Химико-термическая обработка стали

Рубрика:  Работы с деревом и металлом  Автор  admin

Химико-термическая обработка стали. Такая обработка изменяет не только структуру металла, но и химический состав его верхнего слоя. Благодаря этому деталь может иметь вязкую сердцевину, которая выдерживает ударные нагрузки, высокую твердость и износостойкость снаружи.
Существует несколько способов химико-термической обработки стали, однако в условиях небольшой мастерской можно осуществить только цементацию. Цементация — это поверхностное науглероживание стали. Чаще всего цементации подвергают изделия из малоуглеродистых сталей с содержанием углерода не выше 0,2 %, а также из некоторых легированных сталей. Детали, предназначенные для цементации, предварительно очищают, а поверхности, не подлежащие науглероживанию, покрывают предохранительными веществами, именуемыми противоцементационными обмазками. Простейшая обмазка — это огнестойкая глина с добавкой 10 % асбестового порошка. Эту смесь замешивают на воде до консистенции густой сметаны и наносят на нужные участки поверхности изделия. Дальнейшую цементацию изделия можно производить после высыхания обмазки. Удобна в использовании и такая обмазка: каолин (25 %), тальк (50 %), вода (25 %). Эту обмазку разводят до нужной консистенции жидким стеклом или силикатным клеем. Последующую цементацию делают после полного высыхания обмазки.
Вещества, при помощи которых производят цементацию, называют карбюризаторами. Они бывают твердые, жидкие и газообразные.
Цементация в твердом карбюризаторе. В условиях домашней мастерской целесообразно производить цементацию при помощи пасты, состоящей из смеси сажи (55 %), кальцинированной соды (30 %) и щавелевокислого натрия (15 %), размешанных в воде до консистенции сметаны. Пасту наносят на изделие, дают ей подсохнуть, а затем помещают в печь, выдерживая при температуре 900—920°С в течение 2—2,5 ч. Цементация при помощи пасты обеспечивает толщину науглеро-женного слоя 0,7—0,8 мм.
Жидкостную цементацию используют для науглеро живания инструментов и других изделий путем погружения их в печь-ванну, содержащую 75—85 % соды, 10—15 % хлористого натрия и 6—10 % карбида кремния. Процесс протекает при температуре 850—860°С в течение 1,5—2 ч; глубина науглероженного слоя достигает 0,3—0,4 мм.
Газовую цементацию осуществляют в производственных условиях в смеси раскаленных газов, содержащих метан и окись углерода, в специальных камерах при температуре 900—950°С. Процесс протекает быстро и весьма экономично по сравнению с цементацией в твердых и жидких карбюризаторах.
После цементации детали охлаждают вместе с печью, затем закаляют при температуре 760—780°С с последующим охлаждением в масле.

Термическая обработка стали

Рубрика:  Работы с деревом и металлом  Автор  admin

Термическая обработка стали. Отжиг — нагревание стального изделия до температуры 700—900°С (в зависимости от марки стали) и охлаждение вместе с печью. Отжиг применяют при изготовлении из одного закаленного изделия другого или в случае неудачной закалки.
Если закаливать неотожженные изделия, в них могут возникнуть трещины, структура металла станет неоднородной, что резко ухудшает качество изделия.
Мелкие детали отжигают, нагревая их на массивных стальных плитах, которые предварительно раскаляют. После этого детали медленно остывают одновременно с плитой. Иногда изделие нагревают ацетиленовой горелкой, которую потом постепенно удаляют от изделия, делая процесс его охлаждения медленным. Этот метод применяют для отжига небольших стальнУх деталей.
Нормализация — нагрев стали до температуры 900°С с последующим охлаждением на воздухе (в нормальных условиях) для улучшения внутренней микроструктуры стали и повышения механических свойств, а также для подготовки ее к последующей термической обработке.
Закалка заключается в придании стальному изделию высокой прочности и твердости. Однако при закалке сталь становится более хрупкой. Этот недостаток ликвидируют в процессе отпуска стали.
При закалке изделие нагревают до высокой температуры, а затем быстро охлаждают в специальных охлаждающих средах. В зависимости от режима закалки у изделия из одной и той же стали можно получить различные структуры и свойства.
Для достижения наилучших результатов стальное изделие нагревают до температуры 750—850°С. Разогрев должен происходить равномерно. Затем разогретое изделие быстро охлаждают до температуры около 400°С. Скорость охлаждения должна быть не меньше 150°С в секунду, то есть охлаждение изделия должно произойти в течение всего 2—3 с. Дальнейшее охлаждение до нормальной температуры может протекать при любой скорости, так как полученная при закалке структура достаточно устойчива и скорость дальнейшего охлаждения на нее не оказывает влияния.
В качестве охлаждающих средств чаще всего употребляют воду и трансформаторное масло. Скорость охлаждения в воде больше, чем в масле: при температуре воды 18°С скорость охлаждения достигает 600°С в секунду, а в масле — 150°С. Иногда для повышения закаливающей способности в воду добавляют поваренную соль (до 10 %) или серную кислоту (10—12 %), например, при закалке плашек и метчиков. Более высокий нагрев, чем это необходимо, равно как и чрезмерная скорость охлаждения в холодной воде, приводит к нежелательным результатам — деформации стали и появлению в ней паразитных напряжений.
При закалке инструментов из углеродистой стали применяют закалочные печи с температурой нагрева до 900°С, а для нагрева легированных и быстрорежущих сталей — до 1325°С. Печи для закалки бывают следующих видов: камерные, или пламенные, в которых изделия нагревают открытым пламенем; муфельные, нагревающие за счет сопротивления электрических обмоток; печи-ванны, представляющие собой тигли, наполненные расплавами солей, например хлористым барием.
Закалочное нагревание в ваннах удобно вследствие того, что температура содержащегося в ней расплава всегда постоянна и закаливаемое изделие не может нагреться выше этой температуры. Кроме того, нагрев в жидкой среде происходит быстрее, чем в воздушной. В небольших мастерских целесообразно использовать для закалочного нагрева муфельные электрические печи, например МП-8. Инструмент или деталь помещают в холодную муфельную печь, потом ее включают и начинают медленно нагревать до требуемой температуры. Поскольку время нагрева продолжительно, внутренние напряжения, возникающие в изделии, минимальны.
После закалки изделия производят его отпуск. Он смягчает негативные явления при закалке, повышает вязкость и уменьшает хрупкость изделия. Кроме того, отпуск устраняет большую часть внутренних напряжений, возникших при закалке.
Для определения температуры при отпуске изделия пользуются цветами побежалости. Если очищенное от окалины стальное изделие нагреть до 220°С, на нем образуется тонкая пленка окислов железа, придающая изделию различные цвета — от светло-желтого до серого. С повышением температуры или увеличением времени пребывания изделия при данной температуре окисная пленка утолщается и цвет ее изменяется. Цвета побежалости одинаково проявляются как на сырой, так и на закаленной стали. При отпуске закаленных изделий применяют два способа:
1. Поверхность закаленного изделия хорошо отшлифовывают мелкой шкуркой и нагревают. По мере того как температура нагрева повышается, на чистой поверхности изделия появляются цвета побежалости. Когда изделие будет нагрето до определенной температуры и появится нужный цвет, его быстро охлаждают в воде
2. При закалке многих инструментов, например чеканов, штихелей, резцов, молотков и т. п., требуется, чтобы закаленной была только рабочая часть, а сам инструмент оставался бы незакаленным, сырым. В этом случае закалку производят так: инструмент нагревают немного выше режущего (рабочего) конца до требуемой температуры, после чего опускают в воду только рабочую часть, а металл выше рабочей части остается горячим. Вынув инструмент из воды, быстро зачищают его рабочую часть (наждачной шкуркой или трением о землю). Тепло, оставшееся в неохлажденной части, поднимет температуру охлажденного конца, и после появления на нем нужного цвета побежалости инструмент окончательно охлаждают.
Образование на поверхности изделия окалины приводит к угару металла, деформации, уменьшению теплопроводности, что понижает скорость нагрева изделия в печи. Кроме того, возрастает твердость и затрудняется механическая обработка. Окалину удаляют с изделий либо механическим способом, либо травлением.
Обезуглероживание стали заключается в выгорании углерода с поверхности изделия. Обезуглероженный слой обладает пониженными прочностными характеристиками. Интенсивность, с которой происходит окисление и обезуглероживание, зависит от состава атмосферы печи и температуры нагрева. Чем выше нагрев, тем процессы идут быстрее Чтобы избежать образования окалины при нагреве, под закалку иногда применяют пасту, состоящую из жидкого стекла — 100 г, огнеупорной глины — 75 г, графита — 25 г, буры — 14 г, карборунда — 30 г, воды — 200 г.
Пасту наносят на изделие и дают ей просохнуть, затем изделие нагревают обычным способом. После закалки его промывают в горячем содовом растворе. Для предупреждения образования окалины на инструментах из быстрорежущей стали часто применяют покрытие бурой. Для этого инструмент, нагретый до 850°С, погружают в насыщенный водный раствор или порошок буры.
Теперь рассмотрим особенности закаливания некоторых стальных изделий. Углеродистые стали при закалке лучше охлаждать сначала в воде до температуры 400—350°С, а потом в масле. Это предотвращает возникновение внутренних напряжений. Во время охлаждения изделие рекомендуется быстро перемещать сверху вниз.
Тонкостенные длинные детали (например, ножи) при охлаждении опускают в воду или масло строго вертикально, в противном случае они могут сильно деформироваться.
Зубила целесообразно закаливать в мокром песке, который увлажняют раствором соли.
Тонкие сверла закаливают в сургуче. Для этого разогретый до светло-красного цвета конец сверла погружают в сургуч и оставляют там до полного охлаждения.

Цементация в твердом карбюризаторе

Рубрика:  Работы с деревом и металлом  Автор  admin

Цементация в твердом карбюризаторе. В условиях домашней мастерской целесообразно производить цементацию при помощи пасты, состоящей из смеси сажи (55 %), кальцинированной соды (30 %) и щавелевокислого натрия (15 %), размешанных в воде до консистенции сметаны. Пасту наносят на изделие, дают ей подсохнуть, а затем помещают в печь, выдерживая при температуре 900—920°С в течение 2—2,5 ч. Цементация при помощи пасты обеспечивает толщину науглеро-женного слоя 0,7—0,8 мм.
Жидкостную цементацию используют для науглеро живания инструментов и других изделий путем погружения их в печь-ванну, содержащую 75—85 % соды, 10—15 % хлористого натрия и 6—10 % карбида кремния. Процесс протекает при температуре 850—860°С в течение 1,5—2 ч; глубина науглероженного слоя достигает 0,3—0,4 мм.
Газовую цементацию осуществляют в производственных условиях в смеси раскаленных газов, содержащих метан и окись углерода, в специальных камерах при температуре 900—950°С. Процесс протекает быстро и весьма экономично по сравнению с цементацией в твердых и жидких карбюризаторах.
После цементации детали охлаждают вместе с печью, затем закаляют при температуре 760—780°С с последующим охлаждением в масле.