Подробно о нагреве металла
Если следовать технологии, то закалка металла требует проведения 3 этапов:
- Нагрев стали;
- Выдержка. Благодаря выполнению этой операции удается довести до конца все структурные превращения и обеспечить выполнение сквозного прогрева;
- Охлаждение.
Если приходится иметь дело с конструкциями, выполненными из углеродистых сталей, то их закалку проводят в камерных печах. Особенностью этой процедуры является отсутствие необходимости в предварительном подогреве. Это связано со способностью материала прекрасно переносить такие неприятные явления, как коробление и растрескивание. Если необходимо закаливать такие сложные конструкции, как резкие переходы и тонкие грани, то здесь без предварительного подогрева не обойтись. Подобная процедура может быть выполнена двумя способами:
- С использованием соляных печей, в которые заготовку нужно погрузить на 3-4 секунды в три приема;
- При помощи отдельных печей, в которых следует создать температурный режим 400- 500 градусов Цельсия.
Важным моментом закалки металла является то, что эта процедура должна проводиться при равномерном нагреве. Бывает так, что в течение одного приема такую задачу невозможно решить. В этом случае следует выдержать условия для проведения сквозного прогрева
Особое внимание следует уделить количеству изделий, которые планируется закаливать. С увеличением их количества необходимо увеличивать длительность их прогрева. Скажем, если закалке будет подвергаться дисковая фреза, имеющая диаметр 2,4 см, то ее необходимо нагревать в течение 13 минут
Если подобной обработке планируется подвергать десяток аналогичных изделий, то время нагрева должно быть увеличено до 18 минут
Скажем, если закалке будет подвергаться дисковая фреза, имеющая диаметр 2,4 см, то ее необходимо нагревать в течение 13 минут. Если подобной обработке планируется подвергать десяток аналогичных изделий, то время нагрева должно быть увеличено до 18 минут.
40ХН2МА сталь свойства
σ4551/10000=686 МПа, σ4551/1000=137 МПа, σ5901/10000=13 МПа, σ5901/1000=29 МПа.
| Механические свойства стали 40ХН2МА | ||||||||||
| ГОСТ | Состояние поставки, режим термообработки | Сечение, мм | КП | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (Дж / см2) | НВ, не более | |
| ГОСТ 4543-71 | Пруток. Закалка 850 °С, масло. Отпуск 620 °С, вода | 25 | — | 930 | 1080 | 12 | 50 | 78 | — | |
| Пруток. Закалка 850 °С, масло. Отпуск 620 °С, масло. | 25 | — | 835 | 980 | 12 | 55 | 98 | — | ||
| ГОСТ 8479-70 | Поковки. Закалка. Отпуск | 500-800 | 440 | 440 | 635 | 11 | 30 | 39 | 197-235 | |
| 300-500 500-800 | 490 | 490 | 655 | 12 11 | 35 30 | 49 39 | 212-248 | |||
| 100-300 300-500 | 540 | 540 | 685 | 13 12 | 40 35 | 49 44 | 223-362 | |||
| 100-300 300-500 500-800 | 590 | 590 | 735 | 13 12 10 | 40 35 30 | 49 44 39 | 235-277 | |||
| 100-300 300-500 | 640 | 640 | 785 | 12 11 | 38 33 | 49 44 | 248-293 | |||
| 100-300 | 685 | 685 | 835 | 12 | 38 | 49 | 262-311 | |||
| До 100 100-300 | 735 | 735 | 880 | 13 12 | 40 35 | 59 49 | 277-321 | |||
| До 100 100-300 | 785 | 785 | 930 | 12 11 | 40 35 | 59 49 | 293-331 | |||
| Механические свойства стали 40ХН2МА в зависимости от температуры отпуска | ||||||||||
| Температура отпуска, °С | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (Дж / см2) | HB | ||||
| Закалка 850 °С, масло | ||||||||||
| 200 300 400 500 600 | 1600 1470 1240 1080 860 | 1750 1600 1370 1170 960 | 10 10 12 15 20 | 50 50 52 59 62 | 59 49 59 88 147 | 525 475 420 350 275 | ||||
| Механические свойства стали 40ХН2МА при повышенных температурах | ||||||||||
| Температура испытаний, °С | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (Дж / см2) | |||||
| Закалка 850 °С, масло. Отпуск 580 °С. | ||||||||||
| 20 250 400 500 | 950 830 770 680 | 1070 1010 950 700 | 16 13 17 18 | 58 47 63 80 | 78 109 84 54 | |||||
| Образец диаметром 5 мм, длиной 25 мм, прокатанный. Скорость деформирования 2 мм/мин. Скорость деформации 0,001 1/с | ||||||||||
| 700 800 900 100 1100 1200 | — — — — — — | 185 89 50 35 24 14 | 17 66 69 75 72 62 | 32 90 90 90 90 90 | — — — — — — | |||||
| Предел выносливости стали 40ХН2МА | ||||||||||
| σ-1, МПА | J-1, ÌÏÀ | n | Термообработка | |||||||
| 447 392 519 | 274 235 | 106 | Сечение 100 мм. Закалка 850 °C, масло. Отпуск 580 °C, σв=880 МПа. Сечение 400 мм. Закалка 850 °C, масло. Отпуск 610 °C, σв=790 МПа, σ0,2=880 МПа, σв=1080 МПа | |||||||
| Ударная вязкость стали 40ХН2МА KCU , (Дж/см2) | ||||||||||
| Т= +20 °С | Т= -40 °С | Т= -60 °С | Термообработка | |||||||
| 103 | 93 | 59 | Закалка 860 °С, масло. Отпуск 580 °С | |||||||
| Механические свойства стали 40ХН2МА в зависимости от сечения | ||||||||||
| Сечение, мм | Место вырезки образца | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ4 (%) | ψ % | KCU (Дж / см2) | HRCЭ | |||
| Пруток. Закалка 850 °С, масло. Отпуск 620 °С | ||||||||||
| 40 60 80 100 120 | Ц Ц 1/2R 1/2R 1/3R | 880 830 730 670 630 | 1030 980 880 850 830 | 14 16 17 19 20 | 57 60 61 61 62 | 118 127 127 127 127 | 33 32 29 26 25 | |||
| Закалка 850 °С, масло. Отпуск 540-660 °С | ||||||||||
| до 16 16-40 40-100 100-160 160-250 | Ц Ц Ц Ц Ц | 1000 900 800 700 650 | 1200-1400 1100-1300 1000-1200 900-1100 850-1000 | 9 10 11 12 12 | — — — — — | 90 50 60 60 60 | — — — — — | |||
| Прокаливаемость стали 40ХН2МА | ||||||||||
| Расстояние от торца, мм | Примечание | |||||||||
| 1,5 | 3 | 6 | 9 | 12 | 15 | 21 | 27 | 33 | 42 | Закалка 840 °С |
| 49-59,5 | 40,5-60 | 50-60 | 50-59,5 | 49-59 | 48-59 | 45-56 | 41,5-53 | 41-50,5 | 36,5-48,5 | Твердость для полос прокаливаемости, HRC |
| Количество мартенсита, % | Критическая твердость, HRCэ | Критический диаметр в воде | Критический диаметр в масле | |||||||
| 50 90 | 44-47 49-53 | 153 137-150 | 114 100-114 | |||||||
| Физические свойства стали 40ХН2МА | ||||||||||
| T (Град) | E 10- 5 (МПа) | a 10 6 (1/Град) | l (Вт/(м·град)) | r (кг/м3) | C (Дж/(кг·град)) | R 10 9 (Ом·м) | ||||
| 20 | 2.15 | 39 | 7850 | 331 | ||||||
| 100 | 2.11 | 11.6 | 38 | 490 | ||||||
| 200 | 2.01 | 12.1 | 37 | 506 | ||||||
| 300 | 1.9 | 12.7 | 37 | 522 | ||||||
| 400 | 1.77 | 13.2 | 35 | 536 | ||||||
| 500 | 1.73 | 13.6 | 33 | 565 | ||||||
| 600 | 13.9 | 31 | ||||||||
| 700 | 29 | |||||||||
| 800 | 27 | |||||||||
| Краткие обозначения: | ||||||||||
| σв | — временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа | å | — относительная осадка при появлении первой трещины, % | |||||||
| σ0,05 | — предел упругости, МПа | Jê | — предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа | |||||||
| σ0,2 | — предел текучести условный, МПа | σизг | — предел прочности при изгибе, МПа | |||||||
| δ5,δ4,δ10 | — относительное удлинение после разрыва, % | σ-1 | — предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа | |||||||
| σсж0,05 и σсж | — предел текучести при сжатии, МПа | J-1 | — предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа | |||||||
| ν | — относительный сдвиг, % | n | — количество циклов нагружения | |||||||
| sв | — предел кратковременной прочности, МПа | R и ρ | — удельное электросопротивление, Ом·м | |||||||
| ψ | — относительное сужение, % | E | — модуль упругости нормальный, ГПа | |||||||
| KCU и KCV | — ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см2 | T | — температура, при которой получены свойства, Град | |||||||
| sT | — предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа | l и ë | — коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С) | |||||||
| HB | — твердость по Бринеллю | C | — удельная теплоемкость материала (диапазон 20o — T ), [Дж/(кг·град)] | |||||||
| HV | — твердость по Виккерсу | pn и r | — плотность кг/м3 | |||||||
| HRCэ | — твердость по Роквеллу, шкала С | а | — коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o — T ), 1/°С | |||||||
| HRB | — твердость по Роквеллу, шкала В | σtТ | — предел длительной прочности, МПа | |||||||
| HSD | — твердость по Шору | G | — модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа |
xn--402-8cd3de9c.xn--p1ai
Обработка и закалка
После сварочных работ готовая деталь охлаждается за счет понижения температуры при отключении печи, при этом находясь под чутким контролем. В результате таких манипуляций полученный на изделии шов при рентгеновском облучении покажет отсутствие дефектов. Наличие поверхностных трещин проверяется зачисткой и шлифовкой швов с последующим нанесением слоя кислоты.
Также качество сварочного соединения проверяется современными макрошлифами.
Изготовленные с применением подобной технологии изделия успешно проходят макроисследования при котором выявляются плотность строения наплавленного металла в зоне сварочного шва и ближайших к нему зон. Микроструктура в этих местах изменяется от ферритно-перлитной до сербитообразной перлитной. Также образцы деталей из стали 40ХН проходят испытание на твердость, смысл которой в том, чтобы подтвердить неизменность структуры стали в зоне шва после сварки.
Закалка изделий из данного материала происходит в процессе погружения в масло, однако детали крупных габаритов иногда закаливают в воде после чего, как можно скорее, перемещаются в масло или подвергаются воздействию низкий отпуска. Не редкостью является и процесс закаливания высокочастотными токами, после нагрева которыми производится отпуск. В конечном итоге, такие манипуляции повышают твердость поверхности изделия.
Процесс закалки
Процесс обработки высокой температурой стали 40Х и иного сплава называют закалкой. Стоит учитывать, что нагрев выполняется до определенной температуры, которая была определена путем многочисленных испытаний. Время выдержки, после которого проводится охлаждение, а также другие моменты можно узнать из специальных таблиц. Провести нагрев в домашних условиях достаточно сложно, так как в рассматриваемом случае нужно достигнуть температуры около 800 градусов Цельсия.
Химический состав стали 40Х
Результатом сильного нагрева и выдержки металла 40Х на протяжении определенного времени с последующим резким охлаждением в воде становится повышение твердости и уменьшение пластичности. При этом результат зависит от нижеприведенных показателей:
- скорости нагрева металла 40Х;
- времени выдержки;
- от скорости охлаждения.
При проведении работы в домашних условиях следует учитывать температуру обработки и время охлаждения.
Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска
В домашних условиях ТВЧ используется крайне редко. После проведения работы при использовании ТВЧ повышается эксплуатационная прочность детали, что связано с появлением поверхностных сжимающих напряжений.
Читать также: Конструкция раскладных ножей чертежи фото видео
Провести закалку 40Х на примере изделия болта М24 можно следующим образом:
- разогревается электропечь;
- следует провести разогрев до 860 °C, для чего в некоторых случаях необходимо 40 минут;
- время, необходимое для аустенизации, после которого проводится охлаждение, составляет 10-15 минут. Равномерный желтый цвет изделия – признак правильного прохождения процесса закалки 40Х;
- завершающим этапом становится охлаждение в ванной с водой или другой жидкостью.
Определить самостоятельно момент, после которого следует охладить металл, в промышленных и домашних условиях невозможно. Именно поэтому по проведенным исследованиям было принято, что для нагрева металла в электропечах необходимо 1,5-2 минуты на один миллиметр, после чего структура может быть перегрета.
Определение твердости проводится по методу Роквелла. Улучшение, проведенное путем отпуска или закалки, можно измерить при помощи обозначения HRC. Стандартное обозначение HR, к которому проводится добавление буквы в соответствии с типом проведенного испытания. Обозначение HRC наиболее часто встречается, последняя буква означает использование алмазного конуса с углом 120 0 при испытании.
Описание материала
Маркировка «Сталь 40ХН» расшифровывается следующим образом. Цифра 40 означает примерное содержание углерода, в нашем случае – 0,40 %. «Х» показывает наличие в сплаве хрома (примерно 1%). Буква Н – присутствие в сплаве никеля (также примерно 1 %).
Сталь 40ХН – конструкционная легированная сталь. Широкое применение данные виды сплавов нашли в промышленности. О применении стали 40ХН речь пойдёт ниже.
У данного вида стали есть ряд особенностей. Например, данная сталь является трудносвариваемой. Процесс сварки легированных сталей достаточно трудоёмкий, это нужно учитывать при выборе материала. Это связано с особенностями образования хрупких связей в околошовной зоне. Другими словами, сварочный процесс возможен, но должен происходить по специальной технологии.
Лучшим вариантом будет проводить сварочные работы до отпуска изделия при прогреве или перед отжигом.
Особенности термообработки
Технологический процесс термообработки заготовки из стали обязан включать в себя процесс под названием «отпуск». Задача процесса отпуска – повысить пластичность изделия и снизить его хрупкость. И одновременно необходимо добиться прочности заготовки. Данный процесс происходит при постепенном остывании печи с заготовками.
Для деталей изготовляемых из стали 40ХН зачастую требуется дополнительная термическая обработка. Суть её состоит в том чтобы закалка происходила сначала в воде, а потом в масле. Либо сразу в масле с последующим остыванием (отпуском) в масле или на воздухе.
При термообработке марки стали 40ХН есть своя технологическая карта. Применяются закалка и отпуск при определенных температурных и временных интервалах. Средние показатели для термообработки выглядят так: температура ковки начальная составляет 1250, температура окончания – 830.
Материал 40ХН2ВА Челябинск
Без стали не обходится ни одно производство, будь то тяжелое машиностроение или изготовление бытовых электроприборов. Существует множество марок этого продукта, а также большое количество форм отпуска. Наша компания реализует материал 40ХН2ВА большими партиями и с минимальной наценкой. Для уточнения свойств и характеристик конкретной марки можно обратиться к менеджерам компании.
Как и вся продукция, материал 40ХН2ВА закупается у ведущих производителей. Поэтому мы готовы со всей ответственностью давать гарантию на качество. Минимальное количество посредников определяет и низкую стоимость. Вкупе с быстрой доставкой, это дает возможность нашим бизнес-партнеры вести стабильное и взаимовыгодное сотрудничество.
Помимо отпуска, в форме той или иной детали (заготовки), наша компания реализует обработку металлов. Все мероприятия проходят четкий контроль на соответствие ГОСТа и правилам. Специалисты нашего предприятия осуществляют такие работы как оцинкование, создание деталей по чертежам заказчика, производство отливок, изготовление различных профилей и многое другое.
Имея в арсенале новейшее оборудование и огромный, опыт мы можем предложить проверку изделия по ряду параметров, таким как прочностные характеристики, химический состав, чистота сплава и так далее.
Каждому покупателю предложен огромный ассортимент продукции различного формата, а также актуальных услуг и работ. Чтобы быстрее разобраться и выбрать товар соответствующий потребностям, нужно связаться с менеджером компании и получить развернутую информацию по всем интересующим вопросам.
Самостоятельное изготовление камеры для закаливания металла
Муфельная печь, которую вполне возможно сделать самостоятельно в домашних условиях, позволяет закалить различные марки стали. Основным компонентом, который потребуется для изготовления этого нагревательного устройства, является огнеупорная глина
. Слой такой глины, которой будет покрыта внутренняя часть печи, должен составлять не более 1 см.
Схема камеры для закалки металла: 1 — нихромовая проволока; 2 — внутренняя часть камеры; 3 — наружная часть камеры; 4 — задняя стенка с выводами спирали
Камеру и дверцу устройства после просушки на открытом воздухе дополнительно просушивают при температуре 100°. После этого их подвергают обжигу в печи, температуру в камере которой постепенно доводят до 900°. Когда они остынут после обжига, их необходимо аккуратно соединить друг с другом, используя слесарные инструменты и наждачную шкурку.
Глиняный нагреватель с замурованной нихромовой спиралью
Готовая камера после полного высыхания помещается в корпус из металла, а зазоры между ними засыпаются асбестовой крошкой. Для того чтобы обеспечить доступ к внутренней камере, на металлический корпус печи навешиваются дверцы, отделанные изнутри керамической плиткой
. Все имеющиеся зазоры между конструктивными элементами заделываются при помощи огнеупорной глины и асбестовой крошки.
Готовая самодельная камера
Самостоятельное изготовление такой печи (как и закалочного оборудования другого типа) позволяет не только получить в свое распоряжение устройство, полностью соответствующее вашим потребностям, но и хорошо сэкономить, так как серийные модели стоит достаточно дорого.
Для стали У8 применяют прерывистую закалку. Чтобы её осуществить раскалённую деталь помещают сначала в воду, и вслед за тем, переносят в масло, где происходит окончательное охлаждение. Таким образом, удаётся избежать появления мягких пятен, но из-за уменьшения скорости охлаждения на последнем этапе снижаются структурные напряжения
. Закалку стали У8 производят при 780 °C, а температура отпуска — 400 °C.
Закалка стали в домашних условиях
Бывают ситуации, когда домашний мастер сталкивается с проблемой повышения прочностных характеристик бытового инструмента. Причем для решения этой задачи нет необходимости обращаться к специалистам, поскольку он сам может
все сделать самостоятельно
Рассмотрим более подробно ситуацию на топоре. Если рассматривается инструмент советского производства, то можно не сомневаться в его высоком качестве изготовления. В то же время подобного нельзя сказать об изделиях, которые продаются сегодня
. Если присутствуют признаки заминания или выкрашивания, то из этого можно сделать вывод о нарушении требований технологии закалки. Однако в силах каждого мастера исправить эту ситуацию.
Первое, что нужно сделать — разжечь костер с углями. Желательно довести его до такого состояния, чтобы угли имели как можно более белый цвет. Так можно будет понять, что они нагрелись до максимально высокой температуры
.Помимо этого, нам понадобятся две емкости .В первую мы нальем масло, в качестве которого можно использовать обычное машинное . Другой же резервуар следует наполнить чистой холодной водой.
Далее нам предстоит погружать топор в емкость с водой, при этом важно периодически мешать жидкость. Этой операцией завершается закалка стали в домашних условиях
