Шестерни, валы и пальцы после закалки и отпуска в сетчатой корзине

Закалка и отпуск стальных деталей

Закаливаем и отпускаем стальные детали по марке стали и твёрдости из вашего чертежа — валы, оси, шестерни, втулки, детали штампов и инструмента.
На термическом участке технопарка — вакуумная печь (садка до 200 кг) и линия модульного типа с закалочной ванной (садка до 150 кг), отпуск до 650 °C.

Вакуумная печь и линия модульного типа с закалочной ванной
Режим закалки и отпуска — по марке стали и твёрдости из чертежа
Механическая обработка до и после термообработки — в цехе той же площадки

Зачем стальную деталь закаливают и отпускают

Закалка делает сталь твёрдой и прочной: деталь нагревают выше температуры превращения, выдерживают и быстро охлаждают — в масле, воде или потоке газа. Структура металла меняется, и поверхность начинает сопротивляться износу и смятию.

Но после закалки сталь хрупкая, а внутри неё остаются напряжения от быстрого охлаждения. Если деталь сразу пустить в работу, она может треснуть при ударе или со временем изменить размеры. Поэтому за закалкой всегда идёт отпуск — повторный нагрев до более низкой температуры и выдержка. Отпуск снимает напряжения и возвращает стали часть вязкости, а нужную твёрдость деталь сохраняет.

Пару «закалка + отпуск» назначают валам, осям, шестерням, пальцам, втулкам, деталям штампов и инструмента — всему, что работает под нагрузкой и на износ. Режим задаёт чертёж: марка стали и твёрдость, например «HRC 40…45».

Что происходит со структурой стали при закалке и отпуске

Нагрев — при температуре выше критической структура стали превращается в аустенит, в котором растворяется весь углерод.
Быстрое охлаждение — углерод не успевает выйти из кристаллической решётки, и образуется мартенсит — самая твёрдая и прочная, но хрупкая структура.
Отпуск — при повторном нагреве из мартенсита выделяется часть углерода, внутренние напряжения снимаются, и материал получает вязкость. Чем выше температура отпуска, тем мягче и пластичнее результат.

Поэтому твёрдость после закалки определяет прежде всего количество углерода в стали, а легирующие элементы — хром, марганец, никель — отвечают за прокаливаемость: на какую глубину сечения закалка проходит при охлаждении в одной и той же среде.

Режим закалки стали: температура, выдержка, охлаждение

Детали из стали 45 для закалки и отпуска — Детали из стали 45

Процесс закалки складывается из трёх величин, и каждую технолог подбирает по марке стали и размеру детали.

Температура нагрева — для углеродистых и легированных конструкционных сталей обычно 820–880 °C: выше превращения, но без перегрева — перегретая сталь становится крупнозернистой и хрупкой.
Время выдержки — деталь держат при температуре закалки, пока она не прогреется по всему сечению: массивному валу нужно больше времени, чем тонкой пластине.
Скорость охлаждения — должна быть выше критической для этой марки стали, иначе твёрдость не наберётся. Углеродистые стали охлаждают быстрее — в воде, легированные — мягче, в масле или газе: меньше риск трещин и коробления.

Среду охлаждения выбирают по марке стали и форме детали: вода охлаждает быстрее всего, масло мягче, газ под давлением в вакуумной печи — равномернее. Твёрдость после закалки зависит прежде всего от содержания углерода в стали, а свойства готовой детали — от температуры последующего отпуска.

Закалка, отпуск, нормализация и отжиг стали: в чём разница

Процесс	Как охлаждают	Что получает сталь
Закалка	быстро — в воде, масле или газе	наибольшую твёрдость и прочность, но и хрупкость
Отпуск	после нагрева ниже температуры превращения, обычно на воздухе	вязкость и снятие напряжений при сохранении нужной твёрдости
Нормализация	на спокойном воздухе	мелкозернистую однородную структуру — подготовку заготовки к закалке
Отжиг	медленное охлаждение вместе с печью	мягкость и однородную структуру — сталь легче обрабатывать на станках

Отжиг и нормализация обычно стоят в начале пути детали — их делают с заготовкой перед механической обработкой. Закалка с отпуском — в конце, когда деталь почти готова и ей нужно придать рабочие свойства: прочность, твёрдость и ударную вязкость.

Режимы закалки для конструкционных и инструментальных сталей

Деталь из легированной стали 40Х перед закалкой — Деталь из стали 40Х

Температура нагрева под закалку зависит от содержания углерода и легирования: конструкционные углеродистые стали нагревают до 820–860 °C, легированные инструментальные — выше, быстрорежущие — до 1200 °C и более. Отпуск после закалки обязателен: он снимает напряжения и задаёт итоговую твёрдость — чем выше температура отпуска, тем мягче и вязче сталь.

Температура закалки и закалочная среда зависят от содержания углерода и легирующих элементов. Легированные стали прокаливаются глубже и закаливаются в более мягкой среде, инструментальные требуют точного режима нагрева. Справочные режимы для распространённых марок:

Марка стали	Температура закалки	Закалочная среда	Типичные детали
45	820–840 °C	вода, масло для тонких сечений	валы, оси, шестерни, пальцы
40Х	830–850 °C	масло	валы, шестерни, болты ответственного назначения
65Г	800–830 °C	масло	пружины, шайбы, упругие элементы
У8, У10	760–800 °C	вода, затем масло	инструмент, ножи, пуансоны
Х12МФ	1020–1040 °C	масло или газ	матрицы и пуансоны штампов

Высоколегированные инструментальные стали вроде Х12МФ удобно закаливать в вакуумной печи: нагрев до 1300 °C и охлаждение газом под давлением дают твёрдость без окалины и с наименьшим короблением. Точный режим для детали технолог назначает по чертежу и сертификату на материал.

Виды отпуска стали после закалки

Чем выше температура отпуска, тем ниже твёрдость и выше вязкость детали. Температуру выбирают по тому, как деталь будет работать.

Вид отпуска	Температура	Что получает деталь	Каким деталям назначают
Низкий	150–250 °C	остаётся высокая твёрдость и износостойкость, снимаются напряжения	режущий и мерительный инструмент, детали после цементации
Средний	350–500 °C	упругость при достаточной твёрдости	пружины, рессоры, упругие элементы
Высокий	500–650 °C	лучшее сочетание прочности и ударной вязкости	валы, оси, шестерни, шатуны — детали под ударной и переменной нагрузкой

Закалку с высоким отпуском называют улучшением: так обрабатывают конструкционные стали, например 40Х и 45, перед окончательной механической обработкой. Печь отпуска линии модульного типа нагревает до 650 °C — это весь диапазон отпуска, от низкого до высокого.

Оборудование для закалки и отпуска

Для термообработки стальных деталей на термическом участке технопарка две установки — для закалки и отпуска. Какую выбрать, технолог решает по детали: её размеру, марке стали и требованиям к поверхности.

Параметр	Вакуумная печь ВП-3Г-85	Линия модульного типа
Процессы	закалка, отпуск, магнитный отжиг	закалка, отпуск, цементация
Рабочее пространство	600 × 400 × 400 мм	садка Ø 430 мм, высота 600 мм
Масса садки (брутто)	до 200 кг	до 150 кг
Температура нагрева	до 1300 °С	до 1080 °С, печь отпуска до 650 °С
Среда	вакуум 1 × 10⁻³ мбар, защитный газ азот	защитная атмосфера: метанол, пропан, азот
Охлаждение при закалке	газом под давлением до 10 бар	в закалочной ванне
Мощность нагрева	85 кВт	—

Партия стальных деталей на поддоне после закалки и отпуска

Вакуумная печь греет деталь без доступа воздуха: поверхность не окисляется, окалины нет, и после закалки не нужна дробеочистка. Припуск под механическую обработку можно оставить меньше.

Линия модульного типа переносит садку из печи в закалочную ванну скольжением, без потери температуры, а нагрев идёт в защитной атмосфере. Так детали меньше коробятся и выходят без окалины, а доработки на станках остаётся меньше. На этой же линии детали цементируют перед закалкой.

Как уменьшить коробление детали при закалке

Шлифование шейки вала после закалки — Шлифование вала после закалки

Коробление — изменение формы детали при закалке: длинный вал изгибается, тонкая пластина ведёт «пропеллером». Причина — неравномерный нагрев и охлаждение разных частей детали и напряжения, оставшиеся после механической обработки.

Нагрев в вакууме или защитной атмосфере — без окалины, поэтому припуск на её снятие не нужен
Перенос садки в закалочную ванну без остывания — деталь охлаждается равномерно
Охлаждение газом в вакуумной печи — мягче, чем в воде или масле
Припуск под шлифование после закалки — точный размер деталь получает уже после термообработки

Шлифование и доводка закалённых деталей — в механообрабатывающем цехе той же площадки: деталь не нужно возить к другому подрядчику.

Как заказать закалку и отпуск деталей

1

Чертёж детали

Пришлите чертёж с маркой стали и твёрдостью, укажите количество деталей и что с ними уже сделано — например, черновая токарная обработка.
2

Режим и расчёт

Технолог выбирает установку и режим термообработки и называет стоимость и срок.
3

Закалка и отпуск

Детали укладывают в садку, закаливают и отпускают по назначенному режиму.
4

Отгрузка или следующая операция

Детали передают вам или отправляют в цех той же площадки на шлифование и покрытие.

Доставка готовых деталей и оплата заказа

Доставка

Готовую партию отгружаем транспортной компанией «Деловые Линии». Работаем в первую очередь с предприятиями Уральского федерального округа. Забрать детали можно и самостоятельно — с площадки технопарка в Челябинске, ул. Машиностроителей, 7.

Оплата и документы

Работаем с юридическими лицами: договор и счёт с технопарком — исполнителем работ, без посредников
Стоимость технолог считает по чертежу или эскизу за 3–5 дней
Минимальная сумма заказа — 50 000 ₽
Принимаем в работу материал заказчика

Вопросы о закалке и отпуске стальных деталей

Почему после закалки обязательно нужен отпуск

Закалённая сталь хрупкая и хранит внутренние напряжения. Без отпуска деталь может треснуть при ударе или изменить размеры со временем. Отпуск снимает напряжения и возвращает вязкость, а твёрдость остаётся в заданных чертежом пределах.

Чем закалка в вакууме лучше закалки на воздухе

В вакууме сталь не окисляется: на поверхности нет окалины, обезуглероживания и цветов побежалости. После закалки не нужна дробеочистка, а припуск под механическую обработку можно оставить меньше.

Какого размера детали можно закалить

В вакуумной печи — детали, которые помещаются в камеру 600 × 400 × 400 мм, садка до 200 кг. На линии модульного типа — садка диаметром 430 мм и высотой 600 мм, до 150 кг.

Что такое улучшение стали

Закалка с высоким отпуском при 500–650 °C. Сталь получает лучшее сочетание прочности и вязкости. Улучшение назначают валам, осям, шестерням из конструкционных сталей, обычно перед чистовой механической обработкой.

Что прислать для расчёта

Чертёж с маркой стали и требуемой твёрдостью и количество деталей. Если деталь потом нужно шлифовать или покрыть — напишите об этом, технолог посчитает весь путь детали по площадке.