Как отпустить металл после закалки


что это такое, как отпустить сталь в домашних условиях

Суть отпуска стали и его виды: физика процесса, температурные диапазоны и особенности применения. Низкий, высокий и средний отпуск. Отпускная хрупкость, и как ее избежать. Самостоятельный отпуск стали в домашних условиях.

Отпуск стали является заключительной стадией термообработки и используется для снижения избыточной твердости, уменьшения хрупкости и устранения внутренних напряжений металла. Чаще всего его применяют к углеродистым сталям, подвергнутым закалке на мартенсит, т. е. нагретым немного выше 727 ºC и охлажденным с высокой скоростью в водной среде. Обычно стальные изделия отпускают при температурах, которые в несколько раз ниже температуры закалки, сохраняя при этом мартенситовую структуру, обеспечивающую твердость металла. Такой термообработке в основном подвергают режущий инструмент и другие изделия из инструментальных сталей. Однако, существуют виды отпуска с нагревом, близким к закалочному (на троостит и на перлит), после которых металл приобретает требуемую упругость и у него повышается ударная вязкость. Легирующие добавки замедляют процесс формирования необходимой структуры, поэтому детали из легированных сталей отпускаются при более высоких температурах. Традиционная технология отпуска — это нагревание изделия до нормативного значения с охлаждением его на открытом воздухе, хотя некоторые виды стальных изделий отпускают в масляных или расплавных средах. Отпускать можно как все изделие, так и его часть. Например, у ножей подвергают отпуску только обушок и рукоятку, сохраняя при этом полную закалку лезвия.

Что такое отпуск стали


Отпуском металла называют один из видов термической обработки, при которой сохраняется его фазовое состояние, но при этом корректируется ряд закалочных характеристик. В первую очередь при отпуске резко уменьшается напряжение внутренней структуры, которое возникает в результате деформаций кристаллической решетки при закалке. Кроме того, снижается жесткость и хрупкость, что является следствием насыщения игольчатых элементов мартенсита ферритом и образования перлитовых зерен (см. рис. ниже). Такая структура сохраняет свойства закаленного металла, но вместе с тем становится более пластичной и вязкой. У легированных сталей все эти процессы протекают с некоторыми отличиями, которые связаны с тем, что легирующие элементы в определенных условиях становятся центрами кристаллизации и таким образом изменяют физико-химические характеристики металла.



Стальные изделия отпускают путем их нагрева до заданного значения с последующим медленным охлаждением на открытом воздухе или в специальной среде. От температуры разогрева напрямую зависит фазовое состояние и структура металла, образующиеся после отпускания, а следовательно, и его физические характеристики. В целом соблюдается правило: чем выше температура, тем ниже хрупкость и твердость и выше гибкость и вязкость. В зависимости от используемых температурных диапазонов выделяют три основных вида отпуска стали: низкий, средний и высокий, пределами нагревания которых являются, соответственно, 300 ºC, 450 ºC и 650 ºC. Первый вид характеризуется самой высокой твердостью, а последний — самой большой ударной вязкостью. Температуры нагрева при отпуске сталей напрямую зависят от их химического состава, т. к. легирующие добавки оказывают значительное влияние на процесс формирования структурных элементов. Обычно это связано с замедлением распада мартенсита, что требует повышения температурных режимов. Кроме того, при отпуске высоколегированных сталей могут присутствовать такие явления, как увеличение жесткости, связанное с образованием троостита, и возникновение отпускной хрупкости.

Низкий отпуск


Низкой отпуск производится в температурном диапазоне 120÷300 ºC. Выбор конкретного температурного режима зависит от марки металла и требуемого результата. Чаще всего таким способом снижают внутренние напряжения и несколько повышают вязкость инструментальных сталей, которым требуется повышенная твердость и стойкость к износу. При 120÷150 ºC изменения твердости не происходит, а только снижаются остаточные напряжения. Для ее уменьшения изделие необходимо нагреть как минимум до 200 ºC и выдерживать в этих условиях не менее одного часа. В интервале от 200 ºC до 300 ºC начинается формирование мартенсита отпуска и происходит уменьшение твердости с одновременным увеличением вязкости стали. В некоторых случаях в этом температурном диапазоне наблюдается значительное снижение вязкости, которое называют отпускной хрупкостью. Последствия этого явления устраняются дополнительной термообработкой. Кроме инструментальных, низкий отпуск с нагреванием до 250 ºC применяется и для конструкционных сталей, поверхность которых была подвергнута термохимической обработке.

Средний отпуск

Средний отпуск предназначен для термообработки стальных изделий, которые должны сочетать в себе повышенную прочность и упругость с заданными параметрами вязкости. Как правило, таким способом отпускают рессорные и пружинные стали, работающие в режиме переменных динамических нагрузок. Температурный диапазон в этом случае составляет от 300 ºC до 450 ºC, а твердость снижается до 45÷50 HRC против 60÷63 при низкотемпературном отпуске. После такой термообработки сталь приобретает трооститную структуру. Выдержка при нагреве при среднем отпуске может составлять до нескольких часов, а охлаждение проводится естественным путем на спокойном воздухе.

Высокий отпуск


Высокий отпуск проводится в температурном диапазоне, приближенном к критической точке: от 450 ºC до 650 ºC. После такой термообработки сталь становится пластичной, у нее повышается относительное удлинение и сужение, а также ударная вязкость. Это связано с тем, что металл приобретает структуру сорбита отпуска и у него на 95 % снижаются внутренние напряжения. Таким способом отпускают изделия, работающие в условиях ударных нагрузок: валы, оси, шатуны, детали прессов и кузнечных молотов. Если же сталь отпускать при 690 ºC, то в ее структуре будет превалировать зернистый перлит, а сама она будет иметь максимальную пластичность и минимальную прочность. У некоторых ванадиевых, хромовых и вольфрамовых сталей при отпускании с нагреванием до 560 ºC может происходить образование троостита, что ведет к повышению твердости (т. н. вторичная твердость).

Отпускная хрупкость


Практически для всех сталей действует стандартная зависимость: чем выше температура нагрева при отпуске, тем больше пластичность и вязкость отпущенного изделия. Однако у некоторых марок при повышении температуры наблюдается снижение этих физических характеристик и увеличение жесткости и хрупкости. Это явление называется отпускной хрупкостью и имеет место при термообработке как углеродистых, так и легированных сталей. Она проявляется в двух температурных диапазонах: 250÷400 ºC и 500÷550 ºC и, соответственно, носит название отпускной хрупкости I и II рода (см. рис. ниже). Первая характерна для углеродистых сталей, и избавиться от нее можно, снова нагрев деталь немного выше 400 ºC. Повторно она, как правило, не проявляется, но при этом у металла наблюдается некоторое снижение твердости. Отпускная хрупкость II рода может возникать у легированных сталей, которые после нагрева до указанного интервала подвергаются медленному охлаждению. Для нейтрализации этой проблемы обычно повышают скорость охлаждения, при этом повторный нагрев изделия может снова вызвать возникновение такой хрупкости. Еще один способ, позволяющий избавиться от этого явления, — введение в состав сталей небольших количеств молибдена или вольфрама. Для отпуска крупногабаритных деталей он предпочтительнее, т. к. большая скорость охлаждения может вызвать их деформацию и возникновение чрезмерных внутренних напряжений.

Как отпустить сталь самостоятельно


Для того чтобы отпустить сталь в домашних условиях с целью снятия внутреннего напряжения, ее марку знать необязательно — достаточно нагрева до температуры не выше 200 ºC и выдержки в этих условиях не менее часа. Если же планируется отпустить стальное изделие для снижения твердости и повышения вязкости, то для определения температурных режимов отпуска знание марки стали необходимо. На самом деле это не такая сложная задача, как может показаться. В учебниках по термообработке и на интернет-сайтах достаточно таблиц с перечнями изделий и марками стали, из которых они изготавливаются, а часто даже и с температурными режимами их закалки и отпуска (см. таблицу выше). Для нагрева своей детали можно использовать практически любой источник тепла: от духовки кухонной плиты до газовой горелки или самодельного горна. Важным моментом является температура разогрева. В принципе, ее можно определить по цветовым таблицам побежалости, появляющейся на горячем металле, которые также легко найти в интернете. Это старинный проверенный метод, известный еще с древних времен, но он требует некоторого опыта, т. к. его главные недостатки — это субъективность восприятия цвета и его зависимость от внешнего освещения. Для новичка лучшим решением будет использование терморегулятора плиты или обычного мультиметра с термопарой.

Приходилось ли кому-нибудь использовать мультиметр с термопарой для замера температуры отпуска? Насколько точен этот прибор и как соответствуют его показания цвету побежалости? Если кто-нибудь имеет такой опыт, напишите, пожалуйста, ваше мнение в комментариях.

Закалка стали

Закалка стали достигается подходящей закалкой от в пределах или выше критического диапазона. Температуры - это такие же, как и для полного отжига. Время выдержки в воздушных печах должно составлять 1,2 мин на каждый мм поперечного сечения или 0,6 мин в солевые или свинцовые ванны. Неравномерный нагрев, перегрев и чрезмерное образование накипи необходимо избегать.

Закалка необходима для подавления нормального пробоя аустенит на феррит и цементит, и вызвать частичное разложение при такой низкой температуре для получения мартенсита.Для этого стали требуется критическая скорость охлаждения , которая значительно снижается на наличие легирующих элементов, которые вызывают упрочнение мягкая закалка (например, масло и закаленные стали).

Стали с содержанием углерода менее 0,3% не поддаются эффективной закалке, в то время как максимальный эффект достигается примерно на 0,7% за счет повышенного тенденция к удержанию аустенита в высокоуглеродистых сталях Рис. 1.

Рисунок 1.Вариация твердости мартенсита и бейнита с содержанием углерода

Вода - одна из самых эффективных закалочных сред, где требуется максимальная твердость, но она может вызвать деформацию и взлом статьи. Где твердостью можно пожертвовать, кит, хлопок используются семена и минеральные масла. Они склонны к окислению и образованию шлама с последующее снижение эффективности.

Скорость закалки масла намного меньше, чем у воды.Феррит и троостит образуются даже на небольших участках. Средний соотношение воды и масла может быть получено с водой, содержащей 10-30% Ucon, вещество с обратной растворимостью, которое оседает на объект с низкой скоростью охлаждения. Чтобы минимизировать искажения, длинные закалку цилиндрических предметов следует производить по вертикали, плоские участки - по бокам и толстые секции должны попасть в ванну первыми. Для предотвращения образования пузырьков пара образуя мягкие пятна, необходимо взболтать водную баню для закалки.

Полностью закаленная и отпущенная сталь развивает лучшие сочетание прочности и пластичности.

Закалка и закалка

Мартенсит закаленной инструментальной стали чрезвычайно хрупкий. и сильно подчеркнуты. Следовательно, растрескивание и искажение объекта могут возникнуть после закалки. Остаточный аустенит нестабилен и как он меняет размеры, может изменяться, например матрицы могут изменяться на 0,012 мм.

Следовательно, необходимо нагреть сталь под критический диапазон, чтобы снять напряжение и позволить задержанным Происходит реакция осаждения цементита.Это известно как закалка .

  • 150-250 ° С. Нагревают объект в масляной ванне, сразу после закалки, чтобы предотвратить растрескивание, уменьшить внутреннее напряжение и разложение аустенита без особого смягчение.

  • 200-450 ° С. Используется для упрочнения стали за счет твердость. Твердость по Бринеллю 350-450.

  • 450-700 ° С.Осажденный цементит сливается в большие массы и сталь становится мягче. Структура известна как сорбит, который при более высоких температурах становится крупно сфероидизированным. Он травится медленнее, чем троостит, и его твердость по Бринеллю составляет 220-350. Сорбит обычно используется в термообработанных конструкционных материалах. стали, такие как оси, валы и коленчатые валы, подверженные динамическим стрессы. Закалка и отпуск при этой температуре диапазон часто называют упрочнением, и он дает увеличение отношения предела упругости к пределу прочности при растяжении прочность.

Реакции при отпуске протекают медленно. Время реакции как ну и температура нагрева важна. Закалка проводится до в большей степени под пирометрическим контролем в нефти, соли (например, равная частей нитратов натрия и калия на 200-600 ° C) или свинцовых ванн, а также в печах, в которых воздух циркулирует вентиляторами. После закалки объекты могут охлаждаться как быстро, так и медленно, за исключением стали восприимчив к отпускной хрупкости.

Темперные краски, сформированные на очищенной поверхности, по-прежнему используются иногда в качестве ориентира для определения температуры. Они существуют из-за вмешательства эффекты тонких пленок оксида, образовавшихся при отпуске, и они действуют аналогично масляным пленкам на воде. Сплавы, такие как форма из нержавеющей стали более тонкие пленки, чем углеродистые стали для данной температуры и, следовательно, производят цвет ниже в серии. Например, бледная солома соответствует до 300 ° C вместо 230 ° C (Таблица 1).

Таблица 1.

Цвет закалки Температура ° C

Объекты

Светлая солома 230 Строгальные и долбежные инструменты
Темная солома 240 Фрезы, сверла
Коричневый 250 Метчики, лезвия ножниц по металлу
Коричнево-пурпурный 260 Пуансоны, чашки, кнопки, спиральные сверла, развертки
Фиолетовый 270 Прессы, оси
Темно-фиолетовый 280 Долота, комплекты для стали
Синий 300 Пилы по дереву, пружины
Синий 450-650 Упрочнение конструкционных сталей

Для токарных, строгальных, формовочных инструментов и стамески, в закалке нуждаются только режущие части.Это часто переносится на инженерные работы путем нагрева инструмента до 730 ° C с последующим закалка режущего конца вертикально. Когда режущий конец остывает, он очищается камнем и допускается нагрев хвостовика инструмента закалить режущую кромку до нужного цвета. Тогда весь инструмент погашен. Окисление можно уменьшить, покрыв инструмент древесным углем и масло.

Изменения при отпуске

Принципы отпуска закаленных сталей имеют близкое сходство с дисперсионным твердением.В перекрывающиеся изменения, которые происходят при отпуске высокоуглеродистого мартенсита, показаны на рис.2 и выглядят следующим образом:

  • Этап 1. 50-200 ° С. Мартенситные разрывы вплоть до переходного осадка, известного как c-карбид (Fe2,4C), поперек двойники и мартенсит с низким содержанием углерода, что приводит к небольшому диспергированию упрочнение, уменьшение объема и электрического сопротивления.

  • Этап 2. 205-305 ° С. Разложение остаточный аустенит до бейнита и снижение твердости.

  • Этап 3. 250-500 ° С. Преобразование агрегат низкоуглеродистого мартенсита и с-карбида в феррит и цементит осаждается вдоль двойников, который постепенно укрупняется с образованием видимые частицы и быстрое размягчение, рис. 3.

  • Этап 4. Карбидные изменения в легированной стали при 400-700 ° С. В сталях с одной легирующей добавкой цементит сначала образуется, и сплав диффундирует к нему. При достаточном обогащении Fe3C превращается в карбид сплава. После дальнейшего обогащения это карбид может быть заменен другим, и это образование перехода карбиды могут повторяться несколько раз до равновесного карбида формы. В хромистой стали внесены следующие изменения: Fe3C®Cr7C3®Cr23C6.В стали содержащих несколько карбидообразующих элементов, реакции часто более сложный, и карбиды, которые разлагаются, не обязательно следуют карбидами на основе тех же легирующих элементов. Преобразование может также происходят на месте путем постепенного обмена атомами без каких-либо заметных закаливание; или путем разделения существующих карбидов железа и свежих зарождение когерентного карбида со значительным упрочнением, противодействует нормальному размягчению, которое происходит во время отпуска.В некоторых легированных сталей, поэтому твердость поддерживается постоянной примерно до 500 ° C или в некоторых случаях повышается до пика с последующим постепенным падением к нарушению когерентности и коалесценции частиц карбида. Этот процесс старения, известный как вторичное упрочнение, усиливает свойства ползучести стали при высоких температурах (например, сталь E на рис. 2). Хром, например, стабилизирует размер цементита. частицы в диапазоне 200-500 ° C.Ванадий и молибден образуют штраф дисперсия когерентных осадков (V 4 C 3 Mo 2 C) в ферритовой матрице с значительное затвердевание. Когда старение начинает V 4 C 3 растет по границам зерен и также образует видманштеттен из пластин внутри волокон.

Рисунок 2 Кривые темперирования для стали 0,35% C и штампа сталь

a) После закалки.Рейки с повышенной плотностью вывиха б) Закалка 300 ° C. Видманштеттенское выделение карбидов внутри планок
c) Закалка до 500 ° C. Восстановление дислокационной структуры в клетки с планками г) Закалка 600 ° C. Рекристаллизация Цементит повторно зародышевый Равноосные ферритовые границы
e) Двойниковый мартенсит с высоким содержанием углерода f) Закалка 100 ° C.Мелкие электронные карбиды поперек двойников
г) Закалка 200 ° C. Связный цементит по двойникам. c-карбиды растворить ч) Закалка 400 ° C. Разрушение двойниковой структуры. Карбиды растут и сфероидальной формы

Рис. 3. Низкоуглеродистые реечные мартенситы имеют высокую температуру Ms и при охлаждении часто происходит некоторый отпуск, то есть самотемперинг.

Отпуск при 300 ° C вызывает выделение карбидов внутри планки в форме Видманштеттена (рис.3). Закалка при 500 ° C способствует восстановление клубка дислокаций в ячейки внутри реек с карбиды выделялись по границам. Отпуск при 600 ° C дает рекристаллизация в равноосный феррит с повторным зародышеобразованием карбидов на границы.

Закалочные трещины

Объемные изменения, возникающие при охлаждении аустенита, являются: а) расширение при превращении гамма-железа в феррит; б) сжатие при выпадении цементита в осадок; в) нормальное тепловое сжатие.

При закалке стали эти изменения объема происходят очень сильно. быстро и неравномерно по всему экземпляру. Снаружи больше всего остывает быстро, и в основном мартенситный, при котором сокращение (b) не произошло. Очаг может быть трооститом и началось сокращение (б).

Возникают напряжения, которые могут вызвать деформацию металла. деформировать или треснуть, если пластичность недостаточна для пластического течения происходят. Такие трещины могут появиться через некоторое время после закалки или в начале стадии отпуска.

Трещины от закалки могут возникать:
a) из-за наличия неметаллические включения, цементитные массы и др .;
б) когда аустенит крупнозернистый из-за высокой температуры закалки;
в) вследствие неравномерного закалка;
г) в кусках неправильного сечения и при резком втягивании углы присутствуют в конструкции.

Отношение дизайна к термообработке очень важный.Особого ухода требуют изделия нестандартного сечения. Когда сталь был выбран, который требует закалки водой, тогда дизайнер должен использовать должны быть нацелены большие галтели в углах и однородное сечение. Иногда это можно получить, высверлив металл из громоздких деталей. без существенного влияния на дизайн; примеры приведены на рис. 4.

Отверстие, просверленное сбоку до центрального отверстия, может вызвать растрескивание, и его следует просверлить насквозь и временно забиты асбестовой ватой при термообработке.Трещина также образуют на стыке твердой шестерни с валом. Есть серьезный опасность появления трещин у корней зубов из-за сильного изменения размер раздела. Эту конструкцию можно улучшить, удалив металл. под ободом, чтобы сечение было однородной массы.

Рис. 4. Связь конструкции с термообработкой

Основы термической обработки

Термическая обработка стали включает изменение аустенита, а гранецентрированная кубическая решетка железа, содержащая атомы углерода в пустот в объемноцентрированный кубический феррит с низкой растворимостью углерод.

Атомы углерода разделяются на участки с образованием цементита. Это включает подвижность или диффузию атомов углерода, а также время и температура важны. Движение атомов происходит быстро при высоких температурах но с понижением температуры становится все более вялым.

По мере увеличения скорости охлаждения аустенитизированной стали время, отведенное для изменений, сокращается, а реакции неполный при 600-700 ° С.Следовательно, остаточный аустенит трансформируется при более низкие температуры, более короткие движения атомов и более тонкие структуры. При температуре ниже 250 ° C диффузия настолько медленная, что другой формируется переходная структура.

Влияние быстрого охлаждения на критические точки сложный (рис. 5). Увеличение скорости охлаждения имеет следующее эффекты:

1. Низкие температуры задержания.
2. Ar3 сливается с Ar1, образующим единственную точку, известную как Ar ".Хорошо образуется слоистый троостит.
3. Ускоренное охлаждение вызывает другое задержка появления при 350–150 ° C, известная как Ar ». Троостит и мартенсит сформированы.
4. При быстрой закалке Ar «сливается с Ar». Образуется мартенсит.
5. Задержка из-за образования бейнита. при 500-250 ° C обычно не появляется у углеродистой стали, но присутствует со многими легированными сталями.

Рисунок 5.Влияние скорости охлаждения на превращение аустенита

.

Термическая обработка металлов - свидетельство об отпуске Технические заметки

Auto Navigation
  • Конструкторский сертификат - Coláiste Pobail Bheanntraí
    • Макет экзаменационной работы
    • Домашнее задание на пятый год
    • Завершение домашнего задания Cert.
    • Модель автомобиля с дистанционным управлением (пятница, 6 марта 2020 г.)
    • Техническая графика
  • Диаграмма равновесия (тепловая).
    • Диаграмма теплового равновесия
  • Термическая обработка металлов

    • Определение общих терминов термической обработки
    • Процессы закалки
    • Температурные зоны термообработки
    • Типы пирометров
  • Диаграмма углерода железа
  • Обработка
    • Образование стружки
    • Сверление
    • Шлифование
    • Фрезерование
    • Точение
  • Испытание материалов
    • Испытание на твердость
    • Испытание на удар
    • Неразрушающий контроль
.

Изменение свойств - механизмы упрочнения / упрочнения

Механизмы упрочнения / упрочнения

Как обсуждалось в предыдущем разделе, способность кристаллического материала пластически деформироваться во многом зависит от способности дислокации перемещаться внутри материала. Следовательно, препятствие движению дислокаций приведет к упрочнению материала. Существует несколько способов препятствовать перемещению вывиха, в том числе:

  • контроль размера зерна (снижение сплошности атомных плоскостей)
  • деформационное упрочнение (образование и запутывание дислокаций)
  • легирование (введение точечных дефектов и большего количества зерен в точечную дислокацию)

Контроль размера зерен
Размер зерен в материале также влияет на прочность материала.Граница между зернами действует как барьер для движения дислокаций и возникающего в результате скольжения, поскольку соседние зерна имеют разную ориентацию. Поскольку выстраивание атомов различное и плоскости скольжения между зернами прерывистые. Чем меньше зерна, тем меньше расстояние, на которое атомы могут перемещаться по определенной плоскости скольжения. Следовательно, более мелкие зерна улучшают прочность материала. Размер и количество зерен в материале контролируется скоростью затвердевания из жидкой фазы.

Деформационное упрочнение
Деформационное упрочнение (также называемое наклепом или холодной деформацией) - это процесс повышения твердости и прочности металла за счет пластической деформации. Когда металл пластически деформируется, дислокации перемещаются и возникают дополнительные дислокации. Чем больше дислокаций в материале, тем больше они будут взаимодействовать и запутываться. Это приведет к снижению подвижности дислокаций и упрочнению материала. Этот вид упрочнения обычно называют холодной деформацией.Это называется холодной обработкой, потому что пластическая деформация должна происходить при достаточно низкой температуре, чтобы атомы не могли перегруппироваться. Когда металл обрабатывается при более высоких температурах (горячая обработка), дислокации могут перестраиваться, и упрочнение незначительное.

Деформационное упрочнение легко продемонстрировать с помощью куска проволоки или скрепки. Прямой участок согните несколько раз вперед-назад. Обратите внимание, что металл сложнее согнуть в одном и том же месте. В зоне деформационного упрочнения образовались дислокации, которые запутались, увеличивая прочность материала.Продолжение изгиба в конечном итоге приведет к разрыву проволоки в месте изгиба из-за усталостного растрескивания. (После большого количества циклов изгиба дислокации образуют структуры, называемые стойкими полосами скольжения (PSB). PSB - это в основном крошечные области, где дислокации накапливаются и перемещают поверхность материала, оставляя ступеньки на поверхности, которые действуют как концентраторы напряжения или инициируют трещины. баллов.)

Однако следует понимать, что повышение прочности путем холодной обработки также приводит к снижению пластичности.График справа показывает предел текучести и относительное удлинение в зависимости от процента холодной обработки для нескольких примеров материалов. Обратите внимание, что для каждого материала небольшая холодная обработка приводит к значительному снижению пластичности.

Влияние повышенной температуры на деформационно упрочненные материалы
Когда деформационно упрочненные материалы подвергаются воздействию повышенных температур, упрочнение, возникшее в результате пластической деформации, может быть потеряно.Это может быть плохо, если требуется усиление, чтобы выдержать нагрузку. Однако упрочнение из-за деформационного упрочнения не всегда желательно, особенно если материал сильно деформируется, так как пластичность будет снижена.

Термическая обработка может использоваться для устранения эффектов деформационного упрочнения. Во время термообработки могут произойти три вещи:

  1. Восстановление
  2. Рекристаллизация
  3. Рост зерна

Восстановление
Когда материал, отвержденный пятнами, выдерживается при повышенной температуре, происходит усиление диффузии атомов, что снижает часть энергии внутренней деформации.Помните, что атомы не фиксированы в своем положении, но могут перемещаться, когда у них достаточно энергии, чтобы разорвать свои связи. Диффузия быстро увеличивается с повышением температуры, и это позволяет атомам в сильно напряженных областях перемещаться в ненапряженные положения. Другими словами, атомы свободнее перемещаться и возвращаться в нормальное положение в структуре решетки. Это называется фазой восстановления и приводит к корректировке деформации в микроскопическом масштабе. Внутренние остаточные напряжения снижаются за счет уменьшения плотности дислокаций и перемещения дислокации в позиции с более низкой энергией.Спутки дислокаций конденсируются в резкие двумерные границы, и плотность дислокаций в этих областях уменьшается. Эти области называются субзернами. Заметного снижения прочности и твердости материала не происходит, но коррозионная стойкость часто повышается.

Рекристаллизация
При более высокой температуре новые, свободные от деформации зерна зарождаются и растут внутри старых искаженных зерен и на границах зерен. Эти новые зерна растут, чтобы заменить деформированные зерна, образовавшиеся в результате деформационного упрочнения.При рекристаллизации механические свойства возвращаются к исходному, более слабому и более пластичному состоянию. Рекристаллизация зависит от температуры, количества времени при этой температуре, а также от степени деформационного упрочнения материала. Чем больше деформационное упрочнение, тем ниже будет температура, при которой происходит рекристаллизация. Кроме того, для любой рекристаллизации необходимо минимальное количество (обычно 2-20%) холодной обработки. Размер новых зерен также частично зависит от степени деформационного упрочнения.Чем больше затвердевание пятен, тем больше зародышей у новых зерен, и в результате размер зерна будет меньше (по крайней мере, на начальном этапе).

Рост зерен
Если образец оставить при высокой температуре сверх времени, необходимого для полной рекристаллизации, зерна начинают увеличиваться в размерах. Это происходит потому, что диффузия происходит через границы зерен, и более крупные зерна имеют меньшую площадь поверхности границы зерен на единицу объема. Следовательно, более крупные зерна теряют меньше атомов и растут за счет более мелких.Крупные зерна уменьшают прочность и ударную вязкость материала.

.

Как работает изготовление мечей | HowStuffWorks

Прежде чем мастер (человек, который делает мечи, ножи и другие острые предметы) сможет создать меч, у него должна быть соответствующая среда и инструменты. Кузнечная мастерская очень похожа на традиционную кузницу. Из-за дыма и пыли, образующихся в процессе кузнечного дела, кузница должна хорошо вентилироваться. Следует уделять внимание размещению кузницы, наковальни и другого оборудования, чтобы обеспечить минимальное расстояние, которое мастер по лезвиям должен пройти с нагретой сталью.

Основное оборудование, используемое мастером по клинкам, очень мало изменилось за последние несколько столетий. Для большинства кузнецов наибольшие изменения произошли после того, как основная ковка была сделана с использованием электроинструментов для шлифовки и полировки стали. Инструменты торговли включают:

Наковальня - Символ кузнеца, наковальня, несомненно, является самым известным и наиболее узнаваемым предметом кузнечного оборудования. Стандартная наковальня состоит из следующих частей:

  • Основание - Основная часть опоры, основание обычно имеет монтажные отверстия, просверленные в нижней части, чтобы прикрепить опору к надежному креплению.
  • Лицевая сторона - Здесь происходит большая часть формовки стали. Верх наковальни закален, чтобы быть очень твердым и гладким. Края слегка закруглены, чтобы не повредить сталь.

    Фотография любезно предоставлена ​​Доном Фогг Ножи
    Обратите внимание на прочные отверстия и отверстия на поверхности наковальни.
  • Подушечка - Небольшая плоская часть между торцом и рупором. Подушечка используется для долбления, чтобы мастер не повредил поверхность наковальни.
  • Рупор - Передний конец наковальни, сужающийся прямо под подушкой к закругленному концу. Рупор, также называемый bick , используется для гнутья и гибки стали.
  • Отверстия Hardy и Pritchel - Отверстия Hardy - это квадратное гнездо на поверхности наковальни, в которое помещаются некоторые из формовочных инструментов, описанных ниже. Отверстие для притчела - это круглое отверстие в забое, которое позволяет пробойнику, сверлу или выколотке войти в наковальню. Он используется для пробивки и формирования отверстий в стали.

Молотки - Молоток является продолжением мастера по лезвиям. Он полагается на него, чтобы создать основную форму меча. Молотки, используемые мастерами-клинками и кузнецами в целом, немного отличаются от обычных молотов, которые можно найти в строительном магазине. Основное отличие в том, что кузнечные молотки имеют венец , в то время как большинство стандартных молотов - нет. Коронка означает, что острие молотка слегка закруглено, а не квадратно. Корона не дает молотку оставлять острые вмятины в стали, когда кузнец долбит его.

Молотки сильно различаются по размеру и назначению:

  • Шаровые, поперечные и прямые ударные - Перфораторы имеют плоскую головку с короной и круглую (шаровую) или клиновидную (поперечную и прямую) форму с другой стороны. Поперечный ударный клин имеет клин сбоку от молотка, в то время как прямой ударный инструмент имеет клин на одной линии с молотком. Булавочные молотки используются для большинства формовочных работ.
  • Кувалда и одинарный домкрат - Кувалды бывают большими и тяжелыми, их вес составляет до 20 фунтов.Они используются, когда сталь требует тяжелой обработки и обычно требует второго человека. Один держит сталь на наковальне, а другой размахивает кувалдой. Одинарный домкрат - это уменьшенная версия кувалды, которую может использовать один человек.
  • Набор молотка и плоского инструмента - Оба этих инструмента имеют большие плоские головки. Как и следовало ожидать, в основном плоская поверхность используется для выравнивания стали. Установочный молоток используется для изготовления прямоугольных углов и плоских кромок.

Клещи - Клещи - это универсальный инструмент, без которого не может обойтись ни один мастер по лезвиям. На самом деле в типичной кузнице есть несколько пар щипцов. Щипцы используются для удержания стали при формовании ее на наковальне. Они также используются для помещения стали в кузницу и извлечения ее, а также для закалки стали.

  • Формовочные инструменты - Довольно часто мастеру лезвий нужно проделать со сталью определенные вещи, которые с одним из молотков было бы очень сложно сделать. Вот тогда он может выбрать один из этих более специализированных инструментов.
    • Hardies (бики, долы и обжимки) - это инструменты, которые подходят для прочного отверстия на наковальне. Личинка - это закругленная деталь, которую можно использовать для гнутья и гнуть сталь, как небольшой рог. Фуллеры используются для выполнения канавок. Собственно, поэтому выемка в мече называется долом. Прессовки используются для придания стали определенной формы, например треугольной, квадратной или шестиугольной.
    • Долота - Как и следовало ожидать, долота используются для резки или строжки стали.
    • Пуансоны и выколотки - Пуансоны используются для протыкания или пробивания отверстий в стали. Выколотки используются для расширения существующего отверстия. Отверстие для притчеля в наковальне обеспечивает место для пробойника или выколотки, когда он проходит сквозь сталь.
  • Кузница - Инструменты, упомянутые выше, позволяют придать стали горячей форме. Для нагрева стали нужна кузница. Типы кузниц включают угольных , газовых и электрических .У большинства кузнецов одна из этих трех является основной кузницей. Время и температура могут сильно различаться в зависимости от используемой стали и собственной техники мастера.

    Закалочный резервуар - Большой металлический резервуар, полный масла, сталь погружается в закалочный резервуар после того, как ей придана форма. Масло, используемое в закалочном резервуаре, улучшает закалку стали.

    Резервуар - это просто большая бочка или емкость с водой, используемая для охлаждения стали и инструментов.

    Дополнительные инструменты - У большинства кузнецов есть некоторые или все инструменты, перечисленные здесь, чтобы завершить свою кузницу. Также пригодится набор стандартных инструментов, таких как отвертки, пилы, плоскогубцы и гаечные ключи.

    • Напильники - используются для сглаживания неровностей и заусенцев
    • Тиски - используются для удержания деталей в фиксированном положении во время работы мастера по лезвиям.
    • Гидравлический пресс - Используется для черновой обработки путем правки стали
    • Резак - Используется для резки и черновой обработки стали.
    • Шлифовальный станок - Используется для всего, от формования до предварительной полировки
    • Буфер - Используется для полировки готового лезвия
    • Сверлильный пресс - Используется для сверления отверстий в стали

    Фотография любезно предоставлена ​​Don Fogg Knives
    Гидравлический пресс, построенный Томми Макнаббом

    После того, как инструменты будут на месте, мастер по лезвиям должен решить, что он делает и какую сталь использовать...

    Объявление

    .

    Смотрите также