Познавате ли обичайните методи за закаляване на стоманата?

В процеса на термична обработка на стоманата, закаляването е основна стъпка в подобряването на ключови свойства като твърдост и здравина. Чрез нагряване на стомана до определена температура и след това контролиране на нейното охлаждане, нейната вътрешна структура може да бъде модифицирана, за да отговори на изискванията за производителност на детайла при различни работни условия. Понастоящем методите за закаляване, които обикновено се използват в промишленото производство, включват закаляване с една-течност, закаляване с две-течности, поетапно закаляване и аустемпериране. По-долу ще обсъдим всеки от тези методи за охлаждане и техните характеристики.

 

 

1. Единично-закаляване с течност

Закаляването с една- течност е най-основният и често използван процес на охлаждане, предлагащ най-простата операция. По-конкретно, стоманената част първо се нагрява до определената температура на охлаждане. След като вътрешната температура на частта е еднаква и е добре -изолирана, тя се поставя директно в единична среда за охлаждане и непрекъснато се охлажда до стайна температура, завършвайки процеса на охлаждане. Обичайните единични охлаждащи среди включват водни разтвори, различни охлаждащи масла и въздух. Капацитетът на охлаждане на всяка среда варира и изборът зависи от характеристиките на марката стомана и изискванията към детайла.

 

Значителните предимства на този метод се крият в неговата простота и удобство, не изискващи сложно превключване на оборудване или контрол на параметрите, което го прави подходящ за-промишлено производство в голям мащаб. От гледна точка на неговата приложимост, единичният -течен метод за закаляване има определени изисквания за формата на детайла. Той е по-подходящ за прости детайли с неусложнени форми, без остри ръбове и без резки промени на напречното-сечение. Когато се охлаждат в една среда, температурната разлика между вътрешната и външната част на тези детайли е относително малка, намалявайки риска от деформация и напукване. Освен това е адаптивен към широка гама от типове стомани, отговаряйки на нуждите от закаляване на части с лоша закаляемост, като ниско-въглеродни и средно-въглеродни стомани, както и части с добра закаляемост, като легирани и високо-легирани стомани. Това е основен процес на охлаждане, който често се използва в промишленото производство.

 

2. Метод с две-течни охлаждания

За разлика от метода на „еднократно-охлаждане“ на метода на охлаждане с една-течност, методът на охлаждане с две-течности използва подход на „поетапно охлаждане“, като се използват две среди с различен капацитет на охлаждане, за да се постигне по-прецизен контрол на охлаждането. Процесът включва нагряване на стоманената част до аустенитно състояние. След осигуряване на пълна аустенизация, детайлът първо се охлажда в среда с висок охлаждащ капацитет и бързо се охлажда до температура над началната температура на мартензита (точка Ms) (обикновено около 300 градуса). Този етап има за цел бързо да намали температурата на повърхността на детайла, преди да настъпи микроструктурна трансформация, полагайки основата за последващо бавно охлаждане. Впоследствие детайлът незабавно се прехвърля в среда за закаляване с по-нисък охлаждащ капацитет за по-нататъшно охлаждане. Това позволява на преохладения аустенит постепенно да се трансформира в мартензит при относително бавна скорост на охлаждане, като в крайна сметка се постигат желаната микроструктура и механични свойства.

 

Обичайните комбинации от две-течни охлаждащи среди включват вода-масло, вода-въздух, масло-въздух, масло-солна баня и солена баня-въздух. Различните комбинации от медии могат да бъдат гъвкаво регулирани въз основа на материала на детайла и изискванията за производителност. Основното предимство на дву-течния метод на охлаждане е, че той значително намалява деформацията на детайла и напукването. Тази комбинация от "бързо охлаждане + бавно охлаждане" ефективно облекчава термичните и структурни напрежения, генерирани по време на процеса на охлаждане. В практиката особено широко приложение намират закаляването с вода и охлаждането с масло. Важно е обаче да се отбележи, че контролирането на времето за охлаждане на частта във водата е от решаващо значение. Прекомерното или недостатъчното охлаждане може да повлияе на качеството на охлаждане и определянето на оптималното време за охлаждане изисква обширна практика и точни изчисления. Този процес е особено подходящ за закаляване на части, чувствителни на деформация и напукване, като високо-въглеродна инструментална стомана и голяма ниско{16}}легирана стомана, и изискващи висока производителност.

 

3. Метод на поетапно закаляване

Методът на поетапно охлаждане също се основава на концепцията за поетапно охлаждане и е донякъде подобен на метода на дву-течно охлаждане, обсъден в предишния раздел, но изисква по-сложен контрол на температурата на охлаждане и избор на среда. Процесът включва бързо закаляване на част, нагрята до аустенитно състояние в баня с разтопена сол малко над или под точката Ms. Свойствата на постоянната температура на банята с разтопена сол позволяват на детайла бързо да се охлади до температура близо до точката Ms. След това детайлът остава във ваната за определен период от време, позволявайки температурите на повърхността и сърцевината на детайла постепенно да се сближат, достигайки същата температура като средата. По време на този процес не настъпва мартензитна трансформация. След като периодът на задържане приключи, детайлът се изважда от ваната и бавно се охлажда във въздух или масло, като се насърчава постепенното превръщане на преохладения аустенит в мартензит.

 

Обикновено банята, използвана за стъпаловидно закаляване, е нитратна, алкална или солена баня при 150-260 градуса. В рамките на този температурен диапазон мартензитната трансформация се извършва предимно във въздуха. В сравнение с охлаждането с две течности, стъпаловидно охлаждане със среда за охлаждане около 200 градуса генерира по-малко топлинно напрежение по време на охлаждане. Освен това, няколко минути поддържане на постоянна температура позволяват известно количество аустенит да се трансформира в мартензит по време на въздушно охлаждане, което допълнително намалява структурното напрежение и минимизира напукването в детайла. По отношение на приложимостта, стъпаловидно закаляване малко над точката Ms е по-подходящо за по-малки части като легирана стомана, въглеродна стомана и инструментална стомана. Стъпковото закаляване малко под точката Ms е подходящо за по-големи стомани с по-лоша закаляемост, като предлага по-добър баланс между закаляемост и контрол на деформацията.

 

4. Остемпериране

Austempering е усъвършенстван процес на охлаждане с по-строг контрол върху температурата на охлаждане и времето на задържане. Основно включва бейнитно отпускане и мартензитно отвръщане. Подходящият процес може да бъде избран въз основа на желаната микроструктура и производителност на детайла.

 

За бейнитно закаляване, процесът включва нагряване на детайла до аустенитно състояние и след това бързо охлаждане в среда при температура в зоната на бейнитна трансформация при скорост на охлаждане, по-висока от критичната скорост на охлаждане. След това детайлът се държи при тази температура за достатъчен период от време, за да се осигури пълна бейнитна трансформация на преохладения аустенит, като в крайна сметка се постига бейнитна структура. От друга страна, мартензитното закаляване включва закаляване на част, нагрята до аустенитно състояние, в гореща баня (като солна баня или метална баня) при температура малко над точката Ms за продължителен период, което позволява на преохладения аустенит постепенно да се трансформира в мартензит при постоянна температура.

 

Изключителното предимство на аустемперирането е, че може да постигне отлични цялостни механични свойства на детайла, комбинирайки висока твърдост с добра ударна якост, като същевременно минимизира деформацията. Поради това този процес често се използва за инструменти и форми със сложни форми, строги изисквания за деформация и необходимост от висока твърдост и ударна якост. Austempering може също така ефективно да подобри производителността на части, изработени от въглеродна стомана със съдържание на въглерод над 0,6%, отговарящи на специфични експлоатационни изисквания.

 

5. Обобщение

В обобщение, едно-течно охлаждане, две-течно охлаждане, поетапно охлаждане и аустемпериране всяко от тях има своите уникални предимства, подходящи за стоманени части с различни форми, материали и изисквания за ефективност. В действителното производство специфичните условия на детайла изискват внимателен подбор на методите за охлаждане и прецизен контрол на параметрите на процеса, за да се използва напълно процесът на охлаждане и да се произвеждат високо-качествени стоманени части, които отговарят на изискванията на приложението. Въпреки че има много различни методи за охлаждане, основният принцип е да се постигне подходяща микроструктура, за да се отговори на изискваната производителност, или да се модифицира методът на охлаждане, за да се избегнат деформация и напукване. Инженер по термична обработка, който може да овладее тези два ключови аспекта, е висококвалифициран.