Сорбитизация: ключ к долговечности стали

Часто сталкиваетесь с поломками деталей из-за хрупкости или износа? А теперь представьте себе изделие из стали, которое не деформируется под нагрузкой и не ломается при ударе. Один из способов повысить его прочность предлагает технология сорбитизации металла. Она способна продлить срок службы детали не просто на годы, а на десятилетия, а стойкость материала к экстремальным нагрузкам может увеличиться наполовину по сравнению с необработанным. 

Суть сорбитизации металла

Этот вид термической обработки применяют к среднеуглеродистым сталям (с содержанием углерода от 0,25% до 0,6%), чтобы получить в их структуре однородную смесь двух микроструктур: сорбита и троостита. Первая и дала название процессу. 

В ходе операции возникают изменения сплава на молекулярном уровне. Для этого его сначала нагревают до температуры выше критической точки. В результате происходит аустенитизация: превращение феррита и цементита (перлита) в однородную фазу аустенита. В ходе последующей выдержки при заданном термическом пороге аустенит полностью гомогенизируется, а его зерно укрупняется.

При контролируемом охлаждении после упрочнения металла сорбитизацией происходит распад аустенита с образованием сорбита или троостита. Грамотно проведенный “финиш” - гарантия того, что кристаллы равномерно распределятся по материалу и создадут безупречную структуру.  

На процесс влияют температура и скорость охлаждения. Чем выше нагрев, тем больше аустенита образуется, что определяет соотношение сорбита и троостита в конечной структуре. Чем быстрее охлаждается металл, тем больше в нем “перевешивает” сорбит. При более медленном охлаждении, напротив, преобладает троостит.

Отметим, что скорость охлаждения – первоочередной фактор, влияющий на структуру и свойства сорбитизированной стали, в том числе при сорбитизации литья. Температура нагрева влияет и на размер зерна аустенита, а следовательно, и на величину кристаллов феррита и цементита в конечном продукте.

Отличия сорбита и троостита

Если сравнивать сорбит и троостит, оба обладают высокой прочностью, твердостью, износостойкостью и при этом сохраняют достаточную пластичность. Но троостит – более тонкая и дисперсная структура. Соответственно, его вязкость и ударная стойкость выше, при этом он немного уступает сорбиту в твердости. 

Таким образом, металл с преимущественно сорбитовой структурой используется в деталях, подверженных высокому трению: например, в валах, шестернях, редукторах, инструментах, в сорбитизации крановых колес. А на основе трооститной - в деталях типа пружин, рессор, крепежных элементов.
  

Преимущества упрочнения
металла сорбитизацией  

Процедура дарит металлу сразу несколько достоинств: 

• повышение механических свойств. Прочность стали увеличивается на 20-30% по сравнению с отожженной структурой. Металл становится более твердым, устойчивым к к хрупкому разрушению. Это особенно важно для деталей, работающих в условиях динамических нагрузок;
• улучшение эксплуатационных характеристик. Минимизируется склонность стали к деформациям под нагрузкой. Это важно для изделий, которые должны сохранять форму и геометрические параметры в процессе эксплуатации;
• увеличение срока службы. Сорбитизация металла может продлить его жизнь минимум вдвое. А значит, ремонт и замена обработанным деталям потребуются очень нескоро.

Кроме того, упрочнение металла сорбитизацией - универсальный процесс. Его можно проводить для всех среднеуглеродистых сталей. Размеры и формы изделий тоже не ограничены. Выгодными свойствами и для исполнителя, и для заказчика оказываются простота и доступность метода.  

Печи для сорбитизации металла

Соблюсти порядок нагрева специалистам помогают несколько типов печей. Самые простые и демократичные - муфельные. Они обеспечивают нагрев материалов в закрытом пространстве, что исключает окисление и гарантирует равномерность охвата. Камерные – выбор для обработки крупных деталей и заготовок. Они могут быть электрическими или газовыми, обладают широким диапазоном регулируемых температур.

Ванные печи используют для нагрева расплавленных солей, в которые помещают обрабатываемые детали. Они работают с температурами до +1300°C. Индукционные обеспечивают нагревание материалов электротоками, которые индуцируются в среде переменного магнитного поля. Это самое сложное оборудование, работа на котором требует специальных знаний и навыков.

При выборе печи для сорбитизации литья и изделий, выпущенных другими способами, важно учитывать:

• размер и форму деталей;
• температурный диапазон;
• тип нагрева. Электрические печи более точны и управляемы, но газовые могут быть экономичнее;
• дополнительные функции. Некоторые устройства оснащены системами программирования температурного режима, контроля и управления, безопасности.
  
  

Сорбитизация и легирующие компоненты

От процесса, особенно если речь идет о такой важнейшей операции, как сорбитизация крановых колес, ожидают хорошего результата. И он не разочаровывает. Причем каждый компонент сплава реагирует на него по-своему и добавляет в общую палитру свои яркие краски.    

Доказано, что хром замедляет распад аустенита, увеличивая время, необходимое для образования сорбита. Это позволяет получить более мелкое зерно и более однородную структуру. Никель увеличивает прочность и вязкость сорбита, а также уменьшает его хрупкость. Молибден повышает твердость и износостойкость структуры, ее сопротивление высоким температурам. Ванадий улучшает прочность и вязкость сорбита, уменьшая его склонность к отпускной хрупкости. Марганец увеличивает прочность и твердость сорбита, а также минимизирует его склонность к деформации.

В целом легирующие элементы способны повлиять:

• на температуру - изменить критические точки и скорректировать термический диапазон сорбитизации;
• на скорость - ускорить или замедлить распад аустенита, что изменит скорость образования сорбита;
• на структуру - изменить размер и форму кристаллов феррита и цементита в сорбите, а следовательно, его свойства.
  
  

Сферы применения сорбитизации

Сорбитизация металла “прописана” деталям, эксплуатация которых связана с интенсивными нагрузками. Детали трансмиссии, коленчатые валы, оси, зубчатые колеса, редукторы, картеры двигателей, корпуса подшипников и насосов, рессоры, амортизаторы, пружины клапанов, фрезы, сверла, резцы, штампы, втулки, направляющие, молотки и кувалды - всё это и многое другое может стать намного неприступнее благодаря умной термической обработке. Наши предприятия выполнят ее для любой партии деталей: от нескольких штук до сотен изделий. Обращайтесь! 

Тип металла			Стоимость, руб./кг
Углеродистая сталь			от 100
Легированная сталь			от 120
Нержавеющая сталь			от 150
Инструментальная сталь			от 180
Быстрорежущая сталь			от 200