Закалка стали - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Закалкой называется операция термической обработки, состоящая из нагрева до температур выше верхней критической точки AC3 для доэвтектоидной стали и выше нижней критической точки АС1 для заэвтектоидной стали и выдержки при данной температуре с последующим быстрым охлаждением (в воде, масле, водных растворах солей и пр.).
В результате закалки сталь получает структуру мартенсита и благодаря этому становится твердой.
Закалка повышает прочность конструкционных сталей, придает твердость и износостойкость инструментальным сталям.
Режимы закалки определяются скоростью и температурой нагрева, длительностью выдержки при этой температуре и особенно скоростью охлаждения.
Температура нагрева стали для закалки зависит в основном от химического состава стали.
Наиболее распространенные закалочные среды --вода, 5--10%-ный водный раствор едкого натра или поваренной соли и минеральное масло. Для закалки углеродистых сталей можно рекомендовать воду с температурой 18° С; а для закалки большинства легированных сталей -- масло.
Закаливаемость показывает способность стали к повышению твердости при закалке.
Прокаливаемость стали характеризуется ее способностью закаливаться на определенную глубину. При закалке поверхность детали охлаждается быстрее, так как она непосредственно соприкасается с охлаждающей жидкостью, отнимающей тепло. Сердцевина детали охлаждается гораздо медленнее, тепло из центральной части детали передается через массу металла к поверхности итолько на поверхности поглощается охлаждающей жидкостью.
Прокаливаемость стали зависит от критической скорости закалки: чем ниже критическая скорость, тем на большую глубину прокаливаются стальные детали.
Виды Закалки стали.
Существует несколько способов закалки, применяемых в зависимости от состава стали, характера обрабатываемой детали, твердости, которую необходимо получить, и условий охлаждения.
Закалка в одной среде Такую закалку проще выполнять, но ее можно применять не для каждой стали и не для любых деталей, так как быстрое охлаждение деталей переменного сечения в большом интервале температур способствует возникновению температурной неравномерности и больших внутренних напряжений, что может вызвать коробление детали, а иногда и растрескивание (если величина внутренних напряжений превзойдет предел прочности).
Чем больше углерода в стали, тем больше объемные изменения и структурные напряжения, тем больше опасность возникновения трещин.
Закалку в двух средах применяют для инструмента из высокоуглеродистой стали (метчики, плашки, фрезы). Сущность способа состоит в том, что деталь вначале замачивают в воде, быстро охлаждая ее до 300--400° С, а затем переносят в масло, где оставляют до полного охлаждения.
Ступенчатую закалку выполняют путем быстрого охлаждения деталей в соляной ванне, температура которой намного выше температуры начала мартенситного превращения (240--250° С). Выдержка при этой температуре должна обеспечить выравнивание температур по всему сечению детали. Затем детали охлаждают до комнатной температуры в масле или на спокойном воздухе, устраняя тем самым термические внутренние напряжения.
Ступенчатая закалка уменьшает внутренние напряжения, коробление и возможность образования трещин.
Недостаток этого вида закалки в том, что горячие следы не могут обеспечить большую скорость охлаждения при температуре 400--600° С.
Изотермическую закалку проводят так же, как ступенчатую, но с более длительной выдержкой при температуре горячей ванны (250--300° С), чтобы обеспечить полный распад аустенита. Выдержка, необходимая для полного распада аустенита, определяется по точкам а и b и по S-образной кривой (см. рис. 1). Изотермическая закалка имеет следующие преимущества перед обычной:минимальное коробление стали и отсутствие трещин; большая вязкость стали.
В настоящее время широко используют ступенчатую и изотермическую светлую закалки.
Светлую закалку стальных деталей проводят в специально оборудованных печах с защитной средой.
При ступенчатой закалке стали с переохлаждением аустенита в расплавленной едкой щелочи с последующим окончательным охлаждением на воздухе детали приобретают чистую светлую поверхность серебристо-белого цвета; в этом случае отпадает необходимость в пескоструйной очистке деталей и достаточна промывка их в горячей воде.
Закалка с самоотпуском широко применяется в инструментальном производстве. Сущность ее состоит в том, что детали не выдерживают в охлаждающей среде до полного охлаждения, а в определенный момент извлекают из нее, чтобы сохранить в сердцевине изделия некоторое количество тепла, за счет которого производится последующий отпуск. После достижения требуемой температуры отпуска за счет внутреннего тепла деталь окончательно охлаждают в закалочной жидкости.
Способы охлаждения при закалке.
Быстрое охлаждение стальных деталей при закалке является причиной возникновения в них больших внутренних напряжений. Эти напряжения иногда приводят к короблению деталей, а в наиболее тяжелых случаях -- к трещинам. Особенно большие и опасные внутренние напряжения возникают при охлаждении в воде. Поэтому там, где можно, следует охлаждать детали в масле.
Внутренние напряжения зависят также от способа погружения деталей в закалочную среду. Необходимо придерживаться следующих основных правил:
Детали, имеющие толстую и тонкую части, погружать в закалочную среду сначала толстой частью;
Дефекты, возникающие при закалке стали.
Недостаточная твердость закаленной детали -- следствие низкой температуры нагрева, малой выдержки при рабочей температуре или недостаточной скорости охлаждения.
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.
Пережог возникает при нагреве стали до весьма высоких температур, близких к температуре плавления (1200--1300° С) в окислительной атмосфере. Окисление и обезуглероживание стали характеризуются образованием окалины (окислов) на поверхности деталей и выгоранием углерода в поверхностных слоях.
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%).
Похожие статьи
-
Отжиг I рода - Характеристика и структурные методы исследования металлов
1. Отжиг 1 рода предназначен для выравнивания физической или химической неоднородности. Целью этого отжига не является фазовая перекристаллизация,...
-
Основан на использовании диффузионных (нормальных) фазовых превращений при охлаждении металлов и сплавов. Основные параметры отжига II рода : температура...
-
Мартенситное превращение в стали - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Мартенситное превращение происходит при быстром охлаждении высокотемпературной фазы. Такой процесс часто называется закалкой, хотя для различных металлов...
-
Изменение структуры при отпуске. Находясь в напряженном и неустойчивом состоянии, закаленная сталь стремится к своему устойчивому стабильному состоянию,...
-
Если сталь со структурой аустенита, полученной в результате нагрева до температуры выше (для доэвтектической стали) или выше (для заэвтектоидной стали),...
-
Высокопрочный чугун получают присадкой в жидкий чугун небольших добавок некоторых щелочных или щелочноземельных металлов. Чаще для этой цели применяют...
-
Холодная и горячая деформации - Характеристика и структурные методы исследования металлов
При нагреве сопротивление металла деформации значительно снижается, т. е. уменьшается предел текучести. Для успешной обработки давлением необходимо точно...
-
Рост зерна аустенита при нагреве - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Зародыши аустенита при нагреве выше температуры. образуются на границах раздела феррит -- карбид. При таком нагреве число зародышей всегда достаточно...
-
При многих видах термической обработки сталь нагревают до температур, соответствующих существованию аустенита (процесс аустенитизации). Образование...
-
Частицы примеси имеют ту же решетку с металлом, что дает когерентность роста. Чем больше примесей, тем больше зерен и меньше их размер. Такой рост...
-
Закалка, Отпуск - Химико-термическая обработка металлов
Закалкой называется процесс термической обработки металлов, состоящий в их нагреве и быстром (иногда постепенном) охлаждении. Закалка применяется для...
-
Диаграмма состояния для случая полной взаимной растворимости компонентов А и В в жидком и твердом состояниях и изменение энергии Гиббса в зависимости от...
-
Рекристаллизация - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Первичная рекристаллизация. При дальнейшем повышении температуры подвижность атомов возрастает и при достижении определенной температуры образуются новые...
-
Возврат и полигонизация - Характеристика и структурные методы исследования металлов
При нагреве до сравнительно низких температур (обычно ниже (0,2--0,3) Тдл1) начинается процесс возврата, под которым понимают повышение структурного...
-
Сталь является многокомпонентным сплавом, содержащим углерод и ряд постоянных или технологических примесей: Mn, Si, S, Р, О, Н, N и др., влияющих на ее...
-
Образование стабильной фазы графита в чугуне может происходить в результате непосредственного выделения его из жидкого (твердого) раствора или вследствие...
-
Полиморфные превращения одного или обоих компонентов сплава изменяют его структуру и свойства. Рис. 43. Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых...
-
Электроннолучевая плавка металлов Для получения особо чистых металлов и сплавов используют электроннолучевую плавку. Плавка основана на использовании...
-
Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы и эвтектику (рис. 39 и 40). Между линиями ликвидус и солидус в равновесии находятся...
-
Диаграмма состояния железо - углерод (цементит) приведена на рис. 3. Она показывает фазовый состав и структуру сплавов с концентрацией от чистого железа...
-
Специальные чугуны - Характеристика и структурные методы исследования металлов
К этой группе чугунов (ГОСТ 7769--82) относятся жаростойкие, которые обладают окалиностойкостью, ростоустойчивостью и трещиноустойчивостью, жаропрочные,...
-
Ковкий чугун - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Ковкий чугун получают длительным нагревом при высоких температурах (отжигом) отливок из белого чугуна. В результате отжига образуется графит хлопьевидной...
-
Железо -- металл сероватого цвета. Атомный номер 26, атомная масса 55,85, атомный радиус 0,127 нм. Чистое железо, которое может быть получено в настоящее...
-
Перлитное превращение Аустенита происходит при фазовом превращении гамма-железа - аустенита в альфа-железо - феррит. Однако превращение...
-
Серый и белый чугун - Характеристика и структурные методы исследования металлов
ЧУГУН Сплавы железа с углеродом (> 2,14% С) называют чугуном. Присутствие эвтектики в структуре чугуна обусловливает его использование исключительно в...
-
Структурные классы легированных сталей - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Легированные стали по структуре в условиях равновесия можно разделить на следующие классы (рис. 97): доэвтектоидные стали, содержащие в структуре...
-
Основой большинства современных легированных сталей является феррит, легированный одним или несколькими элементами. Легирование феррита сопровождается...
-
Легирующие элементы в стали - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Влияние легирующих элементов на полиморфные превращения железа. Все элементы, за исключением углерода, азота, водорода, и отчасти бора, образуют с...
-
Старение - изменение свойств, протекающие во времени без заметного изменения микроструктуры. 1. Термическое старение В результате изменения растворимости...
-
Твердые растворы - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Твердые растворы - фазы, в которых один из компонентов сплава сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы других компонентов располагаются в решетке...
-
Промежуточное (бейнитное) превращение - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Это превращение имеет черты, как диффузионного перлитного превращения, так и бездиффузионного мартенситного. Бейнитное превращение так же, как и...
-
1. точечные: - вакансии (дефекты Шоттки), т. е. узлы решетки, в которых атомы отсутствуют - Межузельные атомы (дефекты Френкеля) образуются в результате...
-
Методы получения аморфных металлов - Принцип получения аморфных материалов
Сверхвысокие скорости охлаждения жидкого металла для получения аморфной структуры можно реализовать различными способами. Общим в них является...
-
Структура сплавов - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Строение металлических сплавов зависит от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, их образующие. Под структурой, как уже указано ранее,...
-
Диаграммы фазового равновесия - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Диаграммы фазового равновесия, или диаграммы состояния, в удобной графической форме показывают фазовый состав сплава в зависимости от температуры и...
-
Переход сплава из жидкого состояния в твердое, как и при Кристаллизации чистых металлов, протекает только при наличии некоторого переохлаждения, когда...
-
Все металлы и металлические сплавы - тела кристаллические, атомы (ионы) расположены в металлах закономерно в отличие от аморфных тел, в которых атомы...
-
На основе диаграммы состояний "железо - цементит" и построенного графика термической обработки опишите превращения в структуре стали при нагреве,...
-
Химические соединения - Характеристика и структурные методы исследования металлов
Характерные особенности химических соединений: 1. Кристаллическая решетка отличается от решеток компонентов, образующих соединение. 2. В соединении...
-
Атомно-кристаллическая структура - взаимное расположение атомов (ионов), существующее в реальном кристалле. Атомы (ионы) располагаются на таком...
Закалка стали - Характеристика и структурные методы исследования металлов