В настоящее время азот имеет широкое применение и важное значение в промышленности. Наиболее востребован азот для металлургии. Азот для металлургии наиболее востребован и имеет применение при криозакаливании и криообжиге металлов.
Процессы упрочнения полуфабрикатов, заготовок и особенно готовых деталей являются одним из главных резервов повышения эффективности использования металла. Эта проблема непосредственно связана с повышением надежности, долговечности машин и их эксплуатационных характеристик и поэтому должна решаться в комплексе, начиная с выбора рациональной конструкции изделий и заканчивая использованием технологических методов, обеспечивающих высокие эксплуатационные характеристики наиболее нагруженных деталей.
Криогенной обработкой стали называется охлаждение закаленной стали до температуры ниже конца мартенситного превращения, т. е. до температуры жидкого азота, со скоростью ниже критической, выдержке для завершения фазовых превращений и последующем нагреве до нормальной температуры.
Варьирование методов и технологических режимов термомеханической обработки, криогенной обработки и последующего отпуска обеспечивает различное структурное состояние и сочетание механических свойств стали.
Криогенная обработка не является окончательной операцией. Чтобы уменьшить напряжения, вызванные закалкой или термомеханической обработкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после криогенной обработки обязательно подвергают отпуску.
Криогенной обработке подвергают, в большинстве случаев, изделия с высоким содержанием углерода в стали, в структуре которой после закалки или термомеханической обработки сохраняется большое количество остаточного аустенита.
Можно выделить следующие основные цели использования криогенной обработки стали:
-
- повышение твердости, износостойкости, прочности за счет перехода остаточного аустенита в мартенсит;
- улучшение формоустойчивости и стабильности размеров после обработки;
- увеличение ударной прочности и износостойкости за счет образования мелкодисперсных карбидов в легированных сталях;
- увеличение ресурса за счет снятия остаточных напряжений.
Повышение твердости, прочности и как следствие повышение износостойкости за счет перехода остаточного аустенита в мартенсит при криогенной обработке хорошо изучены. Температура мартенситного превращения не зависит от скорости охлаждения и определяется содержанием углерода в стали. Чем больше в стали углерода, тем сильнее понижается точка мартенситного превращения. Для стали любого состава переход аустенита в мартенсит протекает в некотором интервале температур. В точке начала мартенситного превращения переход аустенита в мартенсит происходит с очень большой скоростью и в течение нескольких тысячных долей секунды большая часть аустенита (примерно 70%) переходит в мартенсит, после чего процесс замедляется. Оставшееся количество не превращенного аустенита переходит в мартенсит по мере понижения температуры, и процесс прекращается в точке конца мартенситного превращения. Положение точки конца мартенситного превращения определяется содержанием в стали углерода. Для стали с содержанием углерода 0,6% точка конца мартенситного превращения находится ниже комнатной температуры. Количество остаточного аустенита в простой углеродистой стали зависит от содержания углерода и от температуры закалки: чем больше углерода в стали и выше температура нагрева под закалку, тем больше сохраняется остаточного аустенита в структуре закаленной стали.
Количество остаточного аустенита особенно резко увеличивается с повышением температуры закалки заэвтектоидной стали. Наиболее широко применяемыми в промышленности заэвтектоидными сталями являются конструкционная шарикоподшипниковая сталь, быстрорежущие стали, инструментальные штамповые стали.
Особенности процесса:
- Улучшение формоустойчивости и стабильности размеров после обработки необходимо для измерительных и медицинских инструментов, шарикоподшипников. Эти стали имеют повышенное количество углерода (более 1%) и после закалки и низкого отпуска имеют высокую твердость. В закаленной высокоуглеродистой стали при комнатной температуре в течение продолжительного времени протекает процесс старения, который заключается в частичном распаде мартенсита и превращении некоторого количества остаточного аустенита в мартенсит. Эти процессы вызывают небольшое изменение объема и линейных размеров изделий, недопустимое для измерительных инструментов высоких классов точности. Для предупреждения старения измерительные инструменты после закалки подвергают криогенной обработке и отпуску.
- Увеличение ударной прочности и износостойкости за счет образования мелкодисперсных карбидов в легированных сталях обусловлено зарождением новых центров кристаллизации, которые упорядоченно строят однослойный кристалл. При криогенной обработке на однослойный кристалл наслаиваются новые атомы, и происходит рост кристалла. Чем больше в стали изоморфных примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче получается зерно. Наилучшими изоморфными примесями являются ниобий, вольфрам, молибден, хром, титан, ванадий.
- Увеличение ресурса за счет снятия внутренних остаточных напряжений. Внутренние напряжения возникают в процессе быстрого нагрева и охлаждения металла вследствие неодинакового расширения или сжатия поверхностных и внутренних слоев, при неравномерной деформации и структурных превращениях по объему. Внутренние напряжения сильно влияют на свойства и на превращения, протекающие в металлах. Структурные изменения, протекающие во время криогенной обработки, способствуют снятию внутренних напряжений металла. Этот механизм работает не только на сталях, но и на сплавах цветных металлов на основе титана, алюминия, меди
Для захолаживания деталей у нас есть специальная серия универсальных криоведер серии СДЦП. C другой нашей продукцией Вы можете ознакомиться в каталоге на нашем сайте.