Що таке гартування?
Загартування — це процес термічної обробки, який нагріває сталь до температури вище критичної, підтримує її теплою протягом певного періоду часу, а потім охолоджує зі швидкістю, що перевищує критичну швидкість охолодження, щоб отримати незбалансовану структуру, в якій домінує мартенсит (бейніт також може або однофазний аустеніт можна підтримувати, якщо це необхідно). Загартування є найпоширенішим процесом термічної обробки сталі.
Існують чотири основні процеси термічної обробки сталі: відпал, нормалізація, загартування та відпустка. Метою загартування є перетворення переохолодженого аустеніту на мартенсит або бейніт для отримання мартенситної або бейнітної структури, а потім його відпуск при різних температурах для значного підвищення жорсткості, твердості, зносостійкості, втомної міцності та в’язкості сталі, так як щоб відповідати різним вимогам використання різних механічних частин та інструментів. Загартування також можна використовувати для досягнення особливих фізичних і хімічних властивостей певних спеціальних сталей, таких як феромагнетизм і стійкість до корозії. Процес термічної обробки металу, під час якого металеву заготовку нагрівають до певної відповідної температури та витримують протягом певного періоду часу, а потім занурюють у середовище для гарту для швидкого охолодження. Зазвичай використовувані середовища для загартування включають розсіл, воду, мінеральне масло, повітря тощо. Загартування може покращити твердість і зносостійкість металевих заготовок, тому воно широко використовується в різних інструментах, прес-формах, калібрах і деталях, які вимагають опору поверхні (наприклад, шестерні, ролики, науглерожені деталі тощо). Поєднуючи загартування з відпуском при різних температурах, можна значно покращити міцність, зниження в’язкості та втомну міцність металу, а також отримати координацію між цими властивостями (комплексними механічними властивостями) для задоволення різних вимог використання. Крім того, загартування також може дозволити деяким сталям зі спеціальними властивостями отримати певні фізичні та хімічні властивості, наприклад, загартування для посилення феромагнетизму сталі з постійними магнітами та підвищення корозійної стійкості нержавіючої сталі. Процес загартування в основному використовується для сталевих деталей. Коли сталь, що зазвичай використовується, нагрівається вище критичної температури, вихідна структура при кімнатній температурі повністю або переважно перетворюється на аустеніт. Потім сталь занурюють у воду або масло для швидкого охолодження, і аустеніт перетворюється в мартенсит. Порівняно з іншими структурами в сталі мартенсит має найвищу твердість. Швидке охолодження під час загартування викличе внутрішню напругу всередині заготовки. Коли він досягає певного рівня, заготовка деформується і навіть тріскається. З цієї причини необхідно вибрати відповідний метод охолодження. Відповідно до методу охолодження процес гартування поділяється на чотири категорії: гартування однією рідиною, гартування подвійним середовищем, мартенситне градуювання гартування та бейнітне ізотермічне гартування.
Метод загартування. Загартування в одному середовищі. Заготовка охолоджується в одному середовищі, наприклад загартування у воді та загартування в маслі. Перевагами є простота експлуатації, легка механізація та широке застосування. Недоліки полягають у тому, що напруга гарту у воді велика, заготовка легко деформується і розтріскується; загартування в маслі, швидкість охолодження низька, діаметр загартування невеликий, а великі заготовки нелегко загартувати. Заготовка з подвійним середовищем гартування спочатку охолоджується приблизно до 300 градусів у середовищі з більшою охолоджувальною здатністю, а потім охолоджується в середовищі з меншою охолоджувальною здатністю, наприклад: спочатку загартування водою, а потім загартування маслом, що може ефективно зменшити внутрішнє напруження мартенситного перетворення та зменшення тенденції деформації заготовки та розтріскування. Може використовуватися для гартування заготовок складної форми і нерівного перетину. Недоліком подвійного рідинного гартування є те, що важко вловити момент подвійного рідинного перетворення. Якщо конверсія занадто рання, її легко загартувати без загартування, а якщо конверсія занадто пізня, її легко загартувати і розтріскати. Щоб подолати цей недолік, був розроблений метод поступового гартування. Заготовку гартують у низькотемпературній соляній ванні або лужній ванні. Температура соляної або лужної ванни знаходиться поблизу точки Ms. Заготовка залишається при цій температурі від 2 до 5 хвилин, а потім виноситься на повітряне охолодження. Такий спосіб охолодження називається ступінчатим гартуванням. Мета градуйованого охолодження полягає в тому, щоб зробити температуру всередині та зовні заготовки більш рівномірною, і в той же час здійснити мартенситне перетворення, яке може значно зменшити напругу гарту та запобігти деформації та розтріскування. Попередньо температуру сортування було встановлено трохи вище, ніж точка Ms, і заготовка увійшла в мартенситну зону після того, як температура всередині та зовні заготовки стала рівномірною. Він був вдосконалений для сортування при температурі трохи нижчій за точку Ms. Практика показує, що ефект оцінювання нижче бала M є кращим. Наприклад, форми з високовуглецевої сталі класифікуються загартованими в лужній ванні при 160 градусах, які можуть бути загартовані та деформовані менше, тому вони широко використовуються. Ізотермічне гартування Заготовка гартується в ізотермічній соляній ванні. Температура соляної ванни знаходиться в нижній частині бейнітної зони (трохи вище Ms). Заготовка залишається ізотермічною протягом тривалого часу до завершення бейнітного перетворення, а потім виноситься на повітряне охолодження. Ізотермічне гартування використовується для сталі з середнім вмістом вуглецю або вище, метою є отримання нижчого бейніту для підвищення міцності, твердості, в'язкості та зносостійкості. Ізотермічне гартування, як правило, не використовується для низьковуглецевої сталі. Поверхневе гартування Поверхневе гартування — це локальний метод гартування, при якому поверхневий шар сталевої деталі гартується на певну глибину, а серцевина залишається незагартованою. Під час поверхневого гарту поверхня сталевої деталі швидко нагрівається до температури гарту, і тепло негайно охолоджується, перш ніж воно зможе проникнути в серцевину заготовки, таким чином досягаючи локального гарту. Індукційне загартування Індукційне нагрівання полягає у використанні електромагнітної індукції для створення вихрових струмів у заготовці для нагрівання заготовки. Холодне гартування - це гартування охолодженням шляхом занурення в холодний водний розчин із сильною охолоджувальною здатністю як охолоджувальне середовище. Місцеве гартування — це гартування лише тієї частини заготовки, яка потребує гарту. Загартування з повітряним охолодженням стосується конкретно нагрівання у вакуумі, а також загартування та охолодження у високошвидкісному циркулюючому нейтральному та інертному газі під тиском нормального тиску або високого тиску. Поверхневе гартування — це гартування лише поверхневого шару заготовки, включаючи індукційне гартування, гартування контактним опором, гартування полум’ям, лазерне гартування, гартування електронним променем тощо. Повітряне охолодження — це гартування та охолодження за допомогою примусового або стисненого повітря як охолоджувального середовища . Загартування розсолом - це загартування та охолодження за допомогою водного розчину солі як охолоджувача. Загартування в органічному розчині - це загартування та охолодження за допомогою водного розчину органічного полімеру як охолоджувального середовища. Гартування розпиленням - це гарт і охолодження за допомогою струменя рідини як охолоджувального середовища. Розпилювальне охолодження - це гарт і охолодження заготовки в тумані суміші води і повітря. Охолодження в гарячій ванні — це загартування та охолодження заготовки в гарячій ванні, такій як розплавлена сіль, розплавлений луг, розплавлений метал або високотемпературна олія, наприклад, гарт у соляній ванні, гарт у свинцевій ванні, гарт у лужній ванні тощо. це загартування та охолодження заготовки після нагрівання та аустенітизації та негайне перенесення в середовище зі слабкою охолоджувальною здатністю для охолодження, коли структура збираються зазнати мартенситного перетворення. Загартування під тиском — це загартування та охолодження заготовки після нагрівання та аустенітізації під спеціальним пристосуванням, метою якого є зменшення деформації від гартування та охолодження. Наскрізне гартування - це гартування заготовки від поверхні до серцевини. Ізотермічне загартування — це процес, у якому заготовка нагрівається та аустенітується, потім швидко охолоджується до діапазону температур перетворення бейніту та підтримується ізотермічно для перетворення аустеніту в бейніт. Ступінь загартування — це процес, під час якого заготовку нагрівають і аустенізують, потім занурюють у лужну або соляну ванну з температурою трохи вищою або трохи нижчою за точку М1 на відповідний період часу, а потім виймають і охолоджують на повітрі. після того, як заготовка досягне середньої температури, щоб отримати загартування мартенситу. Підтемпературне гартування – це процес, у якому доевтектоїдна сталева заготовка аустенізіруется в діапазоні температур Ac1-Ac3, потім гартується та охолоджується для отримання мартенситних і феритових структур. Пряме гартування – це процес, у якому заготовка безпосередньо гартується та охолоджується після проникнення вуглецю. Після того, як заготовку двічі нав’язують і охолоджують, її спочатку аустенітизують при температурі, вищій за Ac3, і гартують, щоб уточнити структуру серцевини, а потім аустенітизують при температурі, трохи вищій, ніж Ac3, щоб уточнити структуру інфільтраційного шару. Загартування із самоохолодженням — це процес, у якому тепло нагрітої зони автоматично передається ненагрітій зоні після того, як локальна або поверхня заготовки швидко нагріється та аустенітизована, так що аустенітизована зона швидко охолоджується.
