Меню

Как отпустить нержавеющую сталь в домашних условиях

Основные нюансы при закалке нержавейки

Основы закалки нержавеющей стали: выбор температурных режимов, основные этапы и важные особенности. Необходимое оборудование, материалы и инструмент. Как закалить нержавейку в домашних условиях.

Закалка нержавеющей стали отличается от закалки нелегированных сталей более высокой температурой, временем выдержки, а также скоростью разогрева и охлаждения. Это вызвано тем, что легирующие компоненты изменяют критическую (аустенитную) точку нагрева и снижают теплопроводность металла.

Для того чтобы закалить коррозионностойкую сталь (нержавейку), ее необходимо нагреть до температуры не менее тысячи градусов, а затем охладить в масляной среде. Известно, что для успешной закалки обычной стали нужно, чтобы содержание в ней углерода было не менее 0.4 %.

Это не относится к нержавейке, т. к. легирующие добавки дают возможность закалить ее при более низком содержании углерода. У народных умельцев, изготавливающих ножи и режущий инструмент, самой популярной является отечественная нержавейка марки 40X13 (и ее аналоги), которая содержит 0.35÷0.45 % углерода и около 12÷14 % хрома.

Она доступна, хорошо обрабатывается, и ее можно закалять практически в любых условиях. Для того чтобы закалить свои изделия из нержавейки, домашние мастера, как правило, используют самодельное оборудование, подручные средства и недорогие материалы, а температурные режимы подбирают «на глазок».

Основные этапы процессы каления

Для закалки нержавейки желательно знать ее точную марку, или, по крайней мере, к какому из типов по углероду она относится (больше или меньше 0.4 %). Это очень важно, поскольку для того, чтобы правильно закалить изделие, после самой закалки его необходимо еще и отпустить.

Марку фабричной нержавейки можно узнать у продавца заготовки, который также может посоветовать, как лучше ее закалить. Если же в качестве исходного материала используется какая-нибудь старая вещь, то на помощь придет интернет с таблицами изделий и марками сталей, из которых они изготовлены.

В общем случае полный цикл термообработки детали из нержавейки включает в себя следующие этапы:

  1. Подготовка оборудования, инструмента и материалов. Сюда входит проверка топлива (уголь или газ), которого должно хватить на весь цикл разогрева. Ведь для того чтобы качественно закалить нержавейку, ее следует нагревать плавно и без перерывов.
  2. Разогрев горна или печки. Если для того, чтобы закалить деталь, используется газопламенный нагрев, выполняется установка заготовки из нержавейки и включение газовой горелки.
  3. Размещение заготовки. Нередко требуется закалить только какую-то часть будущего изделия, поэтому его следует разместить так, чтобы эта часть находилась в зоне максимальной температуры.
  4. Нагревание до требуемой температуры. Изделие удерживают в высокотемпературной зоне, контролируя его нагрев по цвету. Для того чтобы закалить хромистую нержавейку, ее необходимо нагреть до 1050 ºC. Это соответствует цвету, который в таблицах определяют как оранжевый или темно-желтый.
  5. Охлаждение. После того как нагретый металл приобрел требуемый цвет, деталь охлаждают, опуская в емкость с минеральным маслом. Оно может воспламениться, поэтому рядом с емкостью следует держать кусок плотной ткани.
  6. Очистка. После охлаждения в масле нержавейку следует тщательно очистить. При сильном загрязнении можно использовать растворитель.
  7. Отпуск. Чтобы закалить свою деталь «по науке», после нагревания и охлаждения ее следует отпустить. Для сталей с содержанием углерода 0.4 % и более температура отпуска составляет 200÷250 ºC (см. табл. ниже), поэтому их достаточно на пару часов поместить в обычную кухонную духовку. При меньшем содержании углерода температура отпуска значительно выше, до 700÷750 ºC, и он выполняется с постепенным остужением на воздухе или в сухом песке.

Особое внимание следует обратить на спецодежду и все необходимое для соблюдения пожарной безопасности, особенно в процессе охлаждения детали в масле.

Что потребуется для работы

Если требуется качественно закалить длинномерное изделие, то лучше использовать первые два варианта, т. к. в этом случае прогревается одновременно весь объем нержавейки. При газопламенной закалке нагревание происходит путем перемещения узкой зоны нагрева вдоль изделия, поэтому качество может быть ниже.

Но этот способ хорошо подходит для разовых работ. Если же необходимо закалить большое количество изделий из нержавейки или такую работу предполагается выполнять постоянно, то лучше потратить некоторое время и усилия на изготовление небольшой камерной печи (см. фото ниже) или соорудить импровизированный кузнечный горн.

С помощью такой печки можно разогреть до нужной температуры и закалить изделия не только из нержавейки, но и из жаропрочных сталей. В качестве огнеупорного материала здесь использован шамотный кирпич типа ШБ, а нагрев выполняется пламенем газовой горелки, направленным во внутреннюю камеру.

Если же нет желания делать стационарное термическое оборудование, но при этом возникла потребность закалить деталь из нержавейки длиной до 30÷40 см, то вполне можно обойтись простейшим кузнечным горном, согнутым из листа стали (см. фото ниже).

В качестве топлива здесь используется обычный древесный уголь для шашлыков, а наддув осуществляется снизу с помощью строительного фена.

Для того чтобы качественно закалить заготовку из нержавейки с медленным остыванием, потребуется несколько литров минерального масла в жестяной емкости. Подойдет любое автомобильное или индустриальное масло, даже моторная отработка.

Главным инструментом при термообработке являются обычные или зажимные клещи. Кроме того, потребуются плотные негорючие перчатки или рукавицы и такая же спецодежда или кузнечный передник. Все работы следует выполнять либо на открытом воздухе, либо в хорошо проветриваемом помещении, вдали от горючих материалов.

Читайте также:  Сталь для шампуров aisi 430

Технология домашнего каления нержавейки

На самом деле закалить заготовку для будущего изделия из нержавейки (ножа или инструмента) не так уж и сложно. Для этого достаточно разобраться с температурными режимами и следовать всем рекомендациям. Однако термообработка относится к производству повышенной опасности.

Поэтому для закалки нержавеющей стали в домашних условиях прежде всего нужно определиться с организацией места проведения работ. Чтобы качественно закалить нержавейку и при этом не нанести ущерба помещению и собственному здоровью, необходимо соблюдать некоторые условия.

Во-первых, все источники нагрева должны быть безопасны, устойчивы и надежно защищены от случайного контакта с нагретыми элементами. Во-вторых, закалочные жидкости должны находиться в надежных емкостях и располагаться в стороне от нагревательного оборудования.

Если требуется закалить длинномерное изделие из нержавейки, следует использовать емкости, позволяющие полностью погрузить его в закалочную жидкость с одного раза. В-третьих, место работ должно быть достаточно просторным для перемещений и проветриваемым от дыма и газов.

Выбор температурного режима

Для нержавейки это является точкой устойчивого формирования аустенита — твердого раствора углерода в железе. Закалить нержавеющую сталь — это значит быстро охладить такую структуру, не дав ее атомам вернуться в исходное (до нагрева) состояние.

Поэтому важны как температура разогрева и время выдержки в нагретом состоянии, так и скорость охлаждения, которая для нержавейки не должна быть слишком большой. Замедление процесса остывания достигается охлаждением изделия в масле, которое имеет низкую теплопроводность.

Если закалить деталь в воде, то она будет очень хрупкой и почти наверняка покроется микротрещинами. Продвинутые народные умельцы измеряют температуру нагрева с помощью термодатчиков, а в бытовых условиях ее определяют по цвету металла. Точные температурные режимы для каждой марки нержавейки можно найти в технологических справочниках.

Процесс каления пошагово

Чтобы закалить небольшое изделие из нержавейки в домашних условиях без использования печей или горнов, достаточно нагреть его горелкой или на газовой плите, определяя температуру по цвету металла. После этого оно остужается в масле, очищается и подвергается отпуску, для которого вполне подойдет духовка газовой плиты.

Если требуется закалить заготовку из нержавейки в изотермическом режиме (на производстве это делается поддержанием нагрева в соляном расплаве), то можно поместить ее после разогрева на газу в сухой песок. В этом случае температура остывания контролируется по цвету побежалости.

Чтобы правильно закалить нержавейку, нужно знать ее марку. Нередко встречается утверждение, что тип нержавейки достаточно точно определяется по цвету искр на точильном камне. А что вы думаете по этому поводу? Поделитесь, пожалуйста, своим мнением в комментариях.

Источник

Отжиг нержавеющей стали 12х18н10т

Различия в закалке нержавеющей и углеродистой стали

Все легирующие элементы, входящие в состав коррозионностойкой стали, условно делят на две группы:

  • Первая – элементы, повышающие температуру полиморфного превращения. К ним относятся медь, ванадий, вольфрам, молибден, титан, ниобий. Для нержавейки, включающей такие добавки, требуется повышение температуры закалки.
  • Вторая – элементы, понижающие критическую температуру, при которой происходит изменение кристаллической решетки. Это марганец и никель. Со сталями, содержащими марганец, не рекомендуется допускать перегрева, поскольку этот элемент провоцирует рост аустенитного зерна.

Внимание! Карбидообразующие элементы – хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан – подавляют рост аустенитного зерна. Поэтому содержащие их стали не подвержены перегреву, их обычно нагревают до более высоких температур, по сравнению с углеродистыми.

По отношению к нелегированным углеродистым нержавеющие стали требуют:

  • из-за худшей теплопроводности – более длительной выдержки для качественного прогрева;
  • более медленного охлаждения, для которого обычно используют масляные ванны.

Что такое закалка металлов и ее виды

Под закалкой понимают вид термообработки металла, состоящий из его нагрева до температуры, при достижении которой наступает изменение структуры кристаллической решетки (полиморфное превращение) и дальнейшего ускоренного охлаждения в воде или масляной среде. Целью такой термообработки является повышение твердости металла.

Применяется также закалка, при которой температура нагрева металла не дает состояться полиморфному превращению. В этом случае фиксируется его состояние, которое свойственно металлу при температуре нагрева. Это состояние называют пересыщенным твердым раствором.

Технологию закалки с полиморфным превращением используют в основном для изделий из стальных сплавов. Цветные металлы подвергают закалке без достижения полиморфного изменения.

После такой обработки стальные сплавы становятся тверже, но при этом они приобретают повышенную хрупкость, теряя пластичность.

Чтобы снизить нежелательную хрупкость после нагрева с полиморфным изменением, применяется термообработка, называемая отпуском. Она проводится при более низкой температуре с постепенным дальнейшим охлаждением металла. Таким способом снимается напряжение металла после процесса закаливания, и уменьшается его хрупкость.

При закалке без полиморфного превращения нет проблемы с излишней хрупкостью, но твердость сплава не достигает требуемого значения, поэтому при повторной термической обработке, называемой старением, ее наоборот повышают за счет распада пересыщенного твердого раствора.

Особенности закалки стали

Закаливаются в основном нержавеющие стальные изделия и сплавы, предназначенные для их изготовления. Они имеют мартенситную структуру и характеризуются повышенной твердостью, приводящей к хрупкости изделий.

Если провести термообработку таких изделий с нагревом до определенной температуры с последующим быстрым отпуском, то можно добиться повышения вязкости. Это позволит использовать такие изделия в различных сферах.

Виды закаливания сталей

В зависимости от предназначения нержавеющих изделий, можно провести закалу всего предмета или только той его части, которая должна быть рабочей и иметь повышенные прочностные характеристики.

Читайте также:  Медивал тотал вар булатная сталь список городов

Поэтому закалку нержавеющих изделий подразделяют на два способа: глобальный и локальный.

Охлаждающая среда

Достижение необходимых свойств нержавеющих материалов во многом зависит от выбора способа их охлаждения.

Разные марки нержавеющих сталей подвергаются охлаждению по-разному. Если низколегированные стали охлаждают в воде или ее растворах, то для нержавеющих сплавов для этих целей применяют масляные растворы.

Важно: При выборе среды, в которой проводят охлаждение металла после нагрева, следует учитывать, что в воде охлаждение проходит быстрее, чем в масле! Например, вода температурой 18°C способна охладить сплав на 600°C за секунду, а масло всего на 150°C.

Для того, чтобы получить высокую твердость металла, охлаждение проводят в проточной холодной воде. Также для повышения эффекта закалки для охлаждения готовят соляной раствор, добавляя в воду около 10% поваренной соли, или используют кислотную среду, в которой не менее 10% кислоты (чаще серной).

Кроме выбора охлаждающей среды немаловажным является режим и скорость охлаждения. Скорость снижения температуры должна быть не меньше 150°C за секунду. Таким образом, за 3 секунды температура сплава должна снизиться до 300°C. Дальнейшее снижение температуры может проводиться с любой скоростью, т. к. зафиксированная в результате быстрого охлаждения структура при низких температурах уже не разрушится.

Важно: Слишком быстрое охлаждение металла приводит к его излишней хрупкости! Это следует учитывать при самостоятельной закалке.

Различают следующие способы охлаждения:

  • С использованием одной среды, когда изделие помещают в жидкость и держат там до полного охлаждения.
  • Охлаждение в двух жидких средах: масле и воде (или солевом растворе) для нержавеющих сталей. Изделия из углеродистых сталей сначала охлаждают в воде, т. к. она является быстро охлаждающей средой, а потом в масле.
  • Струйным методом, когда деталь охлаждается струей воды. Это очень удобно, когда требуется закалить определенную область изделия.
  • Методом ступенчатого охлаждения с соблюдением температурных режимов.

Читать также: Температура масла винтового компрессора

Температурный режим

Правильный температурный режим проведения закалки нержавеющих изделий является важным условием их качества. Для достижения хороших характеристик их равномерно прогревают до 750-850°C, а потом быстро проводят охлаждение до температуры 400-450°C.

Важно: Нагрев металла выше точки рекристаллизации приводит к крупнозернистому строению, ухудшающему его свойства: излишней хрупкости, приводящей к растрескиванию!

Для снятия напряжения после нагрева до нужной температуры упрочнения металла, иногда используют поэтапное охлаждение изделий, постепенно снижая температуру на каждом из этапов нагрева. Такая технология позволяет полностью снять внутренние напряжения и получить прочное изделие с нужной твердостью.

Как закалить низкоуглеродистую нержавейку с предварительной цементацией?

Марки нержавеющих сталей с низким содержанием углерода (0,1-0,3%) не пригодны для закалки. Для упрочнения проката и изделий из таких сплавов часто применяют насыщение поверхностного слоя углеродом (цементацию), после чего проводят закалку и низкий отпуск. Назначение такой обработки – получение твердой, износостойкой поверхности, что достигается обогащением верхнего слоя углеродом до концентрации 0,8-1,2% .

Результаты, которых позволяет достичь цементация в сочетании с закалкой и отпуском:

  • сердцевина изделия, не насыщенная углеродом, остается вязкой даже после закалки;
  • повышается износостойкость;
  • увеличивается предел выносливости.

Твердая цементация нержавеющих сталей осуществляется путем укладки изделия в ящики с карбюризатором, в качестве которого применяется измельченный графит или другой материал, далее следуют закалка и низкий отпуск. Твердый карбюризатор используют в домашних условиях или мелкосерийном производстве. Для массового изготовления металлопродукции востребована цементация в газовой среде. Варианты – жидкостная и вакуумная цементация.

Способ термообработки нержавеющих сталей

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам скоростной закалки нержавеющих сталей. Способ позволяет повышать прочностные, пластические свойства и ударную вязкость сталей. Сталь 30 13 отжигают при 750С с охлаждением в печи до 500С, затем на воздухе. Высокотемпературную закалку осуществляют с нагревом в соляной ванне до 1200С со скоростью 20С/с и охлаждают в масле, затем проводят низкотемпературный отпуск при 200С 1 ч. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам закалки нержавеющих сталей.

Известны способы высокотемпературной закалки инструментальных сталей, включающие нагрев под закалку в соляных ваннах с одним или двумя подогревами. При этом в известных способах нагрев под закалку инструмента, в частности из быстрорежущих сталей, осуществляется до температур 1200-1280оС, после чего следует выдержка для растворения специальных карбидов и выравнивания химсостава аустенита. Время нагрева согласно известным данным составляет 8-10 с на 1 мм диаметра изделия, а время выдержки для изделий диаметром 5-7 мм составляет 4-5 ми. Таким образом суммарное время нагрева и выдержки в соляных ваннах для изделий указанных размеров без учета подогревов должно составлять 5-7 мин. После такой высокотемпературной закалки обязательно следует трех-пятикратный отпуск для разложения остаточного аустенита и вторичного твердения. Вместе с тем известные способы не позволяют одновременно повышать прочностные, пластические свойства и ударную вязкость сталей.Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ термической обработки изделий, преимущественно из нержавеющих сталей.Способ включает скоростной высокотемпературный нагрев под закалку на установке ТВЧ до температур на 370-450оС выше т. Aс3, т. е. до 1320-1400оС в течение 17-19 с (для деталей диаметром 6 мм). Однако для осуществления известного способа требуется специальное оборудование (установка ТВЧ), он не применим для изделий сложной конфигурации. Кроме того нагрев ТВЧ должен обеспечивать сквозной прогрев деталей, что не всегда возможно на указанных высокочастотных установках.Предлагаемый способ упрощает технологию термообработки, повышает прочностные, пластические свойства и ударную вязкость деталей из нержавеющих сталей практически любой конфигурации за счет получения мелкозернистой дисперсной гетерогенной смеси, состоящей из мартенсита, нерастворившихся карбидов и метастабильного остаточного аустенита.Это достигается тем, что в способе термообработки нержавеющих сталей, включающем отжиг, высокотемпературный нагрев, охлаждение и низкотемпературный отпуск, высокотемпературный кратковременный нагрев ведут со скоростью 20-30оС/с до температур 1200-1300оС.Предварительный отжиг необходимо не только для разупрочнения сталей и улучшения обрабатываемости резанием, но и для получения феррито-карбидной механической смеси, состоящей из ферритной основы и равномерно распределенных карбидов хрома. Последующая высокотемпературная закалка из другого исходного структурного состояния указанного технического эффекта не вызывает.При последующем высокотемпературном кратковременном нагреве до температур 1200-1300оС феррит превращается в аустенит. В связи с отсутствием выдержки растворение карбидов в аустените лишь только начинается, при этом исключается гомогенизация аустенита. Закалка в масло производится из своеобразного структурного состояния, представляющего гетерогенную смесь аустенита и частично растворенных карбидов хрома. Участки аустенита, располагающиеся вокруг карбидов, обогащаются углеродом и хромом, остальные места остаются обедненными этими элементами.В процессе последующего охлаждения в масле обедненные участки аустенита превращаются в малоуглеродистый скрытокристаллический мартенсит с мелким зерном, армированный дисперсными равномерно распределенными полурастворенными карбидами. Вокруг них в основном сохраняется повышенное количество обогащенное углеродом и хромом метастабильного остаточного аустенита (20-28% ). Такая мелкозернистая структура обладает наряду с повышенной прочностью высокими пластичностью и вязкостью. Дополнительный вклад в повышение указанных свойств вносит превращение обогащенного аустенита в мартенсит в процессе деформации при испытании свойств, либо при эксплуатации деталей.Скорость, температура и время нагрева под закалку в заявляемом способе являются взаимосвязанными параметрами. Чем выше скорость нагрева, тем выше должен быть температурный интервал аустенизации, а чем выше температура, тем меньше требуется времени для получения гетерогенного состояния аустенита. При скоростях нагрева, меньших 20оС/с, в значительной степени развиваются диффузионные процессы, затрудняющие получение гетерогенного аустенита, что снижает свойства стали. При более высоких, чем 30оС/с скоростях нагрева для получения указанного гетерогенного состояния аустенита требуется более высокий, чем 1200-1300оС интервал температур, что технологически затруднено, так как требует специального оборудования (установки ТВЧ, электронагрев и т. д. ) и применимо лишь для деталей определенной формы. Скорость нагрева 20-30оС/с соответствует нагреву в соляной ванне с температурой расплава 1200-1300оС.При температурах нагрева под закалку, меньших 1200оС, и выбранных скоростях нагрева превращение феррита в аустенит полностью не завершается, вследствие чего снижаются прочностные свойства сталей. Нагрев до более высоких чем 1300оС температур с указанными скоростями вызывает полное растворение карбидов, гомогенизацию аустенита, рост зерна, что снижает прочностные свойства и вязкость стали.Таким образом нагрев под закалку образцов из хромистых сталей, например диаметром 6 мм, с заданными температурно-скоростными параметрами для достижения указанного структурного состояния обеспечивается за 30-90 с вместо 5-6 мин по известной технологии.Сопоставимый анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предложенный способ термообработки хромистых сталей отличается от известного температурой и скоростью нагрева под закалку и проведением обязательной предварительной операции — отжига, а также возможностью обработки с помощью него деталей любой конфигурации.Анализ известных способов высокотемпературной закалки с нагревом в соляных ваннах показал, что высокотемпературная закалка в частности инструментальных быстрорежущих сталей известна. Однако ее проведение из феррито-карбидного структурного состояния (после отжига) без промежуточных подогревов и без выдержки при окончательном нагреве в сочетании с низкотемпературным (вместо высокотемпературного трех-пятикратного) отпуском, придает хромистым сталям новые качества, а именно повышение прочностных, пластических свойств и ударной вязкости.Предложенный способ термообработки хромистых сталей опробован в условиях ПО «Азовмаш». Стандартные образцы для механических испытаний из хромистой стали 30Х13 (разрывные «гагаринские», ударные сечением 10 10 мм с U-образным надрезом, на кручение с диаметром рабочей части 6 мм) предварительно отжигали при 750-800оС с охлаждением в печи до 500оС, затем на воздухе. Высокотемпературную закалку осуществляли с нагревом в соляной ванне С-100, состава BaCl2 до температур 1200-1350оС в течение 20-360 с (со скоростью нагрева 20-30оС/c) и охлаждением в масле. После этого проводили низкотемпературный отпуск при 200оС 1 ч. Испытания механических свойств стали после термообработки по предложенному и известным способам проводили в лабораторных условиях Мариупольского металлургического института. Испытания на растяжение осуществляли на разрывной машине Р-4, на кручение — на машине КМ-50-1, на ударную вязкость — на маятниковом копре МК-30.Результаты механических испытаний приведены в таблице.Из таблицы следует, что после термообработки по предложенному способу с высокотемпературным нагревом в соляной ванне по оптимальному режиме прочностные характеристики (в, 0,2, Sк, n4, 0,3), пластичность ( , , g) и ударная вязкость (KCU) выше, чем после скоростной закалки по способу прототипа, и значительно выше, чем по стандартному режиму. (56) Геллер Ю. А. Инструментальные стали, М. : Металлургия. 1983, с. 211.Термическая обработка в машиностроении. Справочник. Под ред. Ю. М. Лахтина и А. Г. Рахштадта, с. 739-743, 744, 751, 755.

Читайте также:  Мушмула листья стали сохнуть

СПОСОБ ТЕРМООБРАБОТКИ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ, включающий отпуск, высокотемпературный нагрев, охлаждение и низкотемпературный отпуск, отличающийся тем, что высокотемпературный нагрев ведут со скоростью 20 — 30 град/c до 1200 — 1300oС.

Источник

Adblock
detector