Закалка металла. Особенности процесса
Одним из актуальных вопросов, которые возникают у наших клиентов, да и у многих пользователей сети, является технологический процесс обработки металла. В сегодняшней статье мы хотели бы уделить внимание термической обработке кованых изделий.
Известно, что все металлические изделия, которые претендуют на высокое качество, в процессе изготовления подвергаются закалке. Давайте разберемся, что же это такое. Закалка – это действие, в ходе которого металлу придается дополнительная прочность и твердость. Процесс заключается в нагреве металла до высокого показателя температуры, и затем его охлаждении. Существуют разнообразные способы закалки, которые, соответственно, дают различный результат для одного и того же металла. Традиционно, изделие нагревается до 750-850°С, а потом быстро охлаждается до 400°С. Стоит заметить, что нагревание изделия выше указанной температуры будет способствовать деформации структуры металла, что окажется крайне нежелательным последствием. Первый этап охлаждения должен проводиться с очень высокой скоростью (не более 2-3 с.). Это напрямую связано с успешным результатом закалки. Скорость дальнейшего охлаждения на качество уже влиять не будет. Охлаждают металл обычно в трансформаторном масле или же в воде. При этом масло охлаждает металл довольно медленно. Сравним, при одинаковое температуре 18°С, масло способно уменьшить температуру на 150°С в секунду, а вода – на 600°С.
Чтобы изделие в результате получило хорошую твердость, охлаждение предпочтительно проводить в проточной воде. Стоячая вода позволяет образовываться пару между горячей поковкой и жидкостью, что замедляет процесс. А проточная вода такого эффекта не создает.
В некоторых случаях для повышения закаливающих свойств в воду может быть добавлена серная кислота или поваренная соль.
Процесс закалки изделий производится в так называемых закалочных печах. Они бывают разных видов: камерные, пламенные (используется открытый огонь), электромуфельные, печи-ванны с определенным наполнением.
Практика показывает, что печи-ванны наиболее удобны в использовании, потому как в такой конструкции есть возможность поддержания постоянной температуры, без риска ее повышения. Кроме того, наполнение таких ванн (зачастую это расплавленная соль, например, хлористый барий, или расплавленный свинец) позволяет нагревать изделия в несколько раз быстрее, чем это может происходить в воздушной среде. Процесс закалки в печах-ваннах выполняется следующим образом: к примеру, заготовки погружаются в ванну с расплавленным свинцом, сверху кладется древесный уголь, который при горении образует восстановительное пламя на поверхности свинца.
Электромуфельные печи предполагают нагревание изделий в нескольких режимах:
· В холодную печь погружают изделие и постепенно нагревают. Это позволяет избежать высокого температурного напряжения, но занимает достаточно много времени.
· Печь нагревают до определенной температуры и после этого кладут изделие. В этом случае имеем большое температурное напряжения и экономию времени.
· Печь нагревается до температуры выше, чем того требует закалка, а изделие нагревается уже в то время, когда понижается температура печи. Эффект, как и в предыдущем режиме, скорость нагрева высока, но и температурное напряжение тоже.
· Печь прогревают до температуры выше необходимой. Погруженное изделие нагревается до нужного градуса, но при этом температура в печи не снижается. Этот вариант считается наиболее быстрым с максимальным показателем напряжения.
Не так давно появился еще один вариант проведения процесса закалки. Деталь помещается в специальный индуктор, через который пропускают ток высокой частоты. За счет этого изделие быстро нагревается до необходимой температуры.
Закалка, для достижения наилучшего эффекта, требует проведения процедуры отпуска после своего завершения. Отпуск – это процесс, который повышает прочность металла и снижает напряжение, вызванное действием высоких температур. Здесь существует такое понятие, как цвета побежалости. Это цвета, которые появляются на очищенном от окалины металлическом изделии при его нагреве от 220°С. Оттенки могут варьироваться от серого до светло-желтого. Это связано с появлением пленки оксидов железа, которая своим цветом информирует о необходимой для отпуска температуре.
Различают два основных метода, применяемых при отпуске:
· Сначала поверхность хорошо шлифуют при помощи мелкой наждачной бумаги, а потом подвергают нагреву. С повышением температуры внимательно следят за изменением цвета побежалости. Как только появляется нужный оттенок – изделие незамедлительно охлаждают в воде.
· Предварительно нагретую часть изделия охлаждают до определенного уровня, а затем зачищают. После появления необходимого цвета побежалости, охлаждение завершают.
В некоторых случаях, например, когда закалка производится для определенных инструментов (молоток или кирка), возникают определенные трудности, такие как необходимость закалки лишь в одном месте. В ситуации закалки молотка, существует необходимость оставить среднюю часть изделия незакаленной, в то время как концы изделия обязаны быть прочными. Здесь требуется определенное мастерство и скорость работы. Концы поочередно должны охлаждаться, при этом температура не должна упасть меньше критической точки. Охлаждение в таком случае проводится вместе с отпуском. Иногда возникает необходимость использования клещей. Или для того, чтобы охладить изделие в определенном месте, или же чтобы сделать отверстие в будущем изделии.
Сам процесс нагрева металла дает еще два не очень приятных процесса: обезуглероживание и окисление. Окисление происходит за счет образования оксидов железа, которые приводят к деформации, снижению теплопроводности, затруднению дальнейшей обработки изделий. Во избежание этого с поверхности обязательно удаляется окалина (травлением или же механическим воздействием). Обезуглероживание заключается в том, что с поверхности металла выгорает углерод. В результате это дает понижение показателей прочности верхнего слоя изделия. С этим стоит бороться, применяя защитную среду или вакуумную печь при нагреве.