Главная

Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Твердость не надо путать с прочностью, хотя эти величины, как правило, взаимосвязаны. Прочность – это показатель, определяющий, какую нагрузку может выдерживать материал без разрушения его структуры.


Закалка

Закалка стали — это процесс термообработки, суть которого заключается в нагреве стали до температуры выше критической с последующим быстрым охлаждением. В результате этой операции повышаются твердость и прочность стали, а пластичность снижается.

При нагреве и охлаждении сталей происходит перестройка атомной решетки. Критические значения температур у разных марок сталей неодинаковы: они зависят от содержания углерода и легирующих примесей, а также от скорости нагрева и охлаждения.

После закалки сталь становится хрупкой и твердой. Поверхностный слой изделий при нагреве в термических печах покрывается окалиной и обезуглероживается тем более, чем выше температура нагрева и время выдержки в печи. Если детали имеют малый припуск для дальнейшей обработки, то брак этот является неисправимым. Режимы закалки стали зависят от ее состава и технических требований к ней. Основные способы закалки стали – закалка в одном охладителе, в двух средах, струйчатая, с самоотпуском, ступенчатая и изотермическая.

Способы закалки сталей

1. Закалка в одном охладителе. Деталь, нагретую до температуры закалки, погружают в закалочную жидкость, где она находится до полного охлаждения. Детали из углеродистых сталей охлаждают в воде, а детали из легированных сталей – в масле. Высокоуглеродистые стали закаливают с подстуживанием, это уменьшает внутренние напряжения в деталях и исключает образование трещин.

2. Закалка в двух средах, или прерывистая закалка (рис. 4.27). Деталь сначала охлаждают в быстро охлаждающей среде – воде, а затем переносят её в медленно охлаждающую среду – масло. Такой способ применяется при закалке инструмента, изготовленного из высокоуглеродистой стали.

3. Струйчатая закалка. Детали, нагретые до температуры закалки, охлаждают струёй воды. Такой способ применяют для закалки внутренних поверхностей, высадочных штампов, матриц и другого инструмента, у которого рабочая поверхность должна иметь структуру мартенсита. При струйчатой закалке не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем при простой закалке в воде.

4. Закалка с самоотпуском. Детали выдерживают в охлаждающей среде не до полного охлаждения, а до определённой стадии, чтобы сохранить в сердцевине детали тепло, необходимое для самоотпуска.

5. Ступенчатая закалка. При этом способе закалки нагретые детали охлаждают сначала до температуры несколько выше точки Мн (в горячем масле или расплавленной соли), затем после короткой выдержки при этой температуре (до начала промежуточных превращений) охлаждают на воздухе.

6. Изотермическая закалка. Детали нагревают до заданной температуры и охлаждают в изотермической среде до 220–350 °С, что несколько превышает температуру начала мартенситного превращения. Выдержка деталей в закалочной среде должна быть достаточной для полного превращения аустенита в игольчатый троостит. После этого производится охлаждение на воздухе. При изотермической закалке выдержка значительно больше, чем при ступенчатой.

Изотермическая закалка позволяет устранить большое различие в скоростях охлаждения поверхности и сердцевины деталей, которое является основной причиной образования термических напряжений и закалочных трещин. Изотермическая закалка в ряде случаев исключает операцию отпуска, что сокращает на 35–40 % цикл термической обработки

7. Светлая закалка. При этом способе закалки детали нагревают в нейтральной безокислительной атмосфере или в расплавленных нейтральных солях. При светлой закалке нагрев деталей или инструмента осуществляют в жидких солях, не вызывающих окисление металла, с последующим охлаждением их в расплавленных едких щелочах.

8. Поверхностная закалка при нагреве токами высокой частоты.Нагрев токами высокой частоты (т.в.ч.), предложенный и разработанный проф. В.П.Вологдиным, является наиболее производительным и прогрессивным способом. При нагреве т.в.ч. можно закаливать детали разнообразных конфигураций, полностью автоматизировать процесс закалки.

Сущность нагрева т.в.ч. заключается в следующем. Если в переменное электромагнитное поле поместить замкнутый проводник электрического тока, то в проводнике возникают переменные, так называемые вихревые токи. Характерным является распределение тока по сечению проводника. Если постоянный ток распределяется при прохождении по проводнику равномерно по всему сечению, то распределение переменного тока по сечению проводника неравномерно. Плотность протекающего переменного тока значительно больше у поверхности, чем во внутренних слоях проводника. Такое неравномерное распределение переменного тока в проводнике называется поверхностным эффектом. Вследствие поверхностного эффекта проводник нагревается на определенную глубину от поверхности.

Нагрев т.в.ч. принципиально отличается от других способов нагрева – тепло возникает в самой детали, а при нагреве в печах, соляных ваннах и газовым пламенем тепло распространяется от поверхности к сердцевине путем теплопроводности.

В связи с большой скоростью нагрева (в течение нескольких секунд) для завершения всех превращений в стали необходима температура, значительно (на 100-200°С) превышающая нормальную температуру закалки при нагреве в печах. Но в связи с отсутствием выдержки при температуре закалки такая высокая температура не вызывает роста зерна стали.

По сравнению с обычной закалкой сталь, закаленная при нагреве т.в.ч., имеет следующие преимущества: более высокая твердость, более мелкая микроструктура, более высокая износостойкость, более высокая прочность при относительно меньшем понижении вязкости, более высокий предел выносливости.

Поверхностную закалку нагревом т.в.ч. проводят различными способами – в зависимости от размера и формы детали и предъявляемых к ней требований.

При закалке небольших деталей применяют одновременный нагрев и охлаждение всей обрабатываемой поверхности. Наибольшее применение имеет душевое охлаждение. Для этого на внутренней поверхности индуктора имеются многочисленные отверстия, через которые, после окончания нагрева, на поверхность детали поступает вода.

Закалку деталей значительной длины проводят непрерывно – последовательным способом. Непрерывно – последовательно нагревается и охлаждается вся поверхность детали.

Если необходимо закалить отдельные части детали, то целесообразно применять способ последовательной закалки, при котором обрабатываемая поверхность нагревается и охлаждается по частям.

После закалки для уменьшения возникающих внутренних напряжений детали подвергают низкому отпуску (160 - 200°С). Для точной установки детали в индукторе и обеспечения определенного одинакового нагрева и охлаждения каждой нагреваемой детали, от чего зависит качество закалки, применяют специальные приспособления, установки, станки-полуавтоматы и автоматы различных конструкций.

 

Брак деталей

Основными видами брака являются: образование трещин, деформация и коробление, обезуглероживание и окисление, изменение размеров, появление мягких пятен, низкая твёрдость, перегрев.

Закалочные трещины. В крупных деталях, например в матрицах и ковочных штампах, закалочные трещины могут появляться даже при закалке в масле. Поэтому такие детали целесообразно охлаждать до 150–200 °С с быстрым последующим отпуском.

Деформация и коробление. Этот вид брака деталей образуется в результате неравномерных структурных и связанных с ними объёмных превращений и возникновения внутренних напряжений при охлаждении.

Обезуглероживание инструмента при нагреве в электрических печах и жидких средах (соляных ваннах) – серьёзный дефект при закалке, т.к. он в несколько раз снижает стойкость инструмента.

Мягкие пятна. При закалке на поверхности детали или инструмента образуются участки с пониженной твёрдостью. Причинами такого дефекта могут быть наличие на поверхности деталей окалины и загрязнении, участки с обезуглероженной поверхностью или недостаточно быстрое движение деталей в закалочной среде (паровая рубашка). Мягкие пятна полностью устраняются при струйчатой закалке и в подсоленной воде.

Причинаминизкой твёрдостиявляются недостаточно быстрое охлаждение в закалочной среде, низкая температура закалки, а также малая выдержка при нагреве под закалку. Чтобы исправить этот дефект, детали или инструмент сначала подвергают высокому отпуску при температуре 600–625 °С, а затем – закалке.

Перегрев приводит к образованию крупнозернистой структуры, что ухудшает механические свойства стали. Для измельчения зерна и подготовки структуры для повторной закалки перегретую сталь необходимо подвергать отжигу.

Недогрев. Если температура закалки была ниже критических точек Ас3 (для доэвтектоидных сталей) и Ас1 (для заэвтектоидных сталей), то структура закаленной стали будет состоять из мартенсита и зерен феррита, который имеет низкую твёрдость.

Способы предотвращения брака

1.Закалочные трещины. Чтобы уменьшить скорость охлаждения при закалке легированных сталей и снизить напряжение, эти стали подвергают медленному охлаждению в масле или струе воздуха.

2.Деформация и коробление. Только переплавка.

3.Обезуглероживание. Переплавка и последующее насыщение углеродом.

4.Мягкие пятна. Предварительная очистка от загрязнений. Применение струйчатой закалки.

 

Твердость стали

Твердость – механическое свойство стали, определяющее, насколько материал способен сопротивляться проникновению другого материала при определенной нагрузке. Для определения численного значения этого параметра чаще всего применяют 2 метода: Бринелля и Виккерса. В первом случае для измерения применяют шарик, который с определенным усилием вдавливают в поверхность металла, во втором – небольшую четырехгранную призму. Твердость по Бринеллю обозначается буквами HB, по Виккерсу – HV.

В общем смысле твердость всегда прямо пропорциональна усилию, приложенному к испытательному предмету, будь то шарик или пирамида, и обратно пропорциональна площади отпечатка, остающегося на образце после проведения испытаний.

Диапазон твердости различных марок сталей очень широк. Измеренная по методу Виккерса твердость имеет пределы от 236 до 1076 кгс/см2. Более мягкие стали, измеренные с помощью метода Бринелля, имеют твердость от 107 до 208 единиц.

Следовательно, твердость слали тем выше, чем она больше насыщена элементами первой группы, то есть, в первую очередь, более углеродиста, легирована хромом и азотом. Среди элементов второй группы фосфор является примесью, которую невозможно до конца удалить. Поэтому, положительно сказываясь на твердости металла или сплава, он в то же время ухудшает его другие свойства.

Кроме химического состава на твердость сплавов значительное влияние оказывает их термическая обработка. Причем, после нее деталь может стать как тверже (после закалки), так и мягче (в результате отпуска или отжига). Существуют марки сталей, которые могут быть подвержены цементации, то есть такой термической обработке, после которой наружный слой детали становится тверже, а внутренний остается более мягким и вязким.

 

Измерение твердости металлов

Измерение твердости царапаньем

Это самый старый метод измерения твердости. На этом принципе основано испытание материалов царапаньем по методу Мооса, которое применяются для минералов. Кроме этого, ГОСТ 21318-75 определяет метод измерения микротвердости материала путем его царапания – нанесения канавки — специальными алмазными пирамидками.

Приложение

 

 

Таблица зависимости цвета стали от температуры нагрева

Начало свечения 530-580° С Светло-желтый 220° С
Темно-красный 580-650.° С Желтый 230.° С
Темно-вишневый 650-720.° С Темно-желтый 240.° С
Вишневый 720-780.° С Коричневый 255.° С
Светло-вишневый 780-830.° С Коричнево-красный 265.° С
Красный 830-900.° С Фиолетовый 285.° С
Светло-красный 900-1050.° С Темно-синий 295-310.° С
Желтый 1050-1150.° С Светло-синий 315-325.° С
Светло-желтый 1150-1250.° С Серый 330.° С
Белый 1250-1300.° С и выше

 

 

Станки для закалки стали ТВЧ

Закалка

Закалка стали — это процесс термообработки, суть которого заключается в нагреве стали до температуры выше критической с последующим быстрым охлаждением. В результате этой операции повышаются твердость и прочность стали, а пластичность снижается.

При нагреве и охлаждении сталей происходит перестройка атомной решетки. Критические значения температур у разных марок сталей неодинаковы: они зависят от содержания углерода и легирующих примесей, а также от скорости нагрева и охлаждения.

После закалки сталь становится хрупкой и твердой. Поверхностный слой изделий при нагреве в термических печах покрывается окалиной и обезуглероживается тем более, чем выше температура нагрева и время выдержки в печи. Если детали имеют малый припуск для дальнейшей обработки, то брак этот является неисправимым. Режимы закалки стали зависят от ее состава и технических требований к ней. Основные способы закалки стали – закалка в одном охладителе, в двух средах, струйчатая, с самоотпуском, ступенчатая и изотермическая.

Способы закалки сталей

1. Закалка в одном охладителе. Деталь, нагретую до температуры закалки, погружают в закалочную жидкость, где она находится до полного охлаждения. Детали из углеродистых сталей охлаждают в воде, а детали из легированных сталей – в масле. Высокоуглеродистые стали закаливают с подстуживанием, это уменьшает внутренние напряжения в деталях и исключает образование трещин.

2. Закалка в двух средах, или прерывистая закалка (рис. 4.27). Деталь сначала охлаждают в быстро охлаждающей среде – воде, а затем переносят её в медленно охлаждающую среду – масло. Такой способ применяется при закалке инструмента, изготовленного из высокоуглеродистой стали.

3. Струйчатая закалка. Детали, нагретые до температуры закалки, охлаждают струёй воды. Такой способ применяют для закалки внутренних поверхностей, высадочных штампов, матриц и другого инструмента, у которого рабочая поверхность должна иметь структуру мартенсита. При струйчатой закалке не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем при простой закалке в воде.

4. Закалка с самоотпуском. Детали выдерживают в охлаждающей среде не до полного охлаждения, а до определённой стадии, чтобы сохранить в сердцевине детали тепло, необходимое для самоотпуска.

5. Ступенчатая закалка. При этом способе закалки нагретые детали охлаждают сначала до температуры несколько выше точки Мн (в горячем масле или расплавленной соли), затем после короткой выдержки при этой температуре (до начала промежуточных превращений) охлаждают на воздухе.

6. Изотермическая закалка. Детали нагревают до заданной температуры и охлаждают в изотермической среде до 220–350 °С, что несколько превышает температуру начала мартенситного превращения. Выдержка деталей в закалочной среде должна быть достаточной для полного превращения аустенита в игольчатый троостит. После этого производится охлаждение на воздухе. При изотермической закалке выдержка значительно больше, чем при ступенчатой.

Изотермическая закалка позволяет устранить большое различие в скоростях охлаждения поверхности и сердцевины деталей, которое является основной причиной образования термических напряжений и закалочных трещин. Изотермическая закалка в ряде случаев исключает операцию отпуска, что сокращает на 35–40 % цикл термической обработки

7. Светлая закалка. При этом способе закалки детали нагревают в нейтральной безокислительной атмосфере или в расплавленных нейтральных солях. При светлой закалке нагрев деталей или инструмента осуществляют в жидких солях, не вызывающих окисление металла, с последующим охлаждением их в расплавленных едких щелочах.

8. Поверхностная закалка при нагреве токами высокой частоты.Нагрев токами высокой частоты (т.в.ч.), предложенный и разработанный проф. В.П.Вологдиным, является наиболее производительным и прогрессивным способом. При нагреве т.в.ч. можно закаливать детали разнообразных конфигураций, полностью автоматизировать процесс закалки.

Сущность нагрева т.в.ч. заключается в следующем. Если в переменное электромагнитное поле поместить замкнутый проводник электрического тока, то в проводнике возникают переменные, так называемые вихревые токи. Характерным является распределение тока по сечению проводника. Если постоянный ток распределяется при прохождении по проводнику равномерно по всему сечению, то распределение переменного тока по сечению проводника неравномерно. Плотность протекающего переменного тока значительно больше у поверхности, чем во внутренних слоях проводника. Такое неравномерное распределение переменного тока в проводнике называется поверхностным эффектом. Вследствие поверхностного эффекта проводник нагревается на определенную глубину от поверхности.

Нагрев т.в.ч. принципиально отличается от других способов нагрева – тепло возникает в самой детали, а при нагреве в печах, соляных ваннах и газовым пламенем тепло распространяется от поверхности к сердцевине путем теплопроводности.

В связи с большой скоростью нагрева (в течение нескольких секунд) для завершения всех превращений в стали необходима температура, значительно (на 100-200°С) превышающая нормальную температуру закалки при нагреве в печах. Но в связи с отсутствием выдержки при температуре закалки такая высокая температура не вызывает роста зерна стали.

По сравнению с обычной закалкой сталь, закаленная при нагреве т.в.ч., имеет следующие преимущества: более высокая твердость, более мелкая микроструктура, более высокая износостойкость, более высокая прочность при относительно меньшем понижении вязкости, более высокий предел выносливости.

Поверхностную закалку нагревом т.в.ч. проводят различными способами – в зависимости от размера и формы детали и предъявляемых к ней требований.

При закалке небольших деталей применяют одновременный нагрев и охлаждение всей обрабатываемой поверхности. Наибольшее применение имеет душевое охлаждение. Для этого на внутренней поверхности индуктора имеются многочисленные отверстия, через которые, после окончания нагрева, на поверхность детали поступает вода.

Закалку деталей значительной длины проводят непрерывно – последовательным способом. Непрерывно – последовательно нагревается и охлаждается вся поверхность детали.

Если необходимо закалить отдельные части детали, то целесообразно применять способ последовательной закалки, при котором обрабатываемая поверхность нагревается и охлаждается по частям.

После закалки для уменьшения возникающих внутренних напряжений детали подвергают низкому отпуску (160 - 200°С). Для точной установки детали в индукторе и обеспечения определенного одинакового нагрева и охлаждения каждой нагреваемой детали, от чего зависит качество закалки, применяют специальные приспособления, установки, станки-полуавтоматы и автоматы различных конструкций.

 

Брак деталей

Основными видами брака являются: образование трещин, деформация и коробление, обезуглероживание и окисление, изменение размеров, появление мягких пятен, низкая твёрдость, перегрев.

Закалочные трещины. В крупных деталях, например в матрицах и ковочных штампах, закалочные трещины могут появляться даже при закалке в масле. Поэтому такие детали целесообразно охлаждать до 150–200 °С с быстрым последующим отпуском.

Деформация и коробление. Этот вид брака деталей образуется в результате неравномерных структурных и связанных с ними объёмных превращений и возникновения внутренних напряжений при охлаждении.

Обезуглероживание инструмента при нагреве в электрических печах и жидких средах (соляных ваннах) – серьёзный дефект при закалке, т.к. он в несколько раз снижает стойкость инструмента.

Мягкие пятна. При закалке на поверхности детали или инструмента образуются участки с пониженной твёрдостью. Причинами такого дефекта могут быть наличие на поверхности деталей окалины и загрязнении, участки с обезуглероженной поверхностью или недостаточно быстрое движение деталей в закалочной среде (паровая рубашка). Мягкие пятна полностью устраняются при струйчатой закалке и в подсоленной воде.

Причинаминизкой твёрдостиявляются недостаточно быстрое охлаждение в закалочной среде, низкая температура закалки, а также малая выдержка при нагреве под закалку. Чтобы исправить этот дефект, детали или инструмент сначала подвергают высокому отпуску при температуре 600–625 °С, а затем – закалке.

Перегрев приводит к образованию крупнозернистой структуры, что ухудшает механические свойства стали. Для измельчения зерна и подготовки структуры для повторной закалки перегретую сталь необходимо подвергать отжигу.

Недогрев. Если температура закалки была ниже критических точек Ас3 (для доэвтектоидных сталей) и Ас1 (для заэвтектоидных сталей), то структура закаленной стали будет состоять из мартенсита и зерен феррита, который имеет низкую твёрдость.

Способы предотвращения брака

1.Закалочные трещины. Чтобы уменьшить скорость охлаждения при закалке легированных сталей и снизить напряжение, эти стали подвергают медленному охлаждению в масле или струе воздуха.

2.Деформация и коробление. Только переплавка.

3.Обезуглероживание. Переплавка и последующее насыщение углеродом.

4.Мягкие пятна. Предварительная очистка от загрязнений. Применение струйчатой закалки.

 

Твердость стали

Твердость – механическое свойство стали, определяющее, насколько материал способен сопротивляться проникновению другого материала при определенной нагрузке. Для определения численного значения этого параметра чаще всего применяют 2 метода: Бринелля и Виккерса. В первом случае для измерения применяют шарик, который с определенным усилием вдавливают в поверхность металла, во втором – небольшую четырехгранную призму. Твердость по Бринеллю обозначается буквами HB, по Виккерсу – HV.

В общем смысле твердость всегда прямо пропорциональна усилию, приложенному к испытательному предмету, будь то шарик или пирамида, и обратно пропорциональна площади отпечатка, остающегося на образце после проведения испытаний.

Диапазон твердости различных марок сталей очень широк. Измеренная по методу Виккерса твердость имеет пределы от 236 до 1076 кгс/см2. Более мягкие стали, измеренные с помощью метода Бринелля, имеют твердость от 107 до 208 единиц.

Твердость не надо путать с прочностью, хотя эти величины, как правило, взаимосвязаны. Прочность – это показатель, определяющий, какую нагрузку может выдерживать материал без разрушения его структуры.

Стали представляют – сплав железа и углерода, содержание которого не превышает 2,14%. Кроме того, для изменения физических и механических свойств, в их состав могут вводиться различные легирующие элементы. Чистота сплава, а значит, и его свойства напрямую зависят от наличия вредных примесей, которыми являются фосфор и сера.

Все эти показатели непосредственно влияют на твердость стали. Например, чем выше процентное содержание углерода, тем твердость сплава выше.



Последнее изменение этой страницы: 2016-06-08

headinsider.info. Все права принадлежат авторам данных материалов.