Знаете ли вы распространенные методы закалки стали?

В процессе термообработки стали закалка является основным этапом улучшения ключевых свойств, таких как твердость и прочность. Нагревая сталь до определенной температуры, а затем контролируя ее охлаждение, можно изменить ее внутреннюю структуру в соответствии с требованиями к производительности заготовки в различных условиях работы. В настоящее время методы закалки, обычно используемые в промышленном производстве, включают одно-жидкостную закалку, двух-жидкостную закалку, ступенчатую закалку и аустенитный отпуск. Ниже мы обсудим каждый из этих методов закалки и их характеристики.

 

 

1. Одинарная-жидкостная закалка

Закалка в одной-жидкости — это самый простой и часто используемый процесс закалки, предлагающий простейшую операцию. В частности, стальную деталь сначала нагревают до заданной температуры закалки. Как только внутренняя температура детали становится однородной и хорошо -изолируется, ее помещают непосредственно в единую закалочную среду и непрерывно охлаждают до комнатной температуры, завершая процесс закалки. Обычные отдельные закалочные среды включают водные растворы, различные закалочные масла и воздух. Охлаждающая способность каждой среды различна, и выбор зависит от характеристик марки стали и требований к заготовке.

 

Значительные преимущества этого метода заключаются в его простоте и удобстве, поскольку он не требует сложного переключения оборудования или контроля параметров, что делает его пригодным для крупномасштабного-промышленного производства. С точки зрения применимости метод одно-жидкостной закалки предъявляет определенные требования к форме заготовки. Он больше подходит для простых заготовок несложной формы, без острых кромок и резких-изменений поперечного сечения. При охлаждении в единой среде разница температур внутри и снаружи этих заготовок относительно невелика, что снижает риск деформации и растрескивания. Его также можно адаптировать к широкому спектру типов стали, удовлетворяя потребности в закалке деталей с плохой прокаливаемостью, таких как низко-углеродистые и средне-углеродистые стали, а также деталей с хорошей прокаливаемостью, таких как легированные и высоко-легированные стали. Это основной процесс закалки, который часто используется в промышленном производстве.

 

2. Два-метода жидкостной закалки

В отличие от метода «одного-охлаждения» метода закалки одной-жидкостью, метод закалки двумя-жидкостью использует подход «поэтапного охлаждения», в котором используются две среды с различной охлаждающей способностью для достижения более точного контроля охлаждения. Процесс включает в себя нагрев стальной детали до аустенитного состояния. После обеспечения полной аустенизации заготовку сначала закаливают в среду с высокой охлаждающей способностью и быстро охлаждают до температуры, превышающей начальную температуру мартенсита (точка Ms) (обычно около 300 градусов). Этот этап направлен на быстрое снижение температуры поверхности заготовки до того, как произойдет микроструктурное преобразование, закладывая основу для последующего медленного охлаждения. В дальнейшем заготовку сразу переносят в закалочную среду с меньшей охлаждающей способностью для дальнейшего охлаждения. Это позволяет переохлаждённому аустениту постепенно превращаться в мартенсит при относительно медленной скорости охлаждения, в конечном итоге достигая желаемой микроструктуры и механических свойств.

 

Распространенные комбинации двух-жидких закалочных сред включают воду-масло, воду-воздух, масло-воздух, масляную-соляную ванну и соляную ванну-воздух. Различные комбинации материалов можно гибко регулировать в зависимости от материала заготовки и требований к производительности. Основное преимущество двух-метода закалки в жидкости состоит в том, что он значительно снижает деформацию заготовки и образование трещин. Такое сочетание «быстрого охлаждения + медленного охлаждения» эффективно снижает тепловые и структурные напряжения, возникающие в процессе охлаждения. На практике особенно широко применяются закалка водой и охлаждение маслом. Однако важно отметить, что контроль времени охлаждения детали в воде имеет решающее значение. Чрезмерное или недостаточное охлаждение может повлиять на качество закалки, а определение оптимального времени охлаждения требует обширной практики и точных расчетов. Этот процесс особенно подходит для закалки деталей, чувствительных к деформации и растрескиванию, таких как высоко-углеродистая инструментальная сталь и крупногабаритная низко-легированная сталь, требующих высокой производительности.

 

3. Метод поэтапной закалки.

Метод поэтапной закалки также основан на концепции поэтапного охлаждения и чем-то похож на метод двух-закалки, обсуждавшийся в предыдущем разделе, но требует более сложного контроля температуры охлаждения и выбора среды. Этот процесс включает быструю закалку детали, нагретой до аустенитного состояния, в ванне с расплавленной солью немного выше или ниже точки Ms. Постоянная температура ванны расплавленной соли позволяет заготовке быстро охлаждаться до температуры, близкой к точке Ms. Затем заготовка остается в ванне в течение определенного периода времени, позволяя температурам поверхности и внутренней части заготовки постепенно сближаться, достигая той же температуры, что и среда. В ходе этого процесса мартенситное превращение не происходит. По окончании выдержки заготовку вынимают из ванны и медленно охлаждают на воздухе или в масле, способствуя постепенному превращению переохлажденного аустенита в мартенсит.

 

Обычно для ступенчатой ​​закалки используется ванна с нитратом, щелочью или солью при температуре 150-260 градусов. В этом диапазоне температур мартенситное превращение происходит преимущественно на воздухе. По сравнению с закалкой в ​​двух жидкостях, ступенчатая закалка с закалочной средой около 200 градусов создает меньшую термическую нагрузку во время охлаждения. Кроме того, несколько минут выдержки при постоянной температуре позволяют некоторой части аустенита превратиться в мартенсит при охлаждении на воздухе, что еще больше снижает структурные напряжения и минимизирует растрескивание заготовки. С точки зрения применимости, ступенчатая закалка чуть выше точки Ms больше подходит для деталей меньшего размера, таких как легированная сталь, углеродистая сталь и инструментальная сталь. Ступенчатая закалка чуть ниже точки Ms подходит для более крупных сталей с плохой прокаливаемостью, обеспечивая лучший баланс между прокаливаемостью и контролем деформации.

 

4. Закалка

Аустемперирование — это усовершенствованный процесс закалки с более строгим контролем температуры охлаждения и времени выдержки. В первую очередь это включает бейнитный и мартенситный отпуск. Соответствующий технологический маршрут может быть выбран на основе желаемой микроструктуры и производительности заготовки.

 

При бейнитном аустенитном отпуске процесс включает нагрев детали до аустенитного состояния и последующую быструю закалку ее в среду с температурой в зоне бейнитного превращения со скоростью охлаждения, превышающей критическую скорость охлаждения. Затем деталь выдерживают при этой температуре в течение достаточного периода времени, чтобы обеспечить полное бейнитное превращение переохлажденного аустенита, в конечном итоге достигая бейнитной структуры. С другой стороны, мартенситный аустенитный отпуск включает закалку детали, нагретой до аустенитного состояния, в горячую ванну (например, соляную ванну или металлическую ванну) при температуре немного выше точки Ms в течение длительного периода, позволяя переохлажденному аустениту постепенно превращаться в мартенсит при постоянной температуре.

 

Выдающимся преимуществом аустификации является то, что с ее помощью можно добиться отличных общих механических свойств заготовки, сочетая высокую твердость с хорошей ударной вязкостью и минимизируя деформацию. Поэтому этот процесс часто используется для инструментов и форм сложной формы, с жесткими требованиями к деформации и необходимостью обеспечения высокой твердости и ударной вязкости. Дополнительный отпуск также может эффективно улучшить характеристики деталей из углеродистой стали с содержанием углерода более 0,6%, отвечающих конкретным эксплуатационным требованиям.

 

5. Резюме

Таким образом, однократная-закалка в жидкости, двух-закалка в жидкости, поэтапная закалка и дополнительный отпуск имеют свои уникальные преимущества и подходят для стальных деталей различной формы, материалов и требований к производительности. В реальном производстве конкретные условия заготовки требуют тщательного выбора методов закалки и точного контроля параметров процесса, чтобы в полной мере использовать процесс закалки и производить высококачественные стальные детали, соответствующие требованиям применения. Несмотря на то, что существует множество различных методов закалки, основополагающим принципом является достижение соответствующей микроструктуры, соответствующей требуемым характеристикам, или модификация метода закалки, чтобы избежать деформации и растрескивания. Инженер по термообработке, который может освоить эти два ключевых аспекта, обладает высокой квалификацией.