В процессе закалки стали могут возникнуть различные дефекты материала, которые можно разделить на те, которые исправить невозможно, и те, которые поддаются исправлению.
Как меняется сталь после закалки
Одним из самых распространенных методов термической закалки металлов можно считать те приемы, которые начали использоваться еще до нашей эры. На протяжении веков технологии закалки совершенствовались и эволюционировали. Особенно значительные успехи были достигнуты в период промышленной революции, когда появились новые подходы к обработке материалов. В настоящее время термической обработке подвергается около 8-10% всей производимой стали, однако в специализированной инженерной сфере этот показатель существенно больше и достигает 40%. Популярность данной технологии объясняется ее гибкостью, а также сравнительно низкими затратами на производство.
Если у вас есть необходимость, вы можете заказать комплексные процедуры, соответствующие вашим требованиям, в любом необходимом вам объеме!
Свойства стали после закалки
При любом методе обработки сталь после закалки претерпевает изменения своей микроструктуры. Гранулы вещества упорядочиваются и получают форму, напоминающую иглы или решетку. В результате таких изменений металл становится значительно тверже, что положительно влияет на его износостойкость. Эта характеристика крайне важна, особенно когда речь идет о механических деталях, которые будут подвергаться интенсивному использованию.
Тем не менее, следует отметить, что закалка также увеличивает хрупкость материала. Это может приводить к быстрому разрушению изделия при наличии сильных вибрационных и ударных нагрузок. Для решения этой проблемы было разработано множество методов обработки, стремящихся минимизировать негативные последствия закаленных деталей, включая точный расчет свойств стали в процессе закалки.
Виды закалки сталей
Технический арсенал современных методов закалки весьма разнообразен; существует множество типов закаленной стали, каждый из которых применяется в зависимости от требований к конечному изделию:
- Полная закалка. Этот метод предполагает изменение структуры металла на всей глубине изделия.
- Поверхностная закалка. Она увеличивает твердость материала на определенной глубине, что целесообразно при необходимости укрепления лишь внешнего слоя.
- Ступенчатое закаливание. Это изменение твердости стали в определенных слоях, с целью достижения градиента твердости.
- Зональная закалка. Этот подход позволяет контролировать как площадь матрицы, так и толщину обрабатываемого слоя.
- Подвешенный метод. Закалка осуществляется в двух или более охлаждающих средах.
- Изотермическая закалка. При данном методе температура охлаждающей жидкости составляет приблизительно 200°C.
Так или иначе, каждая процедура закалки включает в себя нагрев металла до определенной температуры, после чего происходит погружение в охлаждающую жидкость на заранее заданный промежуток времени. Изменяя параметры, такие как температура, время, а также способ нагрева и охлаждения продукта в одной или нескольких средах, становится возможным существенно влиять на структурные изменения в материале.
Методы отопления
В зависимости от технологии обработки, заготовки могут подвергаться нагреву различными способами, каждая из которых имеет свои преимущества и ограничения:
- С использованием открытого пламена или острым пламенем.
- Электрическим способом (контактное отопление), что позволяет добиться более равномерного нагрева.
- С бесконтактным применением тока высокой частоты (HF), что также обеспечивает более быстрый и деликатный процесс нагрева.
Уровень технического оснащения лаборатории или производственного завода играет ключевую роль. Конечный результат термической обработки и закалки напрямую зависит от выбранного метода и качественного исполнения.
В процессе закалки стали могут возникнуть различные дефекты материала, которые можно разделить на те, которые нельзя исправить, и те, которые можно.
Свойства стали после закалки
После завершения процесса закалки, твердость и прочность стали увеличиваются, однако при этом возрастает уровень внутренних напряжений, что может привести к повышенной хрупкости. Это делает материал более подверженным разрушению в условиях сильных механических нагрузок. На поверхности изделия часто формируется толстый слой окалины, который необходимо учитывать при принятии решения о дальнейшей обработке.
Следует отметить, что некоторые изделия частично закаливаются. Это характерно для фронтальных частей инструментов или остроконечных оружий, где четко видна граница между закаленной и незакаленной областями. Закаленная часть клинка называется «хамон», в то время как в современных терминах это определение соотносится с понятием «мартенсит».
Значение! Мартенсит представляет собой основной компонент структуры стали после закалки и его микроструктура чаще всего имеет игольчатый или решетчатый вид.
Для снижения внутренних напряжений и повышения пластичности, следующий этап в процессе термообработки включает в себя отпуск. Во время отпуска твердость и прочность изделия несколько снижаются, что также может способствовать улучшению таких качеств, как обрабатываемость.
Технология закалки
Режим закалки сильно зависит от таких факторов, как температура, время обработки, скорость охлаждения, а также от используемой охлаждающей среды.
Методы закалки стали
- Одинарный охладитель — данный метод применяется для обработки простых формованных деталей из углеродистых и легированных сталей.
- Прерывистая закалка с использованием двух сред — применяется для высокоуглеродистых сталей, которые сначала обрабатываются в быстрой охлаждающей среде (вода), а затем в более медленной (масло).
- Разряд — используемый метод для частичной закалки деталей, где изделие обрабатывается мощным струей воды в высокочастотных блоках и индукторах.
- Поэтапный процесс, при котором деталь закаливается с помощью демпфирующей среды, чтобы обеспечить однородное снижение температуры во всех сечениях, хотя окончательное охлаждение происходит медленно.
- Изотермический метод — схож с поэтапным, но отличается временем пребывания в демпфирующей среде.
Тип демпфирующей среды
Выбор демпфирующей среды оказывает значительное влияние на конечный результат обработки.
- Для поверхностной закалки и работы с изделиями простой конфигурации, предназначенными для последующей механической обработки, в основном используется вода. Она не должна содержать соли и примеси моющих средств, оптимальная температура жидкости составляет около +30°C.
ВНИМАНИЕ: Этот метод охлаждения не рекомендуется для компонентов со сложной геометрией из-за высокого риска образования трещин.
Важно! Комбинированный процесс охлаждения подходит для изделий из углеродистой стали со сложной химической структурой. Данный подход включает две фазы: первый – охлаждение в воде, второй – в охлаждающей масляной ванне при температуре выше +200°C. Переход между хладагентами должен происходить очень быстро.
Какие стали можно закаливать?
Методы закалки и отпуска не применимы к низкоуглеродистым сталям прокатного типа, таким как 10, 20 и 25. Эта термообработка показала свою эффективность на углеродистых сталях (например, 45, 50) и инструментальных сталях, где твердость может увеличиваться в 3-4 раза в зависимости от условий применения.
Таблица методов закалки может быть представлена для различных типов инструментальной стали, где каждый вид сталей имеет свои особенности и требования.
При закалке простецких и эвтектоидных сталей необходимо нагревать до 30-50°C, а заэвтектоидные стали — на 40-80°C выше границы аустенитизации. Важным аспектом является не только температура, но и время нагрева, которое следует выбирать в зависимости от желаемого результата.
Как делают закалку и отпуск
После того как необработанная часть лезвия приобретает нужную форму, начинается процесс закалки. Температура нагрева, конечно, варьируется в зависимости от типа стали и изделия, но в среднем она составляет 700-800°C. В этом диапазоне цвет продукта будет красным или вишнево-красным. Если красноватый цвет меняется на оранжевый или желтый, это может указывать на превышение температуры выше 1100 градусов Цельсия, что считается слишком высоким показателем для большинства сталей. Белый цвет говорит о достижении температуры не менее 1300°C, и это может означать, что металл уже не подходит для закалки. Прочность стали в таком случае нельзя восстановить, так как это приведет к разложению структуры.
Это изменение цветов называется цветами накаливания. Они могут быть встречены и в других уникальных контекстах, таких как праздники, когда восприятие цвета становится особенно важным.
Разные оттенки, которые наблюдаются во время нагрева, показывают, насколько высокую температуру достигло изделие. Эти оттенки не следует путать с цветами лет — оксидными оттенками, которые могут также присутствовать.
Во время закалки лезвия становятся более жесткими, но при этом теряют свою прочность. Для восстановления прочности необходимо провести процесс отпуска. Как уже было отмечено, отпуск — это повторное нагревание лезвия при низкой температуре с последующим охлаждением. Охлаждение может происходить естественным образом или с использованием раствора солей или масла. Для полимеризации выбирается следующая температура:
- Нет необходимости поднимать температуру до высоких значений для отпусков на компонентах, подвергающихся ударным нагрузкам, однако важно учитывать, что этот диапазон не должен превышать 500-680°C.
- Средние температуры закалки могут колебаться в диапазоне 350-500°C. Это хорошо подходит для метательных ножей, где важна прочность и стойкость к ударам.
- Самые низкие температуры закалки могут достигать 250°C. Ножи могут не выдерживать боковые удары, но основное внимание уделяется долговечности, именно поэтому этот метод зачастую является оптимальным. При такой температуре закалка обеспечивает необходимую точность и качество.
При применении должной температуры вновь становится заметен характерный цвет накаливания. Оптимальная температура для ножей – это бледно-желтый цвет.
После каждого этапа, когда появляется окисленный продукт (то есть блеклый цвет), изделие следует охладить в морской воде или масле. Не рекомендуется использовать чистую воду для охлаждения после или во время закалки. Очень высокая скорость охлаждения может приводить к растрескиванию продукта. Ни вода, ни масло не способны полностью удовлетворить требования к закалке углеродистой стали: быстрое охлаждение происходит при 550°C, а медленное — с 300°C при 200°C. Поэтому часто применяется комбинированный метод, при котором сначала используется вода, а затем масло. Этот подход используется в инструментальных пакетах и называется «водно-масляная закалка». Сталь может быть амортизирована только в масле.
Обесцвечивание лезвий коллекционных ножей «зомби» связано с тем, что окислы не удаляются после процесса закалки.
При наличии необходимых знаний даже примитивными методами можно добиться удовлетворительной закалки простой углеродистой стали.
В качестве исходного материала можно использовать старые инструменты, пружины и метизы, при этом на них не должно быть ржавчины. Важно помнить, что металлы, только что отлитые в процессе, будут более предпочтительными, так как длительное использование компонентов может привести к усталости металла, что снижает его долговечность. Тем не менее, для высококачественных материалов процесс отжига, представляющий собой нагревание стали с последующим медленным охлаждением, может быть достаточным для получения стабильной структуры без остаточной тенденции.
Как в случае с закалкой, так и при нагревании изделия до состояния затвердевания, можно использовать импровизированные печи, создаваемые из кирпичных ям, пламени и труб, хотя в идеале следует использовать муфельные печи для этих целей.
В домашних условиях можно легко проверить, достиг ли процесс закалки нужной степени. Можно провести лезвием над закаленной областью: если закалка оказалась недостаточной, напильник будет просто зацепляться за металл. Проверка на прочность также может быть выполнена, ударив по изделию твердым предметом, таким как камень или рельс. Если лезвие не выдерживает удара, это свидетельствует о недостаточной прочности.
Для полимеризации с использованием высокочастотной полимеризации применяются специальные индукционные устройства. Промышленные установки для закалки компактны и обеспечивают быстрое нагревание металла, минимизируя время обработки и позволяя закаливать большое количество деталей за сжатые сроки.
В процессе закалки стали могут возникнуть различные дефекты материала, которые можно разделить на те, которые невозможно исправить, и те, которые можно устранить.
Исправленные дефекты нередко возникают из-за неравномерного охлаждения или недостаточной термической обработки, что приводит к тому, что твердость детали не соответствует установленным требованиям.
Невосстановимые дефекты включают вспомогательные трещины и разломы, которые чаще всего являются следствием использования низкокачественного металла.
Если у вас возникли дополнительные вопросы или вы хотите сделать заказ на услуги, свяжитесь с нами онлайн, и мы немедленно ответим вам. Мы готовы предоставить полную информацию и ответить на все ваши вопросы.
