В каком масле закаляют сталь?

В каком масле закаляют сталь? 15.03.2009 Закалочные масла и термическая обработка металлов Закалка – это вид термической обработки изделий из металлов и сплавов для придания им высокой
Содержание

В каком масле закаляют сталь?

В каком масле закаляют сталь?

15.03.2009
Закалочные масла и термическая обработка металлов

Закалка – это вид термической обработки изделий из металлов и сплавов для придания им высокой твердости, прочности, износостойкости

Виды термической обработки металлов

Отжиг
Назначение процесса
Уменьшение твердости стали для повышения обрабатываемости; улучшение структуры; снятие внутренних напряжений; достижение большей однородности металла.
Описание процесса
Медленный нагрев до 740-850 0С *, выдержка, медленное охлаждение

Нормализация
Назначение процесса
Сталь приобретает повышенные значения прочности, твердости и ударной вязкости и более низкую пластичность по сравнению с отожженной.
Описание процесса
Нагрев до температуры выше критической* (температуры изменения типа кристаллической решетки), выдержка, охлаждение на спокойном воздухе.

Закалка
Назначение процесса
Достижение высокой твердости, прочности, и, следовательно, износостойкости стали.Образуется неравновесная структура, требует последующего отпуска.
Описание процесса
Нагрев до температуры выше критической * (температуры изменения типа кристаллической решетки), выдержка, быстрое охлаждение.

Отпуск
Назначение процесса
Получение более высокой пластичности и уменьшение хрупкости мартенситной структуры при сохранении уровня прочности; освобождение от напряжений
Описание процесса
Нагрев от 150-260 0С до 370-650 0С *, выдержка, медленное охлаждение на воздухе.

Примечание: * Температура зависит от типа обрабатываемого металла

Влияние масла при термической обработке металлов

  • Проводится нагрев выше критической температуры (температуры изменения типа кристаллической решетки) закалку сталей называют «закалка на мартенсит».
  • Выдержка при заданной температуре.
  • Быстрое охлаждение в жидкости (воде или масле).

    Важны:

  • температура нагрева
  • продолжительность нагрева
  • скорость охлаждения

    При закалке в масле на изделии образуется значительно меньше тепловых трещин, чем при закалке в воде.

    Типы закалки:

    Холодная закалка (30-80 0 С):

  • термическое улучшение деталей свободной ковки и объемной штамповки закалка ручных инструментов;
  • непосредственная закалка из кузнечного жара термическое улучшение заготовок;
  • закалка листовых и винтовых пружин;
  • закалка высокопрочных болтов, гаек, подкладных шайб, и т.п.
    Горячая закалка(165-220 0 С):
    Закалка деталей высокой точности (например, деталей приводного механизма автомобилей), где необходимо исключить опасность искривления поверхности.
    Вакуумная
    Закалка инструментальной, подшипниковой, жаропрочной, быстрорежущей стали.

    Это масла, используемые в качестве рабочей среды в процессах термической обработки металлов. Позволяют получать стальные изделия с заданными значениями твердости, требуемой структуры и чистоты поверхности.


    Важные критерии выбора масла:

  • температура вспышки масла в открытом тигле (определяется качеством базового масла) — должна быть на 30 0 С ниже температуры процесса
  • обеспечиваемая скорость охлаждения (может регулироваться пакетом присадок).
    Для повышения эффективности процессов закалки в масла добавляют следующие типы присадок:
  • улучшающие эксплуатационные свойства масел;
  • влияющие на скорость закалки (отвод тепла);
  • способствующие удалению остатков масла при промывке деталей после закалки.

    Закалочные масла должны обладать следующими свойствами:

  • высокая термическая и химическая стабильность
    (сохранение свойств в течение всего срока службы)
  • моющие свойства
    (в масле накапливаются осадки, окалина с поверхности деталей)
  • высокая стойкость к испарению
    (использование в открытых закалочных резервуарах)
  • хорошие антипенные свойства
    (сильное завихрение горячего масла в закалочных резервуарах)
  • определенный уровень вязкости
    (зависит от температуры закалки; влияет на потери масла при извлечении деталей из резервуаров)
  • отсутствие воды
    (влияет на вспенивание масла; создание «мягких мест» на поверхности закаливаемых деталей)

    История выпуска закалочных масел

  • Распад СССР и развал экономических связей между предприятиями, которые «разошлись» в различные бизнесс-группы, повлиял на прекращение выпуска масел МЗМ традиционными производителями. Предприятия-потребители ЗМ вынуждены были в ущерб качеству и безопасности использовать масла без присадок (как наиболее дешёвые) или закупать дорогие импортные закалочные масла;
  • Закалочные масла серии МЗМ были освоены для нужд автомобильной промышленности взамен импортных;
  • В конце 90-х годов малые и средние предприятия (блэндинги) начали активно осваивать производство закалочных масел. Такие предприятия не могли:
    — Полностью обеспечить потребность в таких маслах;
    — Обеспечить качество масел из-за отсутствия стабильных источников сырья, а также использования «экономичных» рецептур;
  • В настоящее время на рынке России имеется ряд производителей закалочных масел, но лишь один из них обладает собственными ресурсами базовых масел
  • Появилась возможность выбора технологии закалочных масел: начиная от более простой и проверенной для получения конкурентных по показателю цена/качество продуктов и заканчивая использованием импортных пакетов, позволяющих влиять даже на скорость закалки (скорость охлаждения)

    Серия Газпромнефть Термойл

  • Диапазон вязкости при 50 0С от 16 до 120 мм2/с позволит использовать масла как охлаждающую среду при температурах до 220 0С, в зависимости от условий и назначения процесса термообработки.
  • Масла серии Газпромнефть Термойл изготовлены по проверенной технологии и обладают полным набором стабильных эксплуатационных свойств.
  • Проводится работа по программе испытаний серии Газпромнефть Термойл у основных потребителей, таких как КАМАЗ и АВТОВАЗ.

    Основные потребители закалочных масел
    ОАО «АВТОВАЗ»
    ЗАО «Челябпроммаш»
    Камский автозавод – КАМАЗ
    Завод имени Лихачева – ЗиЛ
    Чебоксарский тракторный завод – ЧЗПТ
    Челябинский тракторный завод – ЧТЗ
    Владимирский тракторный завод – ВТЗ
    Волгоградский тракторный завод – ВгТЗ
    Липецкий тракторный завод – ЛТЗ
    Ростсельмаш
    Уральский завод тяжелого машиностроения
    Ижорские заводы
    Новокраматорский машиностроительный завод
    Красноярский завод тяжелого машиностроения
    ОАО «ПО СЕВМАШ»
    ОАО «Восточно-Сибирский машиностроительный завод»

    Производители закалочных масел

    В России закалочные масла производят:
    ТНК-СМ ——> Термо 16, 26
    ООО «Волгохимнефть» ——> ВОЛТЕС МЗ-16, 26, 120
    ЗАО «Карбон Инвест» ——> масло Термойл
    ООО «Полиэфир» ——>масла МЗМ-16, МЗМ-26, МЗМ-120

    Импортные масла:
    TOTAL DRASTA C ——> масла для холодной закалки
    TOTAL DRASTA H ——> масла для горячей закалки
    Shell Valuta ——> для горячей закалки
    Fuchs THERMISOL QB ——> масла для холодной закалки
    Fuchs THERMISOL QH ——> масла для горячей закалки
    Fuchs THERMISOL QW ——> масла для изотермической закалки

    Как правильно самому закалить металл и сталь в домашних условиях: нагрев и отпуск железа в масле своими руками

    Процесс термической металлообработки кажется сложным. Но его можно провести даже дома, правда – с дополнительной подготовкой. Перед началом лучше почитать нашу статью о том, как правильно самому закалить деталь или сверло или вал в домашних условиях в масле.

    Введение

    Есть характеристика стали – наследственная и приобретенная зернистость. Размер зерна может быть меньше и больше, а также он меняется под воздействием высоких температур. Насколько быстро – зависит от количества примесей. Нельзя однозначно сказать, какая кристаллическая решетка, какие соединения лучше. В одних случаях от этого зависит прочность, в других пластичность. Этот показатель необходимо менять в зависимости от того, какая обработка предстоит. Если листовую сталь или профиль планируют подвергнуть резке, то следует провести процедуру, приводящую к укрупнению зерна. А если работа предстоит с высокоуглеродистой сталью, то лучше обрабатываются заготовки с мелкозернистой структурой.

    Изменить зернистость достаточно трудно. При этом нужно учитывать наследственную склонность. Это не значит, что сплав в любом случае будет иметь крупные зерна, но при одинаковом нагреве двух брусков с различной наследственностью один быстрее другого произведет рост соединений. Поэтому фактор очень важен при подборе нагрева. Так не каждый как правильно закалять металл в домашних условиях можно только выборочно, следует знать химический состав.

    Сплав имеет множество примесей. Среди них:

    • Феррит. Это основополагающий элемент, которого больше всего. Он несет основные свойства, остальные вещества только увеличивают или уменьшают их.
    • Перлит. Увеличивает твердость и прочность на растяжение и сжатие.
    • Цементит. Химическая формулы – железо с углеродом. И хоть элемент «С» увеличивает прочностные характеристики, если применять FeC чистым, то можно удивиться его хрупкости.
    • Графит. Высокоуглеродистые дамасские стали получаются при насыщении этой примесью в момент обработки методом ковки.
    • Аустенит. Формируется в момент очень высокого нагрева. При этом увеличивается пластичность, а также исчезают магнитные свойства.

    Если углерода в составе от 0% до 2,18%, то мы имеет дело со сталью – низкоуглеродистой (до 0,8%) или углеродистой. А если его больше, чем 2,18%, то перед нами прочный чугун. Делаем вывод: характеристики зависят от двух причин:

    • количество примесей;
    • степень термальной обработки.
    Читайте также  Как поточить коньки в домашних условиях?

    И если первое вы не сможете изменить самостоятельно, то второе – наверняка.

    Технологические нюансы: как правильно закаливать металл

    Сама процедура включает в себя три шага – нагрев, выдержку и остывание. Оттого, какой результат вы хотите получить и на каком материале работаете, выбирают различные параметры: предел, продолжительность, а также способы охлаждения. Приведем таблицу с несколькими марками стали:

    Марка Температура в градусах Среда охлаждения
    у9, у9а, у10, у10а от 770 до 800 вода
    85хф, х12 от 800 до 840 масло
    хвт от 830 до 830
    9хс от 860 до 870
    хв5 от 900 до 1000
    9х5вф от 1000 до 1050
    р9, р18 от 1230 до 1300 селитра

    Есть две основные цели термообработки:

    • повышение прочности – это необходимо для ножей, топоров, сверл и других инструментов, которыми обрабатывают твердые поверхности;
    • увеличение пластичности изделия. Например перед тем, как ковать или гнуть – применяется скорее не в быту, а при небольшом частном деле.

    При проведении технологии нагрева следует следить за цветом заготовки. Он должен быть насыщенно-красным с оранжевым или желтоватым отливом в зависимости от типа. На поверхности не должно образовываться черных или иного цвета пятен.


    При проведении технологии нагрева следует следить за цветом заготовки. Он должен быть насыщенно-красным с оранжевым или желтоватым отливом в зависимости от типа. На поверхности не должно образовываться черных или иного цвета пятен.

    Как правильно закаливать металл и железо, если нет специальной печи для обжига? Применять паяльную лампу или развести обычный костер – его температура и продолжительность горения достаточно велики для того, чтобы выполнить работу, не превышающую бытовых нужд.

    Охлаждение можно проводить различными способами. Если срочно нужно сбить нагрев на одном участке изделия, то можно воспользоваться направленной струей холодной воды. Водное, а значит быстрое, остывание необходимо для легированных и углеродистых сталей. После нагрева следует взять элемент щипцами (если это небольшой нож, топор) и поместить в заранее подготовленную емкость с жидкостью. При отпуске следует охлаждать постепенно – сперва водой, а затем маслом.

    И третий вариант – постепенное остывание на свежем воздухе. Тоже эффективный способ, когда нужно оставить небольшой эффект пластичности. Посмотрим видео по этой теме:

    Термообработка: как лучше закалить железо в домашних условиях

    Это процесс нагрева с дальнейшим охлаждением для изменения свойств. Помещаем в печь обычный сплав, а достаем – закаленный, который менее восприимчив к внешним деформациям. Для чего это нужно? При первичной обработке, например при штамповке, резке или литье, внутри сплава появляются внутренние напряжения, которые очень негативно воздействуют на прочностные характеристики и увеличивают хрупкость. Есть четыре типа термообработки:

    • Отжиг. Необходим для образования феррита и перлита. Заключается в нагреве в печи до 680-740 градусов, когда уже пройдет порог рекристаллизации. В результате распадаются старые молекулярные связи и образуются новые. Затем следует некоторая выдержка при температурном режиме 400-500, в конце – остывание, медленное, вместе с нагревательным элементом и просто открытыми дверьми.
    • Нормализация – аналогичная процедуре для снятия внутреннего напряжения, но нагрев – выше, а охлаждение гораздо быстрее.
    • Закалка. Основной происходящий процесс – изменение зернистости, что приводит к нужным результатам. Остывание очень быстрое, часто в воде или масле.
    • Отпуск. Бывает в нескольких режимах. О нем поговорим отдельно.

    Проверка твердости после закаливания металла в домашних условиях

    Привычное для всех в обиходе слово является точным термином и применяется преимущественно к цельным изделиям. Для проверки в поверхность вдавливается шарик или конус из инструментальной стали, а дальше по формулам производится расчет в зависимости от того, насколько глубокий след остался и какая сила была приложена. Есть еще один вариант – прибор Роквелла, но его использование дома или в квартире практически невозможно.

    Единица измерения твердости – HRC. Для сравнения значений:

    • нож кухонный, крепкий, дорогой — от 55 до 63;
    • мелкие шестеренки в машинух — от 52 до 58;
    • наконечники, инструменты для дрели, сверла — от 60 и выше.

    Закалка и отпуск металла в домашних условиях своими руками в масле

    Для закалки углеродистых и легированных сталей, лучше всего использовать масляную жидкость. Причины следующие:

    • на поверхности заготовки не находится пузырьки;
    • поток стимулирует более активную теплоотдачу;
    • чтобы не менять тару, чтобы получить две ступени остывания.

    Есть специальный аппарат – пирометр – он напоминает градусник, но измерения проводят без непосредственного контакта. Он дорогостоящий, поэтому для домашней работы покупать его не стоит. Посмотрим таблицу цветов, как по ней определять температуру:

    Наименование цвета Температура в градусах Цельсия
    Ослепительно белый 1250-1300
    Светло-желтый 1150-1250
    Темно-желтый 1050-1150
    Оранжевый 900-1050
    Светло-красный 830-900
    Светло-вишнево-красный 800-830
    Вишнево-красный 770-800
    Темно-вишнево-красный 730-770
    Темно-красный 650-730
    Коричнево-красный 580-650
    Темно-коричневый 530-580

    Отпуск

    Обработка требуется для того, чтобы убрать напряжения, образованные при первичной обработке. Различают три степени:

    • низкая — для ножей, медицинских инструментов, ножниц, лезвий;
    • средняя — для топоров, пил, дисков для распиловки дерева;
    • высокая — для деталей, необходимых в машиностроении.

    Для определения побежалости также есть таблица цветов:

    Наименование цвета Температура в градусах Цельсия
    Серый 325
    Светло-синий 310
    Ярко-синий 295
    Фиолетовый 285
    Пурпурно-красный 275
    Красно-коричневый 265
    Коричнево-желтый 255
    Соломенно-желтый 240
    Светло-желтый 225
    Светло-соломенный 200

    Выбор режима следует осуществлять согласно данным:

    Вид отпуска Температура в градусах Цельсия Фазовый состав Применение
    Низкий 120-250 Мартенсит отпуска Измерительные инструменты, штампы холодного деформирования
    Средний 350-500 Троостит отпуска Пружины, рессоры, штамповый инструмент горячего деформирования
    Высокий 500-650 Сорбит отпуска Валы, кулачки, червячные механизмы, шестерни

    Как закалять сталь в домашних условиях: особенности процесса

    Рекомендации для правильной закалки:

    • нагрев — медленный и постепенный;
    • образование темных пятен на поверхности говорит о быстром перегреве;
    • дождитесь насыщенного алого цвета;
    • режим отпуска должен соответствовать степени закала.

    Последний совет можно выполнить, если ознакомиться с таблицей:

    Изготовление камеры для закаливания

    Название такой конструкции – муфельная печь. Она делается из огнеупорной глины, которую нужно заливать в любую форму, например, подготовленную из картона. Слой должен быть – 0,8-1 см. Нагревательный элемент – нихромовая спираль из проволоки. Посмотрим видео с подробной инструкцией:

    Оборудование и особенности закалки

    Дома могут быть использованы:

    • электрическая или муфельная печь;
    • паяльник;
    • большой костер на улице.

    Выбор нужно осуществлять согласно размерам детали и типу сплава, максимальной температуре нагрева.

    Повышение твердости на открытом огне

    Если вы не хотите делать горн с поддувом, можно использовать обычный мангал или камин, посмотрим, как это делают на видео:

    В статье мы рассказали, как сделать закаленную сталь. Так как процедура сопряжена с риском, просим соблюдать технику безопасности.

    Выбор охлаждающей среды при закалке. Вода, масло.

    Наиболее часто в качестве охлаждающей жидкости при закалке используются вода и масло. Строго говоря, ни то ни другое полностью не соответствуют необходимым требованиям, к которым относятся:

    1) быстрое охлаждение в интервале температур минимальной устойчивости аустенита — 650—550°С (см. с. 19);

    2) охлаждение с умеренной скоростью в интервале температур мартенситного превращения — 300—200°С. Последнее обусловлено тем, что мартенситное превращение происходит не одновременно по всему объему детали: раньше оно начинается у поверхности, в результате чего появляются внутренние напряжения и возможны трещины. При меньшей скорости охлаждения такие напряжения также будут меньшими.

    В первый период, в интервале температур 800—400°С, вода охлаждает со скоростью примерно 200°С/с. Этого вполне достаточно, чтобы предотвратить распад аустенита в углеродистой стали и обеспечить закалку. Во второй период, в интервале температур 400—100°С, скорость охлаждения в воде резко возрастает (до 400— 800°С/с). А надо было бы как раз наоборот, чтобы в этот период скорость уменьшилась, с тем чтобы снизить напряжения при образовании твердой, но хрупкой мартенситной структуры.

    Существует неправильное представление о том, будто бы нагрев воды существенно уменьшает опасность образования трещин. При нагреве воды до 40—50°С скорость охлаждения в первый период снижается до 100°С/с и ниже, в то время как во второй период она, хотя также снижается, но остается все же сравнительно высокой — 350—550°С/с.

    При закалке в масле скорость охлаждения получается значительно меньшая, чем в воде. В первый период, при температуре 650—550°С, масло охлаждает со скоростью примерно в 6 раз меньшей, чем циркулирующая вода. Этого уже недостаточно для закалки углеродистых сталей, но вполне подходит для легированных. Зато во второй период, при температуре 200°С, скорость охлаждения в масле в 28 раз ниже, чем в воде. Это значительно уменьшает закалочные напряжения и опасность образования трещин. Такое преимущество масла позволяет закаливать в нем крупные детали сложной формы, не опасаясь возникновения трещин.

    Читайте также  Что нужно для сварки аргоном?

    Закаливающая способность масел мало зависит от температуры. Так, при нагреве до 120—150°С скорость охлаждения в масле изменяется всего на 50°С/с. Практически это не влияет на результаты закалки. Не следует, однако, с учетом противопожарной безопасности допускать, чтобы температура закалочного масла была более 80—90°С. Перегретое масло слегка дымит. Это опасный признак. В случае вспышки масла бак следует немедленно закрыть крышкой или листами железа.

    Закаливающая способность различных масел при одной и той же температуре зависит от их вязкости. В процессе работы вязкость масла постепенно повышается, и, следовательно, закаливающая способность его падает. Это происходит в основном по двум причинам: во-первых, вследствие насыщения масла продуктами его термического разложения и, во-вторых, благодаря попаданию в масло механических примесей (окалины и пр.).

    Масло становится непригодным для закалки и подлежит замене, если одна или несколько его характеристик, устанавливаемых при контроле, превосходят следующие предельные нормы:

    1) повышение вязкости более чем на 40% по сравнению с исходной;

    2) содержание смол более 10%;

    3) содержание механических примесей более 0,15%;

    4) кислотность более 2—2,5 мг КОН/г.

    Промышленностью освоен выпуск специальных закалочных масел серии МЗМ. Они содержат присадки, повышающие стойкость против окисления, улучшающие моющие свойства и снижающие пенообразование. В зависимости от марки такие масла можно использовать при температурах от 70 до 175°С.

    Хорошие результаты получаются при использовании для закалки водовоздушной смеси. С этой целью применяют форсунки, в которых вода распыляется с помощью сжатого воздуха. Регулируя соотношение воды и воздуха, а также давление смеси, можно изменять скорость охлаждения. Это особенно важно при закалке крупных деталей, когда охлаждение в воде может вызвать трещины, а охлаждение в масле не обеспечивает получения необходимой твердости. При давлении воздуха 3 ат и расходе воды 100 л/ч скорость охлаждения получается примерно такой же, как и в масле.

    Характеристики закалочных масел

    Mасла достаточно часто применяются в качестве закалочной среды для некоторых низкоуглеродистых сталей и для более широкого спектра средне- и высокоуглеродистых сталей различного легирования. На закаливающую способность масла влияет много факторов, основными из которых являются физико-химические характеристики: вязкость и плотность при различных температурах, теплопроводность, стойкость против шлакообразования (стойкость против старения).

    Для того, чтобы понимать, как и в какой степени эти факторы влияют на закаливаемость, нужно более детально рассматривать процесс охлаждения стали. Закалка не является идеально прямой линией между осью ординат и областью минимальной устойчивости аустенита.

    Эта линия имеет изгибы, соответствующие разной скорости на разных этапах охлаждения. Такие изменения скоростей являются следствием процессов, происходящих в системе деталь — охлаждающая среда при закалке.

    При погружении изделия в закалочную ванну, на его поверхности образуется паровая рубашка, которая имеет низкий коэффициент теплопроводности. Охлаждение на этой стадии протекает очень медленно и характеризуется неравномерностью. Данная фаза длится несколько секунд и является самым важным этапом охлаждения, т.к. при завершении паровой фазы, начинается фаза пузырькового кипения со структурообразующими, критическими скоростями. Фактически, паровая фаза сдвигает диаграмму изотермического превращения аустенита влево, ровно на столько, сколько она длится и снижает температуру начала интенсивного охлаждения. Ускорить протекание этого этапа охлаждения можно при помощи активного перемешивания масла. Здесь, основным показателем эффективности этого мероприятия служит кинематическая вязкость масла. Это свойство зависит от температуры процесса и от природы производства масла. Кинематическая вязкость определяет, с какой скоростью будет двигаться масло в закалочной ванне при перемешивании. Однако следует учитывать, что высокие скорости движения среды могут вызвать сильное вспенивание.

    Стадия пузырькового кипения начинается когда целостность паровой пленки нарушается и поверхность детали соприкасается с охлаждающей средой. При этом температура поверхности охлаждаемого изделия быстро понижается до температуры кипения масла и остается постоянной до окончания кипения. Интенсивность охлаждения зависит от теплоты парообразования применяемого масла. Чем больше значение теплоты, тем выше скорость охлаждения.

    Далее кипение прекращается, и охлаждение происходит в результате конвективного теплообмена. Скорость охлаждения в этой стадии зависит от вязкости и теплопроводности масла, а также от разности температур изделия и охладителя.

    Кроме описанных свойств, для оценки качества масла могут применяться и другие характеристики. Температура вспышки — очень важное свойство в плане противопожарной безопасности. Как правило, в производстве используют масла с температурой вспышки на 50-60 градусов выше, чем температура процесса. Плотность масла может указать на природу его происхождения и способ обработки. Однако присадки могут изменить это значение, поэтому характеристика плотности не может служить адекватным показателем качества. Стойкость против старения — показатель экономической эффективности использования того или иного масла. Это время нормальной работы охлаждающей среды до образования продуктов горения и шлака на дне и стенках ванны. Время смены масла чаще определяется практически, по изменению цвета закаливаемых изделий или появлением мягких пятен на поверхности. Производители закалочных масел предпочитают не указывать эту характеристику в документации.

    Еще одной экономической характеристикой качества масла является скорость уноса вещества с обрабатываемыми поверхностями деталей. Она не может быть однозначно определена, т.к. в большей степени зависит от конкретных условий использования (одиночный закалочный бак, бак в составе автоматической линии, с учетом времени на стекание или без учета). Однако эта характеристика находится в некоторой корреляции с вязкостью масла и чаще не превышает 1% площади обрабатываемых изделий. При сравнении характеристик масел, нужно обращать внимание на допустимое количество воды и посторонних примесей. Вода в масле может быть причиной неравномерной твердости и возгорания закалочного бака. Чем больше воды в масле, тем больше вероятность этих явлений.

    Идеальное закалочное масло должно охлаждать изделия максимально быстро в области минимальной устойчивости аустенита и максимально медленно в области Мн — Мк. Из выше сказанного следует, что при выборе такого идеального и безопасного закалочного масла, в первую очередь следует учитывать его вязкость, теплоту парообразования, теплопроводность и температуру вспышки.

    5 способов быстрой и эффективной закалки металла

    Закалка металла — нагревание до температуры каления, при которой структура его видоизменяется, и остывание в какой-либо жидкости (масле, воде) или на открытом воздухе. Делают такую обработку для того, чтобы повысить твёрдость материала. На производстве температура закалки определяется по диаграмме «железо-углерод».

    Отпуск и старение металла

    Часто путём закалки повышается не только твёрдость металла, но и его хрупкость, поэтому необходимо выполнять ещё один этап — отпуск, при котором прочность и твёрдость несколько снижаются, но материал становится более пластичным. Делают отпуск при температуре, ниже, чем в предыдущем процессе, и охлаждают металл постепенно.

    Можно проводить закалку без изменения структуры металла (полиморфного превращения). В этом случае не возникнет проблем с хрупкостью, но необходимая твёрдость не будет достигнута. А повысить её удастся путём ещё одного процесса термообработки, называемого старением. При старении происходит распад пересыщенного твёрдого раствора, в результате которого увеличивается прочность и твёрдость материала.

    Отпуск стали — это разновидность термообработки, используемая для деталей, закалённых до критической точки, при которой происходит полиморфное изменение кристаллической решётки. Он заключается в выдерживании металла определённый промежуток времени в нагретом состоянии и медленном охлаждении на открытом воздухе. Делают отпуск, чтобы снизить внутреннее напряжение, а также исключить хрупкость металла и увеличить его пластичность.

    При помощи старения достигается необходимая твёрдость закалённой стали. Старение может быть:

    • естественным, при котором самопроизвольно повышается прочность закалённого металла и снижается его пластичность. Происходит данный процесс при выдержке в естественной среде;
    • термическим. Такое старение — это процесс повышения твёрдости металла посредством выдержки при высоких температурах. По сравнению с первым видом, в данном случае может произойти перестаривание — это когда твёрдость, пределы прочности и текучести, достигая максимальной величины, начинают снижаться;
    • деформационным. Такое старение достигается при помощи пластической деформации закалённого сплава, имеющего структуру пересыщенного твёрдого раствора.

    Способы закалки

    Суть любой закалки — превращение аустенита в мартенсит (диаграмма «железо-углерод»). В зависимости от температурного режима, закалка может быть полной или неполной. Первым способом закаливают инструментальную сталь, а вторым — цветную.

    При закалке могут использоваться один или несколько охладителей. От этого также зависит способ термообработки. В зависимости от охлаждающей среды, термическая обработка металла может быть:

    • с использованием одного охладителя;
    • с подстуживанием;
    • прерывистой;
    • ступенчатой;
    • изотермической.

    Закалка в одном охладителе

    Данный метод применяется для термообработки простых деталей, изготовленных из легированной и углеродистой стали. Деталь нагревается до необходимой температуры, а затем охлаждается в жидкости. Углеродистую сталь диаметром от 2 до 5 мм охлаждают в воде, детали меньшего диаметра и всю легированную сталь — в масле.

    Закалка с подстуживанием

    При термообработке с одним охладителем часто возникают состояния термического и структурного внутреннего напряжения. Развиваются они в том случае, когда разность температур достигает минимума. На поверхности металла образуется напряжение растяжения, в центре — напряжение сжатия. Чтобы данные напряжения уменьшить, перед тем, как опустить нагретую деталь в жидкость, её недолго держат на открытом воздухе. Температура детали в данном случае не должна быть ниже линии 0,8К по диаграмме «железо-углерод».

    Читайте также  Как отличить титан от алюминия?

    Прерывистая

    Эту закалку проводят в двух средах — воде и масле или воде и воздухе. Нагретую до критической точки деталь сначала быстро охлаждают в воде, а потом медленно в масле или на открытом воздухе. Такой способ термообработки применяют для высокоуглеродистой стали. Этот метод — сложный, так как время охлаждения в первой среде очень мало и определить его сможет лишь специалист высокой квалификации.

    Ступенчатая

    При прерывистой термообработке деталь охлаждается неравномерно — более тонкие поверхности быстрее, чем все остальные. К тому же очень трудно отрегулировать время нахождения детали в первой среде (воде). Поэтому лучше использовать ступенчатую закалку. Данный метод позволяет охлаждать деталь в среде при температуре, превышающей мартенситную точку. Первая ступень — охлаждение и выдержка детали в данной среде до того момента, когда все сечения детали достигнут одной и той же температуры. Вторая ступень — окончательное медленное охлаждение (преобразование аустенита в мартенсит).

    Изотермическая

    При изотермической термообработке деталь нагревают до критической точки, а затем опускают в масляную или соляную ванну температурой 250 градусов. Выдерживают полчаса, а далее остужают на открытом воздухе. Такая закалка обеспечивает высокую конструкционную прочность и применяется для легированных и конструкционных сталей, у которых распад аустенита в промежуточной области не происходит до конца. В дальнейшем он превращается не в мартенсит, а в бейнит + 20% остаточный аустенит, обогащённый углеродом. Такой закалкой можно достичь высокой прочности при хорошей вязкости.

    Температурный режим

    Закалка — это превращение аустенита в мартенсит. На производстве при выборе температур термообработки пользуются диаграммой «железо-углерод». Температуру закалки углеродистых сталей определить очень легко. Нагрев конструкционной стали с содержанием углерода менее 0,8% доводят до температур, расположенных над линией GS и выше точки Ас3 на 30-50 градусов. Нагрев сталей, содержащих более 0,8% углерода, проводят при температурах на 30-50 градусов выше тех, которые расположены выше линии PSK. Температуру закалки легированной стали также выбирают, исходя из критических точек, но данный процесс много сложнее, так как помимо углерода такие стали содержат и другие компоненты.

    Выбор охлаждающей среды

    От выбора зависит качество детали:

    • для охлаждения простых деталей и изделий, изготовленных из углеродистых сталей применяют чистую воду;
    • для изделий сложных форм в качестве охладителя используют каустическую соду, смешанную с водой в соотношении 1:1. Приготовленный раствор нагревают до 50-60 градусов;
    • закалка металла в масле применима к тонкостенным деталям из легированных или углеродистых сталей.

    Углеродистую сталь, имеющую сложный состав, остужают в двух охладителях — сначала быстро в чистой воде, а затем медленно в ванне, наполненной маслом. Перемещать детали из воды в масло нужно очень быстро.

    Какую сталь подвергают закалке

    Какие бывают дефекты при закалке металла

    При несоблюдении режимов закалки могут появляться следующие дефекты:

    • трещины или коробление. Причина — внутреннее напряжение. Если коробление поддаётся рихтовке и выпрямлению, то трещины исправить никак нельзя. Это — окончательный брак;
    • пережог, который представляет из себя окислы по границам зёрен, возникающие из-за проникновения внутрь металлических изделий кислорода. Пережог возможен при нагреве металла до температуры, близкой к температуре плавления. Такой металл не подлежит исправлению;
    • перегрев. При нагреве металла свыше температуры каления происходит его перегрев, в результате которого образуется крупная структура. Такой металл обладает повышенной хрупкостью. Исправляется при помощи отжига и новой закалки;
    • низкая твёрдость. Недостаточная твёрдость получается при низкой температуре нагревания, недостаточной выдержке при необходимой температуре и маленькой скорости охлаждения. Данный дефект легко исправить при помощи отжига и ещё одной закалки;
    • окисление и обезуглероживание, которое происходит при воздействии металла с воздухом и печными газами. Окисленный слой, окалина, наносит непоправимый вред производству, ибо такой дефект исправить нельзя. Чтобы избежать проблемы, необходимо использовать печи с защитной атмосферой.

    Закалка стали в условиях дома или дачи

    Иногда случается такое, что необходима термообработка металла дома или на даче. Это происходит, если купленный инструмент оказался недокаленным или вообще незакалённым. Часто возникает необходимость закалить ножик, топор или сверло. Конечно, хорошую закалку можно провести только в условиях производства, но мужчины-умельцы отлично умеют это делать и на обыкновенном костре. Последовательность домашней закалки:

    • готовим две ёмкости. В одну наливаем минеральное масло, в другую — воду;
    • также нужно подготовить инструмент, при помощи которого будем класть закаливаемый металл в костёр и вынимать из него. Для этой процедуры подойдут клещи;
    • далее разводим костёр и ждём когда образуются угли. На них и кладём металлический предмет, который нужно закалить;
    • следим за цветом углей и окраской пламени. Раскалённые угли имеют белый цвет. А пламя не должно быть белым. Малиновый цвет пламени — оптимальный для процесса закалки в домашних условиях. Белое пламя говорит о слишком высокой температуре внутри костра, и деталь наша может просто сгореть;
    • также необходимо следить, чтобы на металлическом изделии не появлялись чёрные или синие пятна, которые говорят о деформации металла в результате чрезмерного размягчения. А если металл стал белым, то такую деталь можно смело выкидывать.
    • как только металлический предмет нагреется до нужной нам температуры, вытаскиваем его и опускаем сначала в масло. Делаем это трижды, первый раз на три секунды. Каждый раз время увеличиваем на столько же. Опускаем и вынимаем резко;
    • далее опускаем металлический инструмент в ёмкость с водой и оставляем там до тех пор, пока он полностью не остынет.

    Детали или предметы, имеющие вытянутую форму в воду помещаем вертикально. Для оценки температуры закалки в костре используем таблицу цветов. Вместо костра можно использовать любую печку.

    Отпуск металла в духовке

    При необходимости закалённый предмет можно подвергнуть отпуску. Для этого его нужно поместить в нагретую до 300-320 градусов духовку и продержать там в течение часа. Затем вынуть и дать остыть на открытом воздухе.

    Проверка металла на наличие термообработки

    Перед тем, как начать каление, нам необходимо убедиться, что материал приобретённого нами инструмента не термообработан. Делаем проверку с помощью обыкновенного паяльника. Нагреваем инструмент и проводим им по интересующей нас металлической поверхности. Если паяльник прилипает к металлу, то значит ни о какой его термообработке не может быть и речи. Плавное прохождение паяльника по поверхности стали или отскакивание от неё говорят о том, что проверяемый нами предмет либо хорошо термообработан либо обработан слишком сильно. При отсутствии термообработки делаем её самостоятельно.

    Закалка ножа графитом

    Термическая обработка металла графитом хороша тогда, когда нужно закалить не весь предмет, а только его часть. У ножа — это кромка. Последовательность процесса термообработки ножа в домашних условиях:

    • острие ножа проверяем на твёрдость при помощи надфиля. Если металл легко стачивается, а надфиль издаёт глухой звук, значит нож не термообработан;
    • для данного процесса понадобится графит, который можно добыть из круглых батареек, взять стержни простого карандаша или воспользоваться графитовыми щётками генератора;
    • добытый графит превращаем в порошок;
    • в качестве источника питания используем сварочный аппарат постоянного тока. Выставляем на минимум;
    • делаем подложку из оцинкованного листа. На неё насыпаем графитовый порошок;
    • к подложке подсоединяем «плюс» сварочного прибора, а ручке ножа — «минус»;
    • далее лезвием ножа аккуратно водим по графиту так, чтобы оно не касалось подложки. А ещё следим, чтобы графит не воспламенился, иначе ножик наш будет испорчен;
    • при движении лезвия по графиту последний будет выдавать искры. Как только увидим, что остриё ножика нагрелось, процесс прекращаем. Приблизительное время закалки — не более 5 минут;
    • даём ножу остыть естественным путём, затем берём надфиль и проверяем твёрдость. Если звук, издаваемый надфилем при контакте с ножом звонкий, а остриё не поддаётся затачиванию, значит твёрдость лезвия высокая.

    Процесс закалки на производстве провести намного легче, чем дома. При необходимости можно попробовать закалить нужный предмет или инструмент «топорными» способами с применением подручных средств.

    Используемая литература и источники:

    • Поверхностные явления в металлах и сплавах / В.К. Семенченко. — М.: Гостехиздат
    • Сверхбыстрая закалка жидких сплавов. — Москва: Машиностроение
    • Статья на Википедии
  • Оцените статью
    Добавить комментарий