Что такое улучшение стали

Улучшаемые углеродистые и легированные стали (состав, марки, свойства, термическая обработка, применение).

Сущность процесса улучшения

Процессу улучшения подвергаются конструкционные улучшаемые стали трех категорий:

При закалке деталь подвергается нагреву до температуры на 30°С ниже чем в точке Ас1. На данном этапе необходимо обеспечить сквозную прокаливаемость. В детали преобладает внутренняя структура – мартенсит.

Структура улучшаемой стали

Высокий отпуск производится при температуре от 550°С до 650°С. За счет чего структура металла переходит в сорбит и получается однородной и мелкозернистой.

Максимального эффекта можно добиться если во время проведения закалки не образуется феррит и бейнит.

Термическое улучшение металлов позволяет менять такие показатели как:

Какая температура цианирования лучше

Важно учитывать многие факторы, которые будут влиять на эксплуатацию прибора. При низкотемпературном цианировании металл нагревается на минимальных показателях

Горячее цианирование предлагает использование ванн со средней температурой около 850 градусов.

В среднем цианирование занимает до 6 часов, поэтому первый результат видно достаточно быстро. На низких температурах происходит меньше деформации, поэтому изделия сохраняют свою геометрию и функциональность. В отдельных случаях бывает недостаточно низких температур, поэтому рекомендуется использование цианированных деталей горячим способом.

Технология проведения улучшения

При закалке, упрочнении, температура нагрева подбирается исходя из состава металла. Если для конструкционных среднеуглеродистых сталей ее можно подобрать согласно диаграммы железо-углерод, то для получения аустенита в металле содержащем легирующие элементы (хром, молибден, ванадий, никель и прочие) необходимо увеличить температуру нагрева.

Интенсивное охлаждение производится в двух средах: воде и масле. Охлаждению в воде подлежат углеродистые металлы, а в масле — легированные, так как водная среда может провоцировать образование внутренних трещин и деформаций.

Внутреннюю структуру мартенсит можно преобразовать средним или высоким отпуском. Температура проведения отпуска в значительной мере зависит от процентного содержания легирующих элементов.

Производство стали

Новейшие технологии добычи металлов позволяют получать сталь. Она образуется путем соединения углерода с железом и разными гелирующими элементами (если есть такая необходимость). Способов ее выплавки существует несколько. Вот самые высокопродуктивные и современные:

Применение улучшения

После улучшения из углеродистых сталей производятся детали, на которые, которые требуют увеличенной прочности. Это детали типа вал, втулка, шестерня, зубчатое колесо, втулка. Использование углеродистых сталей обусловлено дешевизной изготовления и технологичностью.

Улучшение стали применяется при изготовлении червячного вала

Материалы с высоким содержанием углерода (60, 65) после улучшения используются для изготовления пружинных и рессорных изделий.

Введенные легирующие элементы позволяют изготавливать из этих сталей ответственные детали большего диаметра испытывающие более сильные нагрузки. После проведения термообработки у них сохраняется вязкость и пластичность с повышением прочности и твердости, а также понижается порог хладноломкости.

Прокаливаемость

Механические свойства элементов конструкции зависят от однородности структуры металла, которая напрямую зависит от сквозной прокаливаемости, минимального диаметра. Данный параметр характеризует образование более половины мартенсита. Так в таблице приведены некоторые показатели, при которых выдерживается критический диаметр.

Как показывает практика, на прокаливаемость большое влияние оказывают легирующие элементы. Особенно это заметно при наличии никеля. Его присутствие позволяет закаливать детали большого диаметра. Так из стали 40ХН2МА можно выточить и подвергнуть термообработке ответственную деталь диаметром свыше 100 мм с сохранением приданных свойств по всему объему.

Закалка, как основной вид термической обработки стали

Очень распространенный метод термообработки, так как он позволяет сделать изделие менее восприимчивым к сжатию, сдвигу, а также придать ему прочность и долговечность, невосприимчивость к внешним физическим воздействиям. Это происходит за счет придания игольчатой структуры металлу. «Иглами» вещество застывает из-за недостатка легирующих материалов.

Заготовку сильно прогревают, а потом охлаждают максимально быстро, используя внешние источники – воду, масло, раствор с добавлением соли. Из-за скорости в полурасплавленном сплаве не успевают произойти диффузионные процессы. Дешевле всего создавать водяные ванны, но на поверхности могут появиться трещины, масляная среда – самая предпочтительная.

Хладноломкость

Отрицательные температуры способствуют переходу в хрупкое состояние, что сказывается на показателях пластичности и ударной вязкости. При воздействии динамических нагрузок низких температур детали разрушаются. При подборе материала, из которого будут изготовлены детали, работающие в экстремальных условиях, в первую очередь пользуются таким параметром, как хладноломкость.

Порог хладноломкости в зависимости от содержания никеля

График характеризует, что повышенное наличие никеля увеличивает порог хладноломкости. Также на это значение оказывает влияние молибден.

Мелкозернистая структура, получаемая при высоком отпуске способствует увеличению показателя хладноломкости.

Зависимость порога хладноломкости от размера зерна

График показывает зависимость от размера зерна:

1 – размер зерна 0,002-0,01 мм;

2 – размер зерна 0,05-0,1 мм.

Наличие серы и фосфора отрицательно влияют на формирование мелкозернистой структуры.

Неправильный выбор материала для изготовления изделий, работающих в условиях крайнего севера и заполярья не раз приводил к катастрофическим последствиям. Например, вал, изготовленный из ст. 40 и прошедший улучшение в умеренном климате, работает не один год. А на Чукотке при морозе больше 50°С он сломается в первые месяцы эксплуатации.

Отпуск

При первичной обработке, например, при литье, все металлы получают внутреннее напряжение – это особый, тесный вид соприкосновения молекул. Напряженность приводит к повышенной хрупкости. Процедура позволяет добиться ударопрочности и снижения жесткости. Есть три подвида.

Низкий

Основная задача – повышение вязкости при той же твердости. Это достигается путем придания внутренней микроструктуры игольчатого или пластиночного типа. Часто применяют для термической обработки режущих деталей, медицинских инструментов. Заготовку нагревают в пределах 150-250 градусов. Выдерживают не менее полутора часов, а затем остужают с помощью воздуха или масла.

Средний

Здесь мартенсит (вид структуры, описанный выше) преобразуется в трустит, что характерно для чугуна. Особенность – высокая дисперсия. При такой же высокой вязкости твердость тоже растет. Это очень важно для элементов, на которые будут возлагаться большие упругие нагрузки. Температурные пределы – от 340 до 500, воздушное охлаждение.

Высокий

Кристаллизация происходит с появлением сорбита. Благодаря ему совершенно ликвидируется напряжение внутри сплава. Такой метод применяется для конструкций, имеющих очень важное значение – в самолетостроении, при строении космических объектов. Температура нагрева – от 450 до 650 градусов.

Механические свойства после улучшения

У улучшаемых углеродистых сталей невысокая прокаливаемость. Поэтому стали с 30 по 50 используются для изготовления деталей диаметром не больше 10 мм. После улучшения для них характерны следующие параметры:

Если элементу по условиям эксплуатации требуется большая поверхностная прочность, то его подвергают закалке токами высокой частоты (ТВЧ).

Для изделий диаметром более 30 мм для придания качеств, полученных улучшением применяются легированные металлы. При высокой скорости закаливания, большего критического диаметра наряду с мелким зерном, у них наблюдаются малые остаточные напряжения после ТО и высокая стойкость к отпуску.

Так, сплав железа, имеющий в своем составе хром и никель, после улучшения имеет следующие параметры:

Кроме широко используемых легирующих элементов для измельчения зерна используют титан, ниобий и цирконий. Для повышения прокаливаемости применяют бор.

Улучшение стали при изготовлении деталей

Для примера можно рассмотреть маршрут изготовления детали шестерня из стали 40ХН. Для данного типа деталей требуются высокие значения твердости рабочей поверхности, а также хорошая пластичность и вязкость.

Технологический процесс выглядит так:

Выбирая режимы термической обработки при улучшении следует учитывать следующие факторы:

Выводы

Описанные выше современные достижения компаний, являющихся членами Института стали VDEh, касаются в основном повышения безопасности и стабильности процессов, улучшения качества стали, реализации модульного принципа организации производства, обеспечения производственной гибкости предприятий. Стратегия развития компаний в традиционном формате должна ставить целью дальнейшее укрепление их позиций на мировом рынке. В будущем литье тонких слябов останется чрезвычайно перспективной областью приложения научных и производственных усилий. Необходимо улучшать эту технологию и внедрять в повседневную производственную практику. Представляет большой интерес наблюдение за работой сооружаемых в настоящее время установок литья тонких полос и прямого непрерывного литья полос. Однако только будущие исследования позволят окончательно оценить экономиические преимущества этих процессов.

Несмотря на продолжающийся мировой финансовый и экономический кризис, в ближайшие годы ожидается дальнейший рост производственных мощностей по непрерывному литью заготовок традиционного профиля – блюмов, слябов, сортовых и балочных. Одновременно получат дальнейшее развитие новые технологические процессы литья, такие, как литье тонких слябов и тонких полос. Все технологические процессы непрерывного литья характеризуются разными потенциальными возможностями с точки зрения соответствия требованиям заказчиков, качества продукции и производительности. Для того чтобы технология оставалась конкурентоспособной, она должна постоянно совершенствоваться. Исходя из этого, можно определить основные задачи, стоящие перед металлургией в будущем: производство сверхчистых сталей с отличной микроструктурой и высоким качеством поверхности; разработка новых марок сталей; стратегия бездефектной продукции; системы гарантированного качества в сочетании с высокой производительностью и хорошей производственной гибкостью.

Улучшаемые стали

Улучшаемые стали — это конструкционные материалы:

Легированные стали можно поделить на несколько категорий:

Особо стоит отметь плохую свариваемость улучшаемых металлов. Она производится при соблюдении некоторых мер, сохраняющих требуемые характеристики.

Источник

Термообработка стали — лучший способ улучшения ее свойств

Улучшение стали | ООО КВАДРО

Улучшение стали – комплексная термообработка стали, заключающаяся в закалке детали с последующим высоким отпуском стали, обеспечивающая хорошие показатели прочности и пластичности.

Сущность процесса улучшения стали

После закалки стали в ней преобладают структуры мартенсита. Высокий отпуск стали заключается в нагреве, как минимум, на 20-40°C ниже точки Ac1 (см. Диаграмму железо-углерод), но не ниже 500°C, выдержке и контролируемом охлаждении детали.

Улучшение сталей на диаграмме железо-углерод

На втором этапе улучшения сталей – процессе высокого отпуска стали – происходит диффузионный распад мартенсита до образования сорбита отпуска (см. Элементы теории термической обработки). Сорбит отпуска имеет однородную и дисперсную структуру.

Применение улучшения сталей

Именно структура сорбита отпуска обеспечивает великолепное сочетание ударной вязкости, пластичности и прочности при понижении твердости в деталях, прошедших процесс улучшения стали

Процессу улучшению сталей подвергают детали из углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода 0,30-0,55%. Например, сталь 45, 40Х, 30ХГСА, 38Х2МЮА.

При необходимости более высокой поверхностной твердости эти детали подвергают после процедуры улучшения стали другим методам обработки: закалке ТВЧ или азотированию.

В случае отсутствия высоких требований к пластичности и ударной вязкости вместо улучшения сталей может применяться нормализация стали, как более экономичный процесс.

Улучшение сталей в ООО КВАДРО

Наше предприятие уже почти четверть века производит термообработку металлов на заказ в Санкт-Петербурге, в том числе улучшение сталей.

Мы производим по чертежам Заказчика или режимам термической обработки термообработку сталей (в т.ч. нержавеющих, инструментальных и т.п.), а так же иных металлов и сплавов (алюминиевых и титановых, латуней и бронз, и т.д.).

Кроме улучшения стали мы производим и иные виды термической обработки металлов на заказ, например:

Отпускная хрупкость стали

Отпуском металла называется технологический процесс термообработки закалённого стального сплава.

Он даёт возможность завершить фазовые превращения в микроструктуре (мартенсите), которая приобретает наиболее устойчивое состояние.

Дело в том, что в процессе закалки в металле возникают внутренние напряжения — осевые, радиальные, тангенциальные.

Чтобы устранить их негативные последствия такие как хрупкость и низкая пластичность, изделия нагревают в печах при различных температурах (от 250 °C до 650 °C), выдерживают заданное время (от 15 минут до 1,5 часа), а потом медленно охлаждают.

Комплекс этих мероприятий приводит к выделению лишнего углерода, перестройке и упорядочиванию структуры металла, устранению дефектов его кристаллического строения.

Обработанные материалы приобретают заданный комплекс механических свойств, среди которых основные — увеличение пластичности и снижение хрупкости при сохранении достаточного уровня прочности.

Виды отпуска стали

Понятие низкого отпуска.

Для снижения внутренних напряжений низкий отпуск стали обычно проводят нагреванием до 250 °C в течение от 1 до 2,5 часа.

Из металла в процессе диффузии выделяется часть излишков углерода, из них образуются карбидные частицы в виде пластин и стержней.

Неравновесная структура мартенсита закалки превращается в равновесный отпущенный мартенсит.

Этим достигается стабилизация размеров изделий, повышаются вязкость и прочность, а показатели твёрдости практически не изменяются.

Низкотемпературному отпуску подвергают железоуглеродистые и низколегированные стали для производства режущего и измерительного инструмента, который не испытывает динамических нагрузок. В основном его выполняют для сталей, закалённых токами высокой частоты, а также для сплавов, поверхность которых ранее насыщалась углеродом и азотом.

Особенности среднего отпуска.

Он проводится при температурах от 350 °C до 500 °C и обеспечивает высокую упругость и релаксационную стойкость.

Из стали выделяется весь избыточный углерод, а карбид переходит в цементит.

Мартенсит уже полностью разложился, а перестройка структуры металла (полигонизация) и её совершенствование (рекристаллизация) ещё не начались.

Новая комбинация называется троостомартенсит и характеризуется ускорением процессов диффузии. Кристаллическая решётка сплава при этом превращается в кубическую, а внутренние напряжения ещё больше уменьшаются.

Охлаждение металла осуществляют в воде, что тоже увеличивает предел выносливости. Среднетемпературный отпуск необходим при производстве упругих деталей: рессор, ударного инструмента и пружин.

Технология высокого отпуска.

При температурах свыше 500 °C в углеродистых сплавах происходят структурные преобразования, которые уже не относятся к фазовым превращениям.

Претерпевают изменения конфигурация и габариты частиц кристаллов, их зёрна укрупняются, а форма стремится к равноосной.

Комплексная термообработка, включающая закалку и высокий отпуск стали, в материаловедении называется улучшением, а кристаллическая структура металла после этого — сорбитом отпуска.

Она считается наиболее эффективной, так как достигается идеальное сочетание вязкости, пластичности и прочности сплава. Однако несколько снижается твёрдость, поэтому не приходится надеяться на улучшение износостойкости.

Продолжительность высокого отпуска варьируется в пределах от 1 до 6 часов и зависит от размеров зубчатых передач, опор, коленчатых валов, втулок, болтов и винтов, изготовленных из конструкционных и среднеуглеродистых сталей. Эти изделия в процессе эксплуатации воспринимают ударные нагрузки и работают на сжатие, растяжение и изгиб, а к их прочности, выносливости, текучести и ударной вязкости предъявляются особые требования.

Улучшенная сталь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Улучшенная сталь

Улучшенная сталь имеет твердость ( в зависимости от марки) НВ — — 250 — т — 300 и поддается обработке резанием. При закалке зубчатых колес до твердости НВ 350 они обычно настолько деформируются, что для получения необходимой точности профили зубьев приходится шлифовать. [1]

Улучшенная сталь в результате старения при 250 — 500 С в течение 3000 ч заметно снижает ударную вязкость, а порог хладноломкости ее резко повышается. При увеличении времени нагрева до 7000 ч продолжается снижение ударной вязкости и повышение порога хладноломкости. [2]

Улучшенная сталь по сопротивляемости снижению ударной вязкости при старении сохраняет преимущество перед горячекатаной сталью до температуры 350 С, а при более высоких температурах этот показатель снижается до уровня показателя горячекатаной стали или еще ниже. [3]

Улучшенная сталь 12ХМ сохраняет высокие значения предела прочности при растяжении при температурах до 500 С включительно. [5]

Улучшенная сталь имеет твердость ( в зависимости от марки) НВ250 — НВЗОО и поддается обработке резанием. При закалке зубчатых колес до твердости НВ350 они обычно настолько деформируются, что для получения необходимой точности профили зубьев приходится шлифовать. [6]

Улучшенная сталь независимо от содержания углерода выдерживает испытание на изгиб в холодном состоянии на 180 С. [7]

Легированные конструкционные улучшенные стали марок 40Х, 40ХН, ЗОНХЗА, ЗОХГСА и 40ХГТ подвергают термическому улучшению — закалке и высокому отпуску. [8]

Улучшенными сталями, обладающими более высокими магнитными свойствами в слабых и средних полях, являются горячекатаные стали марок Э45, Э46, Э47, Э48, применяющиеся для радиотрансформаторов, трансформаторов тока и др., где. [10]

Преимущество улучшенной стали перед отожженной сталью Х5М наиболее заметно при температурах ниже 550 С. [12]

Если для улучшенной стали 40Х удельная прочность равна 13 км, то для титанового сплава после термической обработки она увеличивается до 31 км, а для алюминия, армированного борным волокном, — до 43 км. Таким образом, повышение удельной прочности приводит к значительному сокращению материалоемкости изделий. [13]

Длительная прочность улучшенной стали выше, чем отб-жженной ( рис. 4.8), но при повышении температуры это различие в прочности улучшенной и отожженной стали уменьшается. [15]

Страницы: 1 2 3 4 5

Улучшаемые стали.

Количество просмотров публикации Улучшаемые стали. — 4175

Улучшаемыми конструкционными сталями называются среднеуглеродистые стали (0,3-0,5%С). В них должно содержаться не более 5 % легирующих элементов. Эти стали используются после операции улучшения. Данная операция состоит из закалки и высокого отпуска. Закалка подобных сталей, как правило, проводится в масле. При отпуске температура улучшаемых сталей составит 550-650 °С.

После термической обработки улучшаемые стали обладают структурой сорбита͵ хорошо воспринимающего ударные нагрузки.

Улучшаемая сталь получает высокую прочность, вязкость, низкую чувствительность к концентраторам напряжения, а также сравнительно хорошую прокаливаемость.

При сквозной прокаливаемости, после одинаковой термообработки, свойства различных марок улучшаемых сталей обычно близки между собой. По этой причине выбор тех или иных марок улучшаемой стали обусловлен прокаливаемостью стали, обязательно учитывается сечение детали и сложностью ее конфигурации, также смотрим на наличие концентраторов напряжений.

Группа I. К ней относят углеродистые стали 35, 40, 45 Стали имеющие критический диаметр до 10 мм, при нем достигается сквозная прокаливаемость. Οʜᴎ содержат в своей структуре не менее 95 % мартенсита.

Группа II. К ней относятся хромистые стали 30Х, 40Х. Стали имеющие критический диаметр 15-20 мм. К недостатку сталей этой группы можно отнести склонность к отпускной хрупкости второго рода. Для этих сталей крайне важно быстрое охлаждение после отпуска (охлаждение маслом, водой).

Группа III. К ней относятся хромистые стали. Как правило, их дополнительно легируют еще одним а иногда и двумя элементами З0ХМ, 40ХГ, 30ХГТ Критический диаметр 20-25 мм. Для увеличения прокаливаемости в хромистые стали можно дополнительно ввести марганец (40ХГ) и бор (40ХР). Молибден (30ХМ) вводят для уменьшения отпускной хрупкости второго рода. Высокие свойства имеют принадлежащие к этой группе стали, называемые хромансилями: 20ХГС, 30ХГС. Οʜᴎ хорошо свариваются при высокой прочности 1200 МПа и KCU = 0,4 МДж/м2. К их недостаткам можно отнести склонность к отпускной хрупкости второго рода.

Группа IV. К ней относятся хромоникелœевые стали с содержанием до 1,5 % Ni: 40ХН, 40ХНМ. Их критический диаметр 40 мм. Эти стали при низких температурах эксплуатации обладают несколько большим запасом вязкости, чем стали находящиеся в предыдущих группах.

Группа V. К ней относятся комплекснолегированные стали, содержащие 3-4 % Ni: 38ХНЗМ, 38ХНЗМФА. Как правило, стали из этой группы достаточно дороги. Эти улучшаемые стали относятся к самым лучшим маркам. Критический диаметр составляет 100 мм и более. Οʜᴎ обладают низкой склонности к хрупкому разрушению. Из этих сталей изготовляются детали со сложной конфигурацией, подвергаемые ударным нагрузкам. Их недостатки, это склонность к флокенообразованию и трудность обработки резанием.

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:

Сам процесс термообработки включает в себя:

Отжиг

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

Существует две его основные разновидности:

Каждая из представленных видов термообработки имеет определенное назначение.

Отжиг первого рода выполняет следующие технологические задачи:

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:

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.

В результате нагрева сталь получает аустенитную структуру, которая, охлаждаясь, переходит в мелкоигольчатый мартенсит.

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:

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.

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:

Оцените статью:
Рейтинг: 5/5 — 3 голосов

Почему у металлов различная хрупкость

При значительных нагрузках в условиях действия стабильно низких температур свое влияние оказывают следующие факторы:

Вот от чего зависит ударная вязкость на практике, и следует помнить, что большинство из перечисленных выше факторов также меняются. Те же повреждения со временем развиваются, становясь серьезнее и нарушая структуру.

Относительная нестабильность свойств – именно та причина, по которой при выпуске деталей требуется выполнять проверки. По результатам тестов можно с высокой степенью точности установить, при какой температуре допустимо стабильно эксплуатировать заготовку. Поэтому необходимо подробно рассмотреть, как их проводить, какие образцы при этом использовать, что за предварительную подготовку осуществить и так далее.

Улучшение — сталь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Улучшение — сталь

При высоком отпуске стальные детали нагревают до 450 — 650 С, выдерживают при этой температуре, а затем охлаждают для получения структуры сорбита отпуска. Закалку вместе с последующим высоким отпуском называют улучшением стали. После этого отпуска детали приобретают повышенную ударную вязкость, пластичность, но несколько пониженную твердость поверхности. [16]

В результате отжига структура металла улучшается, повышаются его пластические свойства и обрабатываемость, снимается наклеп или нагартовка и уничтожаются внутренние напряжения. Несоблюдение хотя бы одного из этих условий вместо улучшения стали только yxyfliunf ее и может сделать непригодной. [17]

В зависимости от температуры отпуска различают низко — ( низкий), средне — ( средний) и высокотемпературный ( высокий) виды отпуска. Закалка на мартенсит с последующим высоким отпуском называется улучшением сталей. [18]

При высоком отпуске сталь приобретает хорошие механические свойства — прочность, пластичность, особенно повышается ударная вязкость. Термическую обработку, сотоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением стали. Высокому отпуску подвергают конструкционные стали, которые должны обладать высокой вязкостью при достаточной прочности. [19]

Закалка с последующим высоким отпуском повышает сужение поперечного сечения и, особенно, ударную вязкость. Поэтому такая термическая обработка ( закалка на мартенсит и высокий отпуск) называется иногда улучшением стали. [20]

Чем выше температура отпуска, тем меньше твердость стали и тем выше ее пластичность и вязкость ( особенно повышается ударная вязкость), поэтому закалку с высоким отпуском называют улучшением стали. [21]

Независимо от содержания углерода нормализация стали 15ХСНД несколько снижает характеристики прочности и повышает пластичность и ударную вязкость. Температура отпуска после закалки определяется требуемым уровнем прочности. Улучшение стали наряду с повышением прочности снижает склонность стали к хладноломкости и ее чувствительность к деформационному старению. [22]

Стали марок 08 — 25 не подвергают термической обработке; их используют для цементации, они хорошо штампуются и свариваются. Стали марок 30 — 55 применяют в основном в термически обработанном состоянии, после закалки и высокого отпуска. Процесс закалки и отпуска называется улучшением стали, поэтому эти марки углеродистой стали называются улучшаемыми, из них изготавливают шестерни, валы и другие ответственные детали. Стали марок 60 — 85 служат для изготовления пружин, рессор и прочих деталей. [23]

Высокому отпуску подвергают детали машин: валы, шатуны, шестерни. При высоком отпуске сталь получает мелкозернистую структуру, называемую сорбитом ( фиг. Закалка с последующим высоким отпуском называется улучшением стали. [24]

Высокий отпуск осуществляют нагревом закаленной на мартенсит стали до температуры 500 — 650 С и выдерживанием при этой температуре. Полученная структура сорбит отпуска содержит глобулярный цементит. Механические характеристики стали со структурой сорбита отпуска более высокие, чем показатели медленно охлажденной стали с равновесной структурой. Это объясняется тем, что в перлите в равновесном состоянии цементит имеет пластинчатое строение. Высокий отпуск называют также улучшением стали. Его применяют при термическом упрочнении арматурных сталей. [25]

Начиная от 200 С, твердость постепенно снижается: аналогично изменяются и другие прочностные характеристики. Сопротивление же удару начинает заметно возрастать лишь при нагреве выше 400 С и имеет наибольшее значение при температурах 600 — 650 С. Поскольку термической обработке подвергаются главным образом ответственные детали машин ( тяжелонагруженные и испытывающие знакопеременные и ударные нагрузки), величина ударной вязкости должна быть как можно больше. Эта двойная термическая операция называется улучшением стали. [26]

Отпуск, проводимый при 500 — 680 С, называется высокотемператур-н ы м, или высоким. При этих температурах происходит рост кристаллитов карбида железа — тонкие пластинки его — укрупняются и приобретают округлую форму. Высокий отпуск повышает вязкость стали; прочность и твердость ее немного снижаются, но остаются все же значительными. При высоком отпуске создается наилучшее соотношение механических свойств стали. Поэтому закалка с высоким отпуском называется улучшением стали. [27]

Отпуск, проводимый при 500 — 680 С, называется высокотемпературным, или высоким. При этих температурах происходит рост кристаллитов карбида железа — тонкие пластинки его укрупняются и приобретают округлую форму. Высокий отпуск повышает вязкость стали; прочность и твердость ее немного снижаются, но остаются все же значительными. При высоком отпуске создается наилучшее соотношение механических свойств стали. Поэтому закалка с высоким отпуском называется улучшением стали. [28]

Отпуск, проводимый при 500 — 680 С, называется высокотемператур-н ы м, или высоким. При этих температурах происходит рост кристаллитов карбида железа — тонкие пластинки его укрупняются и приобретают округлую форму. Высокий отпуск повышает вязкость стали; прочность и твердость ее немного снижаются, но остаются все же значительными. При высоком отпуске создается наилучшее соотношение механических свойств стали. Поэтому закалка с высоким отпуском называется улучшением стали. [29]

Отпуск, проводимый при 500 — 680 С, называется высокотемпературным, или высоким. При этих температурах происходит рост кристаллитов карбида железа — тонкие пластинки его укрупняются и приобретают округлую форму. Высокий отпуск повышает вязкость стали; прочность и твердость ее немного снижаются, но остаются все же значительными. При высоком отпуске создается наилучшее соотношение механических свойств стали. Поэтому закалка с высоким отпуском называется улучшением стали. [30]

Как упрочнить сталь

Химические способы

Добавление в состав стали легирующих элементов способно упрочнить сталь. Например, многие японские стали содержат до 8 % молибдена, и это существенно повышает не только их прочность, но и вязкость, что делает сплавы с ним очень ценными.

Еще один способ повысить прочность и износостойкость стали – это добавление в сплав марганца: он делает структуру более мелкозернистой и прочной. Кроме этого, такой сплав лучше поддается заточке – чем более мелкие зерна у его структуры, тем более тонкую режущую кромку можно будет вывести и даже довести ее до бритвенной остроты.

Источник