Процес загартування сталі та застосування класифікації

Загартування – це процес термічної обробки, під час якого заготовка нагрівається до певної критичної температури, а потім вибірково охолоджується, щоб отримати мартенсит високої-твердості або нижній міцний бейніт, після чого відбувається відпуск.

Загартування підвищує зносостійкість і міцність деталей, а також їхню втомну довговічність.

 

 

Принципи гасіння та основний процес

 

Сталь та інші матеріали зазнають фазових перетворень при нагріванні, а фазове перетворення аустенітизації є необхідною умовою для загартування.

Як правило, доевтектоїдна сталь гартується до температури на 20-30 градусів вище Ac3, тоді як заевтектоїдна сталь гартується до температури на 20-30 градусів вище Ac1.

Під час гасіння важливо уникати надмірного нагрівання. Час витримки слід визначати на основі розміру заготовки та моделі печі, щоб забезпечити рівномірну мікроструктурну трансформацію.

Ключовим процесом гартування є охолодження. Ідеальна крива охолодження уникає зони носа перліту, головним чином для запобігання утворенню не-мартенситних структур. Необхідно також контролювати швидкість охолодження, щоб зменшити внутрішню напругу та деформацію в деталі.

Примітка: Ac1 і Ac3 представляють температуру, при якій починає утворюватися аустеніт, і температуру, при якій заевтектоїдна сталь повністю аустенізується при нагріванні відповідно. Це критичні контрольні точки для визначення процесу відпалу.

 

Основні методи процесу гартування та основні оперативні вказівки

 

1. Окреме-гасіння рідини

Окреме-загартування рідиною є основним і найпростішим методом загартування. Він в основному використовується для деталей із простою симетричною формою та мінімальною варіацією поперечного-перерізу, таких як вали та штифти.

Для одноразового-загартування рідиною необхідно вибрати відповідну охолоджуючу рідину на основі матеріалу та товщини заготовки. Низько{2}}вуглецеві та низько-леговані сталі зазвичай гартують водою або розсолом, тоді як високо-леговані сталі та невеликі деталі складної-форми можна гартувати олією або полімерним розчином.

Під час загартування переконайтеся, що заготовка рівномірно занурена в середовище, а середовище належним чином перемішується, щоб парова плівка не перешкоджала охолодженню.

Окреме-загартування рідиною забезпечує високу-стабільність якості та підходить для-великомасштабного виробництва, але рекомендується дотримуватися обережності щодо ризику деформації та розтріскування, спричинених надто швидким охолодженням.

 

2. Дво-рідинне гартування

Дво-загартування рідиною поєднує в собі переваги швидкого та повільного охолодження. По-перше, перше середовище, таке як вода або солона вода, швидко пропускається через найбільш нестабільну аустенітну область матеріалу. Коли температура матеріалу наближається до температури мартенситного перетворення, матеріал швидко переноситься в друге середовище, таке як масло, для завершення мартенситного перетворення.

Дво-загартування рідиною особливо поширене для середніх---великих заготовок із високо-вуглецевої сталі та середньо---легованих сталей, таких як форми та заготовки зубчастих коліс.

Ключ до цієї операції полягає в точному контролі часу перебування заготовки в першому середовищі. Як правило, використовується час загартування 1 секунда на 3-5 мм ефективної товщини заготовки, хоча це також можна визначити, спостерігаючи за зникненням бульбашок на поверхні заготовки.

Перехід від першого середовища до другого має бути швидким і безперервним, щоб уникнути підвищення температури, яке може спричинити розкладання структури матеріалу.

Дво-загартування рідиною значно зменшує температурні та структурні напруги, що робить його ефективним методом контролю деформації та запобігання розтріскуванням.

 

3. Ступінь гасіння

Поетапне загартування вимагає нагрівання заготовки до аустенітізації, а потім загартування в гарячій ванні трохи вище точки Ms, такій як нітратна або лужна ванна, для витримки. Коли температура стане рівномірною в поперечному-перерізі заготовки, заготовку виймають і-охолоджують повітрям.

Ступінчасте гартування часто використовується для інструментів і деталей зі складною формою та високими вимогами до точності, таких як мітчики, малі шестерні та прецизійні вали.

Під час роботи необхідно суворо контролювати коливання температури ванни, як правило, в діапазоні плюс-мінус десять градусів за Цельсієм. Час витримки розраховується на основі найбільшого поперечного-перерізу, який зазвичай становить п’ять міліметрів на хвилину.

Ступінчасте гартування ефективно знижує термічні напруги, дозволяючи мартенситному перетворенню відбуватися поступово під час повітряного охолодження. Це призводить до низького напруження мікроструктури та мінімальної деформації. Однак через обмежену охолоджувальну здатність розплавлених солей він підходить лише для заготовок із ефективною товщиною не більше 20 мм.

 

4. Ізотермічне гартування

Ізотермічне гартування передбачає повне гартування заготовки, нагрітої до температури аустенізації, у гарячу ванну в зоні перетворення бейніту. Тривалий період витримки дозволяє аустеніту повністю перетворитися на нижчий бейніт з подальшим охолодженням на повітрі. Austempering в основному використовується для деталей, які вимагають високої міцності, в'язкості та стабільності розмірів, таких як підшипники та прецизійні форми. Ізотермічна температура та тривалість визначаються на основі кривої TTT сталі, причому температура зазвичай становить від 250 до 400 градусів.

Після загартування матеріал стає бейнітом, демонструючи відмінну міцність і в'язкість, з невеликою тенденцією до деформації або розтріскування. Однак аусгарт має тривалий виробничий цикл, високу вартість і обмежується заготовками з меншим-перерізом.

 

Поширені проблеми та контроль якості

 

Загартування часто призводить до таких дефектів, як недостатня твердість, м'які плями, деформація, розтріскування, окислення та зневуглецювання.

Недостатня твердість, як правило, спричинена нагріванням при занадто низькій температурі або недостатнім охолодженням. Іншою причиною є зневуглецювання поверхні заготовки.

М’які плями, як правило, викликані забрудненим загартовуючим середовищем або наявністю окалини на поверхні заготовки. Деформація та розтріскування можуть бути спричинені надмірним термічним або структурним навантаженням.

Тому контроль якості під час гасіння вимагає комплексного моніторингу процесу, особливо точного контролю температури під час фази нагрівання. Під час фази охолодження температура, концентрація та швидкість циркуляції середовища повинні підтримуватися стабільними. Відпуск необхідний відразу після загартування для усунення залишкових напруг в деталях.

Під час масового виробництва слід проводити регулярні вибіркові перевірки металографічної структури та градієнта твердості. Для виявлення тріщин на критичних частинах можна використовувати неруйнівний контроль.

 

Сумісність матеріалів і вибір процесу

 

Відмінності в складі між матеріалами призводять до різної зміцнюваності, температур початку мартенситного перетворення та критичних швидкостей охолодження. Тому конкретний процес загартування необхідно вибирати, виходячи з характеристик матеріалу.

Низько-вуглецева та низько-легована конструкційна сталь мають відносно низьку загартовуваність і, як правило, загартовуються водою або дво-рідинним загартовуванням для покращення твердості поверхні та зносостійкості деталей.

Середньо{0}}загартована та відпущена сталь потребує ретельного зміцнення серцевини, тому зазвичай використовують загартування в маслі або швидке загартування в маслі, щоб уникнути деформації та розтріскування.

Високо{0}}вуглецева інструментальна сталь схильна до перегріву, що збільшує ймовірність деформації. Тому можна використовувати ступінчасте загартування або загартування в лужній ванні з низькою-температурою.

Високо-леговані штамповані сталі, такі як H13, мають чудову гартування, тому їх можна загартувати газом або загартувати у високій{2}}температурній соляній ванні, щоб мінімізувати деформацію.

Цементовані заготовки вимагають особливо високої в'язкості серцевини, тому вони вимагають відносно низьких температур, або прямого гарту, або загартування в соляній ванні.

Нержавіюча та швидкорізальна-сталь потребують попереднього нагрівання та загартування в соляній ванні, щоб запобігти розтріскуванням і випаданню карбіду.

Гартування є складним і критичним процесом, тому відповідний метод гартування необхідно вибирати на основі властивостей матеріалу, форми деталі та умов експлуатації.

Загартування вимагає суворого контролю процесів нагрівання та охолодження для досягнення бажаної мікроструктури та властивостей, одночасно забезпечуючи постійну та надійну якість продукту.