Как закалить сталь 25
Обновлено: 04.05.2024
Цифра 25 обозначает, что среднее содержание углерода в стали составляет 0,25%.
Химический состав, % (ГОСТ 1050-88)
| C | Si | Mn | Cr | S | Р | Cu | Ni | As |
| не более | ||||||||
| 0,22-0,30 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,25 | 0,04 | 0,035 | 0,25 | 0,25 | 0,08 |
Химический состав, % (ГОСТ 1050-2013)
| Марка стали | Массовая доля элементов, % | |||||||
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | |
| не более | ||||||||
| 25 | 0,22-0,30 | 0,17-0,37 | 0,50-0,80 | 0,030 | 0,035 | 0,25 | 0,30 | 0,30 |
Характеристики и свойства
Сталь 25 является нелегированной конструкционной сталью с нормальным содержанием марганца.
Для повышения поверхностной твердости и, следовательно, увеличения стойкости против износа детали, изготовленные из сталь марки 25 в ряде случаев подвергаются цементации или цианированию (например пальцы крейцкопфов, шестерни, оси).
Вместо стали марки 25 для изготовления ответственных деталей нефтепромыслового и нефтезаводского оборудования может быть рекомендована сталь с повышенным содержанием марганца 20Г. Эта сталь обладает большей прочностью при сохранении высоких пластических свойств.
Назначение и применение
Сталь 25 применяется для изготовления деталей требующих большой вязкости и не подвергающихся при эксплуатации высоким напряжениям, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости и износостойкости при невысокой прочности сердцевины, например:
- оси,
- валы,
- соединительные муфты,
- собачки,
- рычаги,
- вилки,
- шайбы,
- валики,
- болты,
- фланцы,
- тройники,
- крепежные детали
- неответственные детали
Сталь 25 применяется для изготовления неогневой аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов, например:
- реакционных камер,
- эвапораторов,
- ректификационных колонн,
- газосепараторов,
- корпусов теплообменников и других сосудов,
- а также для приварных фланцев.
В нефтяном машиностроении из стали этих марок также изготовляют:
- сердечники поршней грязевых насосов,
- сухари кованых бурильных ключей,
- оси,
- соединительные муфты,
- пальцы крейцкопфов
- шестерни привода масляного насоса компрессоров,
- различные болты,
- гайки,
- винты,
- шпильки,
- вилки,
- рычаги,
- шайбы и т. д.
Применение стали 25 для крепежных деталей (ГОСТ 32569-2013)
| Марка стали | Технические требования | Допустимые параметры эксплуатации | Назначение | |
| Температура стенки, °С | Давление среды, МПа (кгс/см 2 ), не более | |||
| сталь 25 ГОСТ 1050, ГОСТ 10702 | СТП 26.260.2043 | От -40 до +425 | 2,5 (25) | Шпильки, болты |
| 10 (100) | Гайки | |||
| От -40 до +450 | Шайбы | |||
Условия применения стали 25 для крепежных деталей арматуры (ГОСТ 33260-2015)
| Марка материала, класс или группа по ГОСТ 1759.0 | Стандарт или технические условия на материал | Параметры применения | |||||
| Болты, шпильки, винты | Гайки | Плоские шайбы | |||||
| Температура среды, °С | Давление номинальное Pn, МПа(кгс/см 2 ) | Температура среды, °С | Давление номинальное Pn, МПа(кгс/см 2 ) | Температура среды, °С | Давление номинальное Pn, МПа(кгс/см 2 ) | ||
| 25 | ГОСТ 1050 | От -40 до 425 | 2,5 (25) | От -40 до 425 | 10 (100) | От -40 до 425 | 10 (100) |
Коэффициент относительной эрозионной стойкости деталей арматуры из стали 25 (ГОСТ 33260-2015)
| Детали проточной части арматуры | Материал деталей | Коэффициент эрозионной стойкости относительно стали 12X18H10T | Максимальный перепад давления, при котором отсутствует эрозионный износ, МПа |
| Корпус, патрубки, седло, шибер | 25 (25Л) | 0,0055 | 0,022 |
- Коэффициент эрозионной стойкости материала представляет собой отношение скорости эрозионного износа материала к скорости эрозионного износа стали 12Х18Н10Т (принятой за 1).
- Материалы являются эрозионностойкими, если коэффициент относительной эрозионной стойкости не менее 0,5 и твердость материала HRC 28.
Стойкость стали 25 против щелевой эрозии (ГОСТ 33260-2015)
| Группа стойкости | Балл | Эрозионная стойкость по отношению к стали 12X18H10T | Материал |
| Нестойкие | 6 | 0,005-0,05 | сталь марки 25 |
Термообработка — цементация
Цементация стали 25 производится при температуре 910-930°С; цементованные изделия закаливаются с температуры 780-800°C в воде и отпускаются при 150-180°C.
Термообработка — цианирование
Цианируют, как правило, в ваннах из расплавленных солей, содержащих 20-25% цианистого натрия, при температуре 820-850°C в течении 20-40 мин. При таком режиме
цианиривания можно получить цианированный слой глубиной 0,2-0,3 мм. После цианирования и закалки с отпуском при 150-180°C изделия имеют твердость на поверхности HRC 62-64.
Температура критических точек, °С
Твердость HB (ГОСТ 1050-2013)
| Марка стали | Твердость HB, не более | |||
| горячекатаной и кованой | калиброванной и со специальной отделкой поверхности | |||
| без термической обработки | после отжига или высокого отпуска | нагартованной | после отжига или высокого отпуска | |
| 25 | 170 | — | 217 | 170 |
Механические свойства металлопродукции для стали 25 (ГОСТ 1050-2013)
| Марка стали | Механические свойства, не менее | |||
| Предел текучести σ0,2, МПа | Временное сопротивление σв, МПа | Относительное удлинение δ5, % | Относительное сужение ψ, % | |
| 25 | 275 | 450 | 23 | 50 |
ПРИМЕЧАНИЕ. По согласованию изготовителя с заказчиком для металлопродукции из стали марки 25 допускается снижение временного сопротивления на 20 Н/мм 2 , по сравнению с нормами, указанными в таблице, при одновременном повышении норм относительного удлинения на
2 % (абс.).
Механические свойства металлопродукции в нагартованном или термически обработанном состоянии (ГОСТ 1050-2013)
| Марка стали | |||
| Временное сопротивление σв, Н/мм 2 | Относительное удлинение δ5, % | Относительное сужение ψ, % | |
| 25 | нагартованной | ||
| 540 | 7 | 40 | |
| отожженной или высокоотпущенной | |||
| 410 | 19 | 50 | |
Механические свойства металлопродукции из стали 25 в зависимости от размера (ГОСТ 105-2013)
| Механические свойства металлопродукции размером | |||
| Предел текучести σ0,2, МПа не менее | Временное сопротивление σв, МПа | Относительное удлинение δ5, % | Работа удара KU, Дж |
| не менее | |||
| до 16 мм включ. | |||
| 375 | 550-700 | 19 | 35 |
| св. 16 до 40 мм включ. | |||
| 315 | 500-650 | 21 | 35 |
| св. 40 до 100 мм включ. | |||
| + | + | + | + |
- Механические свойства, определяются на образцах, вырезанных из термически обработанных (закалка с отпуском) заготовок.
- Знак «+» означает, что испытания проводят для набора статистических данных, результаты испытаний заносят в документ о качестве.
- Значения механических свойств приведены для металлопродукции круглого сечения.
Механические свойства проката
| ГОСТ | Состояние поставки | Предел прочности при растяжении σв, МПа | δ5 (δ4), % | ψ % | Твердость HB, не более |
| не менее | |||||
| ГОСТ 1050-88 | Сталь горячекатаная, кованая, калиброванная и серебрянка 2-й категории после нормализации | 450 | 23 | 50 | — |
| Сталь калиброванная 5-й категории после отжига или высокого отпуска | 410 | 19 | 50 | — | |
| ГОСТ 10702-78 | Сталь нагартованная калиброванная и калиброванная со специальной отделкой без термообработки | 540 | 7 | 40 | 217 |
| ГОСТ 1577-93 | Полоса нормализованная или горячекатаная | 450 | 23 | 50 | — |
| ГОСТ 4041-71 (образцы поперечные) | Лист термообработанный 1 и 2-й категорий | 390-540 | 26 | — | 138 |
| ГОСТ 16523-89 (образцы поперечные) | Лист горячекатаный | 390-540 | (21)(22) | — | — |
| Лист холоднокатаный | 390-540 | — | — | ||
Механические свойства поковок (ГОСТ 8479-70)
| Термообработка | Сечение, мм | Предел текучести σ0,2, МПа | Предел прочности при растяжении σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость НВ, не более |
| не менее | |||||||
| Закалка + отпуск + нормализация | До 100 | 175 | 350 | 28 | 55 | 64 | 101-143 |
| 100-300 | 175 | 350 | 24 | 50 | 59 | 101-143 | |
| 300-500 | 175 | 350 | 22 | 45 | 59 | 101-143 | |
| До 100 | 195 | 390 | 26 | 55 | 59 | 111-156 | |
| 100-300 | 195 | 390 | 23 | 50 | 54 | 111-156 | |
| 300-500 | 195 | 390 | 20 | 45 | 49 | 111-156 | |
| До 100 | 215 | 430 | 24 | 53 | 54 | 123-167 | |
| 100-300 | 215 | 430 | 20 | 48 | 49 | 123-167 | |
| До 100 | 245 | 470 | 22 | 48 | 49 | 143-179 | |
| Закалка + отпуск | 100-300 | 275 | 530 | 17 | 38 | 34 | 156-197 |
Механические свойства стали после ХТО
| Режим ХТО | Сечение, мм | Предел текучести σ0,2, МПа | Предел прочности при растяжении σв, МПа | δ, % | ψ, % | Твердость, не более |
| не менее | ||||||
| Цементация при 920- 950 °С; закалка с 820-840 °С в воде; отпуск при 180-200 °С, охл. на воздухе | 60 | 345 | 550 | 25 | 45 | HRCэ 170 *1 ; НВ 55-63 *2 |
Предел выносливости (n = 10 7 )
| Состояние стали | σ-1, МПа |
| Закалка с 870 °С в масле; отпуск при 480 °С, Предел текучести σ0,2 = 330 МПа, Предел прочности при растяжении σв = 460 МПа | 203 |
| Отжиг, Предел прочности при растяжении σв = 410 МПа | 186 |
| Нормализация, Предел прочности при растяжении σв = 450 МПа | 245 |
| Горячая прокатка, Предел прочности при растяжении σв = 400 МПа | 225 |
Ударная вязкость KCU
Механические свойства при повышенных температурах
| tисп., °C | Условия испытания | Предел текучести σ0,2, МПа | Предел прочности при растяжении σв, МПа | δ10 (δ5), % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 |
| 20 | После прокатки. Скорость деформирования 0,8 мм/мин | 310 | 490 | 28 | 58 | 78 |
| 200 | 320 | 560 | 13 | 44 | 97 | |
| 300 | 200 | 540 | 22 | 57 | 88 | |
| 400 | 165 | 465 | 25 | 66 | 69 | |
| 500 | 150 | 330 | 28 | 70 | 49 | |
| 700 | После прокатки. Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм. Скорость деформирования 16 мм/мин; скорость деформации 0,009 1/с | 130 | 145 | (42) | 77 | — |
| 800 | 69 | 96 | (57) | 78 | — | |
| 900 | 47 | 79 | (53) | 95 | — | |
| 1000 | 40 | 54 | (60) | 100 | — | |
| 1100 | 24 | 38 | (66) | 100 | — | |
| 1200 | 14 | 23 | (101) | 100 | — | |
| 1300 | 20 | 25 | (67) | 100 | — |
ПРИМЕЧАНИЕ. σ 400 1/10000 = 137 МПа, σ 400 1/100000 = 103 МПа, σ 450 1/10000 = 81 МПа, σ 450 1/100000 = 52 МПа.
Технологические свойства
Температура ковки, °С: начала 1280, конца 700. Охлаждение на воздухе.
Свариваемость — сваривается без ограничений, кроме деталей после ХТО. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС.
Обрабатываемость резанием — Kv тв.спл = 1,7 и Kv б.ст = 1,6 в горячекатаном состоянии при Предел
прочности
при растяжении
σв = 450-490 МПа.
Флокеночувствительность — не чувствительна.
Склонность к отпускной хрупкости — не склонна.
Из чего состоит сталь марки 25 и где она используется?
Сталь марки 25 (Ст-25) – один из стандартных, типовых сплавов, имеющих хождение в большинстве разновидностей сталелитейного производства. Маркировка состава сообщает, что это среднеуглеродистый сплав, обладающий большинством обычных на первый взгляд параметров.
Состав и расшифровка
Марка Ст25 – отсылка к 0,25% углерода (среднее значение). Химический состав стали 25 разграничен следующим образом.
Содержание хрома в стали данной марки занижено. А это значит, что изделия, заготовки из Ст-25 не должны работать при высокой относительной влажности (более 70%) – спустя короткое время они заржавеют.
Характеристики и свойства
Согласно требованиям ГОСТ механические свойства при завышенных температурных значениях расположились следующим образом.
Долговременное давление на деформацию, МПа
Недолговременное, порционное давление на сминание, МПа
Теплоотдача при нагреве, Дж/м2
После проката: быстрота сминания заготовки – 0,8 мм/мин.
Заготовка круглая с диаметром в 6 мм и протяжённостью в 30 мм, прокат. Быстрота сминания – 16 мм/мин.
Общемеханические показатели заготовок из Ст-25 проявили себя следующим образом.
Термообработанное состояние при продаже
Усилие на сминание, МПа
Твёрдость по Бринеллю
Горячий прокат поковочный, откалиброванный, серебряночный материал 2-го класса, нормализованные заготовки
Откалиброванные заготовки 5-го класса. Отожженный, высокоотпущенный материал
Гартованый калибр, спецотделанный, без термоотжига
Полосовая сталь, горячий прокат, нормализация
Листопрокат отожжённый 1-2 классов
Механика кованых изделий представлена следующими значениями основных параметров.
Долгое усилие на сминание, МПа
Короткопериодичное усилие на сминание, МПа
Закаливание, отпускание, возврат к номинальной норме
Закаливание и отпускание
Механика Ст-25 после химико-термической обработки проявила себя исходя из следующих значений.
Долговременноеусилие на сминание, МПа
Кратковременное, цикличное усилие на сминание, МПа
Твёрдость по Роквеллу
Цементирование при накаливании до 920-950°С, закаливание при несколько пониженной температуре в 820-840°С в водной среде, отпускание при подогреве до 180-200°С на открытом воздухе
Технология Ст-25 такова, что ковать данный сплав начинают при 1280 градусах по Цельсию, завершают – при 700. Далее заготовку охлаждают наружно, без печи. Варится данный сплав хорошо – за исключением заготовок, подвергнутых химико-термическому отжиганию. Варят детали на электроинверторе, полуавтоматической или ручной установкой на метане, ацетилене и кислороде в среде аргона, а также автоматическим методом. Отпускание происходит без охрупчивания. Сплав не флокеновосприимчив. Критические температуры Ст-25 расположились следующим образом.
Ударно-вибрационное поглощение зависит от температурных режимов и вида обработки следующим образом.
Температура окружающей среды
Возврат к нормативным значениям
Измеряется ударная вязкость в джоулях на квадратный сантиметр. Пределы деформационной устойчивости состава Ст-25 расположились следующим образом.
Непрерывное усилие на сминание, МПа
Момент наивысшего усилия на сминание, МПа
Недолговременное усилие на замятие заготовки, МПа
Закаливание при 870, масляная среда. Отпускание при нагреве до 480.
Физика Ст-25 показала себя следующим образом.
Обычная упругость, ГПа
Скручивающее сопротивление, ГПа
Удельный вес сплава, кг/м3
Теплопередача, Вт/ (м ·°С)
Удельное электрическое сопротивление (мОм · м)
Виды поставок и аналоги
Заменяется Ст-20 на Ст-30. В отдельных случаях используют состав Ст-20А – сплав с меньшим содержанием фосфора и серы, делающих любую сталь более ломкой, чем задумано заказчиком. Изделия из Ст-20 выпускаются в таких видах поставки.
- Общесортовой прокат, включая фасонные детали.
- Прут-калибр. Шлифпруток и серебряночные изделия.
- Листопрокат тонкий и утолщённый.
- Полосовая сталь. Лента до 1 мм толщиной.
- Проволочные заготовки.
- Кованые детали и комплектующие.
Нормативы выпуска определяются более чем 10 соответствующими ГОСТами.
Применение
Использование сплава Ст-25 в промышленности – выпуск осевых, вальных, соединяющих, вилочных, фланцевых, собачечных, тройничных и крепёжных деталей. Практикуется также выпуск составляющих для турбинных установок всех принципов действия.
После прохождения стадии ХТО из сплава Ст-25 изготавливаются винтовые, втулочные, собачечные детали. К ним, в свою очередь, требования заключаются в соблюдении нормативов на приповерхностную номинальную твёрдость. Все эти комплектующие должны быть относительно износоустойчивыми – при сравнительной мягкости сердцевины изделия.
Термообработка
Температура закалки Ст-25, как и у большинства стальных сплавов, не превысит 900 градусов. Отжиг осуществляется при температуре не выше 600 градусов. Чтобы свариваемость заготовок из состава Ст-25 оказалась хорошей, детали зачищают и подвергают либо подогреванию до 200-300 градусов, либо стандартному отжиганию при уже известных температурных значениях. Закаливание лучше всего проводить с опусканием раскалённой заготовки в масло (но не в отработку – она представляет собой уже разрушенную масляную среду, лишённую своих первоначальных свойств).
Что касается ковки изделий, то нарушать озвученный ранее температурный режим нельзя: сталь Ст-25 теряет своё относительно размягчённое состояние при снижении её температурной отметки ниже 700 градусов по Цельсию. Сварка стальных деталей производится по их толщине соответствующими электродами.
Если толщина заготовок превышает 8 мм, может быть применён «провар» в несколько этапов – последовательными швами с остыванием свариваемой конструкции до температуры ниже 100 градусов после каждого сварочного цикла.
Зачем нужна и как проводится закалка стали?
Закалкой называют вид термической обработки металлов, который заключается в нагреве выше критической температуры с последующим резким охлаждением (обычно) в жидких средах. Критической называют температуру, при которой происходит изменение типа кристаллической решетки, то есть осуществляется полиморфное превращение. Она определяется она по диаграмме «железо-углерод». фото
Свойства стали после закалки
После закалки увеличивается твердость и прочность стали, но при этом повышаются внутренние напряжения и возрастает хрупкость, провоцирующие разрушение материала при резких механических воздействиях. На поверхности изделия появляется толстый слой окалины, который необходимо учитывать при определении припусков на обработку.
Внимание! Некоторые изделия закаляются частично, например, это может быть только режущая кромка инструмента или холодного оружия. В этом случае на поверхности изделия можно наблюдать четкую границу, разделяющую закаленную и незакаленную части. Закаленную часть на клинках называют «хамон», что в переводе на современный язык металлургии означает «мартенсит».
Определение! Мартенсит – основная составляющая структуры стали после закалки. Вид этой микроструктуры – игольчатый или реечный.
Для уменьшения внутренних напряжений и роста пластичности осуществляют следующий этап термообработки – отпуск. При отпуске происходит некоторое снижение твердости и прочности.
Технология закалки
Режим закалки определяется температурой, временем выдержки, скоростью охлаждения, используемой охлаждающей средой.
Способы закалки стали:
- в одном охладителе – применяется при работе с деталями несложной конфигурации из углеродистых и легированных сталей;
- прерывистый в двух средах – востребован для обработки высокоуглеродистых марок, которые сначала остужают в быстро охлаждающей среде (воде), а затем в медленно охлаждающей (масле);
- струйчатый – обычно востребован при частичной закалке изделия, осуществляется в установках ТВЧ и индукторах обрызгиванием детали мощной струей воды;
- ступенчатый – процесс, при котором деталь остывает в закалочной среде, приобретая во всех точках сечения температуру закалочной ванны, окончательное охлаждение осуществляют медленно;
- изотермический – похож на предыдущий вид закалки стали, отличается от него временем пребывания в закалочной среде.
Типы охлаждающих сред
От правильного выбора охлаждающей среды во многом зависит конечный результат процесса.
- Для поверхностной закалки и работы с изделиями простой конфигурации, предназначенными для дальнейшей обработки, применяется в основном вода. Она не должна содержать соли и примеси моющих средств, оптимальная температура +30°C.
Внимание! Использовать этот способ охлаждения для деталей сложной конфигурации не рекомендуется из-за риска появления трещин.
Внимание! Для работы с изделиями из углеродистых сталей со сложным химическим составом используют комбинированное охлаждение. Оно состоит из двух этапов. Первый – охлаждение детали в воде, второй, после +200°C, – в масляной ванне. Перемещение из одной охлаждающей среды в другую должно производиться очень быстро.
Какие стали можно закаливать?
Процедурам закалки и отпуска не подвергается прокат и изделия из него, изготовленные из малоуглеродистых сталей типа 10, 20, 25. Этот вид термообработки эффективен для углеродистых сталей (45, 50) и инструментальных, у которых в результате твердость увеличивается в три-четыре раза.
Таблица режимов закалки и областей применения для некоторых видов инструментальных сталей
Все, что нужно знать о закалке стали
Организовывать металлообрабатывающее или машиностроительное производство, не выяснив все, что нужно знать о закалке стали, о режимах и структуре закаленной стали, весьма опрометчиво. Ряду людей будет интересно выяснить, как закалять ее в домашних условиях. Также придется разобраться с температурой и видами закалки, с закаливаемостью сталей 20, 45 и других марок.
Какие стали подлежат закалке?
Несмотря на важность этого метода обработки, он может быть применен не ко всем сплавам железа с углеродом. Возможность такой манипуляции специалисты называют закаливаемостью. Установлено, что закалить и отпустить можно только такой металл (прокат), который содержит мало углерода. Сталь 20, а также сплав 10 и 25 не подвергают закаливанию. А вот углеродистый металл вполне может быть обработан таким образом.
Речь идет про сталь:
Свойства закаленных материалов
Правильное закаливание обеспечивает такие характеристики металла, как:
- повышенная твердость на поверхности;
- наращивание суммарной прочности;
- минимизация пластичности до оправданных техническими требованиями показателей;
- сокращение массы металлургической продукции при поддержании исходной прочности и твердости.
В процессе обработки изменяется структура закаливаемой стали. При этом происходит ряд фазовых изменений. При критической температуре, равной 723 градусам, металл еще тверд, но в нем уже разворачивается распад цементита. Вместо него появляется постепенно аустенит. Если дальше металл охлаждать плавно, то аустенит распадается, и эффект от закаливания, по сути, пропадает.
Но вот при быстром остужении распад не происходит, и сталь приобретает те самые характеристики, которые так нужны заказчикам. Закаливаемая до мартенситного состояния сталь оказывается наиболее тверда. Это позволяет использовать готовый продукт в режущих инструментах. Закалка на троостит позволяет сбалансировать твердость и упругостные показатели, что ценно в ударном инструменте и пружинных амортизаторах. Если сталь закалена до сорбитного состояния, то она окажется:
- упругой;
- вязкой;
- стойко переносящей изнашивающие воздействия.
В одной среде
Такой способ внешне прост. Деталь прогревают строго до заданной температуры. Затем ее погружают в жидкость и держат там, пока она не достигнет полного охлаждения. Углеродистую и малолегированную сталь принято остужать в технической воде. Легированный металл традиционно закаливают в масле. Технологи стремятся к одинаковой прочности заготовки по всей поверхности. Это достигается за счет относительного движения конструкции в той среде, куда она помещена.
При механизированной закладке такое перемещение обеспечивается путем циркуляции. При ручной обработке передвигать придется заготовку. Темп перемещения и другие нюансы манипуляции подбираются таким образом, чтобы материал не подвергался короблению.
Описываемая методика ценна для легированной стали, остужаемой начиная с высокой температуры.
Ступенчатая
В этом случае металл также прогревают до закалочной температуры. Но дальше уже начинаются отличия — охлаждение ведется в относительно горячей среде, при 180-250 градусах чаще всего. Стремятся при этом, чтобы прогрев был немного сильнее, чем нужно для мартенситного превращения. В такой ситуации разогрев поверхности детали и охладительного вещества быстро выравнивается. Если охлаждение продолжается, появляется уже мартенсит.
Превращение идет по всей массе заготовок синхронно. Как результат, опасность появления напряжений сводится к минимуму. Последующее остужение можно производить уже даже просто на воздухе. Минусом ступенчатой методики оказывается ее заведомая неприменимость для крупных конструкций. Для них потребовалась бы слишком долгая выдержка, что создает опасность нежелательных структурных изменений.
Изотермическая
Методически такой подход мало отличается от ступенчатого закаливания. Цель — добиться распада аустенита и формирования нижнего бейнита. Углеродистые стали закаливают изотермически не слишком часто, потому что такой подход дает мало преимуществ в сравнении с иными вариантами. А вот для легированного металла – это возможность достичь сбалансированного уровня прочности и вязкости. Предел выносливости у стали окажется в итоге выше, чем при обработке по мартенситному сценарию.
Однако массовое использование изотермической закалки задерживается по нескольким причинам:
- необходимость использовать дорогостоящее оборудование;
- повышенная длительность и трудоемкость манипуляций (то есть рост издержек производства);
- необходимость применения высокотоксичных закаливающих сред — впрочем, эта проблема отчасти решается вертикальными элеваторными печами с интенсивным проветриванием закалочной емкости.
С самоотпуском
После прогрева при таком подходе конструкции помещают в охладительную среду. Там их надо держать до неполного охлаждения. Когда заготовка вынута, наружные слои вновь начинают повышать температуру. Необходимое тепло поступает из внутренней части детали. Такой режим и называют самоотпуском. К нему прибегают, если надо обеспечить одновременно повышенную твердость поверхностного слоя и значительную вязкость сердцевинной области.
Подобное сочетание свойств крайне ценно для молотков, зубил и иных инструментов, которые совершают ударную обработку. Закалка с самоотпуском успешно проводится даже в условиях современного поточного производства. Нередко она сочетается с местной термообработкой. Длительностью самоотпуска выступает промежуток, разделяющий остановку закалочного понижения температуры и начало повторного охлаждения.
Светлая
Техническая литература такой термин не употребляет, но знать, что это за метод, очень важно. Суть состоит в том, что закаливание обычного металла сопровождается потемнением. А вот легированные стали в вакуумной или инертной среде при этом расцветку не меняют. Очевидно, что такие методы защиты металла весьма дороги и трудоемки. К ним прибегают только при массовом выпуске однородных изделий, когда работает эффект масштаба и издержки размазываются по всем экземплярам.
Для работы используют вертикальные печи. Нагрев заготовки проходит в индукторе. Оттуда она перемещается в ванну со специальными солями или селитрой. Весь объем установки должен быть полностью герметичен. Откачка воздуха проводится после завершения каждого цикла.
Поверхностная
Поверхностная закалка, как следует уже из названия, призвана упрочнить наружные слои металла. Для этой цели используют ТВЧ (токи высокой частоты), производящие эффект индукционного нагрева. Чаще к подобной методике прибегают при обработке углеродистых сталей. Температура должна быть более высокой, чем при традиционной объемной методике закаливания. В некоторых случаях прибегают к газопламенному или даже лазерному разогреву сплава – они позволяют, соответственно, уменьшать издержки и повышать точность манипуляций.
Необходимое оборудование
О некоторых его разновидностях — вертикальных печах — речь уже заходила. Однако требуются порой и другие приспособления, технические системы. Кроме печей, обязательно понадобится специальная закалочная ванна. Она оснащается таким образом, чтобы можно было постоянно контролировать тепловые режимы и точно оценивать их соблюдение. Конструктивная схема ванн практически не отличается у разных фирм, по большей части разница касается только габаритов.
Функциональный отсек ванны преимущественно выполняется в прямоугольной форме, но также могут встретиться и цилиндрические модели. Толщина варьируется с учетом планируемой наивысшей продолжительности обработки. Важную роль играет вентиляционный контур, без которого было бы невозможно удаление токсичных веществ. Благодаря теплообменнику исключается хаотическое изменение температуры жидкости для закаливания и поддерживается стабильный ход всего процесса. Теплообменник может принудительно обдуваться вентилятором, однако иногда отвод теплоты от него ведут при помощи циркуляции, поддерживаемой компрессором.
Закалка токами высокой частоты подразумевает использование продвинутой индукционной машины. Индуктор представляет собой катушку, обвиваемую медной трубкой. Геометрия индуктора определяется только конфигурацией и габаритами детали. Предусматривается вращение заготовки в центрах, что требует наличия как зажимов, так и двигателя, и контролирующего процесс механизма.
Разумеется, независимо от способа закалки придется постоянно вести термометрию удаленными средствами наблюдения.
Температура
Выбор режимов и степени нагрева во многом индивидуален — но это не означает, что все требования можно игнорировать. Чаще всего подразумевается первоначальный прогрев стали до аустенитного состояния. Чтобы гарантированно, несмотря на вероятные примеси, произвести соответствующее превращение, нужен нагрев на 30-50 градусов выше расчетной точки. Перегрев существенно более Ac3 также нецелесообразен, потому что разрастание аустенитных зерен ведет к хрупкости материала. Инструментальные углеродистые стали доводить до аустенитной фазы не имеет смысла и даже вредно.
Легированный металл закаливают опять же учитывая критические точки. Однако большое количество улучшающих компонентов сильно затруднит отбор наилучшего рабочего режима. Если легированная сталь содержит много карбидов, ее надо прогревать существенно выше критических точек, иногда до 1000 градусов и более. Только при расплавлении карбидов и переходе заключенных в них легирующих добавок в аустенит можно получить хороший результат. Температура при неполной закалке составляет такую величину, при которой сохраняется избыточный цементит. Этот режим показан для заэвтектоидных сталей, но может использоваться и для других сплавов.
Как закалять в домашних условиях?
Технология в этом случае существенно не отличается от той, что практикуется на больших заводах. Точно так же надо разогреть металл, а затем охладить. Но ограниченное оборудование, даже в продвинутых домашних мастерских, не позволяет воспроизвести промышленные методики точь-в-точь. Процесс в любом случае должен происходить равномерно и плавно. На поверхности нельзя допускать появления черных или синих пятен. Чтобы сделать все правильно, используют термопечи. Иногда их заменяют на электропечи или даже на открытый огонь. Струйное закаливание проводится, если надо работать точечно. Время выдержки при погружении предмета в масляную ванну не превышает 3 секунд, но эту процедуру проводят многократно и быстро. Судить о температуре образца приходится по окраске поверхности или по степени побежалости.
Открытое пламя — как костра, так и горелки — позволяет прогреть лишь относительно небольшие металлические изделия. Минус открытого огня состоит еще и в опасности обезуглероживания поверхности. Наддувать кузнечный горн возможно мощным промышленным феном. Простые временные печи для такой работы создают из шамотных кирпичей. Закалочные жидкости помещают в емкости подходящей величины, изготавливаемые из несгораемых веществ. Держать заготовки помогут щипцы либо крючья подходящей величины. Охлаждение металла в домашних условиях возможно при помощи воды и воздуха, водных растворов и минерального масла. Если какое-то изделие состоит из частей с разной целевой твердостью, прибегают к последовательному остужению в двух средах.
Конкретные параметры и режимы подбирают сообразно параметрам определенного сплава. Изготовив импровизированную камеру, можно будет повысить температуру до 1200 градусов, что гарантирует обработку легированного металла.
Дефекты после закаливания
Иногда закаливаемая сталь приобретает слишком низкую твердость. Это бывает связано с чрезмерно низкой температурой или с несоблюдением временных рамок процедуры. Проблема также часто обуславливается малыми темпами охлаждения. Источником сложностей может стать и чрезмерный нагрев образца (выше допустимых температур). Из-за роста зерен в перегретой детали металл становится несообразно хрупок.
О пережоге говорят, когда сталь нагрели практически до температуры плавления. Чтобы компенсировать такую опасность, нужно использовать атмосферу, не имеющую окислительных свойств. Также вероятны:
Читайте также: