Термічна обробка (гартування відпуск)
Призначення гартування полягає в наданні виробу високої міцності. Але при загартуванні з підвищенням міцності сталь стає більш крихкою.
Для загартування виріб розжарюють до високої температури, а потім швидко охолоджують в спеціальних рідинах.
В залежності від режиму гартування одна й та ж сталь отримує різну структуру і якість. Для отримання найкращих результатів виріб рівномірно нагрівають до температури 740-850ºС, а потім швидко охолоджують до 400-450ºС. Швидкість охолодження повинна бути не менше 150ºС за секунду. Це значить, що охолодження повинно пройти протягом 2-3 сек. Подальше охолодження, нижче 300ºС, може проходити при меншій швидкості, оскільки отримана при гартуванні структура достатньо стійка і швидкість подальшого охолодження на неї ніякої дії не має.
Як охолоджуючі рідини частіше всього використовують воду і трансформаторне масло. Швидкість охолодження в воді більша, ніж у маслі. При температурі води 18ºС швидкість охолодження досягає 600ºС за секунду, а в маслі – до 150ºС за секунду.
При охолодженні гарячої поковки в стоячій воді, між водою та поковкою виникає шар пару, який ізолює розжарену поковку від води. Щоб запобігти цьому користуються проточною водою.
Деколи для підвищення загартування в воду добавляють поварену сіль (до 10%) або сірчану кислоту (до 10-12%).
Розжарення виробу вище критичної точки надає металу великозернистої структури, це призводить до небажаних наслідків: короблення, деформування і утворення тріщин. До цього призводить і швидке охолодження.
При гартуванні інструментів застосовують гартувальні печі, які поділяються на камерні та вогневі, де виріб нагрівається відкритим полум’ям; електричні, муфельні, печі-ванни, які являють собою тиглі, наповнені розчинами солей, наприклад, хлоридом барію.
Нагрівання в ваннах найбільш ефективне, тому що температура ванни завжди постійна і інструмент, який загартовується, не може нагрітися вище цієї температури.
Крім того, нагрівання в рідинних ваннах проходить в 2 рази швидше, ніж в горні, а в розплавленому металі – в 4 рази швидше. Наприклад, для гартування невеликих стальних виробів використовують свинець. Невеликі заготовки опускають у ванни, а зверху кладуть дерев’яне вугілля, яке при горінні на поверхні свинцю дає полум’я — свинець при цьому не окислюється. Щоб свинець не осідав на стальних виробах, їх змащують борошняним клейстером з повареною сіллю.
При розжарюванні інструмента в муфельних печах застосовують такі режими:
1. Виріб кладуть в холодну піч. Нагрівають повільно разом з піччю. Час підігріву тривалий, а температурні напруги, що виникають в виробі, найменші.
2. Виріб кладуть в піч, нагріту до заданої температури. Час підігріву тут менше, але температурна напруга більша, ніж в попередньому випадку.
3. Виріб кладуть у піч, температура якої вища за необхідну для загартування, в процесі нагрівання температуру понижують до заданої. В цьому випадку швидкість нагріву висока, але і напруга, яка виникає в виробі, також дуже велика.
4. Виріб кладуть в піч, температуру якої постійно підтримують вищою за необхідну для загартовування. Виріб нагрівають до заданої температури, але нижче температури печі. Це найбільш форсований режим, при якому температурні напруги досягають максимальних величин.
В останній час для розжарювання під гартування використовують струм високої частоти. Деталь, яку загартовують, кладуть в спеціальний індуктор, по якому пропускають струм високої частоти. Деталь швидко нагрівається до необхідної температури.
Після загартування необхідно провести відпуск. Він пом’якшує дію загартування, підвищує в’язкість, зменшує крихкість і твердість виробу.
Крім того, відпуск понижує внутрішні напруги, що виникли при загартуванні. Для визначення температури відпуску використовують кольори побіжалості. Якщо зачищений від окалини стальний виріб нагрівати до температури 220ºС, то ньому утвориться плівка оксидів заліза, яка надає виробу різного кольору — від світло-жовтого до сірого. З підвищенням температури оксидна плівка потовщується і її колір змінюється. Кольори побіжалості однаково з’являються як на сирій, так і на загартованій сталі.
При відпуску загартованих інструментів використовують два способи.
1. Поверхню загартованого інструменту добре шліфують дрібною шкуркою, а потім нагрівають. По мірі того, як температура підвищується, на чистій поверхні інструмента з’являються кольори побіжалості. Коли з’явиться потрібний колір, а значить виріб нагрітий до потрібної температури, його швидко охолоджують в воді. За кольором потрібно слідкувати уважно, деякі з них, наприклад, світло-червоний, змінюються швидко.
2. При загартуванні інструментів, наприклад, чеканів, штихілів, різців, молотків та ін. вимагають, щоб загартувалась тільки робоча частина, а сам інструмент залишався сирим. В цьому випадку інструмент нагрівають вище ріжучого (робочого) кінця до відповідної температури, після чого охолоджують в воді тільки робочу частину, а місце вище робочої частини залишається гарячим.
Утворення на поверхні окалини приводить до спалення металу, деформації форми виробу. Окрім того, підвищується твердість поверхні і ускладнюється подальша механічна обробка. Окалина видаляється або механічним, або хімічним – травленням.