Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Углеродистые конструкционные стали по ГОСТ 1050-2013 имеют ограниченную прокаливаемость (для стали 45 — порядка 10–12 мм в воде, 8–10 мм в масле), что определяет применение преимущественно для деталей сравнительно небольших сечений или поверхностной закалки. Конкретные температуры берутся по марочнику и нормативной документации на изделие.
Легированные конструкционные стали имеют существенно лучшую прокаливаемость, чем углеродистые: 40Х прокаливается до 20–25 мм. Большинство улучшаемых легированных сталей закаливают в масле — это снижает риск трещин и коробления. Точные режимы указываются в марочнике сталей и сплавов и в технологических картах термообработки.
Углеродистые инструментальные стали имеют небольшую прокаливаемость (5–10 мм) и низкую теплостойкость — твёрдость снижается при нагреве выше 200 °С. Применяются для малоответственного инструмента, работающего без значительного разогрева режущей кромки. Закалка ведётся в воде или 10%-м растворе поваренной соли.
Легированные инструментальные стали имеют существенно более глубокую прокаливаемость (для 9ХС около 40 мм, для ХВСГ до 100 мм при закалке в масле) и повышенную теплостойкость по сравнению с углеродистыми. Закалка ведётся преимущественно в масле для уменьшения деформации.
Быстрорежущие стали имеют высокую теплостойкость (до 600–620 °С), что позволяет использовать их для режущего инструмента, работающего с разогревом кромки. Закалка — обязательно с предварительным подогревом и ступенчатой по температуре. Отпуск — трёхкратный, для распада остаточного аустенита.
Подшипниковые стали по ГОСТ 801-2022 (действующая редакция, заменила ГОСТ 801-78) проходят особый контроль по неметаллическим включениям и карбидной неоднородности, поскольку именно эти дефекты — основная причина выкрашивания дорожек качения. Перед закалкой обычно проводят сфероидизирующий отжиг.
Закалка с высоким отпуском называется улучшением и применяется к среднеуглеродистым и низколегированным сталям (40, 45, 40Х, 40ХН, 30ХГСА и др.). Низкий отпуск применяется к инструментальным и цементованным сталям для сохранения твёрдости. Конкретные диапазоны для каждой марки приведены в таблицах 1–6.
Температура закалки и отпуска — главные параметры режима термической обработки, от которых зависит конечная твёрдость, прочность, пластичность и работоспособность стальной детали. Каждая марка стали имеет свой узкий диапазон температур, определяемый положением критических точек на диаграмме «железо–углерод» и составом легирующих элементов. Ниже представлены сведённые в таблицы значения по основным группам конструкционных и инструментальных сталей: углеродистым (ГОСТ 1050-2013), легированным (ГОСТ 4543-2016), инструментальным углеродистым (ГОСТ 1435-99), инструментальным легированным (ГОСТ 5950-2000), быстрорежущим (ГОСТ 19265-73) и подшипниковой ШХ15 (ГОСТ 801-2022).
Все значения в таблицах — типовые, из марочников и справочников по термообработке. Точные режимы для конкретной детали определяются её типоразмером, требованиями чертежа и технологической карты предприятия.
Закалка — нагрев стали выше критической точки Ас3 (для доэвтектоидных) или Ас1 (для заэвтектоидных и инструментальных) с последующим быстрым охлаждением со скоростью больше критической. Цель — получение мартенситной структуры, обеспечивающей максимальную твёрдость. Отпуск — нагрев закалённой стали ниже Ас1 с последующим охлаждением; цель — снятие закалочных напряжений и придание материалу требуемого сочетания твёрдости, прочности и пластичности.
Температура закалки выбирается:
Превышение оптимальной температуры закалки приводит к росту аустенитного зерна, увеличению количества остаточного аустенита, появлению трещин и короблению. Недогрев — к неполной мартенситной структуре и пониженной твёрдости. Контроль температуры — обязательная процедура, особенно для ответственных изделий и инструментальных сталей.
Скорость охлаждения должна быть выше критической, чтобы аустенит не успел распасться на ферритно-перлитную смесь, а превратился в мартенсит. Конкретная среда выбирается по сочетанию закаливаемости стали (определяется содержанием углерода) и прокаливаемости (определяется легированием).
При выборе среды учитывают не только марку стали, но и размер сечения. Для крупных сечений из углеродистой стали даже вода может не обеспечить полную прокаливаемость — приходится переходить к легированным маркам.
Закалка делает сталь твёрдой, но хрупкой и с большими внутренними напряжениями. Отпуск снимает напряжения и формирует требуемое сочетание свойств. По температуре нагрева отпуск делят на три вида (см. таблицу 7).
Сохраняет максимальную твёрдость закалённой стали при существенном снижении внутренних напряжений. Структура — мартенсит отпуска. Применяется для:
Снижает твёрдость до 40–50 HRC при максимальной упругости. Структура — троостит отпуска. Применяется для:
Закалка с высоким отпуском называется улучшением термическим. Даёт сорбитную структуру, при которой достигается оптимальное сочетание прочности, пластичности и ударной вязкости. Твёрдость после улучшения у конструкционных сталей — 200–290 HB (22–30 HRC). Применяется для:
Сочетание «закалка + высокий отпуск» — основной режим термообработки большинства конструкционных деталей. Сочетание «закалка + низкий отпуск» — основной режим для инструмента и износостойких поверхностей.
Таблицы 1–6 содержат типовые режимы для распространённых марок стали из соответствующих ГОСТов. При работе с таблицами учитывайте:
При наличии расхождения между табличными значениями и требованиями чертежа или нормативной документации на конкретное изделие — приоритет всегда у документации на изделие. Таблицы носят справочный характер и обобщают данные марочников.
Поверхностная закалка с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ) применяется для деталей, у которых требуется твёрдый износостойкий поверхностный слой при сохранении вязкой сердцевины. Технически от объёмной закалки отличается несколькими особенностями:
ТВЧ предпочтительна для шестерён, валов, шпинделей, кулачков, шеек коленчатых валов — деталей, где износ концентрируется на поверхности, а вязкое ядро критично для предотвращения хрупкого разрушения.
Перегрев под закалкой. Превышение оптимальной температуры на 30 °С и более приводит к росту аустенитного зерна, образованию игольчатого крупнокристаллического мартенсита, повышенному количеству остаточного аустенита и хрупкости. На макроструктуре фиксируется крупное зерно — деталь не годна к эксплуатации.
Недогрев под закалкой. Недостаточная температура — неполная аустенитизация, после охлаждения остаются феррит или нерастворившийся цементит. Твёрдость ниже требуемой, прокаливаемость снижена.
Закалка не в той среде. Использование воды для легированной стали, рассчитанной на масло, приводит к закалочным трещинам. Использование масла там, где должна быть вода (углеродистая сталь крупного сечения) — к недокалу.
Пропуск отпуска. Закалённая, но не отпущенная сталь имеет максимальные внутренние напряжения и склонна к самопроизвольному растрескиванию при выдержке. Отпуск проводят сразу после закалки, не позднее установленных нормативами часов.
Обезуглероживание поверхности. При нагреве в воздушной атмосфере поверхностный слой теряет углерод. Это снижает поверхностную твёрдость инструмента и износостойкость. Решение — нагрев в защитной атмосфере, в соляных ваннах, в вакууме либо с покрытием обмазкой.
После термообработки качество контролируется по нескольким параметрам:
Объёмная закалка стали 45 — 820–860 °С с охлаждением в воде (для меньшей вероятности трещин — в масле, при условии не слишком крупного сечения). После закалки и низкого отпуска при 180–200 °С твёрдость 55–60 HRC. После закалки и высокого отпуска при 550–600 °С (улучшение) твёрдость 24–30 HRC. Поверхностная закалка ТВЧ ведётся с нагревом 840–880 °С и низким отпуском, твёрдость поверхности 40–56 HRC.
После закалки в масле от температуры 840–860 °С без отпуска — до 50–55 HRC. После низкого отпуска при 180–200 °С — 50–54 HRC. После высокого отпуска при 500–600 °С (улучшение) — 22–26 HRC при твёрдости по Бринеллю 235–262 HB. Закалка 40Х рассчитана на масло; в воде высокий риск трещин.
Температурой и получаемой структурой. Низкий отпуск (150–250 °С) сохраняет твёрдость закалённой стали и снимает напряжения; структура — мартенсит отпуска. Высокий отпуск, или улучшение (500–680 °С) даёт сорбит — структуру с оптимальным сочетанием прочности, пластичности и ударной вязкости. Низкий — для инструмента, высокий — для конструкционных нагруженных деталей.
Легирующие элементы (Cr, Ni, Mo, W, Mn) снижают критическую скорость охлаждения и повышают прокаливаемость, поэтому достаточная скорость охлаждения достигается в масле. Углеродистая сталь имеет высокую критическую скорость охлаждения — в масле не закалится на мартенсит. При попытке закалить углеродистую сталь в масле получится недокал, а закалка легированной в воде — трещины из-за чрезмерных термонапряжений.
Трёхкратный отпуск при 540–560 °С с промежуточным охлаждением. Это необходимо для распада остаточного аустенита, который после однократного отпуска может сохраниться в значительном количестве и при последующей эксплуатации превратиться в мартенсит, вызывая коробление и трещины. После трёхкратного отпуска твёрдость 63–65 HRC.
Закалка от 830–850 °С с охлаждением в масле, отпуск низкий при 150–160 °С. Получаемая твёрдость 61–65 HRC. Перед закалкой обязателен сфероидизирующий отжиг для получения структуры зернистого перлита, без которого трудно гарантировать равномерную структуру после закалки. Подшипниковая сталь регламентируется действующим ГОСТ 801-2022.
Это сочетание закалки и высокого отпуска (500–680 °С). Получаемая структура — сорбит отпуска. Улучшение обеспечивает оптимальный комплекс механических свойств: прочность, пластичность и ударную вязкость. Применяется к среднеуглеродистым (40, 45, 50) и низколегированным конструкционным сталям (40Х, 40ХН, 30ХГСА). Твёрдость после улучшения обычно 200–290 HB.
У стали 45 — порядка 10–12 мм при закалке в воде и 8–10 мм при закалке в масле. У легированной стали 40Х — около 20–25 мм. Это означает, что для деталей большого сечения углеродистая сталь не закаливается насквозь — закалённым останется только поверхностный слой. Для таких применений выбирают легированные стали.
Инструментальные углеродистые (У7–У12) — заэвтектоидные или почти эвтектоидные, имеют более низкую температуру закалки (760–820 °С против 820–860 °С для конструкционных). Применяется неполная закалка: цементитная сетка частично сохраняется, обеспечивая высокую износостойкость. После закалки делают только низкий отпуск 150–200 °С (для ударного инструмента — до 280–300 °С). Закалочная среда — вода, прокаливаемость ограничена 5–10 мм.
Конкретных стандартов на режимы термообработки нет: режимы даются в марочниках, технологических картах и стандартах на конкретные изделия. Сами марки сталей регулируются: ГОСТ 1050-2013 (углеродистые конструкционные), ГОСТ 4543-2016 (легированные конструкционные), ГОСТ 1435-99 (инструментальные углеродистые), ГОСТ 5950-2000 (инструментальные легированные), ГОСТ 19265-73 (быстрорежущие), ГОСТ 801-2022 (подшипниковые). Эти стандарты задают химический состав и требуемые свойства, а температуры закалки и отпуска приводятся в марочнике сталей и сплавов и в справочниках по термообработке.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.