Одна из самых популярных задач по обработке металла, которая повышает его прочность и твердость.
Закалка металла – это термическая обработка материала, при которой металл нагревается выше критической температуры на 40-50 °C с резким охлаждением в жидкости. Термической закалке подвергаются заготовки из стали и цветных металлов. Закалку проводят для повышения прочности и твердости металла, т.к. в процессе закаливания кристаллическая решетка изменяется на атомном уровне.
При неправильной закалке или неподходящем методе для изделия, исходя из его сплава и формы, возникают следующие дефекты:
Недостаточная твердость.
Причины: низкая температура нагрева, малая выдержка при рабочей температуре или неправильная скорость охлаждения.
Решение: отжиг с закалкой в более энергичной закалочной среде.
Перегрев.
Причины: превышение допустимой температуры при нагреве, что приводит к хрупкости детали.
Решение: отжиг и закалка с необходимой температурой.
Пережог.
Причины: проникновение кислорода внутрь стального изделия при нагреве до температуры плавления. В таком случае дефект исправить невозможно.
Коробление и трещины.
Причины: внутреннее напряжение. Трещины исправить нельзя, а коробление можно вытянуть или выдавить.
Чтобы избежать дефектов, необходимо правильно выбирать способ закалки и среды в зависимости от металла и формы детали.
Выбор охлаждающей среды
Один из факторов качественной закалки – правильный выбор закаливающей среды согласно сплаву изделия. Например, углеродистую сталь закаливают в воде с температурой 30 °C, а легированную в минеральном масле. Обе жидкости не должны содержать примесей, например, в воде не должно быть солей, остатков моющих средств, масел, а в масле воды, чтобы избежать брызг опасных для здоровья человека. Также для сложных изделий используют соляные растворы: растворы поваренной соли или едкого натрия 5-10%. Применять их нужно строго в соответствии с требованиями по безопасности, т.к. испарения таких смесей опасны для человека.
Основные виды закалок металлов
Закалка в одной среде
Основной принцип закалки в одной среде – быстрое погружение раскаленной детали в жидкость до полного охлаждения изделия. Чаще всего в роли охладителя выступает вода или масло, но возможно использовать и другие среды. Минус данной закалки – создаваемое температурное напряжение по сечению из-за неравномерного остывания детали. Это может привести к трещинам и кривизне металла. Данный метод не подходит для деталей сложной формы, т.к. изделие может увеличиться в объеме неравномерно, что так же приводит к напряжению, если величина напряжения превзойдет предельную величину прочности металла. Поэтому закалка в одной среде подходит только для закаливания простых деталей из ограниченного числа сплавов.
Закалка в двух средах
Закаливание металла таким способом применяют только для высокоуглеродистых сталей и изделий сложной структурной формы. Сначала заготовку быстро охлаждают до 300-400 °C в воде, а потом окунают в масляную среду, где она остается до полного охлаждения. Закалка в двух охладителях позволяет сократить структурное напряжение в металле, чтобы избежать трещин и изогнутости детали.
Струйчатая закалка
Принцип струйчатого закаливания строится на обрызгивании детали сильным напором воды. Такой способ применяют, когда нужно закалить только часть детали. Результат струйчатой закалки – более глубокая прокаливаемость детали по сравнению с закаливанием в воде, т.к. в процессе обработки не образуется паровая рубашка. Такое закаливание проводят в индукторах ТВЧ.
Ступенчатая закалка
При ступенчатой закалке деталь быстро окунают в соляной раствор с температурой 250-300 °C на 1-2 минуты. Таким образом температура равномерно распределяется по всему сечению заготовки. Далее деталь оставляют остывать на воздухе. Такой способ охлаждения снимает внутреннее напряжение в изделии, поэтому появление трещин или неровностей снижается. Ступенчатая закалка подходит только для закаливания углеродистой стали с сечением 8-10 мм и изделий из легированной стали с сечением 10-30мм.
Изотермическая закалка.
По технологии закаливания изотермический метод похож на ступенчатую закалку, но во время изотермической закалки сталь выдерживают в горячей соляной ванне до образования аустенита. Далее сталь продолжает остывать на воздухе. В результате закаленная сталь устойчива к короблению. Среда закаливания – соляные растворы с температурой 250-400 °C.
Лазерная закалка.
Данный способ закаляет поверхность металла. Лазер локально быстро нагревает небольшой участок детали, тем самым металл становится в этом месте плотнее. Лазерная закалка повышает износостойкость деталей, находящихся в условиях постоянного трения. По сравнению с обработкой в печи лазерная обработка дает наименьшие изнашивание и коэффициент трения.
Преимущества лазерной закалки металлов:
- отсутствие необходимости операции отпуска после закаливания лазером;
- минимальная деформация изделия;
- более твердая поверхность в сравнении с закалками из печи;
- возможность обработки мелких локальных участков в труднодоступных местах;
- минимальный нагрев металла;
- возможность обработки после сборки;
- нет охлаждающих жидкостей.
Области применения: медицинские инструменты, лопасти турбин, валов двигателей, штампов, труб и т.д.
Закалка токами высокой частоты
Закалка ТВЧ – поверхностный вид закалки металла в специальном индукторе. Деталь нагревают за счет поступления в него токов высокой частоты. Закалку ТВЧ часто применяют на предприятиях, т.к. она обладает наибольшей производительностью и позволяет получить более качественные изделия по сравнению с традиционными закалками из печи. Для обработки используют автоматизированные индукционные установки для ТВЧ. У установок ТВЧ простая и удобная система, что помогает контролировать процесс без перегревания или переохлаждения металла.
Этапы закалки ТВЧ
- Заготовку кладут в индуктор с мощным электромагнитным полем.
- Ток поступает через трансформатор от специального генератора.
- Генератор начинает вращаться за счет электродвигателя.
- Конденсаторы усиливают мощность ТВЧ установки.
- Поверхность изделия быстро нагревается, т.к. ток в индукторе обладает высоким уровнем плотности у поверхности.
- После нагрева изделие охлаждают технической водой или на открытом воздухе.
Выполнение всех видов термической закалки металла требует опыт и высокую квалификацию, т.к. технологически процесс достаточно сложный и опасный. Каждый термист компании «Промснаб» работает в сфере обработки металлов не менее 5 лет. Мы используем высококлассное оборудование для закалки металла, а на производстве соблюдаются строжайшие нормы безопасности. Закалка металла – один самый частых запросов от наших клиентов. Нам доверяют компании из большинства отраслей промышленности: в кораблестроении, в машиностроении, в производстве лесопильного, электротехнического, химического и медицинского оборудования. Получить консультацию и рассчитать заказ вы можете по телефону 8 (800) 707-10-58