Закалочная среда вода масло

Содержание

Выбор охлаждающей среды при закалке. Вода, масло.
Закалочная среда вода масло
15.03.2009 Закалочные масла и термическая обработка металлов
Основы термической обработки стали

Выбор охлаждающей среды при закалке. Вода, масло.

Наиболее часто в качестве охлаждающей жидкости при закалке используются вода и масло. Строго говоря, ни то ни другое полностью не соответствуют необходимым требованиям, к которым относятся:

1) быстрое охлаждение в интервале температур минимальной устойчивости аустенита — 650—550°С (см. с. 19);

2) охлаждение с умеренной скоростью в интервале температур мартенситного превращения — 300—200°С. Последнее обусловлено тем, что мартенситное превращение происходит не одновременно по всему объему детали: раньше оно начинается у поверхности, в результате чего появляются внутренние напряжения и возможны трещины. При меньшей скорости охлаждения такие напряжения также будут меньшими.

В первый период, в интервале температур 800—400°С, вода охлаждает со скоростью примерно 200°С/с. Этого вполне достаточно, чтобы предотвратить распад аустенита в углеродистой стали и обеспечить закалку. Во второй период, в интервале температур 400—100°С, скорость охлаждения в воде резко возрастает (до 400— 800°С/с). А надо было бы как раз наоборот, чтобы в этот период скорость уменьшилась, с тем чтобы снизить напряжения при образовании твердой, но хрупкой мартенситной структуры.

Существует неправильное представление о том, будто бы нагрев воды существенно уменьшает опасность образования трещин. При нагреве воды до 40—50°С скорость охлаждения в первый период снижается до 100°С/с и ниже, в то время как во второй период она, хотя также снижается, но остается все же сравнительно высокой — 350—550°С/с.

При закалке в масле скорость охлаждения получается значительно меньшая, чем в воде. В первый период, при температуре 650—550°С, масло охлаждает со скоростью примерно в 6 раз меньшей, чем циркулирующая вода. Этого уже недостаточно для закалки углеродистых сталей, но вполне подходит для легированных. Зато во второй период, при температуре 200°С, скорость охлаждения в масле в 28 раз ниже, чем в воде. Это значительно уменьшает закалочные напряжения и опасность образования трещин. Такое преимущество масла позволяет закаливать в нем крупные детали сложной формы, не опасаясь возникновения трещин.

Закаливающая способность масел мало зависит от температуры. Так, при нагреве до 120—150°С скорость охлаждения в масле изменяется всего на 50°С/с. Практически это не влияет на результаты закалки. Не следует, однако, с учетом противопожарной безопасности допускать, чтобы температура закалочного масла была более 80—90°С. Перегретое масло слегка дымит. Это опасный признак. В случае вспышки масла бак следует немедленно закрыть крышкой или листами железа.

Закаливающая способность различных масел при одной и той же температуре зависит от их вязкости. В процессе работы вязкость масла постепенно повышается, и, следовательно, закаливающая способность его падает. Это происходит в основном по двум причинам: во-первых, вследствие насыщения масла продуктами его термического разложения и, во-вторых, благодаря попаданию в масло механических примесей (окалины и пр.).

Масло становится непригодным для закалки и подлежит замене, если одна или несколько его характеристик, устанавливаемых при контроле, превосходят следующие предельные нормы:

1) повышение вязкости более чем на 40% по сравнению с исходной;

2) содержание смол более 10%;

3) содержание механических примесей более 0,15%;

4) кислотность более 2—2,5 мг КОН/г.

Промышленностью освоен выпуск специальных закалочных масел серии МЗМ. Они содержат присадки, повышающие стойкость против окисления, улучшающие моющие свойства и снижающие пенообразование. В зависимости от марки такие масла можно использовать при температурах от 70 до 175°С.

Хорошие результаты получаются при использовании для закалки водовоздушной смеси. С этой целью применяют форсунки, в которых вода распыляется с помощью сжатого воздуха. Регулируя соотношение воды и воздуха, а также давление смеси, можно изменять скорость охлаждения. Это особенно важно при закалке крупных деталей, когда охлаждение в воде может вызвать трещины, а охлаждение в масле не обеспечивает получения необходимой твердости. При давлении воздуха 3 ат и расходе воды 100 л/ч скорость охлаждения получается примерно такой же, как и в масле.

Источник

Закалочная среда вода масло

15.03.2009
Закалочные масла и термическая обработка металлов

Закалка – это вид термической обработки изделий из металлов и сплавов для придания им высокой твердости, прочности, износостойкости

Виды термической обработки металлов

Отжиг
Назначение процесса
Уменьшение твердости стали для повышения обрабатываемости; улучшение структуры; снятие внутренних напряжений; достижение большей однородности металла.
Описание процесса
Медленный нагрев до 740-850 0С *, выдержка, медленное охлаждение

Нормализация
Назначение процесса
Сталь приобретает повышенные значения прочности, твердости и ударной вязкости и более низкую пластичность по сравнению с отожженной.
Описание процесса
Нагрев до температуры выше критической* (температуры изменения типа кристаллической решетки), выдержка, охлаждение на спокойном воздухе.

Закалка
Назначение процесса
Достижение высокой твердости, прочности, и, следовательно, износостойкости стали.Образуется неравновесная структура, требует последующего отпуска.
Описание процесса
Нагрев до температуры выше критической * (температуры изменения типа кристаллической решетки), выдержка, быстрое охлаждение.

Отпуск
Назначение процесса
Получение более высокой пластичности и уменьшение хрупкости мартенситной структуры при сохранении уровня прочности; освобождение от напряжений
Описание процесса
Нагрев от 150-260 0С до 370-650 0С *, выдержка, медленное охлаждение на воздухе.

Примечание: * Температура зависит от типа обрабатываемого металла

Влияние масла при термической обработке металлов

Проводится нагрев выше критической температуры (температуры изменения типа кристаллической решетки) закалку сталей называют «закалка на мартенсит».

Выдержка при заданной температуре.

Быстрое охлаждение в жидкости (воде или масле).

Важны:

температура нагрева

продолжительность нагрева

скорость охлаждения

При закалке в масле на изделии образуется значительно меньше тепловых трещин, чем при закалке в воде.

Холодная закалка (30-80 0 С):

термическое улучшение деталей свободной ковки и объемной штамповки закалка ручных инструментов;

непосредственная закалка из кузнечного жара термическое улучшение заготовок;

закалка листовых и винтовых пружин;

закалка высокопрочных болтов, гаек, подкладных шайб, и т.п.
Горячая закалка(165-220 0 С):
Закалка деталей высокой точности (например, деталей приводного механизма автомобилей), где необходимо исключить опасность искривления поверхности.
Вакуумная
Закалка инструментальной, подшипниковой, жаропрочной, быстрорежущей стали.

Это масла, используемые в качестве рабочей среды в процессах термической обработки металлов. Позволяют получать стальные изделия с заданными значениями твердости, требуемой структуры и чистоты поверхности.

Важные критерии выбора масла:

температура вспышки масла в открытом тигле (определяется качеством базового масла) — должна быть на 30 0 С ниже температуры процесса

обеспечиваемая скорость охлаждения (может регулироваться пакетом присадок).
Для повышения эффективности процессов закалки в масла добавляют следующие типы присадок:

улучшающие эксплуатационные свойства масел;

влияющие на скорость закалки (отвод тепла);

способствующие удалению остатков масла при промывке деталей после закалки.

Закалочные масла должны обладать следующими свойствами:

высокая термическая и химическая стабильность
(сохранение свойств в течение всего срока службы)

моющие свойства
(в масле накапливаются осадки, окалина с поверхности деталей)

высокая стойкость к испарению
(использование в открытых закалочных резервуарах)

хорошие антипенные свойства
(сильное завихрение горячего масла в закалочных резервуарах)

определенный уровень вязкости
(зависит от температуры закалки; влияет на потери масла при извлечении деталей из резервуаров)

отсутствие воды
(влияет на вспенивание масла; создание «мягких мест» на поверхности закаливаемых деталей)

История выпуска закалочных масел

Распад СССР и развал экономических связей между предприятиями, которые «разошлись» в различные бизнесс-группы, повлиял на прекращение выпуска масел МЗМ традиционными производителями. Предприятия-потребители ЗМ вынуждены были в ущерб качеству и безопасности использовать масла без присадок (как наиболее дешёвые) или закупать дорогие импортные закалочные масла;

Закалочные масла серии МЗМ были освоены для нужд автомобильной промышленности взамен импортных;

В конце 90-х годов малые и средние предприятия (блэндинги) начали активно осваивать производство закалочных масел. Такие предприятия не могли:
— Полностью обеспечить потребность в таких маслах;
— Обеспечить качество масел из-за отсутствия стабильных источников сырья, а также использования «экономичных» рецептур;

В настоящее время на рынке России имеется ряд производителей закалочных масел, но лишь один из них обладает собственными ресурсами базовых масел

Появилась возможность выбора технологии закалочных масел: начиная от более простой и проверенной для получения конкурентных по показателю цена/качество продуктов и заканчивая использованием импортных пакетов, позволяющих влиять даже на скорость закалки (скорость охлаждения)

Серия Газпромнефть Термойл

Диапазон вязкости при 50 0С от 16 до 120 мм2/с позволит использовать масла как охлаждающую среду при температурах до 220 0С, в зависимости от условий и назначения процесса термообработки.

Масла серии Газпромнефть Термойл изготовлены по проверенной технологии и обладают полным набором стабильных эксплуатационных свойств.

Проводится работа по программе испытаний серии Газпромнефть Термойл у основных потребителей, таких как КАМАЗ и АВТОВАЗ.

Основные потребители закалочных масел
ОАО «АВТОВАЗ»
ЗАО «Челябпроммаш»
Камский автозавод – КАМАЗ
Завод имени Лихачева – ЗиЛ
Чебоксарский тракторный завод – ЧЗПТ
Челябинский тракторный завод – ЧТЗ
Владимирский тракторный завод – ВТЗ
Волгоградский тракторный завод – ВгТЗ
Липецкий тракторный завод – ЛТЗ
Ростсельмаш
Уральский завод тяжелого машиностроения
Ижорские заводы
Новокраматорский машиностроительный завод
Красноярский завод тяжелого машиностроения
ОАО «ПО СЕВМАШ»
ОАО «Восточно-Сибирский машиностроительный завод»

Производители закалочных масел

В России закалочные масла производят:
ТНК-СМ ——> Термо 16, 26
ООО «Волгохимнефть» ——> ВОЛТЕС МЗ-16, 26, 120
ЗАО «Карбон Инвест» ——> масло Термойл
ООО «Полиэфир» ——>масла МЗМ-16, МЗМ-26, МЗМ-120

Импортные масла:
TOTAL DRASTA C ——> масла для холодной закалки
TOTAL DRASTA H ——> масла для горячей закалки
Shell Valuta ——> для горячей закалки
Fuchs THERMISOL QB ——> масла для холодной закалки
Fuchs THERMISOL QH ——> масла для горячей закалки
Fuchs THERMISOL QW ——> масла для изотермической закалки

Источник

Основы термической обработки стали

Для закалки доэвтектоидную сталь нагревают на 20-30° выше Ас₃, а эвтектоидную и заэвтектоидную на 20-30° выше Ас₁ и после выдержки быстро охлаждают. Охлаждение ведут в воде, масле или на воздухе, в зависимости от состава стали. После закалки сталь становится очень твёрдой и хрупкой. Структура закалённой стали состоит из мартенсита и остаточного аустенита. Заэвтектоидную сталь не следует нагревать для закалки выше Ас_т, так как такая температура приведёт к перегреву и снизит качество изделия.

При нагреве в печах поверхностный слой изделия покрывается окалиной и обезуглероживается. Этот брак увеличивается с повышением температуры и увеличением продолжительности выдержки в печи.

Для деталей, не подвергающихся шлифованию или имеющих малый припуск для последующей обработки, этот брак неисправим. Мерами предохранения изделия от окалины и обезуглероживания являются: введение в печь специального газа, избегать также закалки в проточной воде и частой смены воды в баке.

В практике заводов, при закалке инструментов из углеродистой стали весьма сложной конфигурации, в качестве закалочной среды успешно применяют 50-процентный раствор каустической соды. Закалочная ванна с таким раствором должна быть оборудована вытяжной вентиляцией, так как пары раствора, образующиеся во время закалки, вредны для организма.

Для закалки легированной стали в основном применяют минеральные масла. Инструмент из углеродистой стали диаметром до 6-7 мм также охлаждают в масле. Как видно из табл. 6, скорость охлаждения в масле в интервале мартен-ситного превращения сравнительно небольшая (20-50° в минуту), что значительно уменьшает склонность к образованию трещин и деформаций. Большим достоинством охлаждения в масле является то, что масло охлаждает с одинаковой скоростью как при температуре 20°, так и при температуре 100-150°. Следует остерегаться попадания воды в масляную ванну, так как наличие воды может вызвать растрескивание инструмента. Закалка в масле, имеющем температуру свыше 100°, гарантирует от появления трещин по этой причине. Недостатком масла как закалочной среды является: выделение при закалке газов, вредных для здоровья, образование налёта на инструменте, способность масла воспламеняться, ухудшение со временем закаливаемой способности масла и др.

В табл. 7 приведены данные о. применяемых маслах для закалки и отпуска стали.

Хорошей средой для охлаждения малолегированной стали и высокоуглеродистой стали небольших сечений является керосин, обладающий большей скоростью охлаждения, чем масло. Однако недостатком керосина является его горючесть. Поэтому необходимо следить, чтобы керосин не нагревался выше 35-38°. Детали, во избежание воспламенения керосина, необходимо опускать в него быстро. Ванна для закалки должна иметь крышку, обеспечивающую полное прекращение доступа воздуха в случае загорания.

Плоские шаблоны, дисковые фрезы и другие плоские изделия толщиной до 1 мм из углеродистой стали и до 3-4 мм из легированной стали можно закаливать между специально оборудованными полыми закалочными плитами, в которых циркулирует вода.

При пользовании сплошными плитами хороший результат даёт смазывание маслом соприкасающихся с закаливаемой деталью поверхностей и передвижение одной плиты относительно другой. Закалочные плиты надо помещать у самой дверки печи, чтобы изделие не успело остыть при переносе его из печи.

Для сталей с устойчивым аустенитом охлаждающей средой может служить воздух, подаваемый компрессором или вентилятором, а также спокойный воздух. При охлаждении воздухом, подаваемым компрессором или вентилятором, особенно в зимнее время, необходимо перед закалкой проверять, чтобы в воздухопроводе не было воды, так как попадание её на изделие может быть причиной появления трещин.

При применении изотермической или ступенчатой закалки в качестве охлаждающей среды пользуются горячим маслом или легкоплавкими солями. Ввиду того, что температура охлаждающей среды должна быть выше 200°, чаще всего применяют расплавленные легкоплавкие соли. В табл. 8 приведены составы солей, применяемых для соляных ванн.

При большом количестве закаливаемого инструмента закалочная ванна должна быть достаточной ёмкости для того, чтобы охлаждающая среда имела незначительные колебания температуры. В случае необходимости расплавленную соль можно охлаждать продувкой сухого воздуха.

Выбор способа закалки зависит от состава стали, сложности изделия и требуемых свойств.

Закалка в одном охладителе, в особенности углеродистых сталей, сопровождается наибольшим процентом брака из-за образования трещин и коробления. Поэтому этим способом закаливают изделия только несложной формы и цементованные.

Закалка более сложных изделий, изготовленных из углеродистых сталей, производится в двух охладителях: вначале в воде, примерно до температуры 150-180°, а затем в масле.

Продолжительность выдержки в воде до переноса в масло определяется калильщиком и для инструмента средних размеров равна примерно 2-5 сек., например, деталь из стали У8А размером 5 х 25 X 180 мм охлаждается в воде 2 сек., после чего переносится в масло. Твёрдость после закалки R_c = 61 — 63. Охлаждение этой детали в воде в течение 5-6 сек. давало 50 -70% брака из-за образования трещин.

Для закалки изделий со сквозными и глухими отверстиями в основном применяется струйчатая закалка. Охлаждение производится в струе воды или водяным душем. После потемнения изделие во избежание самоотпуска охлаждается в масле.

При изотермической закалке нагретое изделие охлаждают в масле или расплавленной соли при температуре немного выше точки мартенситного превращения. После полного окончания превращения аустенита, изделия охлаждают на воздухе. В результате изотермической закалки в стали образуется

структура игольчатого тростита и изделие проиобретает твёрдость R₀ = 40-50 в сочетании с высокой вязкостью. При этом способе закалки резко снижаются случаи растрескивания и коробления. В инструментальном деле изотермическая закалка применяется редко из-за низкой твёрдости. В табл. 9 приведено время охлаждения цилиндров в солях с разной температурой.

Для закалки изделий небольших размеров (до 10-12 мм) применяется ступенчатая закалка, отличающаяся от изотермической закалки временем пребывания изделия в охлаждающей среде. При этой закалке изделие находится в охладителе с температурой 220-250° только до выравнивания температуры по всему сечению, после чего охлаждается на воздухе. Во время охлаждения на воздухе происходит превращение аустенита в мартенсит. Изделие после выгрузки из охладителя можно первое время править, что является большим достоинством этого процесса. При размерах изделий свыше 10-12 мм горячая охлаждающая среда не сможет обеспечить быстрого охлаждения и они не закалятся до требуемой твёрдости.

На практике полностью себя оправдал следующий вид ступенчатой закалки:

Нагретое изделие охлаждают в масле или легкоплавкой соли с температурой 150-180 o до выравнивания температуры, а затем на воздухе. Хотя при этом способе править изделие невозможно из-за быстрого образования мартенсита, но по сравнению с обычной закалкой этот способ резко снижает брак из-за образования трещин и коробления. Наблюдениями (проведёнными на заводе «Фрезер») за партией свёрл из стали 9ХС, обработанных по этому способу, установлено, что из 80000 шт. закалённых свёрл 52000 не имели коробления, превышающего припуск на шлифование, а в остальных коробление было незначительное, легко исправимое.

В практике термической обработки инструментов иногда закалку совмещают с отпуском. Такая закалка применяется в основном для ударного инструмента, изготовленного из углеродистой стали, в котором твёрдость должна уменьшаться от рабочей части к хвостовику.

Процесс закалки с самоотпуском следует производить в таком порядке: нагреть инструмент до температуры закалки; опустить рабочую часть в воду до потемнения; вынуть и быстро зачистить рабочую часть наждачной бумагой, напильником и т. п. и при появлении требуемого цвета побежалости охладить инструмент в масле.

Закалка при температуре ниже нуля. Структура легированных и высокоуглеродистых сталей после закалки состоит в основном из мартенсита и некоторого количества неразложившегося остаточного аустенита. Превращение остаточного аустенита в мартенсит происходит при последующем отпуске или в результате естественного старения. В некоторых высоколегированных марках сталей (Х12, Х12М и т. п.) аустенит весьма устойчив и полностью превратить его в мартенсит, даже путём многократных отпусков, не удаётся. Хорошим средством для окончательного разложения аустенита является дополнительное охлаждение закалённых изделий до температур -70-80°. В результате этого процесса повышается твёрдость и стабилизируются размеры. Обработка при температурах ниже нуля впервые была исследована и предложена для внедрения в промышленность советским учёным-металловедом Л. П. Гуляевым.

Технологический процесс этого способа закалки следующий: 1) нагрев изделия до требуемой температуры; 2) закалка в обычном для данной стали охладителе; 3) дополнительное охлаждение до температуры -70-80°; 4) отпуск.

При охлаждении до низких температур возникают дополнительные внутренние напряжения, могущие вызвать появление трещин. Мерами, предупреждающими появление трещин, являются ступенчатая закалка и замедленное охлаждение при температурах ниже нуля. Во избежание появления трещин не следует погружать изделия непосредственно в охладитель, а необходимо предварительно завёртывать их в асбест или пользоваться холодильником с двойными стенками. В качестве охладителя применяют жидкий азот, жидкий кислород и т. п.

Закалка с нагревом в электролите. Этот способ закалки разработан лауреатом Сталинской премии инж. И. 3. Ясно-городским. Сущность процесса заключается в следующем: постоянный ток напряжением не ниже 180 в пропускается через электролит, служащий анодом, и деталь, являющуюся катодом, в результате чего на катоде выделяется большое количество тепла, нагревающее деталь до высокой температуры. В качестве электролита применяют водные растворы солей натрия, кальция, магния, бария.

Разработаны и применяются в производстве следующие методы нагрева в электролите:

1. Концевой нагрев, применяемый для нагрева свободного конца изделия. В случае если деталь имеет острые кромки или конус, конец её изолируют, устанавливая на подставку из огнеупорного кирпича, и опускают вместе с ней в электролит. После нагрева детали ток выключают и деталь закаливается в электролите.

2. Местный и поверхностный нагрев, применяемый для нагрева в электролите какой-либо части детали, например закалка обода в катках или круглых деталях больших диаметров и т. п.

3. Последовательный нагрев, заключающийся в том, что часть детали, погружённой в электролит, может быть предохранена от нагрева. Этим методом осуществляют последовательный нагрев части или всей детали.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _