Закалка и отпуск стали

Термообработка стали в целом – это процесс нагревания сплава до определенной температуры с последующим его охлаждением в различных средах. Процесс имеет несколько видов, включая закалку и отпуск. Производится с целью повышения качественных характеристик стальных деталей. В частности, при проведении термообработки повышается прочность, упругость, и износостойкость сплава, а также уменьшается его зернистость и снижается риск коррозии.

Принято выделять следующие виды термообработки:

• Отжиг стали
• Закалка стальной детали
• Отпуск сплава
• Нормализация

Закалка – ключевой и самый ответственный процесс улучшения эксплуатационных параметров стали.

Закалка стали

Нагревание стали до критической температуры, выдерживание и последующее охлаждение для придания стойкости данного сплава называют закалкой.

Исходя из этого, закалку разделяют на 3 этапа:

• Нагрев стальной детали до температуры свыше 727ОС
• Выдержка – поддержание указанной температуры в течение времени, необходимого для формирования кристаллической решетки
• Охлаждение – быстрое снижение температуры сплава в специальных средах для закрепления полученного результата.

Основные факторы воздействия при закалке – температура нагрева, температура охлаждения стали и быстродействие данных процессов.

Ниже приведена таблица параметров закалки и отпуска для разных марок стали:

Уровень температуры нагрева стали с низким содержанием углерода напрямую зависит от процента углерода в составе. Чем его процентное содержание выше, тем ниже критическая температура закалки. Критическая температура нагревания легированной стали зависит от состава сплава и определяется по специализированным справочникам.

Время нагрева и охлаждения стали, кроме состава, зависит от формы детали, веса, принципа подачи тепла и ожидаемого эффекта. Также определяется по справочной литературе.

Типы жидкости для охлаждения стали после закалки

Для повышения скорости охлаждения закаленной стали в 6-28 раз используются различные специальные среды:

• воду;
• соляной водный раствор;
• масло техническое;
• инертный газ.

Охлаждение водой имеет ряд недостатков – повышается вероятность образования трещины или коробления. Во избежание появления трещин, тонкие изделия из углеродистой и легированной стали производят в ванной с минеральным маслом. Также допускается ступенчатое охлаждение – деталь по очереди опускается в различные разогретые среды.

Влияние закалки на качество стали

В процессе закалки стали происходит увеличение твердости сплава, повышаются показатели прочности и износоустойчивости, а также повышается предел упругости стали.

При этом происходит снижение уровня пластичности материала, уменьшение предела сжатия и модуля сдвига.

Дефекты закалки стали

В процессе нарушения условий закалки стали могут возникать дефекты деталей:

• Появление трещины. Возникает в основном из-за нарушения скорости охлаждения. Неравномерное распределение температуры влечет разность объемов на различных участках детали, превышающую ее прочность.
• Коробление. В результате резкого охлаждения в стали возникает излишнее напряжение. В результате этого деталь искривляется.
• Снижение уровня углерода до критического показателя. Нарушение температурного режима и длительности нагрева стали влечет выгорание углерода – появляется окалина. В результате понижается уровень прочности и затрудняется обработка детали.

Отпуск стали

После закалки стальной детали нарушается равновесность ее структуры. Для исправления ситуации применяется еще один вид термообработки – ее отпуск.

Завершающий процесс термической обработки стали, при котором сплав нагревается до показателя < 727ОС, с последующим его охлаждением в воздушной среде называют отпуском стали.

Типы отпуска стали

Различают:

• Низкий тип отпуска – нагрев происходит до 200 ОС. В результате повышается твердость и износостойкость стали.
• Средний тип отпуска – до температуры от 300 ОС до 450 ОС. Повышается уровень сопротивления усталости стали, улучшается упругость.
• Высокий тип отпуска – до 460-710 ОС. Приобретается наивысший уровень соотношения вязкости, стойкости и пластичности стали.

Температура отпуска определяется цветом побежалости и каления.

Способы охлаждения стали после отпуска

Температурный режим отпуска также влияет и на способ охлаждение стали. Выделяют следующие типы:

1. Масляные ванны
2. Селитровые ванны
3. Циркуляция воздуха в специальных печах
4. Ванны со щелочью в расплавленном виде.

Обычную сталь достаточно охладить воздушным потоком. Во избежание повышения хрупкости сталь на основе хромоникелевого сплава охлаждают в воде или масляной ванне.

Преимущества отпуска стали

В процессе отпуска стали происходит снижение остаточного напряжения, снижается уровень хрупкости сплава. При правильном проведении отпуска повышается вязкость стали и уровень ее сопротивления ударным нагрузкам.

Оборудование для закалки и отпуска стали

В зависимости от состава сплава и поставленных задач для закалки и отпуска стали может быть использовано различное оборудование.

В случае если достаточно осуществить закалку только поверхностного слоя стального изделия, можно применить установку ТВЧ. При этом термическая обработка будет осуществлена вглубь на 1-10 мм. Охлаждение в данной ситуации достаточно осуществить в воздушной среде.

Индукционный нагреватель для шпилек турбин

Подробнее

Установка с гибким индуктором для нагрева труб

Подробнее

Индукционная установка для термообработки металлов

Подробнее

Закалку деталей из углеродистой стали принято осуществлять в печах камерного типа без предварительного нагрева. Для стали данного типа не характерно коробление или появление трещин.

Сложные стальные конструкции перед закалкой нагревают в соляной ванной. Далее производится закалка частей конструкции в разных печах. Чтобы избежать дефектов закалки важно добиться равномерного прогрева всех частей конструкции.

Выбираете оборудование для цеха закалки и отпуска? Обратитесь к нашим специалистам за бесплатной консультацией! Мы обязательно расскажем обо всех преимуществах того или иного вида установок и поможем подобрать наиболее эффективный для вас вариант.