Звоните, мы сейчас работаем:
Бесплатный номер 8 (800) 301-99-67
Офис в Москве +7 (499) 403-38-65
Скопировать sale10@vt-metall.ru
sale10@vt-metall.ru
Заказать звонок
Металлообрабатывающая компания VT-METALL
Звоните, мы сейчас работаем
8 (800) 301-99-67 sale10@vt-metall.ru
МЕНЮ
30.12.2022
250
Время чтения: 8 минут

Охлаждение металла: обзор основных способов

Редакция сайта VT-Metall
Сохранить статью:

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Задачи охлаждения металла
  • Выбор среды охлаждения металла
  • Методы охлаждения металла
  • Режимы охлаждения металла
  • Дефекты при охлаждении металла

Задачи охлаждения металла

Термическая обработка металла завершается его охлаждением. Данный этап очень важен, ведь при этом металл меняет свою структуру, и любая ошибка может негативно отразиться на его свойствах. Охлаждаясь, твердые растворы могут оставаться неизменными или переходить в механические смеси. Насколько полным будет превращение, зависит от целого ряда условий.

Задачи охлаждения металла

Для регулирования скорости охлаждения металла процесс запускают в различных средах. Если говорить о солевом растворе, воде, масле и воздухе, то здесь порядок их перечисления не случаен, эффективная скорость охлаждения убывает. Максимальной теплопроводностью обладают растворы солей, а наименьшей – воздух.

Также охлаждение металла нередко производят в печи, что дает возможность точно контролировать процесс. Особенно это удобно, если материал нуждается в медленном охлаждении.

Структуру и свойства металлов после закаливания определяет не только температура охлаждения, но и его скорость. Закалочные структуры обычно получают, охлаждая сталь ниже линии эвтектоидного превращения. На линии PSK металл имеет неустойчивую переходную структуру.

Для получения различных структур металла и изменения его свойств используют разные скорости охлаждения. Перемены в структуре стального сплава можно производить либо при охлаждении его в непрерывном режиме, либо при изотермическом процессе, когда металл выдерживается нужное время при определенной низкой температуре.

Выбор среды охлаждения металла

Для правильного подбора среды при охлаждении заготовок важно учитывать свойства конкретного стального сплава, твердость металла, которую необходимо получить и размеры изделий. Как уже говорилось, для работы со стальными заготовками применяют четыре типа охлаждающих сред: водную, масляную, воздушную и на основе расплавов солей и щелочи. Таблица, приведенная ниже, содержит скоростные режимы при охлаждении стальных заготовок в различных средах.

Выбор среды охлаждения металла

Водой и водными растворами для охлаждения пользуются, закаливая изделия из углеродистых сталей несложной конфигурации, диаметр или толщина которых находится в пределах 8–12 мм.

Температура жидкости должна быть от +18 °С до +25 °С, так как ускоренные структурные превращения при охлаждении металла в более холодной среде могут приводить к образованию трещин. Если водная среда теплее +25 °С и загрязнена маслом или остатками мыла, ее эффективность резко снижается, поверхность закаливаемых изделий может покрываться характерными мелкими пятнами.

Для охлаждения изделий со сложной геометрией из углеродистых стальных сплавов часто применяют охлаждение в два этапа. Сначала заготовки в водной среде охлаждаются до +250…+300 °С, а для завершения процесса их погружают в масло.

Скорость охлаждения (°С/с)
Охлаждающая среда
+650…+550 – +300…+200
Вода при температуре +18°С
+600 – +270
Вода при температуре +25°С
+500 – +270
Вода при температуре +50°С
+100 – +270
Вода при температуре +75°С
+30 – +200
Мыльная вода
+30 – +200
Водная эмульсия масла
+70 – +200
Вода, насыщенная углекислотой
+150 – +200
10%-ный водный раствор при +18 °С
Едкий натр
+1 200 – +300
Поваренная соль
+1 100 – +300
Сода
+800 – +270
5%-ный раствор перманганата калия
+450 – +100
Керосин
+160-180 – +40-60
Масло
+120 – +25
Воздух
+3 – +1
Сжатый воздух
+30 – +10

Методы охлаждения металла

Для охлаждения формованных металлических заготовок температуру металла можно снижать различными способами.

В промышленности для этого пользуются тремя главными методами:

  1. Воздушным охлаждением (ВО), происходящим естественно с использованием открытого воздуха. Такой способ позволяет получать пластичный и податливый металл.
  2. Одноэтапным ускоренным охлаждением (УО1), проходящим в специальных камерах.
  3. Ускоренным охлаждением в два этапа (УО2). Для такого интенсивного охлаждения формованные заготовки проходят через воздушную и водную среды.

Выбор способа охлаждения стальных деталей очень важен, ведь от него зависят такие свойства металла, как пластичность, прочность, твердость и др. Кроме того, скорость процесса и выбор охлаждающей среды сказываются на поверхностных характеристиках – однородности и внешнем виде. При соблюдении всех необходимых условий прокат, подвергшийся двухэтапному охлаждению, образует окалину в пределах 10 кг/т, а при одноэтапном – 18 кг/т.

Режимы охлаждения металла

Для охлаждения металлических заготовок чаще всего используют штабелирование на открытом воздухе или холодильники. Для снятия остаточных напряжений, предотвращения образования трещин внутри и на поверхности стали, получения металла с необходимыми структурными и механическими характеристиками, для отдельных высоко- и среднеуглеродистых, высоко- и низколегированных стальных сплавов требуется регулируемое и чаще всего замедленное охлаждение.

Режимы охлаждения металла

На выбор режима и способа данного процесса также влияют химический состав, склонность к образованию дефектов при остывании и требуемые свойства готовой продукции.

При обычном охлаждении металлических заготовок, цель которого заключается в максимально быстром остывании стали, используют специальные стеллажи или холодильники.

Для охлаждения отдельных марок стальных сплавов, к примеру, рессорной стали, которая должна иметь определенную твердость, изделия ставят на ребро и прижимают друг к другу. В ходе процесса их передвигают по холодильнику, меняя высоту на один ряд. Для достижения заданной твердости прокат охлаждается единой массой.

Если такие изделия подвергать охлаждению уложенными на стеллаж поштучно, их твердость превзойдет требуемые значения. Обычным способом с использованием открытого воздуха и холодильников охлаждают также сортовую сталь.

Холодильники должны обладать размерами и конструкцией, которые позволяют охлаждать металлические заготовки до температуры ниже +50 °С.

Легированные стальные сплавы в блюмах и заготовках штабелируют или собирают в пакеты для воздушного охлаждения. Снижая скорость процесса, можно избежать формирования зон внутреннего напряжения, образования трещин и снизить твердость материала до нужных значений, что позволит легче избавиться от дефектов поверхности в ходе вырубки. Также медленное охлаждение снижает вероятность образования пороков в ходе последующей огневой закалки стали.

Медленного охлаждения требуют твердые и легированные флокеночувствительные стали. Для такого процесса используют отапливаемые проходные печи или ямы и короба (отапливаемые или неотапливаемые). При медленном охлаждении, которое начинают в диапазоне +600…+750 °С, температура выравнивается по сечению профиля. Это позволяет устранить внутреннее напряжение материала в прокате.

При изотермическом режиме медленного охлаждения стальных заготовок их выдерживают при температуре в диапазоне от +600 до +750 °С и охлаждают свободным воздухом.

Ускоренные режимы применяют при охлаждении листового проката и катанки до его сматывания в рулоны или бунты. Быстрый процесс позволяет снизить образование окалины и получить требуемую структуру металла. Также часто прибегают к ускоренному охлаждению в водной среде с применением трубок или рольгангов и воздушному.

Сталь в листах или ленте охлаждают при температуре в диапазоне от +700 до +500 °С, что позволяет придать металлу наиболее равномерную структуру. Такие высокоуглеродистые и легированные марки стали как УД, К12, Ш 15 и т. п. охлаждают в водной среде, чтобы предотвратить формирование сетки из карбидов.

Дефекты при охлаждении металла

При охлаждении металлических заготовок после формовки возможно образование наружных или внутренних трещин и флокенов. Такие изъяны чаще всего без труда обнаруживаются при осмотре и имеют различную длину. Закалочные или холодные наружные трещинки могут появляться как непосредственно при охлаждении, так и спустя некоторое время после него. Речь при этом может идти о часах и даже днях.

Дефекты при охлаждении металла

Как правило, подобные дефекты имеют малую глубину и вытянуты в виде прерывистых линий по ходу прокатки. В отдельных случаях глубина холодных трещин может быть значительной и достигать центральных слоев металла. Стальные сплавы с малой пластичностью могут при остывании растрескиваться насквозь, особенно на концах заготовок.

Причинами холодного растрескивания могут служить зоны остаточного напряжения, образующиеся при прокатке, или участки тепловых и структурных напряжений, которые возникают при охлаждении заготовок. Снижая скорость охлаждения проката, можно существенно уменьшить внутреннее напряжение и свести к минимуму вероятность появления закалочных трещин.

Сказанное относится не ко всем стальным сплавам. Допустим, при охлаждении блюмов, слябов и других заготовок из низкоуглеродистой стали можно не опасаться растрескивания и образования флокенов при любой скорости охлаждения. Тщательно регулировать охлаждающий режим металла необходимо главным образом при изготовлении деталей из сталей с легирующими добавками. Разные виды такого сплава в разной степени склонны к холодному растрескиванию.

В каждом конкретном случае для предотвращения образования дефектов необходимо применение различных методик

В каждом конкретном случае для предотвращения образования дефектов необходимо применение различных методик. Наибольшую склонность к холодному растрескиванию проявляют быстрорежущие, высокоуглеродистые или легированные инструментальные, высокохромистые, хромоникелевые, хромоникелевольфрамовые и некоторые подобные марки стальных сплавов.

Флокенами называют внутренние трещины, образующиеся в стальных поковках или прокате и оказывающие существенное негативное воздействие на свойства металла. Такие дефекты можно наблюдать при осмотре микро- и макрошлифов или в изломах стали. Высокая склонность к образованию флокенов характерна для хромоникелевой, хромоникелемолибденовой, хромистой, марганцовистой и других мартенситных и перлитных стальных сплавов.

Образование трещин возможно и у углеродистой стали. Аустенитный и ледебуритный классы стали (быстрорежущая, нержавеющая, жаропрочная, высокомарганцовистая и пр.) не склонны к флокенобразованию.

Образование флокенов чаще всего имеет место при изготовлении блюмов, слябов и других заготовок или готового крупногабаритного проката с использованием крупно- и среднесортных прокатных станов.

Предотвратить или свести к минимуму холодное растрескивание и образование флокенов можно с помощью медленного охлаждения и термообработки полупродуктов. Для замедленного охлаждения заготовок используют различные методы. Металл укладывают в штабели, погружают в специальные ямы или короба, обкладывают теплоизолирующими материалами, опускают в отапливаемые и неотапливаемые колодцы.

Для теплоизоляции при охлаждении стальных заготовок пользуются доменным шлаком, шлаковатой, песком, кизельгуром и прочими подобными материалами.

В наши дни широко применяется охлаждение металла с помощью отапливаемых печей, которые позволяют выдерживать заготовки при нужной температуре в течение требуемого временного периода, снижая затраты времени на термообработку. Особенно такой метод актуален для стальных сплавов с высокой склонностью к образованию флокенов.

Для закалки и последующего самоотпуска с быстрым термоупрочняющим режимом охлаждения используют специальные водные охлаждающие системы с особой регулировкой.

Описанные методы не универсальны. Кроме того, термообработка применима далеко не ко всем материалам. Для того чтобы достигнуть наиболее высокого качества при термической обработке и охлаждении изделий, следует тщательно выбирать технологию для каждого отдельно взятого металла.

Читайте также
Максим Игоревич Макаров
Максим Игоревич печатает ...

Узнайте цены на изделия со скидками
до 30%

Скачать прайс
Написать на почту

Напишите
письмо на почту

Позвонить бесплатно

Позвонить
бесплатно

Написать на почту

Написать
письмо на почту

Яндекс.Метрика