1.3 Технология закалки углеродистой стали. Сталь 3 как закалить

Упрочнение углеродистой конструкционной стали Ст3

Министерство образования и науки Российской Федерации

Тверской государственный технический университет

Кафедра технологии металлов и материаловедения

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе по дисциплине «Материаловедение»

Тема: Упрочнение углеродистой конструкционной стали Ст3

химико-термической обработкой

Вариант №3

Выполнил:

Булатов М.Т.

ФПИЭ ЭТК-14.05

1 курс

Приняла:

Доцент

Афанасьева Л.Е.

Тверь 2015

Содержание:

1)Введение

2)Расшифровать марку стали, указать температуру критических точек, химический состав, механические свойства и назначение стали .

3)Вычертить диаграмму состояния Fe-Fe3C и нанести вертикальную линию, соответствующую содержанию углерода в стали.

4)Термическая обработка

5)График термичсекой обработка

6)Описание предполагаемой структуры стали после термической обработки.

7)Заключение

Введение:

Материаловедение изучает закономерности, определяющие строение и свойства материалов в зависимости от их состава и условий обработки, и является одной из основных дисциплин, определяющих подготовки инженеров-машиностроителей.

Несмотря на все более широкое использование неметаллических материалов, металлы и сплавы останутся и в ближайшем будущем основным конструкционным и инструментальным материалом. В последнее время широкое применение нашли композиционные материалы на основе металлов, полимеров и керамики.

Теория термической обработки является частью металловедения. Главное в металловедении это учение о связи между строением и технически важными свойствами металлов и сплавов. при нагреве их охлаждении изменяется структура металлического материала, что обусловливаем изменение механических, физических и химических свойств и влияет на его повеление при обработке и эксплуатации.

2. Расшифруйте марку стали ст3, укажите температуру критических точек, химический состав, механические и технологические свойства и назначение стали.

Класс: Констуркционная углеродистая сталь обыкновенного качества

ГОСТ 380-2005

Температура критических точек, °С

Таблица 1.

Ac1

Ac3

Ar3

Ar1

735

854

835

680

Механические свойства проката по ГОСТ 535-2005 из стали Ст3

1.1 Прочностные свойства проката из стали Ст3 (Таблица 2)

Таблица 2

1.2 Ударная вязкость проката из стали Ст3 (Таблица 3)

Таблица 3

2.Химический состав

2.1 Легирующие элементы:

2.2 Примеси, не более:— хром: 0,30 %;— никель: 0,30 %;— медь: 0,30 %;— сера: 0,005 %;— фосфор: 0,04 %;— азот: 0,10 %.

3.Степень раскисления стали Ст3

Раскисление стали — процесс удаления из  жидкой стали, находящегося в ней кислорода. Кислород является вредной примесью, ухудшающей механические свойства металла.

Раскисление стали заключается в снижения растворимости кислорода в стали присадками элементов-раскислителей и создании условий для возможно полного удаления образующихся продуктов раскисления из жидкой стали.

Для раскисления сталей в основном применяют марганец, кремний и алюминий. Марганец является сравнительно слабым раскислителем. Кремний – более сильный раскислитель, чем марганец.  Алюминий является наиболее сильным раскислителем стали.

4.Свариваемость стали Ст3

Сталь Ст3 всех марок сваривается без ограничений. Способы сварки: ручная дуговая, автоматическая дуговая под флюсом и газовой защитой, электрошлаковая, контактно-точечная. Для толщины более 36 мм рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

5. Режимы ковки стали Ст3

Температура начала ковки – 1300 °С.Температура конца ковки – 750 °С.Охлаждение на воздухе.

6. Склонность к отпускной хрупкости стали Ст3

Не склонна

7. Флокеночувствительность стали Ст3

Не чувствительна

8. Применение стали Ст3

Сталь Ст3кп применяют в основном для второстепенных и малонагруженных элементов сварных элементов и не сварных конструкций, работающих в интервале температур от минус 10 до 40 °С.

Стали Ст3пс и Ст3сп применяют в более ответственных случаях, например, для несущих и ненесущих элементов сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах.

Из сталей Ст3Гпс и Ст3Гсп изготавливают фасонный и листовой прокат толщиной до 36 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от -40 до + 45 °С, а также для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от -40 до +45 °С.

9.Цементация-сталиповерхностное диффузионное насыщение малоуглеродистой стали углеродом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости.

Цементации подвергают низкоуглеродистые (обычно до 0.2 % C) стали, процесс в случае использования твёрдого карбюризатора проводится при температурах 900—950 °С, при газовой цементации (газообразный карбюризатор) — при 850—900 °С.

После цементации изделия подвергают термообработке, приводящей к образованию мартенситной фазы в поверхностном слое изделия (закалка на мартенсит) с последующим отпуском для снятия внутренних напряжений.

Вычертите диаграмму состояния Fe-Fe3C и нанесите вертикальную линию, соответствующую содержанию углерода в стали.

Рисунок 1. Диаграмма состояния системы железо-цементит

Линия АВСD — линия ликвидус, линия AHJECF — солидус. Точка А соответствует температуре плавления железа (1 536ºС), точка D — температура плавления цементита (1 252ºС). Точки N и G соответствуют температурам полиморфного превращения железа.

В системе Fe-Fe3C на разных ярусах происходят эвтектичекое и эвтектоидное превращения. По линии ECF при температуре 1 147ºС происходит эвтектическое превращение: ЖС ↔ АЕ + ЦF . Образующаяся эвтектика называется ледебуритом.

Ледебурит (Л) — механическая смесь аустенита и цементита, содержащая 4,3% углерода.

По линии PSK при температуре 727ºС происходит эвтектоидное превращение: АС ↔ ФР + ЦК , в результате которого из аустенита, содержащего 0,8% углерода, образуется механическая смесь феррита и цементита. Эвтектоидное превращение происходит аналогично кристаллизации эвтектики, но не из жидкого, а из твердого раствора. Образующийся эвтектоид называется перлитом.

Перлит (П) — механическая смесь феррита и цементита, содержащая 0,8% углерода. Перлит состоит из пластинок цементита в ферритной основе, на травленном шлифе имеет блеск перламутра, отсюда и название — перлит. Зерно перлита состоит из параллельных пластинок цементита и феррита. Чем грубее и крупнее выделения цементита, тем хуже механические свойства перлита.

Аустенит, входящий в состав ледебурита, при температуре 727ºС также испытывает эвтектоидное превращение. Поэтому ниже температуры 727ºС ледебурит состоит из механической смеси перлита и цементита.

4. Термическая обработка.

Марка стали Сталь 3 (СТ 3, СТ3) относится к стали конструкционной углеродистой обыкновенного качества. Основной данного сплава является феррит, но в виду его недостаточной прочности и пластичности, в чистом виде он не используется и производится его насыщение углеродом. В сплаве используют так же никель, хром, медь, марганец, кремний, сера, фосфор и мышьяк. Прочность и пластичность этой марки зависит от количества фосфора и серы. Состав сплава и технология его производства определяют его основные физические и химические свойства. К качественным показателям конструкционной стали относят стойкость к коррозии, свариваемость. Сталь СТ 3 нефлокеночувствительна, хорошо поддается сварке, не обладает отпускной хрупкостью.

Для улучшения определенных свойств не изменяя их химический состав, прибегают к термической обработке метала. Металл подвергается сильному нагреву, выдерживается и охлаждается в жидкой среде. Таким образом можно продлить эксплуатационный срок изделия, изменить массу, габариты, увеличить выносливость к напряжению. При термообработке сплав меняет механические свойства и в горячей форме может принять любую требуемою форму.

Выделяют три разновидности термообработки стали: отжиг, закалка и отпуск. Отжиг применяется для получения равновесной структуры и уменьшения ее пластичности. Закалка стали представляет собой термообработку с целью получения неравновесной структуры и максимальной твердости.

Отпуск стали позволяет снизить ее внутренние напряжения, полученные во время закалки с полиморфным превращением. Функции и свойства зависят от приобретенных характеристик структуры сплава.

5.График термической обработки

Рис. 2. График термической обработки

Рис.3. Зависимость твердости некоторых углеродистых сталей от температуры отпуска

Содержание углерода : 1 - 0,2; 2 - 0,4; 3 – 0,6;4 – 0,8;5 – 1.0; 6 – 1.2

6.Описание предполагаемой структуры стали после термической обработки.

Мартенсит — микроструктура игольчатого (пластинчатого) вида, а также реечного (пакетного) наблюдаемая в закалённых металлических сплавах и в некоторых чистых металлах, которым свойственен полиморфизм. Мартенсит — основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой упорядоченный пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как у исходного аустенита. С превращением мартенсита при нагреве и охлаждении связан эффект памяти металлов и сплавов. Назван в честь немецкого металловеда Адольфа Мартенса.

Карбиды — соединения металлов и неметаллов с углеродом. Традиционно к карбидам относят соединения, где углерод имеет большую электроотрицательность, чем второй элемент (таким образом из карбидов исключаются такие соединения углерода, как оксиды, галогениды и т.п.)

Троостит является высокодисперсной смесью феррита и цементита с твердостью 40 HRC.

Сорби́т — одна из структурных составляющих сталей ; представляет собой смесь феррита и цементита с твердостью 30 HRC.

7.График химико-термической обработки.

Заключение:

Сталь марки Ст3 содержит углерода менее 0,3 %. Следовательно упрочняющая обработка - цементация, закалка и низкотемпературный отпуск. В результате сталь будет иметь твердую износостойкую поверхность со структурой мартенсит и карбиды и твердостью выше 60HRC и пластичную вязкую сердцевину с твердостью 30-42 HRC и структурой троостит или сорбит.

Список используемой литературы:

1. Арзамасов Б.Н., Макарова В.И., Мухин Г.Г. Материаловедение:

Учебник для вузов – 3-е издание. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002

2. Материаловедение и технология металлов. Фетисов Г.П,,

Карпман М.Г., Матюнин В.М. М.: Высшая школа, 2000.

ifreestore.net

1.3 Технология закалки углеродистой стали

Нагрев стали под закалку

Температура, до которой необходимо нагреть сталь зависит от её состава (содержания углерода), значит от положения критических точек: доэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30–50оС выше критической точки А3 – полная закалка (рисунок 10). При этой температуре сталь будет содержать только аустенит. Закалка с температур в интервале А1 – А3 (неполная закалка) недопустима, так как в структуре будет присутствовать избыточный феррит, что значительно снизит твёрдость закалённой стали.

Заэвтектоидныестали подвергаются неполной закалке, т. е. нагреваются до температуры на 35 – 60оС выше критической точки А1. При этом в структуре стали наряду с аустенитом будет присутствовать ивторичный цементит, а его твёрдость превышает твёрдость мартенсита. Нагрев до температур выше Аcmвреден, так как твёрдость при этом не возрастает, но укрупняется аустенитное зерно, обезуглероживается поверхность и растут закалочные напряжения.

Нагрев стали под закалку и выдержка при заданной температуре.

Условия нагрева изделий под закалку определяются имеющимися нагревательными устройствами. С точки зрения производительности его надо осуществлять с максимальной скоростью. При этом быстрый нагрев уменьшает окалинообразование, обезуглероживание и рост аустенитного зерна. Однако необходимо учитывать возникающие перепады температур по сечению изделия, которые могут привести к возникновению значительных термических напряжений, и как следствие, коробление и образование трещин.

Рисунок 10 – Интервал температур нагрева под закалку углеродистых сталей

Допускаемая скорость нагрева может быть тем выше, чем:

а) однороднее микро- и макроструктура стали;

б) менее легирована сталь;

в) проще конфигурация изделия;

г) равномернее подвод тепла.

Из производственного опыта обычно выбирают скорость нагрева в печах 0,8 – 1 мин. на 1 мм сечения изделия. Скорость нагрева легированных сталей уменьшают на 25 – 40% из-за их меньшей теплопроводности.

Продолжительность выдержки при температуре нагрева должна быть таковой, чтобы изделие равномерно прогрелось по всему сечению и прошла гомогенизация аустенита. Из практических данных время выдержки при заданной температуре принимают равным 1/5 от времени нагрева.

Чаще всего нагрев под закалку и выдержку при заданной температуре осуществляют на воздухе. Это влечёт за собой ряд нежелательных процессов:

1. Окисление поверхности детали и образование окалины, что приводит к:

а) изменению размеров и необходимости увеличивать припуски на механическую обработку;

б) вводить дополнительные операции по очистке деталей;

в) препятствует получению высокой и равномерной твёрдости.

2. Обезуглероживание приводит:

а) к появлению на поверхности деталей мягких пятен при закалке;

б) к возникновению растягивающих напряжений в поверхностном слое, которые резко снижают усталостную прочность.

Для предотвращения этих явлений используются контролируемые атмосферы, которые получают при неполном сгорании углеводородных газов. Состав этих атмосфер регулируют используя при горении различные коэффициенты избытка воздуха α = 0,25 – 0,95. Такие атмосферы могут не только защитить от окалинообразования и обезуглероживания, но при необходимости проводить восстановление и науглероживание поверхности изделий.

Охлаждение при закалке.

Охлаждение это наиболее ответственная операция в процессе закалки. Режим охлаждения должен обеспечить необходимую глубину прокаливаемости и не допустить больших закалочных напряжений, приводящих к короблению и образованию трещин.

Закалочные напряжения складываются из термических и структурных напряжений.

Термические напряжения возникают из-за перепада температур по сечению изделия. Их обуславливает разная величина термического сжатия наружных и внутренних слоёв при охлаждении.

Структурные (фазовые) напряжения связаны с процессом образования из аустенита мартенсита. Этот процесс протекает в разных точках изделия не одновременно, к тому же объём мартенсита на несколько процентов больше объёма аустенита.

Суммарные закалочные напряжения растут с увеличением температуры нагрева под закалку и с повышением скорости охлаждения, так как в обоих этих случаях возрастает перепад температур по сечению изделия.

Идеальная кривая охлаждения представлена на рисунке 11 (кривая 1). На первом этапе скорость охлаждения должна быть по возможности не большой, чтобы не появились значительные термические напряжения. Аустенит при этих температурах достаточно устойчив. Наименьшую устойчивость аустенит имеет в области температур 650 – 400оС, поэтому на второй стадии необходимо быстрое охлаждение, чтобы аустенит не распался на феррито-цементитную смесь – перлит, сорбит, троостит. Твёрдость этих структур значительно меньше твёрдости мартенсита, а отличаются они друг от друга температурой образования и дисперсностью составляющих их фаз. Перлит самая крупнодисперсная, а троостит самая мелкодисперсная структура. Когда температура достигает точки Мн начинается мартенситное превращение и возникают структурные (фазовые) напряжения. Поэтому на третьей стадии скорость охлаждения необходимо снизить, чтобы избежать закалочных дефектов.

1 – идеальный режим охлаждения; 2 – непрерывная закалка в одном охладителе; 3 – прерывистая закалка в двух охладителях; 4 – ступенчатая закалка; 5 – изотермическая закалка

Рисунок 11 – Схема режимов охлаждения при различных способах закалки

Закалочные среды

В качестве закалочных сред широко используют холодную воду, растворы NaOH и NaCl, минеральное масло, однако ни одна из них не является идеальной. В таблице 1 приведены значения относительной интенсивности охлаждения различных закалочных сред.

Таблица 1 – Относительная интенсивность охлаждения закалочных сред

Холодная вода – самый дешёвый и весьма энергичный охладитель. Она быстро охлаждает и в перлитном и в мартенситном интервале температур, последнее является её главным недостатком, так как вызывает закалочные дефекты.

Водные растворы NaOH и NaCl – обладают наиболее высокой и равномерной охлаждающей способностью. Её можно менять в широких пределах изменяя концентрацию и температуру растворов.

Минеральное масло – медленно охлаждает и в перлитном и в мартенситном интервале температур. Медленное охлаждение в перлитном интервале является недостатком, а медленное охлаждение в мартенситном интервале – преимуществом этой охлаждающей среды. Перепад температур между поверхностью и центром изделия значительно меньше, чем при охлаждении в воде и в водных растворах. Недостатком масла является повышенная воспламеняемость и стоимость.

Способы закалки

Наиболее широкое распространение получила закалка в одном охладителе – непрерывная закалка (рисунок 11, кривая 2). Во многих случаях во избежании закалочных дефектов, для изделий сложной формы, когда необходимо уменьшить деформации применяют другие методы закалки.

Закалка в двух охладителях (рисунок 11, кривая 3) используют для уменьшения скорости охлаждения в мартенситном интервале температур. Вначале деталь погружают в воду и после короткой выдержке переносят в масло. Быстрое охлаждение в воде предотвращает перлитное превращение, а последующее замедленное охлаждение в масле уменьшает закалочные напряжения в мартенситном интервале.

При таком способе закалки очень трудно определить время выдержке в воде, продолжительность которой необходимо устанавливать для каждого конкретного изделия опытным путём.

Ступенчатая закалка (рисунок 11, кривая 4) также используется для уменьшения скорости охлаждения в области мартенситного превращения. Нагретое по закалку изделие быстро погружают в ванну с горячей средой (например, расплав олова и свинца, расплавы солей), температура которой на 20 – 30оС выше точки Мн. Затем после некоторой выдержки охлаждают на воздухе или в масле. При этом происходит выравнивание температур по сечению изделия при выдержке в горячей среде. После этого мартенситное превращение происходит при медленном охлаждении и по всему объёму, что уменьшает закалочные напряжения. Ступенчатая закалка также более проста в исполнении, чем закалка в двух охладителях.

Основным недостатком ступенчатой закалки является малая скорость охлаждения в горячей среде, поэтому применение её к углеродистым сталям ограничено изделиями небольшого сечения (до 8 – 10-ти мм толщиной).

Изотермическая закалка (рисунок 11, кривая 5) – проводится также как и ступенчатая закалка, но в данном случае предусматривается более длительная выдержка выше точки Мн. При такой выдержке происходит распад аустенита на бейнит (продукт промежуточного превращения). При такой структуре достигается высокая прочность при достаточной вязкости.

В качестве охлаждающей среды, применяют расплавленные соли (KNO3, NaNO3) и щёлочи (NaOH, KOH) в интервале температур 150 – 500оС.

В закалённой стали всегда присутствует остаточный аустенит, который понижает твёрдость, износостойкость, а в результате самопроизвольного превращения в мартенсит при работе в условиях низких температур, приводит к изменению размеров. Для уменьшения количества остаточного аустенита проводят обработку холодом (предложенную

А.П. Гуляевым в 1937 году). Обработка холодом даёт эффект, когда точка Мк лежит ниже нуля, при этом увеличивается твёрдость и стабилизируются размеры изделий. Поэтому обработка холодом проводится для измерительного инструмента, а также для режущего инструмента и штампов. Температура обработки не опускается ниже – 80оС, для этого обычно используют смесь сухого льда (твёрдый СО2) со спиртом.

Обработку холодом необходимо проводить сразу после закалки, так как в случае выдержки при комнатной температуре остаточный аустенит стабилизируется и эффект обработки снижается.

На практике часто возникает необходимость получать стальные дета­ли, обладающие высокой твёрдостью и износостойкостью не по всему сече­нию, а лишь в отдельных частях, как правило - на поверхности. Для этого используются специальные методы закалки:

закалка с самоотпуском. Изделие выдерживают в закалочной ванне не до полного охлаждения. За счёт тепла, накопленного его внутренним объёмом, закалённая (охлаждённая) его часть вновь ра­зогревается до необходимой температуры отпуска. Это позволяет сочетать в изделиях высокую твёрдость и вязкость (молотки, зубила и т. д.).

поверхностная закалка. Этот вид закалки состоит в том, что осуществляется быстрый разогрев поверхностных слоёв детали, а после охлаждения твёрдый и износостойкий наружный слой сочетается с вязкой сердцевиной. Это обеспечивает изделию высокую динамическую проч­ность.

Для быстрого поверхностного нагрева могут использоваться ванны с расплавами солей, пламя ацетиленово-кислородных и газовых горелок (пламенная закалка), индукционный и лазерный нагрев. В настоящее время особенно широко используется именно индукционный нагрев -высоко­частотная или индукционная закалка. Этот метод отличается высокой производительностью, отсутствием окисления и обезуглероживания, возможностью точно задавать глубину закалённого слоя, минимальным ко­роблением изделия. Недостатком метода является высокая стоимость обору­дования и особенно индуктора, который должен приблизительно повторять форму детали. Поэтому индукционная закалка экономична лишь в крупносе­рийном и массовом производстве. Этого недостатка лишён лазерный нагрев поверхности изделий. Лазерное излучение, благодаря высокой кон­центрации энергии, поглощаясь поверхностью детали, быстро её нагревает до высоких температур. После прекращения облучения разогретый слой быстро остывает за счёт интенсивного отвода тепла во внутренние холод­ные области детали. Этот метод наиболее эффективен для поверхностной закалки изделий сложной формы.

studfiles.net

Типовые режимы термической обработки сталей (Таблица)

infotables.ru

Закалка стали 45 (термообработка) - твердость

Слово «термообработка» для обывателей не ново. Все прекрасно понимают, для чего она необходима. Повышение прочности стали. Но почему так происходит? Какие процессы протекают в металле в этот момент? Большинство пожимает плечами. Если Вы хотите понять, что такое термообработка, узнать в чем разница между отжигом и отпуском, и почему закалка стали 45 производится в масле, а не в воде, то тогда эта статья для Вас.

Общие сведения о термической обработке

Термообработка – это последовательность процессов нагревания, выдержки и охлаждения, направленных на изменение сталью механических свойств.

Улучшения свойств металла происходит за счет трансформации внутренней структуры. После осуществления термической обработки сталь может находиться в 2-х состояниях: устойчивом и неустойчивом.

Устойчивое состояние характеризуется полным завершением всех протекающих процессов в стали. Неустойчивое, соответственно, наоборот, когда на сталь еще воздействуют факторы, мешающие стабилизации внутренних напряжений. Ярким примером является химическая неоднородность закаленной стали.

Повышение теплового движения молекул способствует ускорению выхода стали из неустойчивого состояния. Достигается это путем нагрева.

Для большего понимания процессов, происходящих в стали во время термообработки, введем несколько понятий о структуре металла. Под этим понимается размер внутренних зерен и их положение относительно друг друга. Каждой структуре соответствует определенная температура и определенное содержание углерода.

Основные их виды и свойства, которыми они обладают:

• Феррит – твердый раствор железа с углеродом и небольшой долей других химических элементов. Ферромагнитен. Ферритная сталь обладает высокой тепло- и электропроводимостью. Пластична. Твердость порядка 70-140 единиц по шкале Бринелля.
• Цементит – неустойчивое соединение углерода с железом. Очень тверд и хрупок (НВ 790-810). Не поддается намагничиванию.
• Перлит – фазовый раствор феррита и цементита. На его механические свойства в первую очередь оказывает влияние расстояние между фазами. Чем они ближе, тем сталь прочнее. Твердость находится в пределах 160-230 НВ, при относительном удлинении 9-12%.
• Мартенсит – перенасыщенная физико-химическая смесь углерода и железа. Значение его механических характеристик зависит от количества углерода в составе. Мартенситная сталь с концентрацией 0,2% С обладает твердостью около 35 HRC. При 0,6% твердость составляет 60 HRC.
• Аустенит – твердый раствор углерода в железе. Аустенитная сталь парамагнитна и пластична. Относительное удлинение составляет 42%.

Сам процесс термообработки включает в себя:

• Закалка.
• Отжиг.
• Нормализация.
• Отпуск.

Отжиг

Процесс отжига состоит из нагревания, выдержки и медленного охлаждения в печной среде.

Существует две его основные разновидности:

• Отжиг первого рода, при котором структура в сталях не претерпевает изменений.
• Отжиг второго рода, сопровождающийся трансформациями структурных зон.

Каждая из представленных видов термообработки имеет определенное назначение.

Отжиг первого рода выполняет следующие технологические задачи:

• Выравнивание химсостава стали. При обработке металла давлением ликвация становится причиной образования изломов и микротрещин. Для уменьшения их вероятности появления сталь нагревают до 1250 ºС и выдерживают ее при такой температуре на протяжении 8-15 ч.
• Увеличение обрабатываемости стали давлением. Термообработка проходит при 670 ºС с выдержкой 40-120 мин. Отжиг увеличивает зерна феррита, что положительно влияет на пластичность.
• Уменьшение остаточных напряжений, возникших после технологической обработки сталей: резание, сварка и прочее. Для этого сталь выдерживают при 500-620 ºС на протяжении двух часов.

Отжиг второго рода измельчает зерна стали и способствует образованию структуры феррит+перлит. Как результат, происходит увеличение механических свойств. Температура нагрева для стали 45 составляет 780-830 ºС.

Отжиг второго рода считается подготовительной термообработкой. Его проводят перед операциями резания для повышения обрабатываемости металла.

Нормализация

Это процесс нагревания стали и последующее охлаждение на воздухе, в результате которого происходит измельчение крупнозернистой структуры.

Если сравнивать с отжигом, то нормализация дает в среднем на 10% выше показатель вязкости и прочности. Причина этого кроется в охлаждении на воздухе, которое способствует разложению аустенитных фаз в нижней зоне температур. Как следствие, наблюдается увеличение перлита, что и является причиной повышения механических свойств.

Нормализация - альтернатива закалке и высокому отпуску. Конечно, на выходе механические свойства получаются ниже, но и сама нормализация менее трудоемка. К тому же, по сравнению с закалкой она вызывает меньшие тепловые деформации детали.

Отпуск

Это термообработка, которая всегда проводится на заключительном этапе. Она включает в себя нагревание закалённой стали до температурной точки трансформации перлита в аустенит и дальнейшее ее охлаждение. С его помощью механические характеристики сталей доводятся до требуемых значений.

Помимо этого, в задачу отпуска входит снятие напряжений, оставшихся после закалки.

Отпуск подразделяется на 3 типа по температуре нагрева:

• Низкий отпуск. Проводится при 230-260 ºС. Способствует упрочнению с одновременным снижением внутренней напряженности. Закаленная сталь 45 после низкого отпуска обладает твердостью 55-60 HRC.
• Средний отпуск. Температура нагревания 340-550 ºС. Позволяет достичь наиболее высокого значения упругих свойств. Из-за этого в основном применяется при изготовлении пружин. Твердость находится на уровне 45-52 HRC.
• Высокий отпуск. Выполняется при 550 ºС. Снимает внутренние напряжения после закаливания.

Механические свойства уменьшаются, но значение их при этом не меньше, чем после нормализации и отжига. Также происходит увеличение ударной вязкости. Самой оптимальной термообработкой с точки зрения соотношения вязкости и прочности считается закалить сталь, а после провести высокий отпуск.

Закалка

Представляет собой процесс нагрева  до температуры на 20-40 ºС выше точки растворения феррита в аустените и последующее быстрое охлаждение в воде или масле.

Образование значительных внутренних напряжений при закалке не позволяет ей быть окончательной термообработкой. Обычно за ней следует отпуск или нормализация.

Закалка стали 45 осуществляется при 840-860 ºС.

Если сталь закалить, не достигнув значения требуемой температуры, то в результате останутся ферритные зоны, чье присутствие значительно снижает прочность металла.

Если сталь 45 закалить при температуре выше 1000 ºС, это спровоцирует увеличение зерна мартенсита, что влечет за собой ухудшение вязкости и повышение риска образования трещин.

Нагрев сталей под закалку осуществляется в электропечах периодического или непрерывного действия.

Время нагрева зависит от:

• Химсостава стали.
• Формы и габаритов деталей.

Чем больше размеры и содержание углерода, тем большее количество времени необходимо для нагрева стали.

После нагревания стали идет ее выдержка при заданной температуре. Это необходимо для выравнивания неоднородности аустенита.

При сильном перегреве сталь начинает вступать в реакцию с печными газами. Это может повести за собой процессы окисления и обезуглероживания.

Окисление – химический процесс взаимодействия кислорода с железом. Оно отрицательно сказывается на свойствах стали, является причиной снижения качества поверхности и окалин.

Обезуглероживание возникает как следствие химической реакции углерода с водородом и кислородом. Как следствие, образуя такие соединения как угарный газ и метан. Полученные газы уносят вместе с собой с поверхности стали молекулы углерода, вызывая тем самым резкое снижение прочности.

Защитой стали от окисления и обезуглероживания служит осуществление нагревания в вакууме или расплавленной соли.

В качестве закалочных сред применяется вода или масло.

Вода обладает большой скоростью охлаждения, но она резко падает при увеличении температуры. Также недостатком воды является возникновение значительных напряжений и, соответственно, коробление деталей.

Масло в этом плане охлаждает более равномерно, что уменьшает риск образования микротрещин при закалке. Среди ее недостатков стоит отметить низкую температуру воспламенения и загустение, что уменьшает ее закалочные свойства.

Разная сталь имеет разную закаливаемость, т.е. способность увеличивать прочность посредством закалки. Как правило, чем выше концентрация углерода, тем выше закалочные свойства.

Закалка ТВЧ

Если сталь закалить таким образом, то она будет лучше справляться с переменной и ударной нагрузкой. Закалка ТВЧ считается разновидностью поверхностной закалки, основная задача которой получение более прочного наружного слоя, сохраняя при этом вязкость сердцевины. 

Нагрев под закалку ТВЧ осуществляют в индукционных печах, используя ток высокой частоты. Принцип данной термообработки заключается в неравномерном нагреве сечения изделия. Плотность тока на наружней части стали значительно выше в сравнении с сердцевиной. Основная часть тепла приходится на поверхность, соответственно, именно в этой зоне и происходит упрочнение.

Охлаждение осуществляется непосредственно в печи специальными распрыскивающими устройствами. После закалки обычно требуется отпуск для выравнивания тепловых напряжений.

Структура стали в результате всех этих операций получается неоднородной. Верхний закалённый слой полностью состоит из мартенсита, а нетронутая сердцевина из феррита. Прочность глубинного слоя повышается предварительным проведением нормализации.

Преимущества закалки ТВЧ:

• Повышенная производительность.
• Сталь изолирована от влияния окисления и обезуглероживания.
• Возможность регулировать толщину закаленного слоя. Чем частота токов выше, тем глубина закалки меньше.
• Автоматизация процесса.

Рейтинг: 5/5 - 3 голосов

prompriem.ru

• 
  Производство труб стальных
• 
  Температура закалки стали
• 
  Сталь 1
• 
  Из какой стали делают рессоры
• 
  Сталь углеродистая качественная конструкционная
• 
  Фото цвет стальной
• 
  Формула расчета веса трубы стальной круглой
• 
  Сталь свойства и применение
• 
  Сортамент труба квадратная стальная
• 
  Каленая сталь
• 
  Вороненая сталь цвет