Особенности закалки стали 40x в домашних условиях

Закалка стали – один из наиболее важных процессов в термообработке металла, от которого напрямую зависит качество продукции. Плохая закалка может привести к излишней мягкости металла, перекаленная деталь, в свою очередь, становится очень хрупкой. Разберемся, от чего зависит правильная закалка.

1 Виды закалки – через что проходит металл

Еще древние мастера, работавшие в кузнях, замечали, как тепловое воздействие в разной степени влияет на металл, меняя его структуру и свойства. С помощью термообработки можно улучшить механические характеристики детали, сделать ее более долговечной и даже уменьшить вес за счет увеличения прочности! Термообработка позволяет даже изготавливать качественные детали из более дешевых сплавов, улучшая их характеристики до нужной отметки. Закалка стали – процесс термообработки, в результате которого сталь нагревается до критической температуры и быстро охлаждается. Цель такой обработки – повышение твердости и прочности детали с уменьшением ее пластичности.

Для каждого вида закалки металла существует отдельный режим, определяющий исход процесса. Нужно учесть температуру нагрева, вычислить точное время и скорость нагрева, продолжительность выдержки детали при максимальном значении температуры, скорость охлаждения. На атомном уровне при достижении критической температуры перестраивается атомная решетка. Для разных марок стали существует своя критическая температура, в зависимости от уровня содержания углерода и примесей. Закалка делает металл твердым, но в то же время хрупким. Поверхность изделия теряет углероды и покрывается окалиной, поэтому очень важно учитывать припуск для дальнейшей обработки, иначе деталь в процессе закалки можно испортить.

Охлаждение детали должно проходить быстро, чтобы атомная структура не преобразовалась в промежуточные. При этом слишком быстрое охлаждение может привести к растрескиванию стали или короблению. Во избежание брака скорость охлаждения при достижении порога в 200 °С замедляют. Углеродистая сталь и изделия из нее прогреваются в камерных печах. Печь для закалки прогревается в среднем на 800 °С, хотя некоторые марки стали закаляются и при более высоких температурных режимах (1250–1300 °С). Эти марки не подвержены растрескиванию, поэтому в предварительном подогреве они не нуждаются. Сложные детали, которые имеют резкие переходы или тонкие грани, предварительно подогревают в отдельных печах или соляных ваннах. Температура подогрева – до 500 °С.

Очень важно обеспечить равномерный нагрев всего изделия. Часто это сделать невозможно за один подход, поэтому могут быть проделаны две выдержки. Если прогреваются несколько изделий, время увеличивается, если одно – то уменьшается. Например, одну дисковую фрезу (24 мм) будут прогревать 10–13 минут, тогда как десяток таких изделий, помещенных в печь вместе, нужно выдержать все 15–18 минут.

2 Защита изделия от окалины и обезуглероживания

Изделия из стали могут закаливаться уже после финишной обработки, поэтому выгорание углерода и образование слоя окалины в таких случаях неприемлемо. В таком случае поверхность изделия оберегают с помощью специальных защитных газов, которые подаются в полость электропечи во время закаливания. Таким приемом возможно воспользоваться только в случае использования загерметизированных печей и достижения стабильной температуры закалки стали, иначе это становится небезопасным, поскольку генераторы защитного газа работают на углеводородных источниках, таких как метан и аммиак.

От обезуглероживания  древесный уголь не защищает, а вот чугунная стружка и отработанный карбюризатор с этой задачей справятся. Применяют их в тех случаях, когда нет возможности создать защитную атмосферу. Изделия упаковывают в тару с этими компонентами и обмазывают глиной, чтобы внутрь не попадал воздух. Если металл закаляют в соляных ваннах, то ванны следует во избежание обезуглероживания раскислять не менее двух раз в течение рабочей смены борной кислотой или бурой солью, также помогает древесный уголь. В последнем случае материалом заполняют так называемый стакан, в стенках которого множество отверстий. Стакан закрывают крышкой и опускают на дно соляной ванны. При этом появляется большое количество пламени, но со временем оно затухает. В течение смены достаточно трижды раскислять ванну таким способом, чтобы избежать обезуглероживания изделий.

Удачный итог раскисления соляной ванны проверить достаточно просто. Для этого в ванну на 5–7 минут погружают обычное лезвие, после чего закаляют в воде. Если оно ломается, а не гнется под механическим воздействием, то соляную ванную удалось качественно раскислить.

3 Охлаждение металла – опасности и предосторожности!

В качестве основы для охлаждающих жидкостей используют воду. Это должна быть чистая вода без примесей соли или мыла, поскольку даже их небольшое содержание может изменить скорость охлаждения. Закалочный бак недопустимо использовать в посторонних целях, как недопустимо и охлаждать изделие под проточной водой. Оптимальной температурой охлаждающей жидкости считается 30 °С.

Водяная закалка имеет ряд недостатков. Главный минус – образование трещин и коробление металла, поэтому таким способом пользуются только при изготовлении цементированных изделий или изделий несложной формы, которые будут проходить финишную обработку.

Изделия более сложной формы из конструкционной стали охлаждаются в растворе каустической соды (50 %), который подогревают до 60 °С.

Детали, закаленные в таком растворе, имеют характерный светлый оттенок. Закалочная ванна на основе каустической соды обязательно должна быть оборудована вытяжкой, поскольку пары, образующиеся при контакте раскаленного металла и каустика, вредны для человеческого организма.

Минеральные масла – наиболее подходящая охлаждающая среда для изделий из легированной стали, как и для тонких изделий из углеродистой стали. Преимущество таких ванн состоит в том, что независимо от температуры среды скорость охлаждения не меняется. Что при температуре 30 °С, что при температуре 100 °С она будет одинакова. Главное, не допустить попадания воды в такую среду, поскольку эту приводит к растрескиванию поверхности изделия. Избежать этого можно, нагрев масло до температуры выше температуры кипения воды. Однако при использовании масляной ванны следует помнить и о недостатках данного способа. В частности, при закалке выделяются вредные газы, на изделии образуется налет, а сама среда имеет склонность к возгоранию. К тому же, со временем масло теряет закаливающие способности. Конечно же, при работе важно не забывать о безопасности – для погружения детали в охлаждающий раствор используют специальные щипцы с очень длинными ручками, руки защищают перчатки из очень толстой огнеупорной ткани или кожи, а лицо закрывает маска из закаленного стекла. Плечи, шею и грудь скрывают за кожанной или толстотканной одеждой.

Некоторые стали охлаждают потоком воздуха, который подается компрессором. Главное – не допустить попадания влаги в поток, иначе это может вызвать образование трещин. Существует и ступенчатая закалка, которая выполняется поэтапно: сначала деталь нагревается в горячем масле, затем в расплавленных солях. Еще один вид закалки – прерывистая, – используется для охлаждения сложных углеродистых сталей и деталей, производимых из этого материала. Сначала раскаленную сталь погружают в воду пока деталь не охладится до 200 °С. Длится это всего несколько секунд, если передержать изделие, оно покроется трещинами. Из воды в масло деталь стараются перенести как можно быстрее.

4 Закалка и отпуск стали в домашних условиях – на все руки мастер!

Отпуск стали – обязательное мероприятие для снятия внутренних напряжений металла.  В результате несколько ухудшается твердость, но повышается пластичность. Отпуск проводится как в печах, так и в масляных и щелочных ваннах. Суть отпуска – в постепенном уменьшении температурного режима и выдерживании детали в определенной температурной среде.

Для разных марок стали существуют свои температурные режимы. Например, быстрорежущая сталь отпускается при 540 °С, тогда как изделия с твердостью HRC 59–60 отпускаются всего при 150 °С. В первом случае твердость даже повышается, во втором незначительно понижается, но изделие приобретает существенную пластичность.

Закалять и проводить отпуск можно и в домашних условиях. Для этого вполне достаточно подручных средств – электроплит, печей. Температура закалки стали не обязательно должна достигать нескольких сот градусов – даже горячий песок способен уменьшить внутреннее давление металла. Изделие перед закалкой обязательно следует очистить от посторонних материалов, например, масла или грязи. Затем нагреть докрасна, проследив, чтобы деталь нагрелась равномерно. Прогревать деталь нужно в несколько подходов, а затем охладить ее в масле и поместить в духовку, где довести температуру воздуха до 200 °С, а затем постепенно уменьшать ее до 80 °С. Длится такая процедура около часа. Охлаждают сталь как правило на воздухе, однако хромоникелевые марки следует охлаждать в масляных ваннах, поскольку они при длительном охлаждении приобретают хрупкость.

  В этой статье вы узнаете и сможете, ознакомится с характеристиками стали 45, 40Х. Узнать какая твердость данных марок стали. Узнать предел текучести стали 45 и стали 40Х. Так же ознакомится с гостами на сталь 45 и гост стали 40Х. Предлагаем, ознакомится с понятием термообработка стали, режимы термообработки, виды термообработки стали 45, и стали 40Х.

Так же ознакомитесь что такое закалка стали, виды закалки стали.

  Данная статья предполагает глубокое самостоятельное изучение всех процессов

связанных с закалкой, термообработкой различных марок стали. Мы постаралисьсобрать в виде ПДФ документов интересные статьи различных авторов, курсылекций по металлообработке, закалке, термообработке различных марок стали, атак же стали 45 и 40Х которые Вы можете приобрести в компании Метпромснаб.Предлагаем, ознакомится с обучающими видео материалами по закалке стали,термообработке стали.Надеемся, что данный материал будет интересен и полезный как людям давно занимающимися металлопрокатом, так и людям работающими с термообработкой металлопроката или заинтересованным в изучении данного материала. Данная статья так же будет интересна студентам обучающихся по дисциплине металловедение.

Начнем знакомство: сталь 40Х.

  В прикрепленных файлах Вы можете, ознакомится с характеристиками стали 40Х, химический состав сталь 40Х, как производится термообработка сталь 40Х, как расшифровывается сталь 40Х, технологические свойства стали 40Х, какими сталями можно заменить сталь 40Х, как производится закалка стали 40Х и на что обратить внимание.
  Приятного Вам изучения материала.

Также рекомендуем прочесть статью о влиянии термической обработки на структуру стали 40Х. “​В статье рассмотрено влияние предварительной термической обработки стали 40Х на структуру и свойства поверхности, упрочненной деформирующим резанием. Заготовки из стали 40Х в исходном состоянии после нормализации, закалки с низким отпуском и высоким отпуском были закалены деформирующим резанием. В результате получены образцы с различной структурой и твердостью поверхностного слоя. Выявлены структурные особенности, проведён сравнительный анализ и установлена зависимость твердости и структуры упрочненного слоя и переходной зоны от вида предварительной термической обработки. Сделан вывод о целесообразности использовании нормализованных заготовок из стали 40Х под закалку методом деформирующего резания.”

Предлагаем посмотреть обучающее видео о “Термическая обработка металлов”.

Продолжим знакомство: сталь 45.

  В прикрепленных файлах Вы можете, ознакомится с характеристиками стали 45, химический состав сталь 45, как производится термообработка сталь 45, как расшифровывается сталь 45, технологические свойства стали 45, какими сталями можно заменить сталь 45, как производится закалка стали 45 и на что обратить внимание.

Приятного Вам изучения материала.

Предлагаем посмотреть лекцию о термической обработки стали.

Режим закалки стали зависит от содержания углерода, а также от конфигурации детали. Соответственно температурные диапазоны и закаляющие среды будут разные для каждого вида стали. Ниже в таблице представлены более 30 самых используемых видов стали.

№ п/п Марка стали Твёрдость (HRCэ) Температ. закалки, град.С Температ. отпуска, град.С Температ. зак. ТВЧ, град.С Температ. цемент., град.С Температ. отжига, град.С Закал. среда Прим.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 Сталь 20 57…63 790…820 160…200   920…950   Вода  
2 Сталь 35 30…34 830…840 490…510       Вода  
33…35 450…500        
42…48 180…200 860…880      
3 Сталь 45 20…25 820…840 550…600       Вода  
20…28 550…580        
24…28 500…550        
30…34 490…520        
42…51 180…220       Сеч. до 40 мм
49…57 200…220 840…880      
<= 22         780…820   С печью
4 Сталь 65Г 28…33 790…810 550…580       Масло Сеч. до 60 мм
43…49 340…380       Сеч. до 10 мм (пружины)
55…61 160…220       Сеч. до 30 мм
5 Сталь 20Х 57…63 800…820 160…200   900…950   Масло  
59…63   180…220 850…870 900…950   Водный раствор 0,2…0,7% поли-акриланида
«—         840…860    
6 Сталь 40Х 24…28 840…860 500…550       Масло  
30…34 490…520        
47…51 180…200       Сеч. до 30 мм
47…57   860…900     Водный раствор 0,2…0,7% поли-акриланида
48…54           Азотирование
<= 22         840…860    
7 Сталь 50Х 25…32 830…850 550…620       Масло Сеч. до 100 мм
49…55 180…200       Сеч. до 45 мм
53…59 180…200 880…900     Водный раствор 0,2…0,7% поли-акриланида
< 20         860…880    
8 Сталь 12ХН3А 57…63 780…800 180…200   900…920   Масло  
50…63   180…200 850…870   Водный раствор 0,2…0,7% поли-акриланида
<= 22         840…870   С печью до 550…650
9 Сталь 38Х2МЮА 23…29 930…950 650…670       Масло Сеч. до 100 мм
<= 22   650…670         Нормализация 930…970
HV > 670             Азотирование
10 Сталь 7ХГ2ВМ <= 25         770…790   С печью до 550
28…30 860…875 560…580       Воздух Сеч. до 200 мм
58…61 210…230       Сеч. до 120 мм
11 Сталь 60С2А <= 22         840…860   С печью
44…51 850…870 420…480       Масло Сеч. до 20 мм
12 Сталь 35ХГС <= 22         880…900   С печью до 500…650
50…53 870…890 180…200       Масло  
13 Сталь 50ХФА 25…33 850…880 580…600       Масло  
51…56 850…870 180…200       Сеч. до 30 мм
53…59   180…220 880…940     Водный раствор 0,2…0,7% поли-акриланида
14 Сталь ШХ15 <= 18         790…810   С печью до 600
59…63 840…850 160…180       Масло Сеч. до 20 мм
51…57 300…400      
42…51 400…500      
15 Сталь У7, У7А НВ <= 187         740…760   С печью до 600
44…51 800…830 300…400       Вода  до 250, масло Сеч. до 18 мм
55…61 200…300      
61…64 160…200      
61…64 160…200       Масло Сеч. до 5 мм
16 Сталь  У8, У8А НВ <= 187         740…760   С печью до 600
37…46 790…820 400…500       Вода      до 250, масло Сеч. до 60 мм
61…65 160…200      
61…65 160…200       Масло Сеч. до 8 мм
61…65   160…180 880…900     Водный раствор 0,2…0,7% поли-акриланида
17
    
Сталь У10, У10А
    
НВ <= 197         750…770    
40…48 770…800 400…500       Вода  до 250, масло Сеч. до 60 мм
50…63 160…200      
61…65 160…200       Масло Сеч. до 8 мм
59…65   160…180 880…900     Водный раствор 0,2…0,7% поли-акриланида
18 Сталь  9ХС <= 24         790…810   С печью до 600
45…55 860…880 450…500       Масло Сеч. до 30 мм
40…48 500…600      
59…63 180…240       Сеч. до 40 мм
19 Сталь  ХВГ <= 25         780…800   С печью до 650
59…63 820…850 180…220       Масло Сеч. до 60 мм
36…47 500…600      
55…57 280…340       Сеч. до 70 мм
20 Сталь Х12М 61…63 1000…1030 190…210       Масло Сеч. до 140 мм
57…58 320…350      
21 Сталь Р6М5 18…23         800…830   С печью до 600
64…66 1210…1230 560…570 3-х кратн.       Масло, воздух В масле до 300…450 град., воздух до 20
26…29 780…800         Выдержка 2…3 часа, воздух
22 Сталь  Р18 18…26         860…880   С печью до 600
62…65 1260…1280 560…570 3-х кратн.       Масло, воздух В масле до 150…200 град., воздух до 20
23 Пружин. сталь  Кл. II     250…320         После холодной навивки пружин 30-ть минут
24 Сталь 5ХНМ, 5ХНВ >= 57 840…860 460…520       Масло Сеч. до 100 мм
42…46       Сеч. 100..200 мм
39…43       Сеч. 200..300 мм
37…42       Сеч. 300..500 мм
НV >= 450       Азотирование. Сеч. св. 70 мм
25 Сталь 30ХГСА 19…27 890…910 660…680       Масло  
27…34 580…600        
34…39 500…540        
«—         770…790   С печью до 650
26 Сталь 12Х18Н9Т <= 18 1100…1150         Вода  
27 Сталь 40ХН2МА, 40ХН2ВА 30…36 840…860 600…650       Масло  
34…39 550…600        
28 Сталь ЭИ961Ш 27…33 1000…1010 660…690       Масло 13Х11Н2В2НФ
34…39 560…590       При t>6 мм вода
29 Сталь 20Х13 27…35 1050 550…600       Воздух  
43,5…50,5 200        
30 Сталь 40Х13 49,5…56 1000…1050 200…300       Масло  
  • Общее время нагрева (время нагрева и выдержки) деталей при закалке берётся из расчёта 1 минута на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения. В соляных ваннах — 35 секунд на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения.
  • Общее время нагрева (время нагрева и выдержки) деталей при отпуске берётся из расчёта:
    • низкий отпуск (температура 130…240 град.) — 3 минуты на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения, но не менее 30 — 40 минут.
    • средний отпуск (температура 240…450 град.) — 2 — 3 минуты на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения.
    • высокий отпуск (температура 450…700 град. — 2 минуты на 1 мм наименьшего размера наибольшего сечения.
  • Окончательный контроль термической обработки деталей вести по фактической твёрдости.

1.

ПОЗВОНИТЕ НАМ ИЛИ ЗАПОЛНИТЕ ЗАЯВКУ НА САЙТЕ

2.

НАШ МЕНЕДЖЕР СВЯЖЕТСЯ С ВАМИ ДЛЯ УТОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

3.

ВЫ ПРИВОЗИТЕ ДЕТАЛИ НАШЕМУ СПЕЦИАЛИСТУ

4.

ЗАБРАТЬ ДЕТАЛИ МОЖНО В ТЕЧЕНИИ 24 ЧАСОВ