Закалка металлов – это обязательный процесс термической обработки стальных сплавов, необходимый для повышения их твердости и прочности. Без закалки сталь была бы слишком мягкой и не способной выдерживать высокие нагрузки, что делает этот этап критически важным для создания прочных металлоконструкций. В статье мы рассмотрим, как именно происходит процесс закалки и какие существуют его виды.
Металлы и их свойства
Что представляет собой сталь? Это сплав железа и углерода, где содержание углерода точно определено и составляет до 2,11%. Существует множество видов стали, таких как:
- углеродистая сталь;
- легированная сталь;
- конструкционная сталь;
- инструментальная сталь;
- специальная сталь и другие.
Помимо железа и углерода, в составе стали могут быть и другие элементы, которые придают ей специфические свойства. Например:
- Алюминий улучшает пластичность и коррозионную стойкость,
- Хром повышает твердость и износостойкость,
- Никель улучшает ударопрочность и вязкость,
- Медь увеличивает устойчивость к коррозии,
- Марганец улучшает прочность и износостойкость,
- Кремний увеличивает твердость и устойчивость к окислению,
- Вольфрам повышает жаропрочность и твердость при высоких температурах.
Технологии закалки
Что такое закалка стали? Это процесс термической обработки, который делает сталь значительно твёрже и прочнее, сохраняя при этом её эластичность и устойчивость к истиранию и износу. Закалка стали включает нагрев материала до определённой температуры, после чего его быстро охлаждают. Этот процесс называется закалкой, а для снижения внутреннего напряжения и улучшения свойств сталь затем подвергают отпуску.
Температура закалки зависит от типа стали и её предполагаемого применения. Для получения оптимальных свойств важно точно соблюдать температурные параметры, которые можно найти в таблицах закалки стали. Несоблюдение этих параметров может привести к излишней хрупкости материала, что негативно скажется на его эксплуатационных характеристиках.
Виды закалки и отпуска стали
Закалка стали может осуществляться различными методами, в зависимости от требуемых свойств готового изделия.
- Обычная закалка (мартенситная закалка): Основной процесс здесь — аустенизация, при которой сталь нагревается до температуры, при которой она приобретает структуру аустенита. Затем сталь быстро охлаждается водой или маслом. Этот метод используется для получения чрезвычайно твёрдых, прочных и жёстких стальных изделий.
- Ступенчатая закалка (аусбай): Этот метод применяется для высокопрочных легированных сталей. Сталь быстро охлаждается в расплаве нитрата, что снижает внутренние напряжения и предотвращает деформацию. Ступенчатая закалка особенно эффективна для обработки деталей со сложной геометрией.
- Изотермическая закалка: Рекомендуется для деталей, которым после термической обработки требуется сохранить хорошую пластичность. Процесс включает нагрев стали и последующее выдерживание её в расплаве селитры или свинца при постоянной температуре.
- Поверхностная закалка: В этом методе закалке подвергается только поверхность стального элемента. Этот способ упрочнения улучшает механические свойства материала, снижает риск образования трещин на поверхности и укрепляет только те элементы, которые требуют упрочнения, а не весь материал целиком.
Применение различных методов закалки стали
Выбор метода закалки зависит от специфических требований к конечному изделию. Мартенситная закалка подходит для элементов, которым необходима высокая твёрдость и прочность, таких как инструменты и режущие детали. Этот метод широко используется в производстве лезвий, зубчатых колес и других компонентов, где важна высокая износостойкость.
Ступенчатая закалка, благодаря снижению внутренних напряжений и минимизации деформации, идеально подходит для сложных деталей, таких как кривошипы, валы и другие механические компоненты, которые должны сохранять точную форму и размеры даже после закалки.
Изотермическая закалка чаще всего используется для элементов, которые требуют сочетания высокой прочности и хорошей пластичности. Этот метод находит применение в производстве пружин, втулок и других компонентов, работающих под динамическими нагрузками.
Поверхностная закалка применяется, когда необходимо упрочнить только наружный слой изделия, оставив сердцевину более мягкой и пластичной. Этот метод используется в производстве деталей, подвергающихся сильному износу, таких как шестерни, кулачки и валы.
Заключение
Закалка стали является неотъемлемой частью процесса термической обработки, необходимой для достижения нужных свойств материала. Понимание различных методов закалки и правильный выбор технологии обработки позволяют создавать изделия, отвечающие самым строгим требованиям по прочности, твёрдости и долговечности. Независимо от выбранного метода, важно точно соблюдать технологические параметры, чтобы обеспечить высокое качество готовой продукции.