Другой вариант улучшения свойств сплава заключается в добавлении в его состав таких элементов, как вольфрам или молибден. Вольфрам должен составлять примерно 1% от общего веса сплава, в то время как молибден следует добавлять в диапазоне от 0,3% до 0,4%.
Зачем нужен отпуск стали и как избежать нежелательного отпуска
Чтобы разобраться в вопросе, поднятом в заголовке, необходимо хотя бы бегло ознакомиться с такими понятием, как твердость и прочность, а также с процессом закалки стали.
Что вы ожидаете от готового стального изделия, в данном случае от ножа? Безусловно, хочется, чтобы он был прочным и надежным. Однако повседневная жизнь порой не дает нам понять, что между понятиями «твердость» и «прочность» существует значительная разница. Давайте проясним этот аспект.
Представьте себе лист чугуна. Он очень твердый, но в то же время хрупкий материал. Хотя такой лист способен выдерживать значительное сжимающее давление, он совершенно не подходит для условий, предполагающих ударные или изгибающие нагрузки. Это значит, что он тверд, но не прочен. Напротив, например, танковая бронеплита обладает высокой прочностью и способна противостоять огню пуль и ракет. Но стоит отметить, что она не предназначена для выполнения функций ножа, и, как следствие, не может использоваться в этом смысле. Для достижения нужных свойств необходимо совместить твердость и прочность.
Как это касается стали? Все просто: в процессе закалки стали, которая направлена на повышение ее твердости, материал неизбежно теряет свою прочность. На этапе закалки, несмотря на повышенные прочностные характеристики, сталь становится более подверженной различным повреждениям. Пока она находится в состоянии нагрева, прочный и твердый стальной лист можно повредить или сгибать, но непосредственно сломать его будет крайне сложно. Однако после процесса затухания, который направлен на стабилизацию, такая сталь становится более уязвимой: теперь даже малейшие усилия могут привести к ее поломке.
Закалка была разработана именно для решения этой проблемы.
Что представляет собой отпуск стали и зачем он нужен
Хотя процедура отпуска в какой-то степени аналогична процессу закалки, от нее она отличается. Закаленная сталь нагревается до оптимальной температуры в специальной печи, где максимальное значение температуры не должно существенно превышаться; затем она кратковременно охлаждается в определенной среде — масле, воде или другой жидкости. Однако при этом сталь становится более мягкой. Чтобы восстановить необходимые механические свойства, сталь повторно нагревают до существенно более низких температур, а затем снова охлаждают.
Как устанавливаются температуры закалки и отпуска?
Для мастера уже известна нормальная температура стального изделия. Закалочные печи оснащены специальными датчиками, позволяющими поддерживать необходимую нагревательную температуру. В ситуации, когда печь не оборудована такими датчиками, можно использовать визуальный индикатор. Например, если цвет изделия меняется на белый, это свидетельствует о том, что сталь подверглась перегреву и не сможет выдерживать дальнейшую эксплуатацию. В то время как бледно-желтый цвет указывает на достижение оптимальных экстренных температур для закалки. Благодаря изменению цвета опытный мастер способен определить нужный температурный режим «на глаз».
Ситуация аналогична и в процессе отпуска. Так называемый «белый» цвет указывает на температуру, при которой происходит затвердевание, что соответствует определенному назначению изделия. Отпуск при низких температурах способствует сохранению твердости, однако увеличивает пластичность, тогда как отпуск при высоких температурах дает противоположный результат.
Что касается ножей, в большинстве случаев речь идет о закалке при низких температурах — порядка 250°C, хотя бывают случаи и средней закалки. Чем выше температура, при которой происходит закалка, тем более устойчива сталь к ударным нагрузкам, что зачастую требуется для механизмов. Важно отметить, что для сталей, используемых в производстве ножей, необходимо обеспечивать правильное соотношение между твердостью и прочностью. Лезвия должны быть достаточно износостойкими и одновременно устойчивыми к динамическим нагрузкам.
На практике же, упомянутые значения температуры, обговариваемые экспертами, находятся в диапазоне от красно-вишневого до желтого оттенка, однако даже здесь выбор только по цвету не всегда является оптимальным решением. Универсальной температуры отпуска для всех видов сталей и их применения не существует.
*Если вы хотите, чтобы сталь ножа не терлась, вернитесь в каменный век. Ограничения кремневых инструментов были в том, что они наоборот, очень твердые и, следовательно, слишком хрупкие для удобного использования. Поскольку и размягчение, и заточка ножей основываются на одном и том же процессе — механическом износе сплава — исключая возможность заточки, также вы исключаете возможность нормального использования ножа.
Когда происходит нежелательный отпуск и как его избежать
Во-первых, нежелательный отпуск может произойти из-за термомеханической обработки стали. После закалки сталь становится особенно хрупкой: она демонстрирует высокую твердость, однако за счет потери прочности в процессе закалки она становится очень уязвимой к повреждениям, и ее легко сломать даже незначительными усилиями. Закалка, в действительности, является необходимым этапом для получения качественной заготовки.
При этом очень важно не допустить перегрева. На практике эксперименты показывают, что экстремальные температуры приводят к потерям желаемых свойств, и таких экспериментов лучше избегать. Напротив, умеренный нагрев при низких температурах является оптимальным методом. Однако если мастер упустит нужный момент и допустит перегрев до высоких значений, то произойдет нежелательный отпуск — в этот момент сталь снова непременно потеряет свои прочностные характеристики. Важно отметить, что слишком низкий температурный режим также негативно сказывается на свойствах готового изделия, в результате чего оно станет хрупким.
Также опасным аспектом является обработка металла и шлифовка шлифовальным кругом. Кроме того, работа со штампами осуществляется профессионально, что снижает риск перегрева деталей. Однако отделочные процессы (включая заточку, которую часто делает владелец, а не мастер) несут риск повреждения ножа, как и деформация формы лезвия. Но мы сейчас сосредоточимся на спонтанном затвердевании.
При работе со шлифовальными кругами зона контакта между кругом и заготовкой быстро нагревается из-за высокой скорости вращения. Так как сталь является хорошим проводником тепла, лезвие ножа в зоне контакта также перегревается. Обычно такая перегретая сталь начинает светиться. Это можно определить по тому, как сильно инструмент прижимается к шлифовальному кругу. В контакте с кругом цвет стали меняется на коричневый. Какой вывод можно сделать из этого? Температура на этом участке значительно превышает критический предел закалки и легко превышает безопасные значения для работы с лезвиями. Это может привести к ненужному дополнительному отпуска له, результатом которого является снижение твердости и упругости стали, что является крайне нежелательным событием.
При заточке ножей температура, как правило, повышается до значительных значений, которые сложно контролировать без соответствующего опыта и навыков. Если температура превышает допустимые границы, то происходит естественное отпущение ножа, и его лезвие теряет свои рабочие характеристики. Поэтому во время процессов заточки или обработки металла крайне важно регулярно охлаждать лезвие, помещая его в емкость с водой.
Что касается рекомендаций, то некоторые эксперты рекомендуют охлаждать лезвия обычной проточной водой, а в некоторых случаях также и сам шлифовальный круг. Однако подобный подход решает лишь часть возникшей проблемы: охлаждение снижает скорость рабочего процесса и применяется только на этапе заточки. Чтобы дополнительно понизить риск перегрева, необходимо снизить скорость вращения колеса до 60 об/мин — это максимально допустимое значение для работы с качественными ножами.
Этот метод заточки менее удобен для высококачественных ножей. Простые точильные круги подойдут для заточки серпов, терочных ножей и кухонных ножей. Однако такая техника не обеспечивает желаемого результата для более качественных ножей. В результате было разработано множество других технологий заточки, включая механические заточные станки, в том числе и те, которые используют затачивание камнями с водой. Что же собой представляют обычные скребки? Во-первых, они используют различные абразивные материалы, которые оказывают более щадящее воздействие на поверхность лезвия и не снимают большое количество стали. Во-вторых, они оснащены специальными резервуарами, которые обеспечивают подачу воды, таким образом, что процесс безопасен для электрических компонентов, создавая при этом суспензию, которая увлажняет поверхность лезвия и дополнительно полирует его. Это означает, что на таких станках одновременно выполняется как чистая заточка, так и чистовая обработка (если выбран подходящий отрезной круг). И, конечно, полировальный инструмент гораздо более щадящий, нежели сам нож, так как скорость вращения значительно ниже.
Таким образом, происходит впитывание поверхностного слоя головки рельса, что также требует соблюдения норм ударопрочности и высокой прочности, что необходимо для противостояния размягчению и трению, и в то же время формируется структура, устойчивая к процессу поглощения.
Для чего необходим ОС
Кристаллическая структура сплава подвергается перестройке при определённых температурных режимах нагрева и охлаждения. Это приводит к устранению внутренних напряжений, возникающих в результате процесса химико-термической обработки. Закалка может применяться ко всем конструкционным сталям и сталям с трещинами, однако существует ряд различий в процессе, необходимом времени и температуре, которые подробно обсуждаются ниже.
Термическая обработка используется для изменения как физических, так и химических свойств металлов с целью их доведения до требуемых характеристик для достижения следующих важных свойств:
- Прочность;
- Хрупкость;
- Вязкость;
- Долговечность; хрупкость; стойкость к деформации и т.д.
Однако для получения желаемого результата следует правильно выбрать схему термической обработки. В противном случае возрастает вероятность возникновения необратимых дефектов, изменяющих молекулярную структуру и физические свойства стали, что может свести эти свойства к уровню, неприемлемому для дальнейшего использования.
Что происходит с металлом в процессе ОС
Процесс закалки вызывает накопление внутренних напряжений в заготовке или готовом изделии. Это связано с деформацией кристаллической решетки стали, где происходит неравномерное распределение атомов углерода и добавленных сплавов.
Процесс закалки, состоящий в нагреве и последующем охлаждении, позволяет всем компонентам более равномерно перераспределиться в структуре металла.
- Увеличение температуры запускает процессы полигонализации и рекристаллизации, что приводит к значительным изменениям кристаллической структуры металлической полосы.
- Контроль времени нагрева (в среднем 20-40 минут) и дополнительное время выдержки (около 1-3 часов) влияют на равномерность распределения компонентов внутри стальной структуры.
- Скорость охлаждения, в свою очередь, также имеет значение, позволяя получить более качественный металл с заданными характеристиками.
Многие параметры амортизации изменяются в результате этого процесса:
- Структура становится более однородной и подвижной, сохраняя все качества закаленной стали;
- Жесткость и хрупкость материала уменьшаются.
В зависимости от характеристик, достигнутых в ходе термической обработки, будет производиться закалка.
Описание и особенности технологического процесса ОС
Обычный процесс закалки стали включает два ключевых этапа:
- Нагрев металлических изделий (блоков, полуфабрикатов) до определенной температуры и поддержание ее в специальной печи;
- Медленное охлаждение с использованием воздушных или жидкостных методов (на открытом воздухе, в масле, соленой воде, щелочной среде).
Конструкционные стали нагреваются до температуры, близкой или чуть ниже температуры затвердевания. Сплавы требуют значительно более высоких температур, так как добавленные элементы в сплавах препятствуют образованию необходимой внутренней структуры.
Температура закалки при термомеханической обработке стали напрямую зависит от ее химического состава, поскольку добавки в сплав могут существенно влиять на формирование структурных элементов. Обычно это связано с замедлением распада мартенсита, что требует использования более высоких температур.
Виды отпуска сталей
Температура является одним из основных параметров, определяющих свойства стали после закалки. Существуют три основных типа температурного отпуска:
Низкотемпературный отпуск (низкая закалка) — температура от 150 до 250°C. В процессе закалки образуется мартенсит. Упрочнение происходит при незначительной потере твердости. Так обрабатываются детали для резки и измерительных инструментов, закаленных с помощью ТВЧ или угольных закалок.
Среднетемпературный отпуск (умеренное отверждение) — температура от 350 до 500 °C. В этом случае образуется структура закаленного трохита. Умеренное отверждение стали обеспечивает высокие пределы упругости и усталости, а также стойкость к релаксации. Применение такого типа отпуска распространено в пружинах и уплотняющих элементах.
Высокотемпературный отпуск (высокая закалка) — диапазон температур от 500 до 680°C. Получаемая структура называется сорбит. Изделия с повышенной степенью закалки обеспечивают превосходное соотношение прочности и твердости, и чаще всего используются в компонентах, работающих под ударными нагрузками. Процесс термической обработки, состоящий из закалки и высокой закалки, называется рафинированной сталью.
Отпуск сталей в ООО КВАДРО
Наша компания на протяжении более 25 лет осуществляет термообработку металлов в Санкт-Петербурге. Вы можете направить нам свой заказ на электронную почту или связаться с нами по телефону!
В зависимости от плана и программы термообработки мы проводим термическую обработку стали (включая нержавеющую, инструментальную и другие виды) а также различных металлов и сплавов, таких как алюминий, титан, латунь, бронза и др.
Ключевыми направлениями нашей деятельности являются не только закалка стали, но и термообработка других металлов.
