Нормализация – сталь
Нормализация стали приводит к заметному уменьшению величины ке.
Нормализация стали по сравнению с отжигом является более коротким процессом термической обработки, а следовательно, и более производительным.
Нормализация стали представляет собой нагрев стали выше линии GSE на 30 – 50 С ( рис. 27) с выдержкой при заданной температуре и последующим охлаждением на воздухе. Нормализацию применяют для устранения внутренних напряжений и явлений наклепа с целью повысить механические свойства стали. В результате нормализации структура стали становится нормальной, мелкозернистой. Благодаря ускоренному охлаждению по сравнению с отжигом операция нормализации часто служит подготовкой стали к закалке.
Нормализация стали заключается также в нагреве до известной температуры и охлаждении, но в отличие от отжига охлаждение производится на воздухе более быстро.
| Показатели твердости стали после отжига. |
Нормализация стали заключается в нагреве стали до определенной температуры, выдержке ее при этой температуре и, в отличие от отжига, в последующем охлаждении не в печи, а на спокойном воздухе.
Нормализация стали по сравнению с полным отжигом обеспечивает получение более высоких механических свойств.
Нормализация стали обеспечивается стандартом при оговорке в чертеже и в заказе.
| График закалки стали. |
Нормализация стали отличается от отжига способом охлаждения.
Нормализация стали – это процесс термической обработки, при которой производится нагрев стали до определенной температуры, зависящей от содержания углерода в металле, затем небольшая выдержка при этой температуре и охлаждение на воздухе. Например, при содержании в металле около 0 8 % С нагрев осуществляют до температуры примерно 900 С.
Нормализация стали отличается от отжига нагреванием до не сколько более высокой температуры ( на 20 – 30 С) и охлаждением детали на воздухе. При нормализации выравнивается структурная неоднородность детали ( в основном отливок и поковок), сталь приобретает мелкозернистую структуру.
Нормализация стали необходима для улучшения механических свойств металла, снятия внутренних напряжений, улучшения структуры металла перед последующей качественной закалкой.
| Диаграмма состояний сплава железо-углерод ( изображена только левая часть, относящаяся к стали и широко применяемым чугунам. |
Нормализация стали – это нагрев металла на 30 – 40 С выше линии GSE с последующим охлаждением на воздухе. Эта операция для малоуглеродистых сталей примерно аналогична отжигу.
Хромоникелевые стали
Обладают высокой прокаливаемостью, прочностью, хорошей вязкостью. Применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при вибрационных и динамических нагрузках. Никель, особенно в сочетании с молибденом, сильно снижает порог хладноломкости. Чем выше содержание никеля, тем ниже допустимая температура применения стали и выше ее сопротивления хрупкому разрушению. Рекомендуется вводить до 3 % Ni. При большем содержании получается много остаточного аустенита. Для тяжелонагруженных деталей с диаметром сечения до 70 мм используют стали марок 40ХН, 45ХН, 50ХН.
Обработка стали вакуумом
Вакуумирование металла осуществляют основным образом в сталеразливочном ковше. Лучшие результаты при этом получаются при вакуумировании нераскисленного металла. За счет создания разрежения над поверхностью металла происходит интенсивное выделение пузырьков растворенных в нем газов – водорода, азота и монооксида углерода. Также к поверхности этих пузырьков прилипают неметаллические включения, которые выводятся на поверхность и переходят в шлак. Кроме того, растворенный в металле кислород взаимодействует с углеродом, поэтому этот процесс используют и для получения безуглеродистых коррозионностойких сталей. После интенсивной дегазации в металл сверху из помещенного в вакуумной камере бункера вводят раскислители и легирующие добавки.
Различают две разновидности процесса:
- VD (Vacuum Degassing) – вакуумная дегазация металла;
- VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) – вакуумно-кислородное обезуглероживание, при котором для удаления углерода из металла используют и продувку кислородом.
Однако в последнее время все большее распространение получают комбинированные агрегаты, сочетающие в себе обе разновидности.
Рис. 61. Схемы ваккуумирования стали: а) камерное ваккуумирование; б) обезуглероживание стали; в) струйное вакуумирование; г) циркуляционное вакуумирование; д) порционное вакуумирование
В настоящее время наиболее распространенными способами обработки металла вакуумом в ковше являются:
- помещение ковша с металлом в вакуумную камеру, последующее перемешивание металла инертным газом и ввод раскислителей из бункера, данный метод часто называют “ковшовым вакуумированием” (рис. 61, а), аналогичным образом происходит и обезуглероживание металла (рис. 61, б);
- вакуумирование при переливе из ковша в ковш или из ковша в изложницу. Поскольку обработке вакуумом подвергается “струя” металла, данный метод иногда называют “струйным вакуумированием” или “вакуумированием струи” (рис. 61, в);
- циркуляционное вакуумирование, когда металл под действием вакуума всасывается в специальную камеру, где и происходит удаление вредных примесей (рис. 61, г);
- порционное вакуумирование, при котором металла закачивается в камеру вакуумирования отдельными порциями (рис. 61, д).
Сульфоцианирование
Данная обработка в большей степени напоминает процесс цианирования. Поверхность насыщается не только углеродом и азотом, но также и серой. Сульфоцианированные детали в большей степени обладают такими же характеристиками как и цианированные. Лучше всего сульфоцианированные детали показали себя в механизмах на средних нагрузках. Благодаря немного другой схеме цианирования предупреждается схватывание и наволакивание металла.
Нормальная температура плавления смеси составляет 560-580 градусов. Обработку стальных сплавов проводят преимущественно в жидких средах, но также возможно и в газовых. Так как сульфоцианированные детали обладают чуть большей прочностью, то их использование оправданно в качестве поршневых колец, чугунных втулок, разнообразных запчастей насоса.
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:
- Электроплавильный. Суть метода ─ выплавление качественной легированной стали с помощью дуговых печей. Подобные агрегаты характеризуются тем, что металл в них плавится очень быстро. Кроме того, возможно получение стали и сплавов любого состава. Неметаллические включения, сера и фосфор содержатся в них в небольшом количестве. Использование данного способа пока ограничено из-за высокой стоимости электроэнергии.
- Конверторный. Основа процесса – это продувка кислородом жидкого металла, окисление чугуна и трансформирование его в сталь. Из преимуществ метода следует отметить высокую производительность, низкую себестоимость стали, компактность и простоту устройства конвертера.
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.
Улучшаемые стали
Улучшаемые стали — это конструкционные материалы:
- углеродистые;
- малолегированные;
- среднелегированные.
| I | II | III |
| Углеродистые | малолегированные | среднелегированные |
| ГОСТ 1050-82 | ГОСТ 4543-71 | ГОСТ 4543-71 |
| 30-60 | Морганцовистые 30Г-65Г, хромистые 30Х-40Х | 38Х2МЮА и другие, но с содержанием углерода не больше 0,4% |
| Хроммолибденовые 30ХМ-40ХМ, 50Г2 | ||
| Многокомпонентные 30-40ХГСА, 30-40ХМФА | 45ХН2МФА |
Легированные стали можно разделить на пару категорий:
- хромистые;
- хромомарганцевые (хромансиль);
- никелесодержащие;
- с добавкой вольфрама и молибдена.
Особо стоит отметь плохую свариваемость улучшаемых металлов. Она выполняется при воплощении отдельных мер, сохраняющих требуемые характеристики.
Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Классификация стали по содержанию примесей
По качеству, то есть по способу производства и содё примесей, стали и сплавы делятся на четыре группы Классификация сталей по качеству
| Р, % | ||
| Обыкновенного качества (рядовые) | менее 0,06 | менее 0,07 |
| Качественные | менее 0,04 | менее 0,035 |
| Высококачественные | менее 0,025 | менее 0,025 |
| Особовысококачественные | менее 0,015 | менее 0,025 |
Стали обыкновенного качества
Стали обыкновенного качества (рядовые) по химическому составу -углеродистые стали, содержащие до 0,6% С. Эти стали выплавляются в конвертерах с применением кислорода или в больших мартеновских печах. Примером данных сталей могут служить стали СтО, СтЗсп, Ст5кп. Стали обыкновенного качества, являясь наиболее дешевыми, уступают по механическим свойствам сталям других классов.
Стали качественные
Стали качественные по химическому составу бывают углеродистые или легированные (08кп, 10пс, 20). Они также выплавляются в конвертерах или в основных мартеновских печах, но с соблюдением более стро-гих требований к составу шихты, процессам плавки и разливки. Углеродистые стали обыкновенного качества и качественные по степени раскисления и характеру затвердевания металла в изложнице делятся на спокойные, полуспокойные и кипящие. Каждый из этих сортов отличается содержанием кислорода, азота и водорода. Так в кипящих сталях содержится наибольшее количество этих элементов.
Стали высококачественные
Стали высококачественные выплавляются преимущественно в электропечах, а особо высококачественные — в электропечах с электрошлаковым переплавом (ЭШП) или другими совершенными методами, что гарантирует повышенную чистоту по неметаллическим включениям (содержание серы и фосфора менее 0,03%) и содержанию газов, а следовательно, улучшение механических свойств. Это такие стали как 20А, 15Х2МА.
Стали особовысококачественные
Особовысококачественные стали подвергаются электрошлаковому переплаву, обеспечивающему эффективную очистку от сульфидов и оксидов. Данные стали выплавляются только легированными. Их производят в электропечах и методами специальной электрометаллургии. Содержат не более 0,01% серы и 0,025% фосфора. Например: 18ХГ-Ш, 20ХГНТР-Ш.
Классификация конструкционных углеродистых сталей по качеству, их маркировка и применение
Конструкционные стали обыкновенного качества
Их производят в соответствии с ГОСТом 380-2005, в продажу поставляют в виде листового, сортового и фасонного проката. ГОСТ подразумевает выпуск следующих марок:
- Ст0;
- Ст1пс, Ст1сп, Ст1кп;
- Ст2пс, Ст2сп, Ст2кп;
- Ст3пс, Ст3сп, Ст3кп, Ст3Гсп, Ст3Гпс;
- Ст4пс, Ст4сп, Ст4кп;
- Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс;
- Ст6пс, Ст6сп.
Буквенно-цифровая маркировка этой группы сплавов:
- Ст – сталь;
- цифры 0-6 обозначают номер марки;
- наличие в обозначении буквы «Г» указывает на присутствие марганца в количестве 0,8% и более;
- последние две буквы характеризуют степень раскисления, сп – спокойная, пс – полуспокойная, кп – кипящая.
Сталь качественная конструкционная
Изготавливается в соответствии с ГОСТом 1050-2-13 следующих марок – 05, 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58, 60, а также марки 55ПП, 60ПП, 60ПП «селект» – пониженной прокаливаемости. В маркировке таких сплавов указывают степени раскисления, если они относятся к кипящим или полуспокойным, например 10 кп или 10 пс. Индекс сп в обозначении качественных конструкционных марок не указывается.
Источник статьи: https://treydmetall.ru/info/uglerodistaya-stal-klassifikikaciya
Технология цементации стали
Этот процесс подразумевает диффузионное насыщение поверхностного слоя стальных заготовок углеродом. Обработка осуществляется в карбюризаторе, выделяющем активный углерод, при температурах устойчивости аустенита – 850-950°C, хорошо растворяющего большое количество углерода. Для завершения процесса после цементации проводят закалку и низкий отпуск. Результаты химико-термической и термической обработок в комплексе:
- высокая твердость и износостойкость поверхности;
- повышение предела контактной устойчивости;
- улучшение показателей предела выносливости при изгибе и кручении.
Внимание! Желаемый эффект достигается на сталях с низким содержанием углерода – до 0,2%. Без цементации такие марки закалить невозможно. Чаще всего цементации подвергают легированные стали
Чаще всего цементации подвергают легированные стали.
Эта операция является длительной, поскольку процесс науглероживания протекает очень медленно. Основные типы сред для цементации (карбюризаторов):
- твердые;
- газообразные;
- растворы электролитов;
- пасты;
- кипящий слой.
Отличительные признаки:
- Модульная компоновка (подготовительный, основной, экологический модули, а также модуль охлаждения и промывки) позволяет в широких пределах варировать конфигурацией оборудования и технологиями упрочнения.
- Обработка с частичным погружением позволяет проводить упрочнение отдельных участков деталей.
- Высокая скорость обработки деталей в расплавах, по сравнению с газовыми технологиями достигаются за счет значительного сокращения времени прогрева и выдержки.
- Отсутствие газообразных выбросов и жидких отходов обеспечивается экологическим модулем, в который входит воздушный фильтр и испаритель промышленных стоков.
Структура карбонитрированного слоя
В процессе карбонитрации на поверхности сталей формируется упрочненный слой, состоящий из нескольких зон. Верхний слой представляет собой ε-карбонитрид типа Fe3 (N, C) — зона соединений (Compound layer), т. н. «белый слой», под которым находится диффузионная зона (Diffusion layer), т. н. «гетерофазный слой», состоящий из твердого раствора углерода и азота в железе с включениями карбонитридных фаз, твердость которой значительно выше твердости сердцевины.
Типовая микроструктура стали после карбонитрации
Схема образования упрочненного слоя в расплаве солей
Сталь 3. Карбонитрация 580 °С, 3 часа. Глубина слоя – 0,2 мм
Ниже приведены результаты проведенных компанией DURFERRITE (Германия) коррозионных испытаний упрочненного слоя, полученного методом TENIFER-QPQ, в сравнении с другими способами поверхностной обработки.
Зависимость износа образца из Cтали 20 от пути трения со смазкой. Путь трения км х 100
Сравнение износостойкости образца из стали 40Х после карбонитрации (1) и газового азотирования в среде аммиака (2)
Коррозионные испытания (CASS) в соответствии с немецким стандартом DIN 50021 стали SAE 1045
На указанных примерах наглядно видны преимущества карбонитрированного слоя по сравнению с традиционными, наиболее часто применяемыми у нас процессами поверхностной обработки: цементацией, азотированием, хромированием. Кроме того, следует отметить, что при хромировании снижается усталостная прочность при циклическом изгибе основного материала. По сравнению с этим, при карбонитрировании всегда увеличивается усталостная прочность. После карбонитрации с последующим оксидированием повышение усталостной прочности составляет более 50%, в то время как после твердого хромирования усталостная прочность, наоборот, снижается на 20%.
Всё вышесказанное предопределило массовое распространение технологии жидкостного карбонитрирования за рубежом. Какова же ситуация в нашей стране?
Таблица 3. Результат теста на коррозионную устойчивость стали С45 (3% NaCl, 0.1% H2O2)
Исследованные виды поверхностного упрочнения | Потеря в весе в г/м2 через 24 ч |
Карбонитрация с последующим оксидированием + полировка + оксидирование (QPQ) | 0,34 |
Твердое хромирование: 12 мкм | 7,10 |
Двойное хромирование: 20 мкм мягкого хрома, 25 мкм твердого хрома | 7,20 |
Никель: 20 мкм | 2,90 |
Тройное покрытие: 37 мкм меди, 45 мкм никеля, 1,3 мкм хрома | 1,45 |
Это интересно: Карбид вольфрама — свойства и обработка сплава
Нагрев заготовки
Нагрев заготовки — ответственная операция. От правильности ее проведения зависят качество изделия, производительность труда. Необходимо знать, что в процессе нагрева металл меняет свою структуру, свойства и характеристику поверхностного слоя и в результате от взаимодействия металла с воздухом атмосферы, и на поверхности образуется окалина, толщина слоя окалины зависит от температуры и продолжительности нагрева, химического состава металла. Стали окисляются наиболее интенсивно при нагреве больше 900°С, при нагреве в 1000°С окисляемость увеличивается в 2 раза, а при 1200°С — в 5 раз.
Хромоникелевые стали называют жаростойкими потому, что они практически не окисляются.
Легированные стали образуют плотный, но не толстый слой окалины, который защищает металл от дальнейшего окисления и не растрескивается при ковке.
Углеродистые стали при нагреве теряют углерод с поверхностного слоя в 2-4 мм. Это грозит металлу уменьшением прочности, твердости стали и ухудшается закаливание. Особенно пагубно обезуглероживание для поковок небольших размеров с последующей закалкой.
Заготовки из углеродистой стали с сечением до 100 мм можно быстро нагревать и потому их кладут холодными, без предварительного прогрева, в печь, где температура 1300°С. Во избежание появлений трещин высоколегированные и высокоуглеродистые стали необходимо нагревать медленно.
Процесс закалки
Процесс обработки высокой температурой стали 40Х и иного сплава называют закалкой. Стоит учитывать, что нагрев выполняется до определенной температуры, которая была определена путем многочисленных испытаний. Время выдержки, после которого проводится охлаждение, а также другие моменты можно узнать из специальных таблиц. Провести нагрев в домашних условиях достаточно сложно, так как в рассматриваемом случае нужно достигнуть температуры около 800 градусов Цельсия.
Химический состав стали 40Х
Результатом сильного нагрева и выдержки металла 40Х на протяжении определенного времени с последующим резким охлаждением в воде становится повышение твердости и уменьшение пластичности. При этом результат зависит от нижеприведенных показателей:
При проведении работы в домашних условиях следует учитывать температуру обработки и время охлаждения.
Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска
В домашних условиях ТВЧ используется крайне редко. После проведения работы при использовании ТВЧ повышается эксплуатационная прочность детали, что связано с появлением поверхностных сжимающих напряжений.
Провести закалку 40Х на примере изделия болта М24 можно следующим образом:
- разогревается электропечь;
- следует провести разогрев до 860 °C, для чего в некоторых случаях необходимо 40 минут;
- время, необходимое для аустенизации, после которого проводится охлаждение, составляет 10-15 минут. Равномерный желтый цвет изделия – признак правильного прохождения процесса закалки 40Х;
- завершающим этапом становится охлаждение в ванной с водой или другой жидкостью.
Определить самостоятельно момент, после которого следует охладить металл, в промышленных и домашних условиях невозможно. Именно поэтому по проведенным исследованиям было принято, что для нагрева металла в электропечах необходимо 1,5-2 минуты на один миллиметр, после чего структура может быть перегрета.
Определение твердости проводится по методу Роквелла. Улучшение, проведенное путем отпуска или закалки, можно измерить при помощи обозначения HRC. Стандартное обозначение HR, к которому проводится добавление буквы в соответствии с типом проведенного испытания. Обозначение HRC наиболее часто встречается, последняя буква означает использование алмазного конуса с углом 120 0 при испытании.
Теплоустойчивая качественная конструкционная сталь ГОСТ 20072-74
Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь теплоустойчивая изготовляется согласно ГОСТ 20072-74.
Классификация теплоустойчивой стали
По видам обработки сталь подразделяют:
- горячекатаная;
- кованая;
- калиброванная;
- калиброванная шлифованная.
- без термической обработки;
- термически обработанная — Т;
- нагартованная — Н (для калиброванной стали).
- а — для горячей обработки давлением;
- б — для холодной механической обработки (обточки, строжки, фрезерования и другой обработки по всей поверхности);
- в — для холодного волочения (подкат).
Марки теплоустойчивой конструкционной стали
Марки стали: 12МХ, 12Х1МФ, 25Х1МФ, 25Х2М1Ф, 20Х1М1В1ТР, 20Х1М1В1БР, 20Х1МФ, 18Х3МВ, 20Х3МВФ, 15×5, 15Х5М, 15ХВФ, 12Х8ВФ.
Обозначение марок стали: наименование состоит из обозначения элементов и следующих за ними цифр, указывающих среднюю массовую долю легирующего элемента в целых единицах, кроме элементов, присутствующих в стали в малых количествах. Цифры перед буквенным обозначением указывают среднюю или максимальную массовую долю углерода и стали в сотых долях процента. Сталь, полученную методом электрошлакового переплава, обозначают через тире в конце наименования марки буквой — Ш.
Применение теплоустойчивой конструкционной стали
Изготовление деталей, работающих в нагруженном состоянии при температуре до 6000С в течение длительного времени.
Свариваемость: ограниченно или трудносвариваемая.
Маркировка легированных сталей
К категории легированных относится большое разнообразие сталей, что и вызвало необходимость в систематизации их буквенно-цифрового обозначения. Требования к их маркировке оговаривает ГОСТ 4543-71, согласно которому сплавы, наделенные особыми свойствами, обозначаются маркировкой, где на первой позиции стоит буква. По этой букве как раз и можно определить, что сталь по своим свойствам относится к определенной группе.
Пример расшифровки маркировки легированной стали
Так, если маркировка легированных сталей начинается с букв «Ж», «Х» или «Е» — перед нами сплав нержавеющей, хромистой или магнитной группы. Сталь, которая относится к нержавеющей хромоникелевой группе, обозначается буквой «Я» в ее маркировке. Сплавы, относящиеся к категории шарикоподшипниковых и быстрорежущих инструментальных, обозначаются буквами «Ш» и «Р».
Стали, относящиеся к легированным, могут принадлежать к категории высококачественных, а также особо высококачественных. В таких случаях в конце их марки ставится буква «А» или «Ш» соответственно. Стали, которые обладают обычным качеством, таких обозначений в своей маркировке не имеют. Специальное обозначение также имеют сплавы, которые получены прокатным методом. В таком случае в маркировке присутствует буква «Н» (нагартованный прокат) или «ТО» (термически обработанный прокат).
Точный химический состав любой легированной стали можно посмотреть в нормативных документах и справочной литературе, но получить такую информацию позволяет и умение разбираться в ее маркировке. Первая цифра позволяет понять, сколько углерода (в сотых долях процента) содержит легированная сталь. После этой цифры в марке перечисляются буквенные обозначения легирующих элементов, которые содержатся дополнительно.
Обозначение легирующих элементов в маркировке стали
После каждой такой буквы проставляется количественное содержание указанного элемента. Выражается это содержание в целых долях. После буквы, обозначающей элемент, может не стоять никакой цифры. Означает это то, что его содержание в стали не превышает 1,5%. Государственный стандарт 4543-71 регламентирует обозначение легирующих добавок, входящих в состав легированной стали: А — Азот, Б — Ниобий, В —Вольфрам, Г — Марганец, Д — Медь, К — Кобальт, М — Молибден, Н — Никель, П — Фосфор, Р — Бор, С — Кремний, Т — Титан, Ц — Цирконий, Ф — Ванадий, Х — Хром, Ю — Алюминий.
Хромоникелевые стали
Обладают высокой прокаливаемостью, прочностью, хорошей вязкостью. Применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации, работающих при вибрационных и динамических нагрузках. Никель, особенно в сочетании с молибденом, сильно снижает порог хладноломкости. Чем выше содержание никеля, тем ниже допустимая температура применения стали и выше ее сопротивления хрупкому разрушению. Рекомендуется вводить до 3 % Ni. При большем содержании получается много остаточного аустенита. Для тяжелонагруженных деталей с диаметром сечения до 70 мм используют стали марок 40ХН, 45ХН, 50ХН.
История и технология отжига стали
Отжиг стали предполагает применение переменных температур: нагревание до высоких значений без потери формы и охлаждение в заданном температурном режиме приводит к структурным изменениям кристаллической решетки, сплав получает новые качества, нужные для решения конкретных задач.
Отжиг стали улучшает технологические характеристики металлов. Принято различать 2 разновидности отжига — 1 и 2-го рода.
При первом воздействие выполняется наклепом, который понижает внутренние напряжения рекристаллизацией. Этим устраняются последствия обработки давлением, снижение прочностных характеристик и увеличение пластичности. Изделия приобретают повышенную надежность и долговечность.
Второй род воздействия включает прогревание проката до уровня, превышающего критические точки, в особых режимах охлаждения по сроку и температуре. Итогом становится качественное изменение структурных решеток и получение заданных характеристик материала. Проведение отжига сопряжено с риском пережога. Возникновение необратимых негативных изменений структуры приводит к переплавке проката и изделий.
Точки Чернова
Расчет температурных режимов выполняют, используя открытые в 1868 г. русским ученым Д.К. Черновым критические точки, зависящие от значения температур и %-ого содержание углерода, в которых изменяются фазовые состояния и структурное строение металлов. Открытие Чернова — фундамент создания науки о металлах: впервые установлена связь между режимом обработки, структурным видом и характеристиками сплавов. Применение критических точек дает возможность построения различных режимов термообработки металла. Точки Чернова обозначают литерой А с добавлением индекса, указывающего соответствие точки воздействию:
- «c» — нагреву, от французского chauffage – нагревание;
- «r» — охлаждению, refroidissement – на французском языке.
Диаграмма, построенная на точках Чернова:
Сечение «I» на диаграмме соответствует доэвтектоидной стали. Пересечение линии диаграммы, по горизонтали температуры и вертикали, соответствующей %-му содержанию углерода в сплаве, определяет искомые критические значения.
В процессе нагревания сечение «I»проходит следующие критические точки:
- При температуре 210°С пересекает пунктир, проходящий по линии QP — точка Ас 0, которая отмечает потерю цементитом магнитных свойств.
- t=727°С на линии PG находится точка Ас 1 превращения перлита в аустенит.
- t=768°С на линию PG приходится точка Ас 2 потери магнитных свойств — магнитного железо переходит в немагнитное.
- Последующее повышение t° до пересечения с линией GS показывает переход стального сплава в однофазное аустенитное состояние (перекристаллизация заканчивается. Температура этой точки зависит от состава конкретного металла.
Охлаждение не меняет номеров точек, не вызывает обратной перестройки материала.
Линия «II» выстроена для эвтектоидных сталей.
В промышленности для термообработки проката и изделий используют в печи конструкций:
- камерные — для заготовок небольшого объема;
- шахтные — работают на газе и электроэнергии, выполняют различные технологические задания;
- печи с выдвигающимся полом — обработка крупногабаритного проката и узлов;
- вакуумные — для быстротекущих сплавов, тугоплавкого металла, титана, меди.
Технология цементации стали, ее сущность и назначение — методики и видео
В зависимости от специфики применения различных металлов и сплавов нередко производится их дополнительная обработка. Это позволяет выделить (усилить) те или иные свойства образца. Что представляет собой цементации стали, зачем она нужна, в каких случаях целесообразно ее проводить – об этом читатель в доступной форме узнает из предлагаемой статьи.
Существуют различные методики химико-термического воздействия на материалы. Одна из них – цементация. Применяется данная технология для сталей малоуглеродистых и легированных, содержание элемента «С» в которых не превышает 0,25%.
Назначение – повышение таких характеристик сплава, как износостойкость, прочность, твердость.
Для реализации чаще всего используются специальные печи, где процесс протекает при высокой температуре – порядка 945 (±15) ºС.
В зависимости от габаритов и конструкционных особенностей изделия оно выдерживается в таких условиях в течение нескольких часов. По сути, это комплексная обработка детали (химическая + термическая) с целью придания ей твердости.
Пастами
Технология самая простая, но не всегда применимая. Для деталей, имеющих сложную конфигурацию, с различными выступами, пазами и тому подобное, она явно не подходит.
Методика – поверхностное нанесение цементирующей пасты на образец. Ее слой выбирается большим по сравнению с расчетной глубиной проникновения углерода в сталь (примерно в 7 раз).
Условия – температурный режим выставляется в зависимости от вида пасты, в пределах от 900 до 1 000 ºС.
Такую цементацию стали можно провести и в домашних условиях, при наличии сушильного шкафа с требуемыми параметрами.
Газовой средой
Одна из самых эффективных методик, которая широко применяется в промышленности. Она существенно упрощает процесс цементации, сокращает время обработки стали и повышает производительность. Главное условие – правильно подобрать смесь по долевому содержанию углерода и оптимальный температурный режим.
Методика – продукция загружается с цементационную печь, в которую подается газ.
Кипящим слоем
Такой способ лишь отчасти напоминает предыдущий.
Методика – в печи, на решетке газораспределительной, помещается так называемый корунд. Эндогаз (смесь, в которую вводится метан) подается снизу и, поднимаясь, его разжижает, вследствие чего мельчайшие фракции начинают перемещаться вместе с потоком к обрабатываемому изделию. При высокой температуре происходит диффузия частичек корунда, и как результат, насыщение поверхностного слоя образца углеродом.
Особенность – степень цементации легко регулировать, изменяя подачу газа. Такая технология позволяет равномерно насыщать сталь по всей площади.
Такой способ, с учетом затрат и небольшой сложности, специалисты рекомендуют использовать при мелкосерийном производстве заготовок.
Твердым карбюризатором
В качестве насыщающей среды при такой технологии цементации используются полукоксы каменноугольный, торфяной или древесный уголь с гранулами от 3 до 10 мм при обязательном добавлении веществ, инициирующих процесс (активизаторов).
Методика – обрабатываемые образцы помещаются в металлическую емкость, на песчаный затвор. Они располагаются так, чтобы со всех сторон их можно было обложить слоем карбюризатора. Следовательно, соприкосновение изделий со стенками резервуара или друг с другом не допускается.
Условия цементации – температура 925 (±25) ºС. Время выдержки зависит от слоя насыщающей среды. Определяется из расчета: на 0,1 мм – 1 час термической обработки. Процесс можно ускорить, доведя нагрев до 975 – 980 ºС. Это сокращает время проведения технологической операции, но повышает эн/затраты и снижает качество готового продукта. На его поверхности образуется сетка, которую придется удалять.
В ряде случаев это довольно сложно, например, если изделие характеризуется рельефностью.
Электролитическим раствором
Методика – по сути, это разогрев постоянным током. Роль анода в цепи играет обрабатываемая деталь.
https://youtube.com/watch?v=bnkTUowNHkM
Условия – U = 150 – 300В. Это позволяет, в зависимости от силы тока, изменять температуру в пределах 500 – 1 100 ºС. Электролит готовится из нескольких компонентов, а в качестве активизаторов используются вещества с высоким содержанием углерода. Например, ацетон, сахароза, глицерин.
