Печи накаливания, отжига, отпуска и закалки для термической обработки стали.

JTEKT Machine Industries представлена в Европе
Crystec Technology Trading GmbH

Термическая обработка стали

Печи накаливания, отжига, отпуска и закалки для термической обработки стали

Сталь - это сплав железа и углерода, причем содержание углерода обычно колеблется в диапазоне между 0,02 % и 6,5 %. Атомы углерода расположены в промежуточных положениях решетки железа, которые имеют различный размер, и в связи с этим вызывают неравную деформацию и напряжение решетки. Весьма часто другие металлы как Хром, Cr, Cobalt Co, МС Марганца, и т.д. также входят в состав стали и это тоже изменяет параметры решетки и свойства стали.
При комнатной температуре и до 911°C чистое железо представлено кубической конфигурационной решеткой (α - железо), называемой ферритом. При более высокой температуре между 911°C и 1392°C представлена кубическая конфигурация (γ - железо), назывемая аустенитом. Выше 1392°C снова в небольшом диапазоне кубичесая решетка, названная δ - железо или δ - феррит. В зависимости от конфигурации решетки углерод тогда находится или в четырехугольнике, или в восьмиугольниках решетки железа и вызывает различную деформацию размера решетки. Чем больше деформация, тем тверже сталь.
При медленном охлаждении стали после литья кристаллическая решетка проходит такие фазы, как аустенит и феррит или смешанные фазы. Во время преобразования углерод мигрирует в наиболее удобные положения решетки. Однако поглощение углерода решеткой ограничено и когда максимальная растворимость углерода в железе достигнута во время охлаждения, образуются либо осаждения цементита, железо-карбита, либо графита. Цементит - карбид железа Fe
3C, в то время как перлит - смесь цементита и феррита. При более высоком cодержании углерода, образуется ледобурит, смесь аустенита и цементита. Различные фазы представлены в диаграмме состояние железо- углерод (Вы можете видеть здесь упрощенную версию).

Fe-C-упрощенную версию, феррита, аустенита, перлит, цементита, мартенситная

Такие свойства стали как твердость или долговечность зависят от деформации решетки и существования осаждения, а так же от размере различных кристаллитов. Эти свойства могут формироваться или настраиваться различными тепловыми процессами. JTEKT Thermo Systems (ранее Koyo Thermo Systems) может предложить технологию, оборудование и печи для получения соответствующих свойств стали. Большинство печей JTEKT использует Moldatherm®-heaters.

Crystec Technology Trading GmbH, Germany, www.crystec.com, +49 8671 882173, FAX 882177
Line

Печи для отжига и закалки стали

Во время отжига, заготовка нагрета до определенной температуры и затем медленно охлаждается. Это может быть сделано, чтобы достигнуть следующих целей:
При крупно-зерновым отжиге требуется увеличение размера отдельных кристаллитов. Следовательнo, стабильность материала и уменьшение тягучести, что требуется для некоторых процессов механической обработки.
Термообработка снятия напряжения имеет место при относительно низких температурах между 480°C и 680°C и приводит к перемещению остаточного напряжения заготовки. Это напряжение -результат механической деформации или обработки. Ни в чем другом свойства стали не должны быть изменены.
Гомогенизация требует два дня и имеет место при относительно высоких температурах между 1050°C и 1300°C и, как предполагается, обеспечивает даже распределение примесей в металлической решетке. Скорость охлаждения определяет развитие фаз, и следовательно, свойства стали.
Перекристаллизационный отжиг, отжиг является восстановлением форм кристаллита до тех, которые существовали перед закалкой. Чтобы этого достичь, образец нагревается до температуры чуть выше температуры перекристаллизации, обычно между 550°C и 700°C. Температура перекристаллизации зависит от материала и уровня деформации.
Нормализация стали является одной из самых важных высокотемпературных обработок. Создается мелкая структура кристаллитов, равномерно распределенная по образцу. Сталь с более высоким содержанием углерода требует для отжига температуры чуть ниже 800°C; сталь с более низким содержанием углерода - 950°C.
С Мягким отжигом стали, существующие осаждения цементита или перлита снижены, чтобы уменьшить твердость и пpочность стали и чтобы сделать деформацию легче. Типичная температура для этого процесса колеблется между 680°C и 780 °.
JTEKT предлагает непрерывные и прерывистые печи для всех процессов отжига, как в условиях атмосферы, так и в вакууме.

Непрерывная нормализующая печь Печь для отжига стальных проводов
Непрерывная нормализующая печь Печь для отжига стальных проводов

Crystec Technology Trading GmbH, Germany, www.crystec.com, +49 8671 882173, FAX 882177
line

Закалка стали

Закалка стали в закаливающей печи

При закалке нелегированной стали в печи закалки образец сначала греется до температуры между 800 °C и 900 °C, до тех пор пока в случае стали с низким содержанием углерода остается чистый аустенит. В случае легированной стали необходимая температура может существенно отклоняться
Чтобы избежать коррозии в печи может применяться экзотермический газ. Экзотерм производится также в соответствующем газогенераторе из углеводородов и содержит наряду с CO, Н2 и N2 также CO2 и Н2О.

Экзотермический газовый генератор
Экзотермический газовый генератор

После закалки сталь охлаждается быстро или закаляется, чтобы препятствовать атомам углерода мигрировать к выгодным положениям в решетке во время фазового перехода. Этого можно избежать, потому что скорость распространения атомов углерода становится слишком низкой при низкой температуре для того, чтобы перемещаться между положениями решетки.
С понижением температуры решетка железа все еще изменяет свою структуру, и как результат производится так называемый мартенситная или мартенситная сталь. Из-за деформации решетки и напряжения решетки, мартенсит является очень твердым, но также более не деформируемым и не ломким.
Для более толстых образцов, необходимы соответственно более высокие скорости остывания, чтобы закалить весь образец. На практике, эти части помещены в нефтяные или водяные ванны. Наиболее эффективным методом является закалка водой из-за её высокой теплопроводности. При опускании в воду, прежде всего проводящий паровой слой образуется на его поверхности (явление Leidenfrost). Необходимо обратить внимание на погружение образца правильным способом. Его поверхность должна равномерно контактировать с жидкостью. Также водные полимерные растворы могут использоваться для закалки.
Образец может быть нагрет либо в цепной конвейерной печи или в печи с роликовым подом, куда образец падает или спускается в ванну закалки, или в печи типа капота, которая загружается снизу и откуда образцы могут быть быстро извлечены.

Верхне-нижние печи закалки Решетко-поясная печь с ванной закалки Вакуумно-закаливающие печи
Верхне-нижние печи закалки Решетко-поясная печь с ванной закалки Вакуумно-закаливающие печи

Весьма часто вакуумные печи используются для процесса закалки. Низкое содержание кислорода предотвращает окисление и коррозию поверхности образцов.

Отмывка образцов

После закалки образцов в масле или эмульсии, требуется очистка частей, прежде чем они смогут быть введены в следующую печь для отжига и закалки. JTEKT предлагает специальные моечные машины для такого применения. Отмывка может также быть введена в постоянный процесс. Отжиг, закалка, мытье и отпуск могут быть осуществлены в одном и том же узле оборудования.

Отмывка образцов после закалки
Отмывка образцов после закалки

Отмывка после закалки

Отпуск стали после закалки

После закалки мартенситная сталь является очень твердой, но также и ломкой. Отпускoм образцов можно этому воспрепятствовать.
В температурном диапазоне ниже 100°C сначала концентрация углерода мартенситной стали увеличивается в областях дефектов решетки. При температурах между 100°C и 200°C атомы углерода начинают мигрировать из их невыгодных положений в решетке железа. Осаждение карбида железа начинается. Если температура будет еще увеличена , этот процесс будет ускорен. При более чем 320°C почти все атомы углерода покинули свои неблагоприятные промежуточные положения решетки. При 400°C никакие серьезные микро изменения структуры более не происходят, и сталь снова становится мягкой. Однако в случае сплавов стали с хромом, ванадием, молибденом и вольфрамом твердость снова увеличивается в этом температурном режиме, потому что формируются специальные карбиды. Это вторичное отвердение важно для изделий, которые должны сохранять твердость в условиях повышенной температуры.
В общем случае, твердость стали уменьшается с увеличением температуры закалки. В присутствии воздуха поверхность окисляется, что может быть видно по типичным цветовым изменениям стали во время этого процесса. Цвет соответствует толщине наращенного окисного слоя. Необходимое время отжига зависит от массы и толщины обрабатываемых частей.

Crystec Technology Trading GmbH, Germany, www.crystec.com, +49 8671 882173, FAX 882177
Linie

Закалка поверхностей

В противоположность закалке стали oтпускoм, закалкой и отжигом, где закаляется основной материал, технология закалки поверхности закаляет только поверхность стали. Твердая поверхность и податливый внутренний материал приводят к особенно хорошим свойствам стали. Для закалки поверхностей могут быть использованы несколько методов.

Карбонизация, карбуризация

Карбонизация, карбуризация - несколько слов используются для одного и того же процесса. Эта поверхностная закалка или частичная закалка или пакетный метод могут использоваться для низко- углеродистых сталей. Материал обрабатывается в богатом углеродом, эндотермическом газе.
Эндотермический газ вырабатывается в газовом генераторе из метана, этана или пропана и состоит главным образом из карбонмоноксида CO, углерода H2 и азота N2.

Эндотермический газовый генератор
Эндотермический газовый генератор

Сталь нагревается при температуре 900°C до 1000°C в специальной печи закалки или отжига, где она поглощает атомы углерода из эндотермической газовой атмосферы. Kонцентрация углерода может быть увеличена до уровня насыщенности аустенита в областях, близких к поверхности (приблизительно 1 мм глубиной). Затем следуют закалка и отжиг. Печи JTEKT KCF -типа могут использоваться для этого процесса. Могут использоваться непрерывные и прерывистые печи. В непрерывной печи транспортировка может быть осуществлена керамическим роликовым подом, толчковой системой или как отжиг полос на сетчатом ленточном конвейере.

Непрерывная печь толкательного типа с керамической системой роликовой транспортировки Непрерывная цепная печь для коксоватния стали
Непрерывная печь толкательного типа с керамической системой роликовой транспортировки Непрерывная цепная печь для карбонизации, коксоватния стали

Ротационные барабанные печи могут также использоваться для этого процесса. В такие системы могут быть введены закалка, oтпуск, очистка и отжиг.

Ротационная барабанная непрерывная печь науглероживания стали
Ротационная барабанная непрерывная печь науглероживания стали

Карбонитрирование

Для карбонитрирования не только углерод распространяется в стали, но также и азот и осаждение азота происходит в областях, близких к поверхности. Аммиак NH3 обычно используется как источник азота.
Карбонитрирование при низкой температуре 650 до 770°C приводит к хорошему распространению азота и после закалки образуется тонкая пленка азота и карбида на мартенситовой поверхности. Если карбонитрирование сделано при высокой температуре 770°C до 930°C, то эта пленка не образуется, потому что тогда скорость распространения углерода выше. Содержание азота стабилизирует фазу аустенита и допускает более низкую скорость закалки с увеличенной твердостью. Однако твердый слой является обычно более тонким по сравнению с науглероживанием, и потому характеристики материала изменяются больше от поверхности к основе.
Закалка должна следовать за oтпускoм для карбонитрирования так же как для карбуризации.

Карбонитридные печи Безрамочная версия с вакуумной ванной закалки
Карбонитридные печи Безрамочная версия с вакуумной ванной закалки

Азотирование и нитронауглероживание

Азотирование является методом упрочнения поверхности, где азот распространяется в стальную поверхность при довольно низкой температуре 500 до 550°C. Аммиак служит источником азота. Азот распространяется в стали и занимает промежуточные положения в железной решетке. Это вызывает искажение и напряжение. Материал не должен закаляться, и эффект поэтому не является результатом формирования мартенсита. Во время охлаждения осаждение азота - главная причина увеличения твердости.
Для нитрокарбуризации не только азот распространяется в материале, но также и углерод. В качестве источника углерода обычно используется моноксид углерода или гидрокарбонат. У азота более высокая глубина распространения, в то время как углерод концентрируется только в областях близко к поверхности. Растворимость углерода низка в азотированной стали, и скорость распространения ниже по сравнению с азотом. Во время охлаждения образуются карбонитриды. Азотокарбурация- более быстрый процесс по сравнению с азотированием.
Азотированная и карбонитрированная сталь имеет довольно тонкую, твердую и скользкую поверхность. Она не так износостойка и немного хрупка.

Газовая азотная печь 2-этапная печь азотирования
Газовая азотная печь 2-этапная печь азотирования

JTEKT Thermo Systems и Crystec будут рады спроектировать для Вас установку, эффективную по затратам, которая удовлетворит Ваши самые высокие требования.