Загартування стали: температура, види і способи
Термообробка металу - це обов'язковий процес в металургії. Завдяки правильно проведеної термічній обробці сталі можна домогтися поліпшення тих чи інших механічних характеристик виробу. На цю тему можна говорити досить довго. Давайте розберемося з вами, що ж являє собою гарт стали, для чого вона потрібна і яка технологія. На перший погляд все це може здатися вкрай складним, проте якщо розібратися більш детально, це не так.
Трохи загальних відомостей
Загартування являє собою процес зміни кристалічної решітки сталі та її сплавів шляхом досягнення критичної температури, яка для кожного матеріалу своя. Як правило, при досягненні необхідного температурного порога слід різке охолодження. В якості охолоджуючої рідини може виступати вода або масло, але про це докладніше ми поговоримо трохи пізніше.
Варто зауважити, що для інструментальних сталей частіше застосовується неповна гарт. Суть її полягає в тому, що досягається температура, при якій утворюються надлишкові фази. Для інших марок сталі використовується повна гарт. У цьому випадку температура нагріву збільшується на 50 градусів. Кольорові метали піддаються термообробці без поліморфного перетворення, а сталь - з поліморфним перетворенням.
Зняття гарту
Відпустка - технологічний процес охолодження вироби, суть якого полягає в отриманні більш пластичного і менш крихкого матеріалу. При цьому міцність намагаються зберегти на колишньому рівні. Для цього виріб поміщають в піч з температурою від 150 до 650 градусів, де вона поступово остигає. Існує три види відпустки:
- Низькотемпературний - додає оброблюваного виробу високу зносостійкість, проте така сталь гірше сприймає динамічні навантаження. Процес протікає під температурою 260 градусів. Низькотемпературного відпуску піддаються вироби з низьколегованих і вуглецевих сталей (ріжучі та вимірювальні інструменти).
- Середньотемпературна - протікає при температурі від 350 до 500 градусів. Найчастіше використовується відпустку пружин, ресор, штампів і т. П. Такий виріб буде мати гарну пружністю і витривалістю.
- Високотемпературний відпустку протікає при температурі 500-680 градусів. Після закінчення процесу виріб буде мати високу міцність і пластичністю. Високотемпературний відпустку підходить для подальшого виготовлення деталей, що сприймають великі навантаження (зубчасте колесо, вал і т.п.).
Загартування сталі в домашніх умовах
Якщо у вас з'явилася необхідність підвищити міцність домашнього інструменту, то зовсім не обов'язково бігти до коваля, адже можна обійтися власними силами. Для цього вам знадобиться мінімум обладнання і знань. Як приклад давайте візьмемо сокиру. Якщо виріб було виготовлено ще в СРСР, то можете бути впевнені в тому, що воно зроблено на совість. Однак сучасні сокири якістю не блищать. Замінаніе або викришування свідчить про те, що технологія гарту не було дотримано. Але ніщо нам не заважає все зробити самостійно.
Для цього розпалюємо вогнище з вугіллям. Останні повинні бути якомога Белей. Це говорить про їх високій температурі. Попередньо підготуйте дві ємності. Одну наповніть олією, можна звичайною відпрацюванням машинного, другу чистою холодною водою. Коли кромка стане малинового кольору, сокиру потрібно діставати. Для утримання можна використовувати ковальські кліщі або щось в цьому роді. Швидко занурює сокиру в масло і тримайте три секунди, потім на стільки ж дістаєте і знову занурює. Так потрібно робити до втрати яскравого кольору. Після занурює сокиру в воду, не забувайте її помішувати. На цьому гарт стали в домашніх умовах закінчена. А зараз підемо далі.
Детально про нагріванні металу
Весь процес гарту умовно можна розділити на три етапи:
- нагрів сталі;
- витримка - необхідна для завершення всіх структурних перетворень і наскрізного прогріву;
- охолодження (швидкість регулюється).
Якщо говорити про вироби, виготовлених з вуглецевих сталей, то їх гарт здійснюється в камерних печах. При цьому не потрібно попередній підігрів, що обумовлено стійкістю матеріалу до викривлення і розтріскування. Складні вироби, наприклад різкі переходи і тонкі грані, вимагають попереднього підігріву. Це роблять:
- в соляних печах з 3-разового зануренням на 3-4 секунди;
- в окремих печах при температурі 400-500 градусів за Цельсієм.
Потрібно розуміти, що технологія передбачає рівномірний нагрів. Якщо за один підхід це забезпечити не можна, то необхідна витримка для наскрізного прогріву. Чим більше виробів знаходиться в печі, тим довше необхідно їх гріти. Приміром, одна дискова фреза діаметром 2,4 см вимагає витримки 13 хвилин, а десяток таких же виробів, необхідно нагрівати вже 18 хвилин.
Способи загартування стали
В даний час активно використовується:
- Загартування в одному охолоджувачі. Суть її полягає в тому, що виріб поміщається в гартівну рідину, де воно і знаходиться до повного свого охолодження. Таку загартування можна реалізувати в домашніх умовах.
- Загартування в двох середовищах - метод підходить для обробки вуглецевих сталей. Суть методу полягає в тому, що деталь спочатку занурюється у воду (швидко охолоджуюча середа), а потім в масло.
- Струйчатая - суть методу в тому, що оброблювана деталь кропити струменем води. Такий спосіб гарту використовують тоді, коли необхідно загартувати тільки частина деталі. Крім того, не утворюється парова сорочка, що збільшує ефективність.
- Ступінчаста - охолодження стали здійснюється в закалочной середовищі при температурі вище мартенситной. Після цього йде витримка. На цьому етапі деталь повинна мати однакову температуру у всіх перетинах, яка повинна відповідати температурі закалочной ванни.
Захист виробу від зовнішніх впливів
Досить часто виникає необхідність захисту деталей від таких шкідливих впливів, як окалина і втрата вуглецю. Для цього найчастіше використовують спеціальні гази, які подають в піч, де знаходиться оброблювана деталь. Звичайно, це можливо тільки при повній герметизації печі. У більшості випадків джерелом газу є спеціальний генератор, який працює на вуглеводневих газах (метан, аміак та ін.).
У будь-якому випадку повна гарт стали повинна проходити під захистом. Якщо газ підвести не виходить, то має сенс використовувати герметичну тару. В якості герметика використовується глина, яка не дає проходити повітрю всередину. Перед цим бажано обсипати деталь чавунної стружкою.
Соляні ванни
Повна або поверхнева гарт стали повинна проходити в соляних ваннах. Вони захищають оброблюваний виріб від окислення, однак не від обезуглероживания. З цієї простої причини вони піддаються раскислению бурою або кров'яною сіллю кілька разів за 8-12 годин. Соляні ванни, функціонують при температурі 760-1000 градусів, ефективно раскисляют деревним вугіллям. Для цього необхідно стакан, що має багато отворів, заповнити просушеним деревним вугіллям. Потім склянку закривають кришкою щоб уникнути спливання вугілля і опускають на дно соляної ванній. З плином часу кількість язиків полум'я поступово зменшується. По суті, чим більше таких розкислення припадає на один виріб, тим краще буде захист від обезуглероживания.
Необхідно періодично перевіряти ступінь розкислення. Для цього беруть звичайне сталеве лезо і кладуть його на 5-7 хвилин у ванну. Якщо воно буде ламатися, а не гнутися, то ванна вважається досить раскисленной. Варто зауважити, що деякі види загартування стали не потребують виконання подібних заходів.
Охолоджуючі рідини
Нескладно здогадатися, що в якості основної рідини для охолодження сталевих виробів використовують воду. При цьому, додаючи сіль або мило, можна змінювати швидкість охолодження деталі. Були зареєстровані випадки, коли гартівний бак використовувався не за призначенням, скажімо для миття рук. Кількість потрапив мила було достатньо для того, щоб процес охолодження пройшов не так, і виріб не отримало необхідних властивостей.
Щоб деталь охолоджувалася рівномірно по всій поверхні, температура в баку не повинна бути менше 20 і вище 30 градусів. Крім того, не можна використовувати проточну воду. Є істотні недоліки такого охолодження, які полягають в растрескивании і жолобленні вироби. Тому водяне охолодження найчастіше використовують для нескладних невідповідальних деталей та інструментів, або мають цементувати покриття. Під водяним охолодженням проходить загартування вуглецевої сталі.
Охолодження конструкційної та легованої сталі
Конструкційна сталь більш якісна, а більша частина виробів має складну конфігурацію. Для охолодження використовують 50% розчин каустичної соди, яку попередньо розігрівають до температури 50-60 градусів. Після гарту в такому розчині деталі будуть мати світлий колір, що говорить про те, що технологія була дотримана. Важливо не перегріти розчин каустичної соди вище 60 градусів.
Легована сталь загартовується в мінеральному маслі. Це ж стосується і дуже тонких виробів з вуглецевої сталі, наприклад кромок ріжучих інструментів. Ключовою особливістю даного методу є те, що швидкість охолодження не залежить від температури масла. Так, процес буде протікати однаково як при 20, так і при 120 градусах.
Про температуру відпустки
Структура стали після гарту може дещо відрізнятися, залежно від обраної температури відпустки. Але потрібно розуміти, що температура повинна вибиратися в залежності від марки сталі. Наприклад, якщо потрібно отримати виріб твердістю 60 HRC, то відпустку проводять при температурі не вище 200 градусів. У цьому випадку помічається невелике зниження твердості і зменшення внутрішніх напружень. А ось швидкорізальна сталь повинна відпускатися при температурі не нижче 540 градусів. При цьому можна говорити про істотне збільшення твердості виробу.
Висновок
Температура гарту стали ніколи не повинна перевищувати 1300 градусів, що вважається критичним порогом. Колір виробу при досягненні цієї точки буде білий, а нормальний - зазвичай червоний або малиновий. Мінімальна температура гарту сталевих деталей 550 градусів. При цьому виріб буде яскраво-червоного кольору.
До речі, варто зауважити, що гарт нержавіючої сталі проходить під температурою в 1050-1080 градусів у воді. Механічні властивості виробу по закінченні процесу характеризуються тим, що декілька знижується міцність і твердість, але значно збільшується пластичність і в'язкість. На цьому можна закінчувати розмову на цю тему. Як ви бачите, для отримання необхідних механічних властивостей, важливо дотримуватися технологію, адже найменші відхилення призводять до небажаних результатів. У разі якщо все буде зроблено правильно, нехай навіть в домашніх умовах, ви помітите суттєві зміни в позитивну сторону.
