Закалка стали 50

Процедура термообработки

Эта процедура представлена в плавном нагреве деталей, где используется установленная температура, выдержка и затем охлаждение при установленной скорости. Здесь изменяется структура, а значит, механические и технологические показатели будущего изделия.

Термообработка стали

Если заготовку охлаждают и нагревают железоуглеродистые сплавы, то начинается превращение при заданном уровне температуры, так называемая критическая точка. Их обычно обозначают Ac1, Ac3, Acm. Все эти изменения при термообработке кристаллизационного характера, а значит, образуются центры зародышей, которые потом постепенно вырастают. Начальная структура каждого вида сталей представлена смесью цементита и феррита.

Свойства материала

Механические свойства стали 45 определяют широкое распространение этого металла. Концентрация углерода составляет 0,45%, другие примеси крайне незначительны. Это во многом определяет следующие характеристики:

1. Плотность стали 45 или удельный вес составляет 7826 кг/м3. За счет этого обеспечивается невысокий показатель веса получаемых изделий, однако легкими их не назовешь. Плотность может несущественно отличаться в зависимости от химического состава.
2. К отпускной хрупкости структура не склонна. Сталь 45, характеристики которой можно назвать универсальным предложением, очень часто подвергается закалке, за счет которой существенно повышается твердость поверхности.
3. Очень часто проводится поставка заготовок после термической обработки. Она существенно повышает твердость поверхности. Этот момент также определяет то, что твердость стали 45 в состоянии поставки может варьировать в достаточно большом диапазоне. Как правило, твердость выдерживается на уровне 10-1 HB, который соответствует 170 МПа.
4. Сталь марки 45 относится к трудносвариваемым металлам, что определяет сложности при проведении сварочных работ. Именно поэтому структура изначально подогревается и лишь только после этого проводится соединение элементов. Прокаливаемость стали 45 также находится на достаточно низком уровне, за счет чего усложняется процесс обработки резанием. Сварка может применяться при применении различного сварочного оборудования. Применение соответствующих электродов позволяет существенно упростить процесс сваривания. Резание сварочным аппаратом также существенно осложняется.
5. Довольно часто проводится ковка. Она проводится при температуре 1250 градусов Цельсия, в конце показатель составляет 700 градусов Цельсия.
6. Предел прочности и модуль упругости могут варьировать в достаточно большом диапазоне. Все зависит от того, какова температура нагрева поверхности. Предел текучести стали определяет то, насколько она проста при литье различных заготовок.

Свойства сплава Ст 45

В целом можно сказать, что металл подходит для применения при изготовлении различных изделий. В большинстве случаев проводится термическая обработка, которая позволяет существенно увеличить эксплуатационные характеристики. Стоит учитывать, что только при выдерживании температурного режима можно обеспечить условия для правильного перестроения кристаллической решетки.

Оборудование для термообработки сталей

Основное оборудование, на котором проводится термическая обработка изделий из сталей и цветных металлов, состоит из двух основных групп: установок для нагрева заготовок и закалочных ванн. Нагревательные устройства включают в себя следующие виды оборудования:

• муфельные термопечи;
• устройства индукционного нагрева;
• установки для нагрева в расплавах;
• газоплазменные установки;
• аппараты лазерной закалки.

Первые три вида могут выполнять прогрев всего объема изделия до требуемой температуры, а последние — только поверхностного слоя металла. Кроме того, выпускаются и широко используются печи для закалки металлов, в которых нагрев осуществляется в вакууме или в среде инертного газа.

Закалочные ванны представлены стальными емкостями-охладителями для различных жидкостей, а также специальными тиглями из графита и печами для расплавов солей или металлов. В качестве закалочных жидкостей чаще всего используют минеральное масло, воду и водополимерные смеси. Для расплавов металлов обычно применяют свинец или олово, а для расплавов солей — соединения натрия, калия и бария. Закалочные ванны для жидких сред имеют системы нагрева и охлаждения рабочей жидкости до требуемой температуры, а также мешалки для равномерного распределения жидкости и разрушения паровой рубашки.

Температура для закалки

Определение температуры нагрева в промышленном производстве осуществляется посредством контактных и бесконтактных пирометров. В последние десятилетия широкое распространение получили инфракрасные приборы, позволяющие дистанционно замерять температуру в любой точки поверхности нагретой детали. Кроме того, приблизительную температуру разогрева стали можно определить по цветовым таблицам.

Что такое закалка металла?

Один из видов термообработки — закалка металла. Она состоит из нескольких этапов, выполняемых в определенной последовательности:

1. Нагрев металла до определенной температуры. Выдержка для выравнивания по всей глубине детали.
2. Быстрое охлаждение.
3. Отпуск для снятия напряжений и коррекции твердости до заданного значения.

В процессе изготовления сложные детали могут проходить несколько закалок разного вида.

По глубине обработки закалка делится на два вида:

• объемная;
• поверхностная.

В основном в машиностроении применяется объемная термообработка, когда деталь прогревается на всю глубину. В результате резкого охлаждения, после завершения термообработки твердость внутри и снаружи отличается всего на несколько единиц.

Поверхностная закалка применяется для деталей, которые должны быть твердые сверху и пластичные внутри. Индуктор прогревает сталь на глубину 3–20 мм и сразу за ним расположен спрейер, поливающий горячий металл водой.

Какие стали можно закаливать?

При нагреве и быстром охлаждении внутренние изменения структуры происходят во всех сталях. Твердость повышается только при содержании углерода более 0,4%. Ст 35 по ГОСТ имеет его 0,32 – 0,4%, значит может «подкалиться» — незначительно изменить твердость, если углерод расположен по верхнему пределу.

Закаливаемыми считаются стали, начиная от СТ45 и выше по содержанию углерода. В то же время закалка нержавеющей стали с низким содержанием углерода типа 3Х13 возможна. Хром и некоторые другие легирующие элементы заменяют его в кристаллической решетке и повышают прокаливаемость металла.

Температура и скорость нагрева

Температура нагрева под закалку повышается с содержанием в стали углерода и легирующих веществ. Для Ст45 она, например, 630–650⁰, Ст 90ХФ — более 800⁰.

Высокоуглеродистые и высоколегированные стали при быстром нагреве могут «потрещать» — образовать на поверхности и внутри мелкие трещины. Их нагревают в несколько этапов. При температурах 300⁰ и 600⁰ делают выдержку. Кроме выравнивания температуры по всей глубине, происходит структурное изменение кристаллической решетки и переход к другим видам внутреннего строения.

Свойства стали после закалки

После закалки деталей происходят структурные изменения, влияющие на технические характеристики металла:

• увеличивается твердость и прочность;
• уменьшается зерно;
• снижается гибкость и пластичность;
• повышается хрупкость;
• увеличивается устойчивость к стиранию;
• уменьшается сопротивление на излом.

На поверхности каленой детали легко получить высокий класс чистоты. Сырая сталь не шлифуется, тянется за кругом.

В чем же особенность ножа из рессоры?

Причина популярности такого изделия, как нож из рессоры, заключается в свойствах металла. Высокая износостойкость и прочность в сочетании с высокой пластичностью позволили многим поколениям мастеров пользоваться рессорами как главным источником сырья.

Характеристики рессорно-пружинной стали

Рессоры изготавливают из рессорно-пружинной стали 65Г, но могут быть применены другие марки: 50ХГСА, 50ХГА, 50ХФА. Это тоже рессорно-пружинные стали – определить какая из них взята в качестве материала для клинка можно только с помощью химического анализа. Либо по нюансам поведения металла при обработке, но с этим справятся только опытные мастера. Для начинающего изготовителя разница между перечисленными материалами будет практически незаметна.

Способы охлаждения при закаливании

При быстром охлаждении стальных изделий при закалке существует угроза возникновений больших внутренних напряжений, что приводит к короблению материала, а иногда и трещинам. Для того чтобы этого избежать там, где возможно, стальные детали лучше охлаждать в масле. Углеродистую сталь, для которой такое охлаждение невозможно, лучше охлаждать в воде.

Кроме среды охлаждения на внутренне напряжение изделий из стали влияет, каким образом они погружаются в охлаждающую среду. А именно:

• изделия, имеющие толстую и тонкую часть, лучше погружать в закалочную жидкость сначала объемистой частью;

• если изделие имеет вытянутую форму (сверла, метчики), нужно погружать строго вертикально, в противном случае они могут покоробиться.

Иногда требуется закалить не всю деталь, а только ее часть. Тогда применяется местная закалка. Изделие нагревается не полностью, зато в закалочную жидкость погружают всю деталь.

Какие металлы подлежат калению

Закалка металла — это термическая обработка, которой чаще всего подвергаются углеродистые и легированные стали с целью повышения их твердости и улучшения прочностных характеристик. Несколько реже встречается термообработка цветных металлов, в частности отпуск, отжиг и закалка меди, латуни и бронзы, а также сплавов алюминия и титана. Необходимо отметить, что закаливание этих соединений в отличие от углеродистых сталей не всегда приводит к их упрочнению, некоторые сплавы меди после этого, наоборот, становятся более пластичными и мягкими. Гораздо чаще изделия из цветных металлов подвергаются отпуску для снятия напряжения после отливки, штамповки, прокатки или волочения.

Применение стали 65Г

Эта сталь и ее аналоги нашли свое применение во многих отраслях промышленности, например, в автомобилестроении, станкостроении и пр. Практически сталь 65Г и ее аналоги можно встретить в любом автомобиле, тракторе, станке, судне, то есть в любом оборудовании, в котором эксплуатируются рессоры, пружины, в том числе и тарельчатые и пр.

Как правило, твёрдость пружин лежит в диапазоне от 40 до 50 по Rc. ГОСТ определяет методики проверки, которые максимально приближены к реальным условиям их работ. Во время приемки пружинная продукция проходит испытания на растяжение, сжатие и пр. Более того, на поверхности готовых изделий недопустимо наличие рисок, царапин и пр. Все дело в том, что рано или поздно их наличие приведет к появлению трещин на поверхности изделий.

Пружины, которые производят из проволоки, прошедшей термическую обработку, такую называют патентированной, или лент класса Н, П или В, подвергают операции дополнительного отпуска. Она необходима для устранения внутренних напряжений, которые возникают при их производстве. Кроме того, такая дополнительная обработка приводит к повышению упругости готовых изделий. Дополнительный отпуск выполняют в ваннах, наполненных селитрой, время отпуска составляет 5 – 10 минут. Кроме того, при отпуске с использованием электропечей, технологи должны отслеживать то, чтобы изделия прогревались равномерно, в противном случае, возможно, возникновение внутренних напряжений.

Изделия, произведённые из отожжённой стали, подвергаются операциям закаливания и отпуска. При этом отпуск выполняют при температуре до 720 ºC.

Пружины, предназначенные для закаливания, могут помещать или разогретые ванны, заполненные соляным раствором, или в камерные печи.

Существует ряд технологических особенностей при производстве пружинных изделий из стали 65Г. В частности, пружины небольшого размера, помещают в печи на специальных поддонах. Изделия большого размера на специальных приспособлениях, которые предотвращают появление коробления, это могут быть трубы соответствующего размера.

Имеет смысл отметить, что, кроме промышленности, сталь марки 65Г применяют для производства клинкового оружия – это специальные ножи для метания и турнирные мечи, используемые в исторических реконструкциях. Кстати, именно в этой сфере применения, проявляется один из недостатков этого сплава – низкая стойкость к воздействию коррозии. Именно поэтому клинки после использования проходят смазку касторовым маслом. Специалисты утверждают, что уход за клинковым оружием можно сравнить за правилами ухода за дамасской сталью.

Для изготовления, например, кухонных или охотничьих ножей эта сталь не лучшее решение, это вызвано рядом ее свойств.

Разновидности металла, который можно обрабатывать

Выделяют три основные группы металла, который используется для закалки:

1. Сталь с неупрочняемой сердцевиной. В эту группу входят следующие марки стали, пригодной для цементирования — 20, 15 и 10. Эти детали имеют небольшой размер, используются для эксплуатации в бытовых условиях. Во время закалки происходит трансформация аустенита в феррито-перлитную смесь.
2. Сталь со слабо упрочняемой сердцевиной. В эту группу вошли металлы таких марок, как 20Х, 15Х (хромистые низколегированные стали). В этом случае проводят дополнительную процедуру лигирования с помощью небольших доз ванадия. Это обеспечивает получение мелкого зерна, что приводит к получению более вязкого и пластичного металла.
3. Сталь с сильно упрочняемой сердцевиной. Этот вид металла используют для изготовления деталей со сложной конфигурацией или большим сечением, которые выдерживают различные ударные нагрузки, подвергаются воздействию переменного тока. В процессе закалки вводится никель или при его дефиците используют марганец, при этом для дробления зерна добавляют малые дозы титана или ванадия.

В целом процесс цементации стали необходим для улучшения износостойкости и прочности деталей.

Чаще всего цементации подвергаются валы, оси, лезвия ножей, детали подшипников и зубчатые колеса.

Как происходит цементация стали в твердой среде на предприятии и в условиях домашнего цеха?

Смесь для твердой цементации готовится из бария, кальция с древесным углем и углекислого натрия. Уголь лучше брать из дуба или березы и разделить его небольшие фракции, не более десяти миллиметров. Чтобы удалить лишнюю пыль, уголь рекомендуют просеять. Соли тоже измельчают до состояния порошка и пропускают через сито.

Существует две методики для приготовления смеси:

1. Уголь из дерева поливают солью, которую предварительно растворяют в воде. Получившуюся смесь высушивают, ее влажность должна быть не более 7%.
2. Сухой уголь и соль тщательно перемешивают, чтобы исключить возможность появления пятен уже в процессе химической и термической обработки.

При этом, первая методика считается более качественной. Так как она гарантирует, что смесь выйдет равномерной, а результат без пятен и разводов. Готовую смесь еще называют карбюризатором.

Сам процесс твердой цементации проходит в специальных ящиках, где насыпана смесь в нужном количестве. Идеально, если ящики соответствуют размеру и форме изделия, которое обрабатывают. Так как в этом случае снижаются затраты времени на прогрев тары, а качество слоя цементации улучшается. Для избежания утечки газа щели замазывают специальной огнеупорной глиной и накрывают все плотно прилегающей крышкой.

Следует обратить внимание, что изготавливать тару, идеально подходящую, экономически выгодно, если речь идет о конвейерной процедуре. Если же нужно одну или две детали закалить, то лучше выбрать тару универсальной формы — квадратную, круглую или прямоугольную

Ящики выбирают из малоуглеродистой или жаростойкой стали.

Сам процесс цементации в твердой смеси проходит следующим образом:

• детали, которые необходимо закалить, равномерно укладываются в ящики, наполненные твердым карбюризатором;
• печь разогревают до 900−1000 градусов и подают в нее тару с изделиями;
• прогрев ящиков проходит при температуре от 500 до 700 градусов. Этот прогрев называют сквозным. Сигналом, что печь накалилась до нужной температуры служит однородный цвет подовой плиты, на ней больше нет темных участков под ящиками;
• температуру поднимают до 900 или 1000 градусов по Цельсию.

Именно при таком температурном режиме происходят диффузные изменения в структуре деталей на уровне атомов.

В домашних условиях достаточно сложно нагреть печь до нужной температуры и выдержать весь температурный режим от начала и до конца. При этом все возможно. Следует помнить, что эффективность домашней цементации намного ниже, чем промышленной.

Общие параметры

Вещества, входящие в этот материал и дальнейшая его термообработка обеспечивает:

• высокую стойкость к износу;
• хорошая ударная вязкость;
• сопротивление на разрыв;
• высокая стойкость к воздействию ударов.

Отсутствие большого количества легирующих элементов позволяет обеспечить относительно низкую цену этой стали.

Для получения заданных параметров сталь марки 65Г закаливают при температуре от 800 до 830 ºC. Отпуск выполняют при температуре от 160 до 200 ºC, такой отпуск называют высоким. Охлаждение выполняют на воздухе. Такие режимы термической обработки позволяют получить изделие с твёрдостью поверхности 45- 47 по HRC.

Технолог, проектируя процесс термообработки должен помнить, сталь 65Г и ее аналоги не опасаются перегрева, но при выполнении закаливания в верхних точках температурного диапазона может снизиться ударная вязкость.