Як здійснюється загартування та відпустка сталі
Загартування та відпустка стали проводяться з метою надання сплаву максимальної твердості, міцності та пружності. Оброблений метал мають кращі властивості, ніж звичайний матеріал, краще переносить роботу в несприятливих умовах та в агресивних середовищах. Основний спосіб загартування полягає у нагріванні сталі до певної температури та підтримці досягнутого рівня протягом встановленого часу, а потім різкому охолодженні матеріалу. Це дозволяє підготувати метал до подальшої експлуатації.
Структура сталі після загартування набуває аустенітного вигляду. Це означає, що атоми вуглецю впроваджуються в кристалічну решітку заліза, що надає сплаву максимальну стійкість зв'язків і, як наслідок, підвищену міцність на зношування. Такий спосіб обробки є одним із найдешевших методів продовження експлуатаційного циклу використання сталевих виробів. Він не вимагає застосування дорогих матеріалів, які впроваджують у сплав для покращення фізичних та хімічних властивостей.
Загартування сталі проводиться на тому ж обладнанні, що й виплавка, тому немає необхідності купувати нові виробничі лінії або відкрити додаткові заводи. Цей метод був відкритий людством ще за давніх часів. Ковалі, виготовляючи різні вироби, нагрівали їх за допомогою найпростіших плавильних печей, а потім різко опускали в ємність холодною водою. Це робило продукцію набагато міцніше. Сучасні види загартування стали зробили величезний стрибок у плані технологій, але суть залишилася незмінною.
Режими загартування сталей
Існує кілька режимів загартування сталей. Кожен режим використовується обробки металу під конкретну галузь виробництва. Всі способи мають свої переваги та недоліки, і на даний момент немає будь-якогоуніверсального методу, позбавленого слабких сторін. Тому розглянемо усі варіанти. Перший має на увазі загартування вуглецевої сталі із застосуванням одного охолоджувача. Це найпростіший спосіб, тому що не вимагає дотримання будь-яких особливих умов. Його недоліком є дуже сильна загартована напруга, яку відчуває метал при обробці. Якщо неправильно розрахувати температурний режим, загартування може призвести до руйнування сплаву.
Другий метод має на увазі охолодження металу у двох різних середовищах. Спочатку нагріту сталь кладуть у воду, де охолоджують до 300 градусів за Цельсієм, а потім переносять у олію, де вона проходить остаточне охолодження. Це дозволяє значно знизити напругу, але метод має складну реалізацію, оскільки важко розрахувати, коли необхідно змінювати середовище охолодження.
Ізотермічна загартування також передбачає використання в якості охолоджуючого середовища не води або олії, а розплаву солей або лугів. Але на відміну від попереднього методу, тут матеріал проходить повний цикл охолодження в розплаві. Твердість сталі після загартування такого типу є найвищою, оскільки аустеніт перетворюється на стан цементиту. Це означає, що атоми вуглецю ще глибше впроваджуються у структуру заліза, створюючи дуже міцні міжмолекулярні зв'язки.
Останній спосіб - загартування з самовідпусткою. Він має на увазі, що нагріту деталь поміщають в охолодне середовище, але не дають їй повністю охолонути. Виріб виймають із охолоджувача, внаслідок чого поверхня знову нагрівається за рахунок збереженої внутрішньої теплоти. Такий спосіб дозволяє отримувати особливий вид сталі, який поєднує твердість на поверхні та в'язкість усередині. Всі перелічені режими загартування стали використовуються однаково залежно від необхідності.
Часткове загартування сталі
Також існують методи часткового загартування одного виробу, коли певна частина повинна бути твердішою за решту металу. Зокрема такій обробці піддається лезо катани та багатьох інших ріжучих інструментів. Для правильного гарту дуже важливою умовою є дотримання правильного температурного режиму на всіх технологічних етапах. Його вибір залежить від марки оброблюваної сталі та відсотковому співвідношенні різних домішок у сплаві.
Крім перерахованих режимів існують окремі види обробки. Один з них - це поверхневе загартування сталі. Вона передбачає обробку лише верхніх шарів металу без маніпуляцій із внутрішньою будовою. Технологія абсолютно ідентична повному гартуванню, але необхідність нагрівання лише поверхневого шару змушує коригувати способи.
Способи повехнісного загартування стали
Існує 4 основні методи поверхневого загартування: з індукційним нагріванням за допомогою високочастотного струму, з електроконтактним нагріванням, з нагріванням за допомогою газополум'яних пальників та загартування за допомогою використання електролітичного розчину. Для обробки дрібних деталей найчастіше використовують останній метод.
Для середніх виробів застосовуються перші два, а великогабаритних елементів найкраще підходить нагрівання з допомогою газових пальників. Для охолодження використовують ті ж рідини, що і при повному загартуванні. В окремих випадках, для особливо великих конструкцій застосовуються газові холодильні установки. І останній вид обробки називається неповним загартуванням сталі. Він має на увазі повільне охолодження нагрітого матеріалу, у результаті частина атомів вуглецю встигають залишити молекулярну сітку заліза і повернутися до нормального стану.
Таким чином, утворюєтьсячастково загартований метал. Такий тип обробки застосовується, коли необхідно спеціально залишити у структурі матеріалу слабкі місця. Цей підхід використовується в автомобільній промисловості для створення так званої контрольованої деформації під час аварії. Він розроблений спеціально для зменшення травматизму пасажирів та зниження кількості смертельних випадків.