Потрібно визначити по діаграмі температуру нормалізації. Для цього на горизонтальній осі знаходять точку а, відповідну 0,5% вуглецю. З точки а проводять вертикальну лінію до перетину її в точці б з кривою для нормалізації. З точки б проводять горизонтальну лінію вліво до перетину з вертикальною віссю діаграми в точці в Точка в вказує, що температура нагріву поковки для нормалізації наближено дорівнюватиме 880 ° С.

Верхні критичні точки нагріву сталей знаходяться на лінії Ас3 (SG) і Ac1 (SK). Тому можна спочатку визначати критичні температури нагріву на лініях Ас3 або Aс1 (див. Малюнок), а потім додавати до них зазначені вище величини температур і отримувати необхідні значення температур нагрівання сталей для того чи іншого виду термічної обробки.

Слід мати на увазі, що після нагрівання стали під загартування їх можна охолоджувати на повітрі до критичних точок охолодження Ас3 і АС1, а потім занурювати в охолоджуючу середу. Точки АГ3 і аг1 позначають температуру нижче температури на лініях Ас3 і АС1 приблизно в межах 10. 50 ° С.