- загартування сталі
- Вибір температури для загартування
- швидкість охолодження
- Характеристики стали: закаливаемость і прокаліваемость
- Види гарту стали
- Способи охолодження при загартуванні
- Дефекти при загартовуванні стали
- висновок
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Без термообробки в роботі з металами не обійтися. Тому наскільки правильно була проведена термічна обробка залежать якісні характеристики металевого виробу. Його міцність і довговічність в службі. У цій статті ви зможете дізнатися як правильно проводити термообробку (загартування) сталевих виробів
загартування сталі
Загартовування є операцією по термічній обробці металу. Вона складається з нагрівання металу до критичної температури, при якій змінюється кристалічна решітка матеріалу, або до температури, при якій відбувається розчинення фази в матриці, яка існує при низькій температурі.
Важливо розуміти:
- Після досягнення критичної температури метал піддається різкому охолодженню.
- Після загартовування сталь набуває структуру мартенситу (по імені Адольфа Мартенса) і тому знаходить твердість.
- Завдяки загартовуванню міцність стали підвищується. Метал стає ще твердіше і більш зносостійким.
- Слід розрізняти звичайну загартування матеріалу і загартування для отримання надлишку вакансій.
Режими загартування розрізняються за швидкістю протікання процесу і температурі нагрівання. А також є відмінності по тривалості витримки при даному температурному режимі і швидкості охолодження.
Вибір температури для загартування
Рішення, при якій температурі виробляти загартування металу обумовлено хімічним складом сталі.
Загартування буває двох видів:
- повна;
- неповна.
Керуючись діаграмою критичних точок можна бачити, що доевтектоїдної сталь при процесі повного загартовування слід нагрівати вище точки АС3 на 30-50 градусо в. В результаті у стали буде структура однорідного аустеніту. Згодом під дією процесу охолодження він перетвориться мартенсит. 
Малюнок №1. Критичні точки.
Неповне загартовування частіше застосовується для інструментальної сталі. Мета неповного гартування - досягти температури, при якій проходить процес утворення надлишкових фаз. Нагрівання стали відбувається в температурному проміжку від АС1 - АС2. При цьому в структурі мартенситу збережеться якась кількість фериту, що залишився після загартовування стали.
Для загартовування заевтектоідной стали краще дотримуватися температури на 20-30 градусів більше АС1 - неповна гарт. Через це при нагріванні і охолодженні буде зберігатися цементит, що підвищує твердість мартенситу. При загартуванню не слід нагрівати заевтектоідних сталь понад покладеної температури. Це може позначитися на твердості.
швидкість охолодження
Структура мартенситу виходить при швидкому охолодженні аустеніту в той момент, коли температура стали сприяє найменшій стійкості аустеніту (близько 650-550 градусів).
При переході в зону температур, в якій відбувається мартенситне перетворення (нижче 240 градусів) застосовується уповільнене охолодження. В результаті встигають вирівняні утворюються структурні напруги в той час, як твердість утворився мартенситу не знижується.
Для проведення успішної термічної обробки дуже важливо правильно вибрати середу загартовування. Часто в якості закалочной середовища можуть застосовуватися:
- вода;
- розчин їдкого натрію (5-10%) або кухонної солі;
- мінеральне масло.
Для загартовування вуглецевої сталі краще використовувати воду, температура якої 18 градусів. Для гарту легованої сталі підійде масло.
Характеристики стали: закаливаемость і прокаліваемость
Не слід змішувати важливі характеристики стали - закаливаемость і прокалівавемость.
закаливаемость
Ця характеристика говорить про здатність стали до набуття твердості після загартовування. Існують види стали, які погано піддаються загартуванню і після процесу термообробки сталь стає недостатньо твердою. Про такий матеріал кажуть - «не прийняв загартування».
Здатність до твердості у мартенситу пов'язана зі ступенем спотворення його кристалічної решітки. Менший вміст вуглецю в мартенсите сприяє меншим спотворенням в кристалічної решітки, а, значить, твердість сталі буде нижче. Якщо в стали міститься вуглецю менш 0.3%, то у такого сплаву закаливаемость низька, і зазвичай такі сплави не піддавалося загартуванню.
Прожарювана
Ця характеристика може сказати про те, наскільки глибоко сталь загартувалася. При загартовуванні поверхню сталевої деталі остигає швидше ніж серцевина. Це відбувається тому що поверхня знаходиться в безпосередньому контакті з рідиною для охолодження, яка забирає тепло. А центральна частина сталевої деталі віддає своє тепло через товщу металу і поверхню, де її і поглинає охолоджуюча рідина.
На прокаліваемость впливає критична швидкість гартування - чим вона (швидкість) нижче, тим глибше прожарюється сталь. Наприклад, грубозерниста сталь, у якій невелика критична швидкість загартування, прожарюється глибше, ніж дрібнозернистий сталь, у якій висока критична швидкість загартування.
Глибина прокаливаемости залежить від вихідної структури гартувати сплаву, температури нагріву і закалочной середовища. Прожарювана стали визначається по зламу, микроструктуре і твердості.
Види гарту стали
Способів загартовування металу існує безліч. Їх вибір обумовлений складом стали, характером вироби, необхідної твердістю і умовами охолодження. Часто використовується ступінчаста, ізотермічна і світла гарт.
Загартовування в одному середовищі
Звернувшись до графіку кривих охолодження для різних способів загартування, можна бачити, що загартуванню в одному середовищі відповідає крива 1. Виконувати таке загартовування просто. Однак, підійде вона не для кожної сталевої деталі. Через швидке зниження температури у стали змінного перерізу в температурному інтервалі виникає температурна нерівномірність і велике внутрішнє напруження. Від цього сталева деталь може покоробитися і растрескаться.
Малюнок №2. Криві охолодження.
Великий вміст вуглецю в сталевих деталях може викликати об'ємні зміни структурних напружень, а це, в свою чергу, загрожує появою тріщин.
Заевтектоідние стали, мають просту форму, краще гартувати в одному середовищі. Для гарту більш складних форм застосовується гарт в двох середовищах або ступінчаста гарт.
Загартовування в двох середовищах (на малюнку №2 це крива 2) застосовується для інструментів, виготовлених з високовуглецевої сталі. Сам метод полягає в тому, що сталь спочатку охолоджується у воді до 300-400 градусів, після чого її переносять в масляну середу, де вона прибуває поки повністю не охолоне.
ступінчаста гарт
При ступінчастому загартовування (крива 3) сталева деталь поміщається спочатку в соляну ванну. Температура самої ванни повинна бути вище температури, при якій відбувається мартенситне перетворення (240-250 градусів). Після соляної ванни сталь перемешают в масло, або на повітря. Використовуючи ступінчастою загартування можна не боятися, що деталь пожолобиться або в ній утворюються тріщини.
Недолік такого гарту укладає в тому, що її можна застосовувати лише для заготовок з вуглецевої сталі з невеликим перетином (8-10 мм). Ступінчаста гарт може застосовуватися для деталей з легованої сталі з великим перетином (до 30 мм).
изотермическая гарт
Ізотермічного гартування на графіку відповідає крива 4. Загартовування проводиться аналогічно ступінчастою загартування. Однак, в гарячій ванні сталь витримується довше. Це робиться так, щоб викликати повний розпад аустеніту. На схемі витримка показується на S-образної лінії точками a і b. Сталь, що пройшла ізотермічну загартування, може охолоджуватися з будь-якою швидкістю. Середовищем охолодження можуть служити розплавлені солі.
Переваги ізотермічного загартування:
- сталь майже не піддається викривленню;
- не народжуються тріщини;
- в'язкість.
світла гарт
Для проведення такого загартовування потрібно спеціально обладнана піч, забезпечена захисною середовищем. На виробництві, щоб отримати чисту і світлу поверхню у загартованої сталі слід використовувати ступінчасту загартування. Після неї сплав охолоджується в розплавленої їдкого лугу. Перед процесом загартування сталева деталь нагрівається в соляній ванні з хлористого натрію з температурою на 30-50 градусів вище точки АС1 (див «Схему критичних точок»). Охолодження деталі проходить у ванні при 180-200 градусів. Охолоджуючої середовищем служить суміш складається з 75% суміш їдкого калію, 25% їдкого натрію, в яку додається 6-8% води (від ваги солі).
Загартування з самоотпуском
Застосовується при виробництві інструментальної сталі. Основна ідея гарту полягає у вилученні сталевої деталі з охолоджувальної середовища до моменту її повного охолодження. Вилучення відбувається в певний момент. В серцевині сталевої деталі зберігається певна кількість тепла. За його рахунок і проводиться подальший відпустку. Після того як за рахунок внутрішнього тепла сталеве виріб досягне потрібної температури для відпустки, сталь поміщають в гартівну рідина, для остаточного охолодження.
Малюнок №3 - Т Абліцов мінливості.
Відпустка контролюється за кольорами мінливості (див малюнок №3), яка формується на гладкій поверхні металу при 220-330 градусах.
За допомогою гарту самоотпуском виготовляються кувалди, зубила, слюсарні молотки і інші інструменти, від яких потрібна висока твердість на поверхні зі збереженням внутрішньої в'язкості.
Способи охолодження при загартуванні
При швидкому охолодженні сталевих виробів при загартуванню існує загроза виникнень великих внутрішніх напружень, що призводить до викривлення матеріалу, а іноді і тріщин. Для того щоб цього уникнути там, де можливо, сталеві деталі краще охолоджувати в маслі. Вуглецеву сталь, для якої таке охолодження неможливо, краще охолоджувати у воді.
Крім середовища охолодження на внутрішню напругу виробів зі сталі впливає, яким чином вони занурюються в охолоджуючу середу. А саме:
вироби, що мають товсту і тонку частину, краще занурювати в гартівну рідина спочатку об'ємистої частиною;- якщо виріб має витягнуту форму (свердла, мітчики), потрібно занурювати строго вертикально, в іншому випадку вони можуть покоробитися.
Іноді потрібно загартувати не всю деталь, а лише її частина. Тоді застосовується місцева гарт. Виріб нагрівається не повністю, зате в гартівну рідина занурюють всю деталь.
Дефекти при загартовуванні стали
Недостатня твердість. Виникає якщо була низька температура нагріву, мала витримка при робочій температурі або мало місце недостатня швидкість охолодження. Можна виправити: застосувати більш енергійну середовище; зробити отжиг, а потім загартувати.- Перегрів. Відбувається якщо сталева деталь нагрівається до температури, що перевищує допустиму. При перегрів утворюється грубозерниста структура, що призводить до крихкості деталі. Можна виправити: за допомогою відпалу і загартування при потрібній температурі.
- Перевитрата. При нагріванні сталевої деталі до високої температури, близької до температури плавлення (1200-1300 градусів) в окислювальному атмосфері. Всередину сталевих виробів проникає кисень, по межах зерен формуються оксиди. Така сталь не виправляється.
- Окислення і зневуглецювання. У цьому випадку на поверхні сталевих деталей утворюються окалини (оксиди), а в поверхневих шарах стали вигорає вуглець. Цей шлюб виправити неможливо. Для запобігання браку слід користуватися печами із захисною атмосферою.
- Викривлення і тріщини. Виникають через внутрішньої напруги. Тріщини - це невиправний брак. Викривлення можна видалити за допомогою рихтування або правки.
висновок
Найважливіше при загартуванню металу це чітке дотримання технології. Будь відхилення в бік призводить до небажаних наслідків. Якщо робити все правильно, то навіть в домашніх умовах можна провести процес загартовування стали.