Закалка металлоизделий – разновидность изготовления крепежа, позволяющая изменить структуру металла, придать ему необходимые свойства. Процесс термообработки повышает прочность, стойкость к износу, твердость, придает металлоизделиям требуемые свойства в зависимости от условий эксплуатации.
Виды термической обработки
Термообработка металлоизделий и крепежа – это специальный технологический процесс, в рамках которого продукция подвергается нагреванию и последующему охлаждению со строго определенной цикличностью. Для термической обработки используются следующие методы:
• цементация;
• закалка;
• отжиг;
• отпуск и прочие.
Чаще всего для обработки применяется закалка, при которой изделие подвергается нагреву до определенной температуры, после чего выдерживается и охлаждается при заданной скорости. Структура металла изменяется, изделие приобретает требуемые физико-механические свойства.
Закалка металлоизделий разделяется по используемым методам. Так, по типу охлаждения различают:
• в одной среде;
• в двух средах;
• ступенчатая;
• с подстуживанием;
• поверхностная.
Закалка в одной среде подходит не для всех изделий и типов стали. Метод предполагает быстрое охлаждение при большом температурном интервале, что вызывает возникновение внутренние термические напряжения и неравномерности. Такой способ обработки применяется для изделий с переменным сечением, сложной формой. Увеличение объема для таких изделий, наблюдающееся при закалке, приводит появлению внутреннего напряжения. Чтобы исключить коробление и растрескивание, необходимо тщательно соблюдать технологию обработки.
Наибольшая опасность коробления и появления трещин существует для материалов с повышенным содержанием углерода. При содержании углерода от 0,8% процесс закаливания в одной среде используется только для изделий с просто формой, все остальные обрабатываются в двух средах.
Закалка в двух средах обычно применяется для изделий из высокоуглеродистой стали. Процесс:
• деталь замачивается в обычной воде, подвергается резкому нагреву до 500-550 градусов;
• изделие переносится в масло, где находится до полного охлаждения.
Ступенчатая закалка заключается в нагреве и охлаждении с выравниванием температуры по всему сечению. Это дает возможность устранить нежелательные термические напряжения, исключить деформацию детали. При этом охлаждение происходит на обычном воздухе, при использовании селитры, расплавленных солей. Минусом метода является невозможность обеспечения высокой скорости охлаждения, поэтому такой способ применяется для изделий небольшого сечения, крепежных элементов.
Закалка с подстуживанием подразумевает, что деталь после нагрева вынимается из печи и оставляется на некоторое время на открытом воздухе. Только затем она погружается в охлаждающую жидкость. Во время работы важно точно выдерживать сроки подстуживания, чтобы исключить распад структуры металла. Это способ защищает изделие от коробления, применяется для тонких, тонких деталей, крепежа.
Поверхностная закалка позволяет сохранить вязкость сердцевины изделия, такой метод востребован для элементов коленчатого вала, зубьев шестерен. При нагреве затрагиваются только поверхностные слои с небольшой глубиной, нагрев осуществляется ацетиленокислородными горелками со строго заданной скоростью движения плазменной струи. Для охлаждения используется вода, которая подается сразу за горелкой из специальной трубки.
Для поверхностной закалки также могут использоваться высокочастотные токи, позволяющие обработать изделие на малую глубину. При большей частоте тока глубина индукционной закалки будет меньшей.
Вероятные дефекты
При термической обработке металлоизделий возможен ряд дефектов. Исключить их появление можно при точном соблюдении технологии – времени, скорости нагрева и остужения. Среди наиболее часто встречающихся проблем:
1. Твердость на поверхности недостаточная. Такой дефект проявляется при малой температуре нагрева, несоответствующей установленным условиям, малом времени выдержки или несоблюдении скорости охлаждения. Для устранения проблемы рекомендуется отжиг или нормализация с последующей повторной закалкой, использование более энергичных сред при обработке.
2. Перегрев. Этот дефект вызывается нагревом изделия до слишком высоких температур с образованием структуры с крупным зерном. Это повышает хрупкость изделия, делает его неустойчивым к ударным нагрузкам. Для исправления проблемы рекомендуется нормализация при помощи отжига, последующая повторная закалка при строго установленной температуре.
3. Пережог. Причиной появления такого дефекта является нагрев до чрезмерной температуры, приближенной к точке плавления и с использованием окислительных сред. При этом кислород начинает активно проникать внутрь металла, вокруг зерен образуются окислы. Исправить дефект нельзя, сталь становится слишком хрупкой, непригодной для дальнейшей эксплуатации.
4. Окисление, обезуглероживание. При таких дефектах наблюдается появление окислов на поверхности изделия, в поверхностных слоях углерод выгорает. Причина – несоблюдение технологии, исправить дефект нельзя. В некоторых случаях верхний слой металла можно убрать при помощи шлифовки. Для предупреждения дефекта надо проводить обработку с четким соблюдением температуры нагрева, использование защитных сред.
5. Трещины, коробление. Такой дефект является последствием внутренних термических напряжений. При нарушении условий нагрева и охлаждения деталь деформируется, скорость охлаждения по сечению будет неравномерной, появляются коробление, образование трещин. Дефект не подлежит устранению.
Закалка – процесс термической обработки, во время которого металлоизделие подвергается попеременному нагреву и охлаждению. Структура и свойства металла меняются, деталь приобретает требуемые свойства.
