Закалка в масле что дает

Закалка в масле что дает

15.03.2009
Закалочные масла и термическая обработка металлов

Закалка – это вид термической обработки изделий из металлов и сплавов для придания им высокой твердости, прочности, износостойкости

Виды термической обработки металлов

Отжиг
Назначение процесса
Уменьшение твердости стали для повышения обрабатываемости; улучшение структуры; снятие внутренних напряжений; достижение большей однородности металла.
Описание процесса
Медленный нагрев до 740-850 0С *, выдержка, медленное охлаждение

Нормализация
Назначение процесса
Сталь приобретает повышенные значения прочности, твердости и ударной вязкости и более низкую пластичность по сравнению с отожженной.
Описание процесса
Нагрев до температуры выше критической* (температуры изменения типа кристаллической решетки), выдержка, охлаждение на спокойном воздухе.

Закалка
Назначение процесса
Достижение высокой твердости, прочности, и, следовательно, износостойкости стали.Образуется неравновесная структура, требует последующего отпуска.
Описание процесса
Нагрев до температуры выше критической * (температуры изменения типа кристаллической решетки), выдержка, быстрое охлаждение.

Отпуск
Назначение процесса
Получение более высокой пластичности и уменьшение хрупкости мартенситной структуры при сохранении уровня прочности; освобождение от напряжений
Описание процесса
Нагрев от 150-260 0С до 370-650 0С *, выдержка, медленное охлаждение на воздухе.

Примечание: * Температура зависит от типа обрабатываемого металла

Влияние масла при термической обработке металлов

При закалке в масле на изделии образуется значительно меньше тепловых трещин, чем при закалке в воде.

Это масла, используемые в качестве рабочей среды в процессах термической обработки металлов. Позволяют получать стальные изделия с заданными значениями твердости, требуемой структуры и чистоты поверхности.

Закалочные масла должны обладать следующими свойствами:

Основные потребители закалочных масел
ОАО «АВТОВАЗ»
ЗАО «Челябпроммаш»
Камский автозавод – КАМАЗ
Завод имени Лихачева – ЗиЛ
Чебоксарский тракторный завод – ЧЗПТ
Челябинский тракторный завод – ЧТЗ
Владимирский тракторный завод – ВТЗ
Волгоградский тракторный завод – ВгТЗ
Липецкий тракторный завод – ЛТЗ
Ростсельмаш
Уральский завод тяжелого машиностроения
Ижорские заводы
Новокраматорский машиностроительный завод
Красноярский завод тяжелого машиностроения
ОАО «ПО СЕВМАШ»
ОАО «Восточно-Сибирский машиностроительный завод»

Производители закалочных масел

В России закалочные масла производят:
ТНК-СМ ——> Термо 16, 26
ООО «Волгохимнефть» ——> ВОЛТЕС МЗ-16, 26, 120
ЗАО «Карбон Инвест» ——> масло Термойл
ООО «Полиэфир» ——>масла МЗМ-16, МЗМ-26, МЗМ-120

Импортные масла:
TOTAL DRASTA C ——> масла для холодной закалки
TOTAL DRASTA H ——> масла для горячей закалки
Shell Valuta ——> для горячей закалки
Fuchs THERMISOL QB ——> масла для холодной закалки
Fuchs THERMISOL QH ——> масла для горячей закалки
Fuchs THERMISOL QW ——> масла для изотермической закалки

Источник

Как правильно самому закалить металл и сталь в домашних условиях: нагрев и отпуск железа в масле своими руками

Процесс термической металлообработки кажется сложным. Но его можно провести даже дома, правда – с дополнительной подготовкой. Перед началом лучше почитать нашу статью о том, как правильно своими руками закалить мягкий металл, сталь или вал в домашних условиях в масле.

Введение

Есть характеристика стали – наследственная и приобретенная зернистость. Размер зерна может быть меньше и больше, а также он меняется под воздействием высоких температур. Насколько быстро – зависит от количества примесей. Нельзя однозначно сказать, какая кристаллическая решетка, какие соединения лучше. В одних случаях от этого зависит прочность, в других пластичность. Этот показатель необходимо менять в зависимости от того, какая обработка предстоит. Если листовую сталь или профиль планируют подвергнуть резке, то следует провести процедуру, приводящую к укрупнению зерна. А если работа предстоит с высокоуглеродистой сталью, то лучше обрабатываются заготовки с мелкозернистой структурой. Изменить зернистость достаточно трудно. При этом нужно учитывать наследственную склонность. Это не значит, что сплав в любом случае будет иметь крупные зерна, но при одинаковом нагреве двух брусков с различной наследственностью один быстрее другого произведет рост соединений. Поэтому фактор очень важен при подборе нагрева. Понимать, как правильно закалять металл в домашних условиях можно только выборочно, следует знать химический состав. Сплав имеет множество примесей. Среди них:

Если углерода в составе от 0% до 2,18%, то мы имеет дело со сталью – низкоуглеродистой (до 0,8%) или углеродистой. А если его больше, чем 2,18%, то перед нами прочный чугун. Делаем вывод: характеристики зависят от двух причин:

И если первое вы не сможете изменить самостоятельно, то второе – наверняка.

Технологические нюансы: как правильно закаливать металл

Сама процедура включает в себя три шага – нагрев, выдержку и остывание. Оттого, какой результат вы хотите получить и на каком материале работаете, выбирают различные параметры: предел, продолжительность, а также способы охлаждения. Приведем таблицу с несколькими марками стали:

Есть две основные цели термообработки:

Термообработка: как лучше закалить железо в домашних условиях

Это процесс нагрева с дальнейшим охлаждением для изменения свойств. Помещаем в печь обычный сплав, а достаем – закаленный, который менее восприимчив к внешним деформациям. Для чего это нужно? При первичной обработке, например при штамповке, резке или литье, внутри сплава появляются внутренние напряжения, которые очень негативно воздействуют на прочностные характеристики и увеличивают хрупкость. Есть четыре типа термообработки:

Проверка твердости после закаливания металла в домашних условиях

Привычное для всех в обиходе слово является точным термином и применяется преимущественно к цельным изделиям. Для проверки в поверхность вдавливается шарик или конус из инструментальной стали, а дальше по формулам производится расчет в зависимости от того, насколько глубокий след остался и какая сила была приложена. Есть еще один вариант – прибор Роквелла, но его использование дома или в квартире практически невозможно. Единица измерения твердости – HRC. Для сравнения значений:

Правильная закалка и отпуск металла в домашних условиях своими руками в масле

Для углеродистых и легированных сталей, лучше всего использовать масляную жидкость. Причины следующие:

Есть специальный аппарат – пирометр – он напоминает градусник, но измерения проводят без непосредственного контакта. Он дорогостоящий, поэтому для домашней работы покупать его не стоит. Посмотрим таблицу цветов, как по ней определять температуру:

Отпуск

Обработка требуется для того, чтобы убрать напряжения, образованные при первичной обработке. Различают три степени:

Для определения побежалости также есть таблица цветов:

Выбор режима следует осуществлять согласно данным:

Как закалять сталь в домашних условиях: особенности процесса

Рекомендации для правильной закалки:

Последний совет можно выполнить, если ознакомиться с таблицей:

Изготовление камеры для закаливания

Название такой конструкции – муфельная печь. Она делается из огнеупорной глины, которую нужно заливать в любую форму, например, подготовленную из картона. Слой должен быть – 0,8-1 см. Нагревательный элемент – нихромовая спираль из проволоки. Посмотрим видео с подробной инструкцией:

Оборудование и особенности закалки железа

Дома могут быть использованы:

Выбор нужно осуществлять согласно размерам детали и типу сплава, максимальной температуре нагрева.

Повышение твердости на открытом огне

Если вы не хотите делать горн с поддувом, можно использовать обычный мангал или камин, посмотрим, как это делают на видео: В статье мы рассказали про закалку стали в домашних условиях, как нагреть металл. Так как процедура сопряжена с риском, просим соблюдать технику безопасности.

Источник

Закалка в управляемом потоке масла – новый взгляд на привычные проблемы.

В.Я. Сыропятов, Е.В. Ильичев.

Введение.

Закалка – один из самых древних и наиболее широко известных процессов термообработки. За столетия она «обросла» массой легенд, суеверий и предрассудков. Однако, несмотря на кажущуюся простоту процесса и обилие материала в справочной литературе, термист-практик подчас сталкивается с серьезными проблемами. Особенно часто это происходит при освоении новой продукции или при повышении требований конечного пользователя к качеству продукции. Закалить болт М22 из стали 40Х на твердость 40…45HRC для любого не проблема. Обеспечить при этом прочность по 10-му классу при производительности 120 кг/час, это уже вопрос.

Постановка задачи и выбор решения.

Из курса технологии термообработки нам известно – основная задача при закалке на масло это снятие паровой рубашки с поверхности деталей. Справочник рекомендует обычно три решения: барботаж сжатым воздухом, возвратно-поступательное перемещение садки в масле и масляный насос. Если имеется компрессорная, выбирают первое решение. Если нет, но удается «пробить», ставят насос для циркуляции, НШ-40 или НШ-100. Если ни того ни другого, остается произвол термиста, работающего на тельфере. Однако, первые два пути имеют свои подводные камни.

Сколько дать сжатого воздуха и в какое место бака, в зависимости от конфигурации садки совершенно не однозначно. Чаще всего закаливающая способность бурно «кипящего» масла снижается – воздух прекрасный теплоизолятор. Доступные масляные насосы, обеспечивая высокое давление, чаще всего не имеют нужных нам показателей по производительности, и, опять же, неоднозначно как направить поток на садку деталей. Немаловажно и то, что абсолютно герметичных насосов по приемлемой цене не существует и возникает проблема борьбы с подтеканием масла.

Решение, между тем, существует. Универсальные печи, проходные толкательные агрегаты, СНЦА, Пекаты, Холкрофты, конструкции ЗИЛ и т.п. Все они имели мешалки масла в закалочных баках. Конечно, проблемы были, но несоизмеримо меньшие, чем при других вариантах. Основным направлением были поиск и разработка новых закалочных масел с целью расширения температурного интервала в порядке борьбы с деформациями.

Сложилась уникальная ситуация: крупные предприятия, имеющие прекрасные закалочные баки в линиях термообработки, зачастую не работают на полную мощность, а малые и средние предприятия, быстро развивающиеся в условиях растущей децентрализации и специализации производства, не имеют возможности использовать подобное оборудование. Чаще всего для большинства термистов доступны шахтные и камерные нагревательные электропечи. И не только ввиду стоимости собственно оборудования. Инженерная обвязка универсальной печи с встроенным закалочным баком, агрегатированной в комплексе с моечной машиной и отпускными печами, стоит неизмеримо больше.

Одно из условий, принятое во внимание при принятии решения состоит в том, что наш закалочный бак должен быть гибким инструментом. Немногие наши партнеры могут сказать, что они калят одну и ту же деталь каждый день в течение года. Растет номенклатура деталей и количество борабатываемых марок сталей.

Общее решение: наш бак должен иметь мешалку с возможностью регулирования потока масла, т.е. управляемый потокообразователь закалочного масла. В этом случае технолог должен иметь возможность легко регулировать процесс закалки. Например, на тонких деталях, где нет проблем с прокаливаемостью, создавать меньший поток для снижения деформаций, на деталях большего сечения увеличивать поток для обеспечения снятия паровой рубашки. Серьезная проблема – обеспечение равномерного снятия паровой рубашки на деталях, загружаемых в оснастку «навалом».

Всем этим условиям удовлетворяет одна из идей первой половины 70-х годов, прошедшая, по странному стечению обстоятельств, незамеченной широкой общественностью термистов. Причина, возможно, кроется в том, что именно в этот период набирало темпы всеобщее увлечение водными растворами полимеров.

Однако, в технической литературе встречались теоретические разработки, доказывавшие очевидную истину: именно ламинарный поток закалочной среды обеспечивает равномерное удаление паровой рубашки с поверхности обрабатываемых деталей. Линейная скорость потока определяет скорость охлаждения и получаемый при закалке результат. Линейная скорость потока определяется соотношением ламинарной и турбулентной составляющих. Повышение турбулентности потока ведет к снижению его ламинарности и снижению его линейной скорости. Для специалиста по плотинам, турбинам и вообще гидродинамике это очевидные, прописные истины. В приложении к технологии, имеющей 2-х тысячелетнюю историю, они звучат как откровении.

В течение последних 20 лет автором данной работы идея реализовывалась при модернизации оборудования на 12 объектах и с обязательным положительным результатом. Доведение же до серийного продукта, в отсутствии объективной потребности и производственной базы, не представлялось целесообразным.

Методика испытаний и обсуждение результатов.

В порядке инициативных исследовательских и опытно-конструкторских работ Компании был изготовлен масляный закалочный бак объемом 700 л. Бак был оснащен системой регулирования температуры: нагреватели ТЭН мощностью 16 кВт, термометр сопротивления градуировки Pt100, регулятор «Термодат-10». При превышении температуры включался насос охлаждения НШ-40, перекачивающий масло через водоохлаждаемый теплообменник.

Для создания управляемого потока масла бак был оснащен 4-х лопастной крыльчаткой, установленной в отделенной от основного пространства перегородкой части бака. Крыльчатка имела привод от асинхронного двигателя переменного тока мощностью 4 кВт и максимальным числом оборотов 930 об/мин, рис. 1.

Для управления двигателем использовали фазочастотный преобразователь. Это обеспечивало возможность плавного либо ступенчатого изменения числа оборотов и, соответственно, скорости потока закалочного масла.

Испытания проводили на масле индустриальном И-20А. Рабочей температурой был выбран интервал 50…70°С.

Первичные испытания методом замера движения марок в потоке показали, что c увеличением числа оборотов скорость потока растет, Рис. 2.

Рис. 2. Изменение скорости потока закалочного масла в зависимости от скорости вращения крыльчатки потокообразователя.

Как видно из приведенных результатов, в диапазоне от 200 до 500 об/мин имеется практически прямо пропорциональная линейная зависимость скорости потока от скорости вращения крыльчатки. Интересна и достигаемая с двигателем 4 кВт при 600 об/мин скорость потока 8 м3/мин. Закономерен вопро: каких размеров насос может это обеспечить? С повышением скорости вращения крыльчатки характер роста скорости потока меняется, прирост скорости потока с увеличением числа оборотов уменьшается, что косвенно свидетельствует об изменении характера потока масла.

Для качественной оценки явления были проведены замеры гидростатического давления потока масла. Измерения проводились посредством погруженной в поток трубки, соединенной с U-образным водным манометром. Результаты приведены на Рис. 3.

Риc. 3. Изменение статического давления в потоке масла с изменением числа оборотов крыльчатки.

Как видно из приведенных результатов, при достижении и превышении 550…600 об/мин практически не меняются как скорость, так и давление потока масла.

Были проведены замеры распределения давления по сечению бака при различной частоте вращения крыльчатки. До 600 об/мин разница в давлении в разных точках потока практически не наблюдалась. С превышением указанной величины разница давления по разным точкам замера достигала 500 Па, наблюдались точки с давлением, равным атмосферному.

Таким образом, для натурных испытаний управляемого потокообразователя был выбран диапазон частоты вращения крыльчатки 100…600 об/мин.

Испытания свойств устройства проводили при закалке деталей ст. 40Х в виде пластин толщиной 16 мм и габаритами 120Х200 мм. Детали загружались в жаропрочную корзину Æ 550 мм, высотой 400 мм. Суммарная загрузка составляла 140 кг, с учетом корзины масса садки составляла 180 кг. Между деталями размещали образцы-свидетели из сталей 40Х и 30ХГСА Æ 30 мм и длиной 50 мм. Пластины укладывались вертикально с обеспечением возможности их омывания потоком масла, при этом в целях полной загрузки касания пластин не исключали.

Нагрев под закалку проводили в шахтной электропечи СШЦМ-6.6/9,5 с защитной атмосферой, температура нагрева 860°С, выдержка 30 минут по достижении температуры. Время выдержки установили контрольным замером с помощью погружной термопары на первой садке и в дальнейшем не меняли.

Перенос садки на закалку осуществлялся электротельфером, время переноса составляло в среднем 10 сек. Температура масла в момент погружения деталей составляла 50°С, при 60°С включался насос охлаждения масла, в дальнейшем температура масла поднималась до 70°С, далее снижалась до установленной.

Закалку опытных садок проводили при частотах вращения крыльчатки 15, 250, 350 450 и 550 об/мин.

На поперечных шлифах образцов-свидетелей и, выборочно, деталей оценивали микроструктуры и изменение твердости по сечению. Измерение твердости проводили на твердомере Роквелл с нагрузкой 150 кгс. Микроструктуру оценивали после травления 5 % спиртовым раствором HNO3 при увеличении 400 крат.

Рис. 4. Изменение твердости поверхности образцов-свидетелей в зависимости от частоты вращения крыльчатки потокообразователя.

Как видно из приведенных на рис. 4 результатов, твердость поверхности стали 40Х с увеличением числа оборотов растет до 54 HRC при 450 об/мин и далее не меняется. Твердость поверхности стали 30ХГСА растет с увеличением числа оборотов до 350 об/мин, далее несколько снижается.

Рис. 5. Изменение твердости от поверхности по сечению образцов-свидетелей ст. 40Х Æ 30 мм после закалки с разной частотой вращения крыльчатки.

Рис. 6. Изменение твердости от поверхности по сечению образцов-свидетелей ст. 30ХГСА Æ 30 мм после закалки с разной частотой вращения крыльчатки.

Анализ микроструктуры, например, рис. 7 и рис. 8, объясняет снижение микротвердости от поверхности к сердцевине. Во всех случаях имеет место появление все большего количества феррита. Его исключение путем подбора оптимальных характеристик работы потокообразователя позволяет обеспечить сквозную закалку с гомогенной твердостью и высокие прочностные характеристики деталей.

Рис.7. Микроструктура сердцевины образца ст. 40Х прошедшего закалку при 250 об/мин. Снято при увеличении 400 крат.

Рис.8. Микроструктура сердцевины образца ст. 40Х прошедшего закалку при 450 об/мин. Снято при увеличении 400 крат.

Интересен так же результат по зависимости твердости от скорости потока закалочного масла: для стали 40Х оптимальный диапазон 450…550 об/мин, а для стали 30ХГСА 350 об/мин.

Обращают на себя внимание также непривычно высокие для данных марок сталей величины твердости.

Представляется, что обнаруженные эффекты должны быть темой более подробного изучения с привлечением тонких методов исследования.

В целом испытания показали оправданность сделанного выбора. Созданный потокообразователь обеспечивает быструю, с минимальным набором измерительных средств и за минимальное время, отладку и оптимизацию процесса закалки для каждой марки стали в зависимости от конфигурации деталей и вида оснастки. В дальнейшем один раз отработанная технология обеспечивает высокую степень повторимости результатов.

Применяемый фазочастотный преобразователь показал высокую надежность в работе, простоту настройки и гибкость в управлении. Управление скоростью врашения осуществляется либо потенциаметром с контролем установленной величины, либо набором тумблеров на заранее запрограммированные частоты. При этом предусматривается возможность дежурного режима – медленное перемешивание масла при разогреве для исключения локалного перегрева в зоне расположения нагревателей.

В течение года эксплуатации на собственном термическом производстве практически не имелось проблем с заниженной или неравномерной твердостью деталей после закалки.

Компания, исходя из стратегической линии на комплексное и максимально полное обеспечение требований заказчиков, приступила к комплектации серийных масляных ванн (масляных закалочных баков) управляемых потокообразователем закалочного масла.

Источник

• через какое время делают повторное эко →