какое масло используют для закалки металла
Какое масло используют для закалки металла
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
При закалке в масле на изделии образуется значительно меньше тепловых трещин, чем при закалке в воде.
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.
Закалочные масла должны обладать следующими свойствами:
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
3 способа самостоятельной закалки металла
Расскажем о трех способах закалки металла в домашних условиях, охлаждении и контроле качества. Как правильно провести закалку стали в масле и на открытом огне. Какое масло выбрать. Особенности закалки алюминия и меди.
Как можно закалить металл в домашних условиях, наверное, знает каждый мастер, работающий со слесарным или столярным инструментом. Считается, что для этого достаточно разогреть изделие докрасна, а затем охладить его в емкости с водой
Однако в домашней мастерской этим способом можно получить только твердый и хрупкий металл, который вполне подходит для стамесок и ножей, но непригоден для молотков, кернеров или зубил. Режимы термообработки зависят от марки стали и требуемых параметров изделия после закалки, а к ним относятся не только твердость, но и прочность, износостойкость, пластичность и вязкость.
В домашних мастерских, как правило, отсутствуют измерительные приборы, с помощью которых можно узнать температуру детали. Поэтому для того, чтобы закалить деталь, границы нагрева и отпуска приходится распознавать по цвету металла или его побежалости.
Кроме того, перед тем как закалить какое-либо изделие, мастер должен определить (хотя бы приблизительно) марку стали или сплава, из которого оно изготовлено.
Со временем накапливаются и знания, и навыки, но начинающему термисту даже для того, чтобы в домашних условиях успешно закалить сверло, резец или какой-нибудь крепеж, сначала придется пополнить свой теоретический багаж, пообщаться с опытными специалистами и сделать несколько пробных закалок.
Способы бытовой закалки металла
Чтобы закалить изделие из металла в домашних условиях, в первую очередь следует определиться со способом его разогрева до необходимой температуры, а также подобрать емкости для охлаждающих жидкостей.
Кроме того, необходимо выбрать домашнее помещение или место во дворе, где можно заниматься закалкой с соблюдением всех требований техники безопасности. Для нагревания можно использовать источники с открытым пламенем. Но таким способом удастся разогреть и закалить только небольшие по объему детали.
К тому же открытое пламя вызывает окисление и обезуглероживание, которые негативно влияют на поверхностный слой металла. Температуру нагрева домашние мастера, как правило, определяют по цвету нагретой заготовки.
На рисунке ниже приведена цветовая таблица, без которой невозможно правильно закалить изделие из углеродистой стали. Для легированных сталей температурный диапазон обычно сдвинут в сторону увеличения на 20÷50 °C.
Для наддува в кузнечном горне обычно используют промышленный фен, а в качестве топлива подойдет древесный уголь, который продается в любом супермаркете. Небольшую закрытую печь легко изготовить из пары десятков шамотных кирпичей. При этом в зависимости от метода закалки металла в ней можно не только закалить, но и провести отпуск с прогревом всего объема изделия.
Проще всего с емкостями для охлаждения и зажимным инструментом. Для закалочной жидкости подойдет любой негорючий сосуд достаточного размера, а удерживать и перемещать деталь можно щипцами или крючьями с ручками подходящей длины. На видео ниже показано, как в домашних условиях можно закалить топор с использованием самодельного горна и двух емкостей с разными охлаждающими средами.
Закалка на открытом огне
В качестве источника нагрева в таких случаях можно использовать газовую горелку, паяльную лампу или даже конфорку домашней газовой плиты. Главный недостаток такой закалки — это сложность равномерного прогрева изделия по всему объему, т. к. пламя создает высокую температуру на узком, ограниченном участке.
Этот способ подойдет, когда необходимо закалить торец удлиненного изделия, например режущую часть сверла или лезвие стамески, или же небольшую деталь размером в несколько сантиметров.
Еще одна проблема, с которой может столкнуться домашний мастер, решивший закалить углеродистую сталь открытым пламенем, — это сильное окисление и выгорание углерода в поверхностном слое железа, которые приводят к деградации его структуры.
Распространенные среды для самостоятельного каления
Для закалки сталей в домашних условиях обычно используют следующие охлаждающие среды: воздух, воду и водные растворы, минеральное масло. В качестве водных растворов обычно используют 10-15%-й хлористого натрия (поваренной соли), а минеральное масло в домашних мастерских — это чаще всего обычная моторная отработка.
Чтобы закалить отдельные части изделия с разной твердостью, используют закалку с последовательным охлаждением в двух средах. Каждая из этих закалочных сред характеризуется своей скоростью охлаждения, от которой напрямую зависит структура обрабатываемого металла.
К примеру, воздух охлаждает сталь со скоростью 5÷10 °C в секунду, масло — 140÷150 °C, а вода (в зависимости от температуры) — 700÷1400 °C.
Чтобы правильно и без проблем закалить свое изделие, необходимо знать марку металла, из которого оно изготовлено, т. к. от этого зависит как температура нагрева, так и способ охлаждения. Народные умельцы для своих изделий в качестве исходных материалов чаще всего используют б/у изделия из быстрорежущих и инструментальных сталей, которые можно закалить в домашней мастерской.
Ниже в таблице приведены рекомендуемые температурные режимы и среды охлаждения для различных сталей.
Закалка металла в масле
На производстве для закалки обычно используют индустриальное масло И-20 или современные закалочные масла типа «Термойл», «Термо» или «Волтекс». В домашних мастерских народные умельцы пользуются тем, что имеется в наличии. Чаще всего это новое или отработанное моторное масло.
Чтобы безопасно закалить деталь в таком масле в домашних условиях, нужно помнить, что у него по сравнению с промышленными закалочными жидкостями гораздо более низкая температура вспышки, и при погружении в него раскаленного металла оно на короткий срок загорается с выделением едкого дыма.
Поэтому закалочная емкость, применяемая в домашней мастерской, должна иметь минимальную открытую поверхность и использоваться только на открытом воздухе или в проветриваемом помещении. Помимо обычных ведер и жестяных банок, одна из самых распространенных конструкций такой емкости, которой пользуются домашние мастера — это удлиненный отрезок трубы подходящего диаметра с приваренным днищем.
Изготовление камеры для закаливания металла
В такой печи достигается температура свыше 1200 °C, поэтому в ней можно закалить изделия не только из углеродистой или инструментальной, но и из высоколегированной стали. При изготовлении домашних печей из шамотной глины сначала делают картонный каркас по форме и размеру рабочей камеры, который затем покрывают слоем шамота.
Поверх его наматывают нагревательную спираль, а затем накладывают основной теплоизолирующий слой. При такой конструкции область нагрева изолирована от нагревательного элемента, что важно, когда необходимо закалить сталь, чувствительную к окислам и выгоранию углерода.
Самой же распространенной конструкцией домашних закалочных печей являются установки, тепловые корпуса которых выполнены из шамотного кирпича или аналогичных ему огнеупоров. Рабочая температура у таких материалов более 1400 °C, поэтому в подобных печах можно закалить практически любой вид стали и многие тугоплавкие сплавы.
Конструктивно такая домашняя печь похожа на обычную печь на дровах, только имеет гораздо меньшие размеры. Нагрев металла в ней осуществляется с помощью электрической спирали, уложенной в пазы по периметру внутреннего пространства.
Если необходимо качественно закалить сталь, ее необходимо нагреть до точно заданной температуры, поэтому большинство таких домашних самоделок оснащено терморегуляторами (их свободно можно приобрести на «Алиэкспресс»).
На видео ниже показано устройство такой домашней печи с торцевой загрузкой и терморегулятором, который позволяет закалить сталь с точным соблюдением температурных режимов. Ее тепловой корпус изготовлен из муллитокремнеземистых огнеупорных плит ШПТ-450.
Как самостоятельно провести отпуск
Для большинства сталей (углеродистых и низколегированных), которые можно закалить в домашней мастерской, отпуск проводится при температурах в интервале от 150 до 250 °C (см. таблицу выше). В отличие от закалки такой нагрев не требует специального оборудования, поэтому многие домашние мастера используют для этих целей духовки бытовых плит с терморегуляторами.
Определить температуру нагрева при отпуске можно по цвету побежалости — разноцветной оксидной пленки, возникающей на поверхности стали при нагреве (см. рис. ниже). Если закалить сталь «на мартенсит», т. е. с быстрым охлаждением в воде, то получится очень твердая, но хрупкая структура. Поэтому отпуск является обязательной процедурой при термической обработке режущего инструмента.
Проверка качества закалки
Если на поверхности остаются бороздки, то это значит, что закалить сталь до нужного значения не получилось и ее твердость ниже этой величины. Если же надфиль скользит по поверхности закаленного металла, то его твердость в норме.
Еще один способ проверки качества домашней закалки — это царапание закаленной сталью поверхности бутылочного стекла (см. фото ниже). Кроме твердости, в домашних условиях при наличии определенных навыков можно проверить и структуру металла. Для этого необходимо закалить несколько образцов одинаковой стали в разных режимах, а затем на глаз сравнить структуру и размер зерна.
Особенности закалки алюминия
Такая потребность у домашнего мастера может возникнуть после сварки между собой деталей из алюминиевых сплавов, т. к. в этом случае они очень часто теряют жесткость в области, прилегающей к сварному шву. Но в домашних условиях закалить алюминий очень сложно, т. к. для этого нужно точно знать тип сплава и выдерживать термические параметры с точностью как минимум ±5 °C.
Охлаждение тоже требует определенных навыков, т. к. при неточном соблюдении технологии изделие может повести. Если же все-таки хочется освоить этот вид термообработки для использования в домашних условиях, то в первую очередь необходимо обзавестись печью с точным терморегулятором, а также быть готовым к тому, что каждый раз придется закаливать поочередно несколько образцов для подбора нужных параметров термического процесса.
Особенности закалки меди
Технологии термообработки стали и меди имеют принципиальные отличия. Нагрев меди до красного каления (свыше 600 °C) и быстрое охлаждение в воде приводит к ее отпусканию (т. е. она становится мягкой).
Закалить медь в домашних условиях сложнее, чем отпустить, т. к. для этого ее нужно нагреть всего до 400 °C, при которых она не имеет свечения. После нагрева до указанной температуры медное изделие медленно остужается на воздухе, после чего оно приобретает твердость, как после нагартовки.
Если все-таки есть насущная потребность закалить какое-то количество медных деталей в условиях домашней мастерской, придется обзавестись пирометром для контроля температуры нагрева.
Мы описали два способа проверки качества закалки в домашних условиях. А какие знаете вы? Поделитесь, пожалуйста, информацией в комментариях к этой статье.
Характеристики закалочных масел
Mасла достаточно часто применяются в качестве закалочной среды для некоторых низкоуглеродистых сталей и для более широкого спектра средне- и высокоуглеродистых сталей различного легирования. На закаливающую способность масла влияет много факторов, основными из которых являются физико-химические характеристики: вязкость и плотность при различных температурах, теплопроводность, стойкость против шлакообразования (стойкость против старения).
Для того, чтобы понимать, как и в какой степени эти факторы влияют на закаливаемость, нужно более детально рассматривать процесс охлаждения стали. Закалка не является идеально прямой линией между осью ординат и областью минимальной устойчивости аустенита.
Эта линия имеет изгибы, соответствующие разной скорости на разных этапах охлаждения. Такие изменения скоростей являются следствием процессов, происходящих в системе деталь — охлаждающая среда при закалке.
При погружении изделия в закалочную ванну, на его поверхности образуется паровая рубашка, которая имеет низкий коэффициент теплопроводности. Охлаждение на этой стадии протекает очень медленно и характеризуется неравномерностью. Данная фаза длится несколько секунд и является самым важным этапом охлаждения, т.к. при завершении паровой фазы, начинается фаза пузырькового кипения со структурообразующими, критическими скоростями. Фактически, паровая фаза сдвигает диаграмму изотермического превращения аустенита влево, ровно на столько, сколько она длится и снижает температуру начала интенсивного охлаждения. Ускорить протекание этого этапа охлаждения можно при помощи активного перемешивания масла. Здесь, основным показателем эффективности этого мероприятия служит кинематическая вязкость масла. Это свойство зависит от температуры процесса и от природы производства масла. Кинематическая вязкость определяет, с какой скоростью будет двигаться масло в закалочной ванне при перемешивании. Однако следует учитывать, что высокие скорости движения среды могут вызвать сильное вспенивание.
Стадия пузырькового кипения начинается когда целостность паровой пленки нарушается и поверхность детали соприкасается с охлаждающей средой. При этом температура поверхности охлаждаемого изделия быстро понижается до температуры кипения масла и остается постоянной до окончания кипения. Интенсивность охлаждения зависит от теплоты парообразования применяемого масла. Чем больше значение теплоты, тем выше скорость охлаждения.
Далее кипение прекращается, и охлаждение происходит в результате конвективного теплообмена. Скорость охлаждения в этой стадии зависит от вязкости и теплопроводности масла, а также от разности температур изделия и охладителя.
Еще одной экономической характеристикой качества масла является скорость уноса вещества с обрабатываемыми поверхностями деталей. Она не может быть однозначно определена, т.к. в большей степени зависит от конкретных условий использования (одиночный закалочный бак, бак в составе автоматической линии, с учетом времени на стекание или без учета). Однако эта характеристика находится в некоторой корреляции с вязкостью масла и чаще не превышает 1% площади обрабатываемых изделий. При сравнении характеристик масел, нужно обращать внимание на допустимое количество воды и посторонних примесей. Вода в масле может быть причиной неравномерной твердости и возгорания закалочного бака. Чем больше воды в масле, тем больше вероятность этих явлений.
Идеальное закалочное масло должно охлаждать изделия максимально быстро в области минимальной устойчивости аустенита и максимально медленно в области Мн — Мк. Из выше сказанного следует, что при выборе такого идеального и безопасного закалочного масла, в первую очередь следует учитывать его вязкость, теплоту парообразования, теплопроводность и температуру вспышки.
Какое масло используют для закалки стали?
Закалочные масла
На российском рынке имеется целый ряд масел, предназначенных для холодной, горячей и вакуумной закалки. Закалочные масла, представленные в нашем каталоге, изготовлены из очищенного сырья с добавлением присадок, обеспечивающих им необходимые свойства. Они позволяют производить изделия с необходимым показателем твёрдости поверхности. Благодаря такому свойству закалочного масла как низкая испаряемость, паровая оболочка детали разрушается уже на первой стадии обработки. Вследствие этого поверхность изделия охлаждается равномерно и не подвергается искривлению.
Преимущества использования масла в процессе закаливания
Качественному закалочному маслу свойственна повышенная охлаждающая способностью. Оно даёт возможность:
• улучшить закалочные характеристики;
• повысить скорость остывания деталей;
• избавиться от отложений;
• защитить от коррозии обрабатываемые детали.
При термической обработке металлов применение специального масла предотвращает появление дефектов и трещин. Масла для закалки, которые мы предлагаем своим покупателям, способны сохранять свои свойства в течение всего необходимого срока даже при самых высоких температурах. Они не разлагаются и не образуют нежелательных отложений, которые могли бы повлиять на цвет готового изделия. С их помощью вы избавитесь от осадков и окалин на обрабатываемых поверхностях.
Как выбрать качественное масло для горячей или холодной закалки
Традиционно масла, предназначенные для закалки металла, оценивают по таким показателям:
• показатель вязкости;
• зольность;
• склонность к испарению;
• пожаробезопасность;
• число омыления;
• плотность.
Выбор закалочного масла зависит от условий обработки детали и её размеров. Оно должно характеризоваться высокими показателями термической и химической стабильности. Одно закалочное масло может быть использовано при более высоких температурах, чем масло другое, поскольку обладает большей охлаждающей способностью и не вступает во взаимодействие с металлом в процессе закаливания.
Чтобы приобрести качественное масло для горячей или же холодной закалки с отличными характеристиками, прибегайте к услугам только тех поставщиков, которые являются официальными представителями компаний-изготовителей.
Применение закалочных масел:
Для термической обработки металлических изделий, придания им повышенной твердости, износоустойчивости, прочности и продления эксплуатационного ресурса применяют закалочные масла. Широкое применение закалочные масла получили в станкостроении и металлообработке. Их используют в производстве химических волокон и в качестве смягчителей в составе компаунда для производства шинных изделий.
Высокая охлаждающая способность, которой характеризуются закалочные масла ЛУКОЙЛ, повышает скорость охлаждения деталей и механизмов, избавляет их от различного рода отложений, улучшает закалочные характеристики механизмов, а также является отличным антикоррозийным средством.
Характеристики закалочных масел
Mасла достаточно часто применяются в качестве закалочной среды для некоторых низкоуглеродистых сталей и для более широкого спектра средне- и высокоуглеродистых сталей различного легирования. На закаливающую способность масла влияет много факторов, основными из которых являются физико-химические характеристики: вязкость и плотность при различных температурах, теплопроводность, стойкость против шлакообразования (стойкость против старения).
Для того, чтобы понимать, как и в какой степени эти факторы влияют на закаливаемость, нужно более детально рассматривать процесс охлаждения стали. Закалка не является идеально прямой линией между осью ординат и областью минимальной устойчивости аустенита.
Эта линия имеет изгибы, соответствующие разной скорости на разных этапах охлаждения. Такие изменения скоростей являются следствием процессов, происходящих в системе деталь — охлаждающая среда при закалке.
При погружении изделия в закалочную ванну, на его поверхности образуется паровая рубашка, которая имеет низкий коэффициент теплопроводности. Охлаждение на этой стадии протекает очень медленно и характеризуется неравномерностью.
Данная фаза длится несколько секунд и является самым важным этапом охлаждения, т.к. при завершении паровой фазы, начинается фаза пузырькового кипения со структурообразующими, критическими скоростями. Фактически, паровая фаза сдвигает диаграмму изотермического превращения аустенита влево, ровно на столько, сколько она длится и снижает температуру начала интенсивного охлаждения.
Ускорить протекание этого этапа охлаждения можно при помощи активного перемешивания масла. Здесь, основным показателем эффективности этого мероприятия служит кинематическая вязкость масла. Это свойство зависит от температуры процесса и от природы производства масла. Кинематическая вязкость определяет, с какой скоростью будет двигаться масло в закалочной ванне при перемешивании. Однако следует учитывать, что высокие скорости движения среды могут вызвать сильное вспенивание.
Стадия пузырькового кипения начинается когда целостность паровой пленки нарушается и поверхность детали соприкасается с охлаждающей средой.
При этом температура поверхности охлаждаемого изделия быстро понижается до температуры кипения масла и остается постоянной до окончания кипения.
Интенсивность охлаждения зависит от теплоты парообразования применяемого масла. Чем больше значение теплоты, тем выше скорость охлаждения.
Далее кипение прекращается, и охлаждение происходит в результате конвективного теплообмена. Скорость охлаждения в этой стадии зависит от вязкости и теплопроводности масла, а также от разности температур изделия и охладителя.
Кроме описанных свойств, для оценки качества масла могут применяться и другие характеристики. Температура вспышки — очень важное свойство в плане противопожарной безопасности.
Как правило, в производстве используют масла с температурой вспышки на 50-60 градусов выше, чем температура процесса. Плотность масла может указать на природу его происхождения и способ обработки.
Однако присадки могут изменить это значение, поэтому характеристика плотности не может служить адекватным показателем качества.
Стойкость против старения — показатель экономической эффективности использования того или иного масла. Это время нормальной работы охлаждающей среды до образования продуктов горения и шлака на дне и стенках ванны.
Время смены масла чаще определяется практически, по изменению цвета закаливаемых изделий или появлением мягких пятен на поверхности. Производители закалочных масел предпочитают не указывать эту характеристику в документации.
Еще одной экономической характеристикой качества масла является скорость уноса вещества с обрабатываемыми поверхностями деталей.
Она не может быть однозначно определена, т.к. в большей степени зависит от конкретных условий использования (одиночный закалочный бак, бак в составе автоматической линии, с учетом времени на стекание или без учета). Однако эта характеристика находится в некоторой корреляции с вязкостью масла и чаще не превышает 1% площади обрабатываемых изделий.
При сравнении характеристик масел, нужно обращать внимание на допустимое количество воды и посторонних примесей. Вода в масле может быть причиной неравномерной твердости и возгорания закалочного бака. Чем больше воды в масле, тем больше вероятность этих явлений.
Идеальное закалочное масло должно охлаждать изделия максимально быстро в области минимальной устойчивости аустенита и максимально медленно в области Мн — Мк. Из выше сказанного следует, что при выборе такого идеального и безопасного закалочного масла, в первую очередь следует учитывать его вязкость, теплоту парообразования, теплопроводность и температуру вспышки.