В легированных сталях все эти процессы протекают иначе, поскольку легирующие элементы при определенных условиях становятся центрами кристаллизации, изменяя тем самым физические и химические свойства металла.
Отпуск стали
Закалка — это процесс термической обработки, при котором закаленная сталь нагревается. Температура должна быть ниже, чем значение в критической точке Ac1. Целью этого процесса является достижение желаемых механических свойств и создание равновесной структуры в металле. В процессе закалки фазовые превращения в мартенсите завершаются, и структура становится очень стабильной.
Процесс закалки используется для деталей, которые уже прошли закалку и отпуск. Это необходимо из-за внутренних напряжений, возникающих в металле во время закалки. Это приводит к тому, что он становится хрупким и не способен выдерживать сильные внешние нагрузки.
Эти эффекты устраняются следующими шагами:
- разогрев изделий в печах. Температура (обозначение Т) может принимать значения из широкого диапазона: + 100 °C≤Т≤ +650 °C;
- выдерживание на протяжении требуемого временного интервала – от пятнадцати минут до нескольких часов;
- медленное постепенное охлаждение.
В результате этой последовательности операций высвобождается избыточный углерод (элемент С), структура сплава перестраивается и становится более упорядоченной, а в кристаллической структуре отсутствуют дефекты. Обработанные материалы становятся более пластичными. Кроме того, снижается хрупкость, а прочность поддерживается на должном уровне.
Разновидности
Наиболее важной характеристикой процесса отверждения является температура, при которой он осуществляется. Существует три типа отверждения. Давайте рассмотрим их подробнее.
Низкий отпуск
При этом виде термообработки деталь нагревается до температуры от +100°C до +250°C. Продолжительность процесса обычно составляет от одного до трех часов. Точное значение этого параметра определяется размерами детали и ее типом. Низкая степень отверждения приводит к диффузии микрочастиц углеродистых компонентов, которая не сопровождается рекристаллизацией и полигонизацией молекулярной решетки. Это улучшает ряд свойств материала:
- степень химической инертности;
- показатель твердости;
- повышается уровень пластичности;
- возрастают прочностные характеристики.
Low Cure называют универсальной технологией. Однако в большинстве случаев она применяется для изделий, где в качестве сырья используются высокоуглеродистые стали с легирующими добавками (например, режущие инструменты в виде ножей, кухонная утварь и т.д.).
Основным условием низкой закалки является то, что металл не должен нагреваться выше +250 °C. В противном случае он попадает в пограничный диапазон хрупких островков типа I, что может привести к необратимому разрушению детали.
Средний отпуск
При такой термической обработке металл нагревают и выдерживают при температуре +300 °C≤450 °C, обычно в течение минимум 2 часов и максимум 4 часов. Охлаждение происходит на открытом воздухе в естественных условиях окружающей среды. Вышеупомянутые процессы, такие как
- перестройка металла, сопровождающаяся упорядочиванием его дислокационной структуры – полигонизация;
- формирование и увеличение в размерах одних зерен кристалла за счет иных – рекристаллизация
не происходят при активной диффузии элемента углерода (С).
Основная цель этого вида термообработки — придать компонентам необходимую эластичность, релаксационную стойкость и вязкость без ущерба для высоких прочностных характеристик. Сплавы, полученные методом средней закалки, имеют структуру троостита и твердость по Роквеллу от 45NRС до 50NRС.
Этот процесс термообработки наиболее подходит для конструкционных элементов и материалов, для которых используются пружинные стали. (например, 65C2BA. 70C3A) К этой продукции относятся: гнутые стальные ленты, соединенные крепежом — пружины; ковочные штампы для одиночных и многожильных прядей; упругие спиральные элементы — пружины; пилы для деревообработки и т.д. Основное требование заключается в том, что они должны выдерживать динамические переменные нагрузки.
Высокий отпуск
При этом виде термообработки компоненты нагреваются до температуры +500°C≤ +680°C. Продолжительность процесса высокой закалки составляет около 2-3 часов. Для очень сложных изделий это может занять до 6 часов.
Отпуск сталей легированных. Особенности
Этот тип стали производится путем добавления определенных легирующих элементов, таких как вольфрам (W), ванадий (V) и хром (Cr), в сплав железа с углеродом. Поэтому сочетание его физико-химических свойств подвержено значительным изменениям. Легирующие компоненты — это те, которые становятся центрами кристаллизации при определенных условиях нагрева и охлаждения. Поэтому при выборе условий термической обработки следует проявлять особую осторожность.
Все важные свойства легированных сталей — физико-химические свойства, фазы, включая равновесные состояния, микроструктура — являются параметрами, зависящими от температуры нагрева. Этот фактор создает особую проблему. Она формулируется следующим образом: Мартенсит распадается медленнее из-за присутствия вышеуказанных примесей, чем в процессе закалки, когда они отсутствуют. Проблема решается путем повышения температуры печи, в которой происходит закалка сплава.
Что такое отпуск?
Закалка — это процесс термической обработки, при котором компоненты нагреваются и выдерживаются при температуре ниже критической точки в течение определенного времени. Затем компоненты охлаждаются до комнатной температуры на воздухе.
Как и другие процессы термической обработки, такие как отжиг и нормализация, закалка изменяет нежелательные механические свойства металла, чтобы сделать его более подходящим для предполагаемого применения.
Закалка влияет на механические свойства всей детали от поверхности до сердцевины. Однако частичная закалка возможна и у индукционных растений.
Закалка металлов полезна в тех случаях, когда требуется определенная степень гибкости деталей.
Этот процесс термообработки также может быть использован для снижения твердости вновь сваренных деталей. Высокие локальные температуры в процессе сварки могут привести к образованию участков высокой твердости в зонах термического влияния. Закалка может помочь уменьшить эти участки повышенной твердости.
Теоретически закалка может быть выполнена для широкого спектра металлов, но обычно она ассоциируется с углеродистой сталью, поскольку немногие другие металлы реагируют на этот процесс термообработки так же, как сталь.
Когда используется отпуск?
Отпуск обычно выполняется после закалки. В этих процессах материал нагревается выше верхней критической температуры, а затем быстро охлаждается или закаливается.
Этот процесс делает материал твердым и хрупким, в некоторых случаях таким же хрупким, как стекло. Хотя во многих случаях нам нужна высокая твердость, повышенная хрупкость, которая сопутствует ей, не так уж желательна.
Чтобы уменьшить хрупкость и восстановить пластичность, металлы снова нагревают, на этот раз при более низких температурах. Это помогает установить баланс между твердостью и пластичностью. Скорость охлаждения при закалке также медленнее, чем при возрастной закалке.
Наилучшие результаты достигаются, когда процесс отверждения происходит сразу после закалки. Это позволяет избежать хрупких свойств, возникающих при закалке.
Следует помнить, что любая ошибка в процессе может привести к повреждению, деформации или искажению материала.
Закалка также происходит, когда материал упрочняется другими процессами, например, сваркой. Он также применяется к материалам, которые были закалены в результате этого процесса. Это относится к материалам, которые были упрочнены в результате таких процессов, как гибка, штамповка, формовка, тиснение и прокатка.
Процесс отпуска
Как и другие процессы термической обработки, закалка осуществляется в три этапа. Этими этапами являются:
1. Нагрев
Нагрев до точной температуры должен осуществляться под контролем, поскольку при слишком быстром нагреве металла могут появиться трещины. Соответствующая температура зависит от типа стали и желаемого изменения свойств. Например, инструментальные стали затвердевают при гораздо более низких температурах, чем пружинная сталь.
Металл обычно нагревают в печи (газовой, электрической или индукционной) в присутствии инертного газа или вакуума для предотвращения окисления. Однако некоторые стали закаливают в соляных ваннах или даже на воздухе.
Выбранная атмосфера также влияет на поверхность деталей.
2. Выдержка
После того, как металл достигнет нужной температуры, его необходимо выдержать при этой температуре в течение определенного времени. Продолжительность зависит от марки стали, сечения деталей и требуемых механических свойств.
В зависимости от температуры закалки и времени выдержки механические свойства закаленной стали изменяются. Пластичность и вязкость увеличиваются с ростом температуры и времени выдержки. Однако прочность на разрыв уменьшается с увеличением температуры.
Влияние на твердость зависит от доли различных фаз, таких как мартенсит, сохранившийся аустенит и графитовые конкреции. С увеличением времени пребывания в печи мартенситная фаза уменьшается, а сохранившаяся аустенитная фаза увеличивается. Поскольку аустенитная фаза относительно мягче, твердость всей детали уменьшается.
3. Охлаждение
Фаза охлаждения так же важна, как и первые две. В процессе охлаждения изделие охлаждается определенным образом.
Скорость охлаждения и используемый метод зависят от различных факторов.
