Термическая и химико-термическая обработка металла: закалка и отжиг стали

Цементация стали — воздействие подогревом для улучшения технических параметров и структуры поверхности. Ее используют по отношению к деталям из разнообразных сплавов. Процесс включает многократный нагрев, выдержку и охлаждение. По окончании процедуры изделие становится тверже, прочнее, улучшаются характеристики. Рассмотрим подробнее, с какой целью производят закалку, отжиг, какие есть виды, их описание.

Что называется термической обработкой металла: основы, общие принципы

В процессе данной технологии кристаллическая решетка болванки преобразуется. Задача – изменить свойства, а не ее конфигурацию и габариты. По завершении заготовка приобретает требуемые по технологии параметры и уникальное строение. Рассмотрим, для чего нужна закалка металла и как она влияет на структуру стали после процедуры:

• • для улучшения технологических характеристик посредством разупрочнения, данный процесс применяют в качестве подготовительной операции или промежуточного этапа;
• • для получения требуемых технических характеристик посредством упрочнения либо приобретения специализированной структуры;
• • для фиксации размера и конфигурации, а также получения новых свойств заготовки.

Все процедуры допускаются только на материалах, в которых температурные превращения выполняются подобным образом. Воздействие температурой применяют с целью производства режущих элементов оснастки, станков, машин и производственного оборудования. Отвечая на вопрос, какие виды стали подвергаются закалке, отметим, что процедура подходит для металлов любых марок, требующих повышения износоустойчивости.

Виды и их описание

Температурное воздействие чаще всего применяется к стальным материалам и некоторым сплавам. Основы базируются на управлении диффузией для получения структур с заданными параметрами, на полиморфной трансформации, на различной степени растворения углерода. Поверхность нагревают сильнее критической точки, запускающей превращение в определенной фазе. У каждой есть свои критические точки нагрева. Эти показатели проверяют по схеме.

Отжиг: как проводится, температура, режим для стали, таблица

Это нагревание изделия, выдержка его в определенном температурном режиме, а потом постепенное охлаждение до 2-3⁰ в минуту. Плавное понижение возможно в песке либо в условиях печи. Процесс позволяет убрать остаточное напряжение, получается стабильная структура. Рассмотрим ниже, как он проводится. Данную процедуру используют:

• •для улучшения пластичности и понижения твердости для осуществления операций режущим инструментом;
• • для устранения неоднородности в структуре, возникшей поле отвердения отливки при ее удалении;
• • для снижения напряжения внутри болванки, возникающего после механического воздействия, давлением и другими разновидностями нетермической обработки;
• • для удаления хрупкости, улучшения сопротивлению ударной вязкости, а также изменения свойств неклепаных деталей.

Назначение отжига стали — получение заданных технических показателей кристаллической решетки. Для этого нагрев выставляют на 20-30⁰ больше критической точки, при которой кристаллическая решетка начинает меняться. Для металлов данная точка составляет 723⁰С. Для крупных изделий и заготовок сложной конфигурации подогрев выполняют медленно. Режим подразумевает последующее охлаждение в соответствии с составом материала:

• • у углеродистых – 100-200⁰ за час;
• • у низкоуглеродистых- 50-60⁰;
• • у высоколегированных – более длительно.

Охлаждение в большинстве осуществляют плавно, не вынимая из печи. Может использоваться полная и неполная закалка. Для удаления внутреннего напряжения достаточно второго вида. Углеродистые составы подогревают до 760⁰. При полном отжиге учитывают количество углерода. Если его количество не превышает 0,8%, температура составляет 930-960⁰С, если выше - до 760⁰С. Время выдержки зависит от параметров изделия. Охлаждение осуществляют до 20⁰. После отжига необходима проверка на качество процедуры. Добротность заготовки определяют по виду излома, а режим нагрева – по таблице.

Закалка: режимы, основные показатели, виды и способы для металла и нержавеющей стали

Это очень быстрое остывание после подогрева до максимальных градусов. Она уместна для получения неравномерной структуры, которая придает прочности материалу. Процедуру выполняют резко, что позволяет повысить износоустойчивость. Существует несколько режимов. Они различаются температурой нагрева, временем выдержки и скоростью охлаждения. На выбор режима влияют химические характеристики стальной болванки. После проведения процедуры учитывают два основных показателя:

• Закаливаемость – получение твердости. Не все разновидности сырья поддаются подобному воздействию, в итоге материал остается недостаточно твердым. Наименьшей восприимчивостью обладают стальные заготовки, у которых количество углерода не превышает 0,3%. Время выдержки определяют по цвету.
• Прокаливаемость. В процессе поверхность остывает быстрее, чем сердцевина болванки. Охлаждающая жидкость быстро забирает тепло с поверхности. Чем медленнее происходит процесс, тем глубже происходит воздействие. Глубина его зависит от внутренней структуры материала, используемой среды и температуры.

Многие считают, что данные две процедуры также называются термической обработкой металлов. Такое мнение ошибочно. Оба термина обозначают параметры процесса закаливания, по которым определяют качество работ. Не будем подробно описывать, как при закалке изменяются свойства низкоуглеродистых сталей и цвет, отметим, что мелкозернистые изделия прокаливаются на меньшую глубину, чем крупнозернистые. Проверку осуществляют на изломе, осматривая структуру поверхности и твердость.

Различают несколько видов в зависимости от количества используемых сред и способов. Задействование одного вида охладителя уместно не для всех типов болванок. Из-за быстрого снижения градусов нагрева в структуре возникает сильное напряжение, температура распределяется неравномерно, что может привести к растрескиванию и искривлению.

Способы подбирают с учетом состава материала. Заэвтектоидные стальные изделия лучше всего выдерживать именно в одном охлаждающем. Заготовки со сложной геометрией поддают обработке в двух средах. Изначально их охлаждают в воде до 400⁰, потом кладут в масло, оставляя в нем до окончательного остывания.

Ступенчатая закалка не допускает случайного растрескивания и искажения. Изделие помещают в ванну, прогретую свыше 250⁰, затем окунают в масло или оставляют остывать на воздухе. Процедура уместна для болванок из углеродистого материала с сечением до 10 мм, а также крупных заготовок из легированной стали.

Процесс изотермическим методом выполняют жидкой солью, обеспечивая большую выдержку, чем при ступенчатой процедуре. Данный способ позволяет охладить заготовку с любой скоростью, поверхность не растрескивается, деталь не коробится, сохраняется нужная вязкость.

Светлая выполняется в защитной среде. Заготовку нагревают в специализированной печи. Чтобы поверхность приобрела светлый чистый цвет, процесс выполняют ступенчато. Предмет подогревают в хлористом натрии, затем опускают в расплавленную щелочь для остывания.

Лазерная — осуществляется лазерами при 103 - 104 Вт/см2. На обработанном основании формируется закаленная полоса, состоящая из зоны оплавления, отпуска и участка нагрева. Метод необходим для повышения устойчивости к степени нагрева, износу, коррозии и механическому влиянию, а также другим показателям. Компания «Сармат» предлагает широкий ассортимент металлообрабатывающих станков отечественного производства с доставкой по всей территории России. Комплектация подбирается с учетом целей.

Нормализация металла: технология процесса, температура закалки для обычной и низкоуглеродистых стали

Процедура представляет собой нагрев свыше показателей критической точки, выдерживание и охлаждение естественным образом на воздухе. Она позволяет получить нормализованную структуру материала. Ее используют для поверхностей различных типов. Температура должна превышать критические показатели на 50⁰. Время выдержки рассчитывают, руководствуясь нормой: на 1 час приходится 25 мм толщины болванки.

Заготовки большого сечения нагревают в соляной ванне, придерживаясь технологии. Это позволяет снизить внутреннее напряжение, избежать деформации и растрескивания. Когда нагрев поверхности снижается ниже критической точки, возможно быстрое охлаждение в масле или воде.

Отпуск стали после закалки: таблица

Он используется после закаливания. Ее применяют для металлических болванок, из которых будут изготовлены инструменты. Заготовку изымают из охлаждающей среды в определенный момент до наступления полного остывания. Остаточное тепло из сердцевины выходит наружу, нагревая поверхность. После того как достигнуты заданные показатели, охлаждение продолжают до полного остывания. Характеристки выдержки контролируют по таблице.

№ п/п	Марка	Твёрдость (HRCэ)	Температ., град.С	Температ. отпуска, град.С	Температ. зак. ТВЧ, град.С	Температ. цемент., град.С	Температ. отжига, град.С	Закал. среда	Прим.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	20	57…63	790…820	160…200		920…950		Вода
2	35	30…34	830…840	490…510				Вода
33…35	450…500
42…48	180…200	860…880
3	45	20…25	820…840	550…600				Вода
20…28	550…580								Вода
24…28	500…550
30…34	490…520
42…51	180…220				Сеч. до 40 мм
49…57	200…220	840…880
<= 22					780…820		С печью
4	65Г	28…33	790…810	550…580				Масло	Сеч. до 60 мм
43…49	340…380				Сеч. до 10 мм (пружины)
55…61	160…220				Сеч. до 30 мм
5	20Х	57…63	800…820	160…200		900…950		Масло
59…63		180…220	850…870	900…950		Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
«—					840…860
6	40Х	24…28	840…860	500…550				Масло
30…34	490…520
47…51	180…200				Сеч. до 30 мм
47…57		860…900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
48…54						Азотирование
<= 22					840…860
7	50Х	25…32	830…850	550…620				Масло	Сеч. до 100 мм
49…55	180…200				Сеч. до 45 мм
53…59	180…200	880…900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
< 20					860…880
8	12ХН3А	57…63	780…800	180…200		900…920		Масло
50…63		180…200	850…870		Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
<= 22					840…870		С печью до 550…650
		23…29	930…950	650…670				Масло	Сеч. до 100 мм
<= 22		650…670					Нормализация 930…970
HV > 670							Азотирование
10	7ХГ2ВМ	<= 25					770…790		С печью до 550
28…30	860…875	560…580				Воздух	Сеч. до 200 мм
58…61	210…230				Сеч. до 120 мм
11	60С2А	<= 22					840…860		С печью
44…51	850…870	420…480				Масло	Сеч. до 20 мм
12	35ХГС	<= 22					880…900		С печью до 500…650
50…53	870…890	180…200				Масло
13	50ХФА	25…33	850…880	580…600				Масло
51…56	850…870	180…200				Сеч. до 30 мм
53…59		180…220	880…940			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
14	ШХ15	<= 18					790…810		С печью до 600
59…63	840…850	160…180				Масло	Сеч. до 20 мм
51…57	300…400
42…51	400…500
15	У7, У7А	НВ <= 187					740…760		С печью до 600
44…51	800…830	300…400				Вода до 250, масло	Сеч. до 18 мм
55…61	200…300
61…64	160…200
61…64	160…200				Масло	Сеч. до 5 мм
16	У8, У8А	НВ <= 187					740…760		С печью до 600
37…46	790…820	400…500				Вода до 250, масло	Сеч. до 60 мм
61…65	160…200
61…65	160…200				Масло	Сеч. до 8 мм
61…65		160…180	880…900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
17	У10, У10А	НВ <= 197					750…770
40…48	770…800	400…500				Вода до 250, масло	Сеч. до 60 мм
50…63	160…200
61…65	160…200				Масло	Сеч. до 8 мм
59…65		160…180	880…900			Водный раствор	0,2…0,7% поли-акриланида
18	9ХС	<= 24					790…810		С печью до 600
45…55	860…880	450…500				Масло	Сеч. до 30 мм
40…48	500…600
59…63	180…240				Сеч. до 40 мм
19	ХВГ	<= 25					780…800		С печью до 650
59…63	820…850	180…220				Масло	Сеч. до 60 мм
36…47	500…600
55…57	280…340				Сеч. до 70 мм
20	Сталь Х12М	61…63	1000…1030	190…210				Масло	Сеч. до 140 мм
57…58	320…350
21	Сталь Р6М5	18…23					800…830		С печью до 600
64…66	1210…1230	560…570 3-х кратн.				Масло, воздух	В масле до 300…450 град., воздух до 20
26…29	780…800					Выдержка 2…3 часа, воздух
22	Сталь Р18	18…26					860…880		С печью до 600
62…65	1260…1280	560…570 3-х кратн.				Масло, воздух	В масле до 150…200 град., воздух до 20
23	Пружин. сталь Кл. II			250…320					После холодной навивки пружин 30-ть минут
24	Сталь 5ХНМ, 5ХНВ	>= 57	840…860	460…520				Масло	Сеч. до 100 мм
42…46				Сеч. 100..200 мм
39…43				Сеч. 200..300 мм
37…42				Сеч. 300..500 мм
НV >= 450				Азотирование. Сеч. св. 70 мм
25	Сталь 30ХГСА	19…27	890…910	660…680				Масло
27…34	580…600
34…39	500…540
«—					770…790		С печью до 650
26	12Х18Н9Т	<= 18	1100…1150					Вода
27	40ХН2МА, 40ХН2ВА	30…36	840…860	600…650				Масло
34…39	550…600
28	ЭИ961Ш	27…33	1000…1010	660…690				Масло	13Х11Н2В2НФ
34…39	560…590				При t>6 мм вода
29	20Х13	27…35	1050	550…600				Воздух
43,5…50,5	200
30	40Х13	49,5…56	1000…1050	200…300				Масло

Криогенная обработка

Это вид термообработки металлов, предполагающий обработку предмета с помощью влияния низкой температуры. В качестве низкотемпературной среды используется жидкий азот, кипящий при -195,8⁰. Метод уместен для улучшения механических характеристик инструментальных и тугоплавких сталей. Процедура улучшает показатели в 1,5-3 раза. Достоинством является однократность процесса.

Глубокое воздействие холодом позволяет сохранить высокие механические свойства на протяжении всего срока службы режущих инструментов. Контроль параметров охлаждение-отпуск-нагрев-выдержка осуществляется компьютером. Компания «Сармат» предлагает широкий ассортимент металлообрабатывающего оборудования на базе ЧПУ, в том числе универсальные и мобильные станки. Допускается покупка оборудования в лизинг.

Благодаря трансформации остаточного аустенита в мартенсит обеспечивается нужная прочность и износоустойчивость. Данный вид при низкой температуре используется с целью стабилизации формы для деталей, где не допускаются погрешности допуска на заготовках титана и алюминия. Повышение ударной прочности происходит при выделении карбидов легирующих элементов. Их количество увеличивается при понижении температуры крио и увеличении срока выдержки. Карбиды заполняют микроскопические пустоты на границах трещин, делая кристаллическую решетку когерентной.

Преимущества термической обработки как вида закалки для цветных и обычных металлов и сплавов

Воздействию подвергают различные категории, выполняя обработку. К достоинству обработки относят:

• • износоустойчивость металлического изделия;
• • увеличение технических показателей заготовки;
• • снижение затрат на изготовление новых деталей;
• • уменьшение вероятности получения брака во время производства.

Осуществляют в специализированных печах, оснащенных регулировкой нагрева. Режим выставляется в соответствии с особенностями закалки определенного типа поверхностей.

Что такое химико-термическая обработка металлов: общие принципы и назначение для стали

Технология заключается в трансформации наружного слоя посредством изменения его структуры и состава. Ниже рассмотрим ее особенности. Процедура позволяет получить твердость и износоустойчивость. Состав элементов меняется из-за проникновения их в материал из используемой среды. Структура и состав внешней поверхности трансформируется. Технология осуществляется в несколько этапов:

• • диссоциация – разложение в условиях газа молекул и различных соединений с последующим созданием активных атомов;
• • адсорбция – забор свободных атомов из газа;
• • диффузия – попадание вглубь металла абсорбированных атомов под воздействием их тепловой энергии без стороннего воздействия.

Процесс осуществляется посредством нагревания детали и выдержки ее в активной среде, содержащей необходимые химические компоненты. Концентрация охладителя бывает различной. Качество слоя зависит от правильности сочетания всех этапов.

Виды химико-термической обработки металла и сплавов, описание

Основными считаются наполнение углеродом, азотом, диффузную металлизацию. Подогрев в жидкости предполагает выдерживание предмета в расплавленной соли либо железе. С помощью газового способа получают восстановительные и обменные реакции, диссоциации и диспропорционирования.

Цементация стали – что это

Это наполнение углеродом внешнего слоя заготовок, в котором количество химического элемента не превышает 25%. Процедура улучшает плотность поверхности, ее износоустойчивость и твердость. При этом нижние слои остаются вязкими. Обработка уместна для заготовок, подвергающихся контактному износу. В конце выполняют закаливание и отпуск, контролируя качества операции.

Метод уместен по окончании механической обработки посредством покрытия изделия обмазками или слоем меди. Степень нагрева детали зависит от состава. Чем меньше в ней углерода, тем выше нагрев. Для абсорбирования и диффузии минимальный порог нагрева составляет не менее 900-950⁰. Рассмотрим ниже процесс метода цементации металла, что это такое.

Насыщение углеродом осуществляют каменноугольным полукоксом, торфяным коксом либо древесным углем. Концентрация химического вещества на поверхности составляет до 1%, иначе материал становится хрупким. Далее его нормализуют. Цементацию в газе выполняют бензолом, метаном либо керосином.

Азотирование стали – что это

Это наполнение внешнего слоя азотом при подогреве в среде аммиака до 480-650⁰. Оно повышает устойчивость к коррозии и износу. При насыщении размер детали увеличивается. Степень изменения зависит от температуры и состава. Чаще всего применяют диапазон 500-520⁰. Выдерживая при таких параметрах в течение 24-90 часов можно увеличить толщину до 0,5 мм.

Нитроцементация или цианирование

Так называют разновидность азотирования. Рассмотрим, в чем отличие от поверхностной нитроцементации (закалки) стали, что это такое. Процесс представляет собой наполнение внешнего слоя одновременно углеродом и азотом. Процедуру проводят на материалах, количество азота в которых составляет 0,3-0,4%. Пропорция веществ регулируется температурой. Чем она выше, тем больше остается углерода. При пересыщении обоими компонентами изделие становится хрупким. Ее также именуют нитроцементацией. Ее проводят в газе или жидкости. Высокотемпературная процедура позволяет избежать деформации.

Диффузионная металлизация

Она предполагает обогащение поверхностей другими химическими элементами. В отличие от цементации замещающий слой получается несколько раз тоньше из-за медленно протекающей диффузии. Его выполняют при подогреве до 1000-1200⁰. Процесс требует длительного времени. К основным видам процесса относят наполнение бором, хромом, алюминием и кремнием.