Обработка стали, осуществляемая в процессе термообработки, является одной из важнейших операций в металлургической отрасли и машиностроении. При соблюдении технологии PC 45 изделие приобретает достаточную прочность, значительно расширяя область использования изготовляемых изделий. При необходимости можно осуществлять закалку изделия из стали, в домашних условиях строго соблюдая технологию. При закалке лезвия ножа в домашних условиях вполне допустимо добиться повышения прочностных характеристик изделия в 3-4 раза.
Содержание
- Структурные изменения металла
- Термическая обработка металла
- Закалка стали
- Закалка стали с помощью ТВЧ
- Процесс нагрева
- Применение защитных мер
- Использование специальных охлаждающих жидкостей
- Отпуск стали 45
- Вам также могут быть интересны статьи:
Структурные изменения металла
При нагревании конструкционной специальной стали 45 до аустенитного уровня, происходит изменение состояния структурной решетки железа с переходом из объемно-центрированной в гранецентрированную структуру. Осуществляется перемещение углерода входящего в перлит и представляющего собой мельчайшие кристаллы Fe3C (цементита) в гранецентрированную измененную решетку железа.
Структура стали 45 после отжига и закалки
В ходе охлаждения происходит быстрое снижение температуры обрабатываемой стали, но из-за замедления скорости перемещения атомов углерода они остаются внедренными в новую решетку железа, образуя твердую пересыщенную структуру, имеющую внутреннее напряжение. Решетка преобразуется в тетрагональную с ориентацией в одном направлении.
Происходит образование игольчатых мелких структур имеющих название мартенсит. Данный вид кристаллов придает металлу высокую прочность, твердость и улучшенные характеристики. Происходит образование одновременно двух видов кристаллов аустенита и мартенсита, которые воздействуют друг, на друга создавая внутреннее избыточное напряжение. При активном влиянии на металл внешних сил происходит взаимная компенсация двух видов кристаллов, придавая структуре прочность.
Термическая обработка металла
Для изменения характеристик стали производится термическая обработка с соблюдением необходимых режимов воздействия.
Процесс термической обработки состоит из процессов:
- отжига;
- нормализации;
- старения;
- закалки и отпуска.
Режимы термообработки стали 45
Закалка и отпуск стали во многом зависят от ряда факторов:
- температурного режима;
- скорости повышения температуры;
- временного промежутка воздействия на металл высоких температур;
- процесса охлаждения (скорости изменения температуры охлаждения среды или жидкости).
Закалка стали
Процесс закалки стали заключается в проведении термообработки заготовок с нагреванием до температуры выше критической с дальнейшим ускорением охлаждения. Данное состояние способствует повышению прочности и твердости (HRC) стали с одновременным снижением пластичности и улучшением потребительских характеристик.
Режим воздействия температуры охлаждения металла зависит от количества содержания углерода и легирующих присадок в стали.
После проведения закалки стали заготовки покрываются налетом окалины и частично теряют содержащийся углерод, поэтому технология обязательно должна соблюдаться согласно установленному регламенту.
Охлаждение металла должно проходить быстро, для предотвращения преобразования аустенита в сорбит или троостит. Охлаждение должно производиться точно по графику быстрое остывание заготовок, приводит к образованию мелких трещин. В процессе охлаждения от 200 °C до 300 °C происходит искусственное замедление при постепенном остывании изделий для этого, могут использоваться охлаждающие жидкости.
Закалка стали с помощью ТВЧ
При проведении поверхностной закалки с помощью ТВЧ процесс нагрева изделий осуществляется до более высокой температуры.
Это вызвано двумя факторами:
- Нагрев осуществляется за короткое время с ускоренным изменением и переходом перлита в аустенит.
- Реакция перехода должна осуществляться в сжатые сроки за небольшой промежуток времени при высокой температуре.
Закалка ТВЧ (токами высокой частоты)
Процессы, протекающие при обычной закалке в печи с использованием ТВЧ, имеют различные характеристики и ведут к изменению твердости (HRC) заготовок:
- При нагреве в печи скорость составляет, 2-3 °С/сек до 840 – 860 °С.
- С использованием ТВЧ – 250 °С/сек до температуры 880 – 920 °С или в режиме при 500 °С/сек – до 980 – и 1020 °С.
Нагрев деталей при использовании ТВЧ осуществляется до более высокой температуры, но перегрева заготовки не происходит. В процессе обработки с применением ТВЧ время операции нагрева значительно сокращается, что способствует сохранению размера и структуры зерна. В ходе выполнения операции закалки ТВЧ твердость металла ( HRC) возрастает на 2-3 един. по Роквеллу.
Процесс нагрева
Заготовки из стали нагреваются в печах. При нагреве инструмента используется предварительный подогрев отдельных частей с использованием
- печей с температурой рабочей среды от 400 °С до 500 °С;
- в специальных соляных ваннах с погружением на 2-4 сек. 2-3 раза.
Обязательно должно соблюдаться условие равномерного прогрева всего изделия. Строго выдерживаться условие одновременного помещения деталей в печь с соблюдением времени нагрева деталей.
Применение защитных мер
В процессе термической обработки происходит постепенное выгорание углерода и образование налета окалины. Для предотвращения ухудшения качества металла и его защиты используются защитные газы, которые закачиваются в ходе процесса закаливания. В печь имеющую герметичную камеру, где происходит термообработка с помощью специального генератора, закачивается газ аммиак или метан.
При отсутствии герметичных печей операции обработки производятся в специальной герметичной таре, куда предварительно засыпается чугунная стружка для предотвращения выгорания углерода.
При обработке заготовок в соляных ваннах металл защищен от окисления, а для создания необходимых условий для сохранения уровня углерода содержание ванной 2-х кратно в течение суток раскисляется борной кислотой, кровяной солью или бурой. При температуре обработки в диапазоне температур 760-1000 °С в качестве раскислителя может использоваться древесный уголь.
Использование специальных охлаждающих жидкостей
В ходе проведения технологического процесса для охлаждения деталей в основном используется вода. Качество охлаждающей жидкости можно изменить, добавив соду или специальные соли, что может повлиять на процесс охлаждения заготовки.
Для сохранения процесса закалки категорически запрещается использовать содержащуюся в нем воду для посторонних операций. Вода должна быть чистой и иметь температуру от 20 до 30 °С. Запрещено использовать для закалки стали проточную воду.
Состав смесей солей и щелочей, применяемых в качестве закалочных сред
Данный способ закалки применяется только для цементированных изделий или имеющих простую форму.
Изделия, имеющие сложную форму, изготовленные из конструкционной специальной стали охлаждаются в 5% растворе каустической соды при температуре 50-60 °С. Операция закалки, проводится в помещении, оснащенном вытяжной вентиляцией. Для закалки заготовок выполненных из высоколегированной стали применяют минеральные масла, причем скорость охлаждения в масленой ванне не зависит от температуры масла. Недопустимо смешивание масла и воды, что может привести к появлению трещин на металле.
При закалке в масляной ванне необходимо выполнять ряд правил:
- Остерегаться воспламенения масла.
- При охлаждении металла в масле происходит выделение вредоносных газов (обязательно наличие вытяжной вентиляции).
- Происходит образование налета на металле.
- Масло теряет свои свойства при интенсивном использовании для охлаждения металла.
При проведении процесса закалки стали 45 необходимо соблюдать технологический процесс с соблюдением всех операций.
Отпуск стали 45
Технологический процесс отпуска стали проводится в зависимости от необходимой температуры:
- в печах с принудительной циркуляцией воздуха;
- в специальных ваннах с селитровым раствором;
- в ваннах с маслом;
- в ваннах заполненных расплавленной щелочью.
Температура для проведения процесса отпуска зависит от марки стали, а сам процесс изменяет структуру и способствует снижению напряжения металла, а твердость снижается на малую величину. После проведения всех операций заготовка подвергается техническому контролю и отправляется заказчику.
При закалке и отпуске металла в домашних условиях необходимо строго соблюдать технологию и технику безопасности проведения работ.
Источник: