» » Нагрев стали

Нагрев стали

В процессе термической обработки сталь нагревают в печах, ваннах или горнах. По способу передачи тепла нагреваемым изделиям термические печи подразделяют на камерные, муфельные и ванные. В камерных печах (рис. 60) изделия нагреваются в результате непосредственного соприкосновения с пламенем и продуктами горения топлива. В муфельных печах продукты горения нагревают закрытую камеру — муфель и не соприкасаются с нагреваемым металлом. Печь-ванна представляет тигель, заполненный расплавленными солями (различного состава), которые позволяют нагревать изделия до температуры от 150 до 950°; ванну можно заполнить также горячим маслом (температура 200°).

При отсутствии специальных термических печей и ванн нагрев стали производится в кузнечном горне.
Нагревание стали не проходит для нее бесследно: в некоторых случаях структура стали при нагревании улучшается, в других — ухудшается; неправильный нагрев может окончательно испортить сталь.
Цвета побежалости и цвета каления. Точное определение температуры, до которой нагревается изделие, имеет большое значение при проведении любой термической операции. Температуру в термических печах и ваннах измеряют обычно специальными приборами — пирометрами.
При отсутствии пирометров температуру можно приблизительно определить по так называемым цветам побежалости и цветам каления.
Если кусок стали очистить от окалины напильником или наждачной шкуркой и начать его нагревать, то на очищенной поверхности, начиная с температуры 220°, появляются разные цвета — от светложелтого до серого. Эти цвета называются цветами побежалости; они соответствуют определенной температуре.
Появление цветов побежалости объясняется образованием на поверхности стали тонкой пленки окислов железа, вызванным окислением железа кислородом воздуха. Поэтому на неочищенной от окалины поверхности цвета побежалости наблюдать нельзя.
С повышением температуры, а также с увеличением времени пребывания изделия при данных температурах нагрева слой окисленной пленки делается толще, вследствие чего изменяется и цвет.
В таблице 15 приведены цвета побежалости и соответствующие им температуры нагрева.

Точность определения температуры по цветам побежалости зависит от освещенности помещения, степени утомляемости глаз наблюдателя и его опытности.
Если, например, при нагревании стали появится фиолетовый цвет, это означает, что температура в нагреваемом массe равна 285°.
Определить температуру по цветам побежалости нетрудно, но необходим навык, чтобы приучить глаз к определению этих цветов, так как кроме них существуют промежуточные оттенки; поэтому может произойти ошибка в определении цвета, а следовательно, и температуры. Необходимо также помнить, что на появление цветов побежалости влияет не только температура, но и время нагревания.
Толщина слоя окисла металла при цветах побежалости очень незначительна и легко ошлифовывается наждачной бумагой.
Побежалые цвета одинаково появляются как на мягкой, так и на закаленной стали. От прибавления к стали специальных примесей, способствующих уменьшению ее окисляемости, вся гамма цветов побежалости, появляющаяся при нагревании, перемещается по шкале температур кверху, вследствие чего определить температуру на глаз в этом случае чрезвычайно затруднительно.
При нагреве стали выше температуры 330° цвета побежалости исчезают, металл продолжает оставаться темным до температуры 500°. При этой температуре металл начинает светиться (в темноте); при дальнейшем повышении температуры нагрева (530°) появляются калильные цвета.
Пользование цветами каления для определения температуры требует большой внимательности и некоторого опыта.
Кроме умения различать оттенки этих цветов, необходимо считаться с влиянием освещения. Например, нагретый до 550° предмет в темноте будет светиться, а в светлом помещении казаться темным (несветящимся). Вот почему в закалочных мастерских стараются создавать постоянно одинаковое освещение. Определяя цвет каления, надо принимать во внимание степень освещенности.
Скорость нагрева стали. Перед тем как подвергнуть стальное изделие нагреву, необходимо знать марку или химический состав стали, из которой оно изготовлено, так как в зависимости от процента содержания углерода и других примесей в стали температуры ее термической обработки будут различны.
Сталь определенного состава можно нагревать без вреда для ее качества лишь до определенной температуры. Если же эту температуру повышать и дальше, то сначала наступит перегрев, а затем пережог стали.
Перегретая и пережженная сталь имеет крупнозернистый, яркоблестящий излом. Восстановить механические свойства перегретой стали можно отчасти последующей термической обработкой; пережженную сталь исправить нельзя, потому что по границам крупных зерен происходит окисление, вследствие чего связь между ними ослабевает, и сталь становится окончательно испорченной.
Перегрев может получиться и при правильной температуре нагрева, если нагрев будет продолжаться очень долго.
При перегреве происходит рост зерна, а следовательно, изменение качества стали; она становится менее прочной и более хрупкой.
Из сказанного можно сделать следующий вывод: нагрев стали необходимо производить очень осторожно и внимательно, непрерывно наблюдая и следя за цветами побежалости и каления.
Скорость нагрева стали при термической обработке следует выбирать в зависимости от марки стали и формы изделия. Чем выше содержание углерода и других примесей в стали и чем сложнее и массивнее деталь, тем медленнее следует ее нагревать.