ГлавнаяРазноеЗакалка стали это

Закалка металлов. Закалка стали это


Закалка (металлургия) — WiKi

Эта статья о способе обработки металлов. О методе укрепления здоровья человека см. Закаливание

Зака́лка — вид термической обработки материалов (металлы, сплавы металлов, стекло), заключающийся в их нагреве выше критической точки (температуры изменения типа кристаллической решетки, то есть полиморфного превращения, либо температуры, при которой в матрице растворяются фазы, существующие при низкой температуре), с последующим быстрым охлаждением. Закалку металла для получения избытка вакансий не следует смешивать с обычной закалкой, для проведения которой необходимо, чтобы были возможные фазовые превращения в сплаве. Чаще всего охлаждение осуществляется в воде или масле, но существуют и другие способы охлаждения: в псевдокипящем слое твёрдого теплоносителя, струёй сжатого воздуха, водяным туманом, в жидкую полимерную закалочную среду и тд. Материал, подвергшийся закалке, приобретает бо́льшую твёрдость, но становится хрупким, менее пластичным и менее вязким, если сделать большее количество повторов нагревание-охлаждение. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости после закалки с полиморфным превращением применяют отпуск. После закалки без полиморфного превращения применяют старение. При отпуске имеет место некоторое снижение твёрдости и прочности материала[1].

Внутренные напряжения снимаются отпуском материала. В некоторых изделиях закалка выполняется частично, например при изготовлении японских катан, закалке подвергается только режущая кромка меча.

Типы закалок

По полиморфному превращению

  • Закалка с полиморфным превращением, для сталей
  • Закалка без полиморфного превращения, для большинства цветных металлов.

По температуре нагрева Полная — материал нагревают на 30 — 50°С выше линии GS для доэвтектоидной стали и эвтектоидной, заэвтектоидная линия PSK , в этом случае сталь приобретает структуру аустенит и аустенит + цементит. Неполная — производят нагрев выше линии PSK диаграммы, что приводит к образованию избыточных фаз по окончании закалки. Неполная закалка, как правило, применяется для инструментальных сталей.

Закалочные среды

При закалке для переохлаждения аустенита до температуры мартенситного превращения требуется быстрое охлаждение, но не во всём интервале температур, а только в пределах 650—400 °C, то есть в том интервале температур, в котором аустенит менее всего устойчив и быстрее всего превращается в ферритно-цементитную смесь. Выше 650 °C скорость превращения аустенита мала, и поэтому смесь при закалке можно охлаждать в этом интервале температур медленно, но, конечно, не настолько, чтобы началось выпадение феррита или превращение аустенита в перлит.

Механизм действия закалочных сред (вода, масло, водополимерная закалочная среда, а также охлаждение деталей в растворах солей) следующий. В момент погружения изделия в закалочную среду вокруг него образуется плёнка перегретого пара, охлаждение происходит через слой этой паровой рубашки, то есть относительно медленно. Когда температура поверхности достигает некоторого значения (определяемого составом закаливающей жидкости), при котором паровая рубашка разрывается, то жидкость начинает кипеть на поверхности детали, и охлаждение происходит быстро.

Первый этап относительно медленного кипения называется стадией плёночного кипения, второй этап быстрого охлаждения — стадией пузырькового кипения. Когда температура поверхности металла ниже температуры кипения жидкости, жидкость кипеть уже не может, и охлаждение замедлится. Этот этап носит название конвективного теплообмена.

Способы закалки

  Цвета каления
  • Закалка в одном охладителе — нагретую до определённых температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остаётся до полного охлаждения. Этот способ применяется при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей.
  • Прерывистая закалка в двух средах — этот способ применяют при закалке высокоуглеродистых сталей. Деталь сначала быстро охлаждают в быстро охлаждающей среде (например воде), а затем в медленно охлаждающей (масло).
  • Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струёй воды и обычно её применяют тогда, когда нужно закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде. Такая закалка обычно производится в индукторах на установках ТВЧ.
  • Ступенчатая закалка — закалка, при которой деталь охлаждается в закалочной среде, имеющей температуру выше мартенситной точки для данной стали. При охлаждении и выдержке в этой среде закаливаемая деталь должна приобрести во всех точках сечения температуру закалочной ванны. Затем следует окончательное, обычно медленное, охлаждение, во время которого и происходит закалка, то есть превращение аустенита в мартенсит.
  • Изотермическая закалка. В отличие от ступенчатой при изотермической закалке необходимо выдерживать сталь в закалочной среде столько времени, чтобы успело закончиться изотермическое превращение аустенита.
  • Лазерная закалка. Термическое упрочнение металлов и сплавов лазерным излучением основано на локальном нагреве участка поверхности под воздействием излучения и последующем охлаждении этого поверхностного участка со сверхкритической скоростью в результате теплоотвода теплоты во внутренние слои металла. В отличие от других известных процессов термоупрочнения (закалкой токами высокой частоты, электронагревом, закалкой из расплава и другими способами) нагрев при лазерной закалке является не объёмным, а поверхностным процессом.
  • Закалка ТВЧ (индукционная) — закалка токами высокой частоты — деталь помещают в индуктор и разогревают за счет наведения в ней токов высокой частоты.

Дефекты

Дефекты, возникающие при закалке стали.[2]

  • Недостаточ­ная твердость закаленной детали — следствие низкой тем­пературы нагрева, малой выдержки при рабочей температуре или недостаточной скорости охлаждения. Исправление де­фекта: нормализация или отжиг с последующей закалкой; при­менение более энергичной закалочной среды.
  • Перегрев связан с нагревом изделия до температуры, значительно превышающей необходимую температуру нагрева под закалку. Перегрев сопровождается образованием крупнозернистой структуры, в результате чего повышается хрупкость стали. Исправление дефекта: отжиг (нормализация) и последущая закалка с необходимой температуры.
  • Пережог возникает при нагреве стали до весьма высоких температур, близких к температуре плавления (1200—1300° С) в окислительной атмосфере. Кислород проникает внутрь стали, и по границам зерен образуются окислы. Такая сталь хрупка и исправить ее невозможно.
  • Окисление и обезуглероживание стали ха­рактеризуются образованием окалины (окислов) на поверхности дета­лей и выгоранием углерода в поверхностных слоях. Этот вид брака термической обработкой неисправим. Если позволяет припуск на механическую обработку, окисленный и обезуглероженный слой нужно удалить шлифованием. Чтобы предупредить этот вид брака, детали рекомендуется нагревать в печах с защитной атмосфе­рой.
  • Коробление и трещины — следствия внутренних напряжений. Во время нагрева и охлаждения стали наблюдаются объемные изменения, зависящие от температуры и структурных пре­вращений (переход аустенита в мартенсит сопровождается увеличе­нием объема до 3%). Разновременность превращения по объему за­каливаемой детали вследствие различных ее размеров и скоростей охлаждения по сечению ведет к развитию сильных внутренних нап­ряжений, которые служат причиной трещин и коробления деталей в процессе закалки.

Примечания

Источники

  • БСЭ
  • А.П. Гуляев. Металловедение. — М.: Металлургия, 1977.

Ссылки

ru-wiki.org

Закалка металлов - это... Что такое Закалка металлов?

Закалка металлов

Зака́лка — вид термической обработки изделий из металлов и сплавов, заключающийся в их нагреве выше критической температуры (температуры изменения типа кристаллической решетки, т.е. полиморфного превращения), с последующим быстрым охлаждением, как правило, в жидкости (воде или масле).

Различают закалку с полиморфным превращением, для сталей, и закалку без полиморфного превращения, для большинства цветных металлов.

Материал, подвергшийся закалке приобретает бо́льшую твердость, но становится хрупким, менее пластичным и вязким, если сделать большее количество повторов нагревание-охлаждение. Для снижения хрупкости и увеличения пластичности и вязкости, после закалки с полиморфным превращением применяют отпуск. После закалки без полиморфного превращения применяют старение. При отпуске имеет место некоторое снижение твердости и прочности материала.

В зависимости от температуры нагрева, закалку подразделяют на полную и неполную. В случае полной закалки материал нагревают выше линии GSE (см. диаграмму железоуглеродистых сплавов), в этом случае сталь приобретает структуру аустенит. При неполной закалке производят нагрев выше линии PSK диаграммы, что приводит к образованию избыточных фаз по окончании закалки. Неполная закалка, как правило, применяется для инструментальных сталей

Закалка снимается отжигом материала.

В некоторых изделиях закалка выполняется частично, например при изготовлении японских катан, закалке подвергается только режущаяя кромка меча. Такая обработка оставляет на металле хамон — видимую границу между закаленным и незакаленным металлом.

Закалочные среды

При закалке для переохлаждения аустенита до температуры мартенситного превращения требуется быстрое охлаждение, но не во всём интервале температур, а только в пределах 650-400° С, то есть в том интервале температур в котором аустенит менее всего устойчив, быстрее всего превращается в феритно-цементитную смесь. Выше 650° С скорость превращения аустенита мала, и поэтому смесь при закалке можно охлаждать в этом интервале температур медленно, но, конечно, не настолько, чтобы началось выпадение феррита или превращение аустенита в перлит.

Механизм действия закалочных сред (вода, масло, водополимерная закалочная среда(Термат), а также охлаждение деталей в растворах солей) следующий. В момент погружения изделия в закалочную среду вокруг него образуется плёнка перегретого пара, охлаждение происходит через слой этой паровой рубашки, то есть относительно медленно. Когда температура поверхности достигает некоторого значения (определяемого составом закаливающей жидкости), при котором паровая рубашка разрывается, то жидкость начинает кипеть на поверхности детали, и охлаждение происходит быстро.

Первый этап относительно медленного кипения называется стадией плёночного кипения, второй этап быстрого охлаждения - стадией пузырькового кипения. Когда температура поверхности металла ниже температуры кипения жидкости, жидкость кипеть уже не может, и охлаждение замедлится. Этот этап носит название конвективного теплообмена.

Способы закалки

  • Закалка в одном охладителе — нагретую до определённых температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остаётся до полного охлаждения. Этот способ применяется при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей.
  • Прерывистая закалка в двух средах — этот способ применяют при закалке высокоуглеродистых сталей. деталь сначала быстро охлаждают в быстро охлаждающей среде (например воде), а затем в медленно охлаждающей (масло).
  • Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струёй воды и обычно её применяют тогда, когда нужно закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде. Такая закалка обычно производится в индукторах на установках ТВЧ.
  • Ступенчатая закалка — закалка, при которой деталь охлаждается в закалочной среде, имеющей температуру выше мартенситной точки для данной стали. При охлаждении и выдержке в этой среде закаливаемая деталь должна приобрести во всех точках сечения температуру закалочной ванны. Затем следует окончательное, обычно медленное, охлаждение, во время которого и происходит закалка, то есть превращение аустенита в мартенсит.
  • Изотермическая закалка. В отличие от ступенчатой при изотермической закалке необходимо выдерживать сталь в закалочной среде столько времени, чтобы успело закончиться изотермическое превращение аустенита.

Источники

  • БСЭ
  • А.П. Гуляев Металловедение. — М.: Металлургия, 1977.

biograf.academic.ru

ЗАКАЛКА СТАЛИ

СЛЕСАРНОЕ ДЕЛО

17. Что нужно сделать со сталью перед нагреванием для закалки?

Перед тем, как приступить к нагреванию стали для закалки, следует прежде всего определить вид и сорт стали. Если сталь не подвергалась отжигу, следует ее отжечь. Сталь грязную и со следами жира следует очи­стить.

18. Что такое закалка?

Закалкой называется технологический процесс терми­ческой обработки, применяемый для получения высоких механических свойств стальных изделий за счет измене­ния их структуры. Состоит закалка из нагрева изделия до температуры выше Лс3 для доэвтектоидной стали на 30—50° С и на 50—70° С выше точки Aclt для эвтектоидной стали, выдержки при этой температуре для ее выравнивания по всему сечению изделия и быстрого охлаждения.

Применяют следующие виды закалки: в одном или двух охладителях, струйчатую, ступенчатую и изотермическую.

Чем меньше в стали содержание углерода, тем выше тем­пература нагревания (см. рис. 51).

19. Как следует нагревать сталь?

Способ нагревания стали оказывает большое влияние на весь дальнейший процесс термической обработки.

Нагрев изделий под закалку производят одним из трех способов: в печах с газовой атмосферой—мазутных, нефтяных, газовых, электрических; в ваннах с жидкими средами — расплавленными солями или металлами; то­ками высокой частоты.

Скорость нагрева изделий зависит от способа их ук­ладки, массы загружаемых в печь или ванну изделий, от их габаритных размеров и теплопроводности. 146

До 800° С 1 мм диаметра цилиндрических деталей в электропечах прогревают примерно 40—50 с, а в мазут­ных и нефтяных печах — 35—40 с.

В качестве жидких сред для нагрева до 800° С приме­няются свинцовые или соляные ванны. Время нагрева в свинцовой ванне составляет 6—8 с на 1 мм диаметра, а в соляных — 12—15 с.

Выдержка изделия при температуре закалки необхо­дима для выравнивания температуры по всему сечению и обеспечения завершения происходящих при этом струк­турных превращений. Время выдержки зависит от хими­ческого состава стали, ее теплопроводности, величины, формы и массы закаливаемых изделий. На практике время выдержки принимают равным 20—30% от общего времени нагрева до заданной температуры.

Изделие следует правильно уложить в печи или ванне, чтобы избежать деформирования.

Нагревание должно быть постепенным (нужно избегать случайного подъема температуры) и вестись таким обра­зом, чтобы нагревалась вся масса материала (изделия нужно часто переворачивать). За нагреванием стали нужно наблюдать, чтобы избежать перегрева и пережога. Для предотвращения окисления стали может быть использо­вана нейтральная атмосфера в камере печи. Повсе­местно используется также нагревание стали в соляной ванне.

20. Какими должны быть время и температура нагре­вания стали для закалки?

Время и температура нагревания стали для закалки зависит от вида и сорта стали, от величины массы и формы изделия. Например, сталь углеродистая постепенно нагре­вается от температуры 0 до 350° С, а после достижения этой температуры ее можно быстро подогревать до темпе­ратуры закалки (выше Ас%, рис. 51).

При нагревании стали происходят структурные измене­ния, которые, в зависимости от времени выдержки при данной температуре, оказывают большое влияние на меха­нические свойства стали (рис. 52).

21. Какие нежелательные свойства может приобрести сталь при закалке?

Применение неправильного способа или метода нагре­вания стали Еедет к окислению или обезуглероживанию поверхности, что вызывает изменение свойств стали.

Избежать этих нежелательных явлений можио при исполь­зовании для нагревания электрически* печей.

22. Перечислить способы защиты стали при нагрева­нии от окисления и обезуглероживания.

Для предохранения при нагревании изделий от окисле­ния и обезуглероживания в рабочем пространстве печи создают защитную нейтральную газовую среду. Если не-

Рис. 52, Диаграмма железо-углерод,

Возможно создать защитную газовую среду, изделия для нагрева упаковывают в ящики с отработанным карбюриза­тором, пережженным асбестом, неокисленной чуі унной стружкой или наносят на изделие обмазку.

23. В каких средах проводят охлаждение стали при закалке?

В зависимости от требований, предъявляемых к изде­лиям, применяют следующие способы закалки: в одной и двух жидкостях или жидких средах — вода, масло; ступенчатую — охлаждение в расплавленной соли и на 148воздухе; изотермическою— охлаждение в расплавленной соли с температурой около 300° С до полного превращения аусгенита, а затем в воде или на воздухе.

Для получения твердого поверхностного слоя, мягкой и пластичной сердцевины применяют закалку с самоотпу­ском (для закалки инструмента).

Для уменьшения внутренних термических напряжений и деформации при закалке применяется закалка с подсту - живанием

24 Перечислить виды охлаждающих жидкостей.

К охлаждающим жиікостям относяіся масла (специаль­ное ма"ло для закалки, машинное или веретенное масло), вода, а также различного рода растворы (мыла, кислоты или поваренной соли в воде и др.). Растительное масло для закалки не гспользуют

25. От чего зависитспособохлаждения и вид охлаждаю­щего вещества при закалке стали?

Способ охлаждения и вид охлаждающей жидкости при закалке стали зазисиг от сорта и марки стали, от требуе­мой степеьи закалки, а также от конфигурации и величины закаливаемой детали.

262. Что такое пайка? Пайка — это процесс создания неразъемного соединения металлов с помощью присадочного связующего материала, называемого припоем, причем припой в процессе пайки доводится до жидкого состояния. Температура плавления …

4. Что такое шероховатость поверхности? Поверхности всех деталей после механической обра­ботки не являются идеально гладкими, так как режущие кромки инструмента оставляют на поверхности следы в виде определенных неровностей и гребешков …

1. Что ты знаешь о слесарном деле? Слесарное дело — это ремесло — умение обрабатывать металл в холодном состоянии при помощи ручных слесар­ных инструментов (молотка, зубила, напильника, ножовки и другого …

msd.com.ua