Как меняется сталь после закалки

Один из распространённых методов термического упрочнения металлов был изобретён ещё до начала нашей эры. На протяжении веков способы закалки постоянно совершенствовались. Особенно заметных улучшений учёным удалось добиться в эпоху промышленной революции. В настоящее время термической обработке подвергают 8 – 10% от общего объёма всех выплавляемых сталей. В машиностроении эта доля существенно выше и достигает 40%. Технология востребована благодаря своей универсальности и относительно низким производственным затратам.

Наша компания принимает заказы на металлообработку в любых объемах и любой степени сложности!

Свойства стали после закалки

Вне зависимости от метода обработки, сталь после закалки меняет микроструктуру. Её зёрна упорядочиваются, приобретая игольчатую или реечную форму. В результате металл становится более твёрдым, что благоприятно сказывается на его стойкости к истиранию. Эта характеристика важна для:

Подшипников различной конструкции и назначения.
Резцов, свёрл, ножей и другого режущего инструмента.
Трущихся между собой деталей машин и механизмов.

Обратной стороной процесса является повышение хрупкости изделий, что ускоряет их разрушение при сильных вибрациях и ударных нагрузках. Это подвигло инженеров и химиков разработать технологические приёмы, позволяющие сводить недостатки упрочняемых деталей к минимуму, точно рассчитывая свойства сталей при закалке.

Виды закалки сталей

Разнообразие используемых технологических приёмов велико и существует множество видов закалки сталей:

Полная, изменяющая структуру металла по всему объёму изделия.
Поверхностная, обеспечивающая повышение твёрдости материала на заданную глубину.
Ступенчатая, изменяющая твёрдость стали слоями произвольной или заданной толщины.
Зонная, ограничивающая не только толщину обрабатываемого слоя, но и его площадь.
Прерывистая (в двух или более средах).
Изотермическая. При такой обработке температура охлаждающей среды составляет около 200° C.

Во всех случаях режимы закалки стали подразумевают, что нагретый до нужной температуры металл на некоторое время будет помещён в охлаждающую среду. Меняя температуру, продолжительность и способы нагрева, охлаждая изделия в одной или нескольких средах, удаётся влиять на изменения, происходящие в структуре материала.

Способы нагрева

В зависимости от особенностей технологии обработки и имеющегося в распоряжении оборудования, деталь может нагреваться самыми разными способами:

Открытым или направленным пламенем.
Электричеством (контактный нагрев).
Бесконтактно, токами высокой частоты (ТВЧ).

Поскольку от выбранного варианта напрямую зависят конечные результаты закалки, важнейшее значение приобретает уровень технологического оснащения мастерской или предприятия.

Оборудование для термообработки сталей

При закалке сталь, учитывая её марку и характеристики, нагревают выше температуры фазовых превращений. Для этих целей используют различные по устройству печи:

Шахтные. Отличающиеся высокой производительностью, они позволяют обрабатывать изделия больших габаритов. Но эти стационарные устройства громоздки, и устанавливать их на небольших предприятиях не всегда целесообразно.
Камерные. Подходят для большинства типов производств и технологических процессов. Камерные печи, при необходимости, можно перемещать с места на место. В них можно помещать детали мелких и средних размеров.
Вакуумные, с воздушной, азотистой или гелиевой средой. Достоинством этого сложного оборудования считается возможность точно, с погрешностью до 5° C, контролировать температуру нагрева материала.
Водородные. Их основные преимущества – быстрый и равномерный нагрев, высокий уровень автоматизации процессов. Но стоят такие устройства дорого и окупаются лишь при налаживании массового производства.

Технология электрозакалки не позволяет производить упрочнение деталей сложной формы. Зато она отлично подходит для обработки листовой стали и других видов сортового проката. Напряжение, необходимое для нагрева металла, подают непосредственно на валки прокатных станов.

Для закалки токами высокой частоты используется специальное индукционное оборудование. Выпускаемые промышленностью индукционные установки компактны и быстро нагревают металл, сокращая время обработки изделий и позволяя за короткий срок упрочнить большое количество деталей.

Не обойтись и без ёмкостей для охлаждающих сред. Резервуары, в зависимости от технологических требований, имеют конструктивные отличия. Разные по составу охлаждающие среды бывают жидкими или газообразными. Для контроля за результатами обработки используют оборудование, с помощью которого проверяют твёрдость сталей после закалки методами Бринелля, Роквелла, упругой отдачи или динамического выдавливания.

Как выбирается температура

Режим предварительного нагрева определяется с учётом химического состава металла и его микроструктуры, а также конкретных целей закалки. Температура закалки стали, для каждого сорта, указывается в специальных справочниках и сопроводительной документации. По характеру микроструктуры различают стали трёх типов:

Доэвтектоидные.
Эвтектоидные.
Заэвтектоидные.

При закалке доэвтектоидные и эвтектоидные стали нагревают на 30 – 50° C, а заэвтектоидные – на 40 – 80° C выше порога аустенизации. Не меньшее значение, чем температура, имеет и продолжительность нагрева, выбираемая с учётом того, чтобы:

Изделие прогрелось по всему сечению.
В металле завершились все фазовые превращения.

Следует помнить о том, что слишком долгий нагрев становится причиной роста зёрен и поверхностного обезуглероживания. Это недопустимо. Время закалки стали нельзя увеличивать сверх меры.

Типы охлаждающих сред

Виды закалки металла различают не только по способам нагрева. Не меньшее значение имеют типы охлаждающих сред, которые могут быть:

Жидкими, обеспечивающими быстрый отвод излишков тепла.
Газообразными, используемы в случаях, когда необходимо постепенное охлаждение.

В зависимости от конкретных условий, для жидкостного охлаждения используют:

Водопроводную или дистиллированную воду.
Водные растворы солей и щелочей.
Керосин.
Минеральные масла.

Все перечисленные жидкости отводят тепло с разной скоростью, поскольку отличаются температурой пузырькового кипения.

Для охлаждения металла можно использовать и газообразные вещества – воздух или инертные газы. Нагретые до нужной температуры, они находятся в свободном состоянии или подаются под давлением. От типа и химического состава охлаждающей среды зависит то, как изменяется сталь при закалке.

Избежать появления трещин, образующихся в металле из-за внутренних напряжений, возникающих при термообработке, позволяет отпуск стали после закалки. Этот технологический процесс, способствующий распаду мартенсита, повышает пластичность материала, делает его менее хрупким. Если всё сделать правильно, на выходе вы получите изделие с необходимыми прочностными характеристиками, не имеющее видимых и скрытых дефектов.

Мы работаем по самым передовым технологиям, выполняем все виды работ по металлообработке, будь то объемная закалка или электроэрозионная обработка стали. Обращайтесь к специалистам нашей компании для оформления заказа.