Крепежные изделия — болты, гайки, шпильки — работают под нагрузками, вибрацией и агрессивными воздействиями. Чтобы выдержать такие условия, они должны обладать высокой прочностью, износостойкостью и сопротивлением деформациям. Достичь этих свойств невозможно без термообработки. В статье расскажем, как закалка, отпуск и нормализация превращают металл в надежный крепеж, соответствующий ГОСТ, и почему эти процессы критичны для промышленности.
Зачем крепежу термообработка?
Без термической обработки сталь остается мягкой и склонной к деформациям. Например, болт класса прочности 8.8 теряет до 50% несущей способности, если пропустить этап закалки. Термообработка решает три задачи:
- Повышает твердость — защищает от износа и истирания.
- Устраняет внутренние напряжения — предотвращает трещины при нагрузках.
- Оптимизирует структуру металла — улучшает пластичность и ударную вязкость.
Пример: Контргайки для железнодорожных путей проходят полный цикл термообработки. Это исключает их разрушение под вибрацией состава.
3 этапа термообработки: Нормализация, закалка, отпуск
1. Нормализация: Подготовка структуры металла
Что это? Нагрев стали до 850–920°C с последующим охлаждением на воздухе.
Зачем нужно?
- Устраняет неравномерность структуры после литья или прокатки.
- Уменьшает зернистость, повышая однородность металла.
- Подготавливает материал для последующей закалки.
ГОСТ: Для нормализации углеродистых сталей применяют ГОСТ 1050-2012, для легированных — ГОСТ 4543-2016.
Пример: Нормализация обязательна для крепежа из стали 40Х (например, рым-болты ГОСТ 4751).
2. Закалка: Максимальная твердость
Что это? Нагрев до критической температуры (например, 800–850°C для стали 45) с резким охлаждением в воде, масле или солевом растворе.
Результат:
- Твердость повышается в 2–3 раза (до 50–60 HRC).
- Формируется мартенситная структура — основа прочности.
Важно: Неправильная закалка приводит к перегреву, трещинам или короблению. Например, охлаждение в воде вместо масла для высокоуглеродистой стали вызывает растрескивание.
Применение:
- Ответственный крепеж (анкерные болты ГОСТ 24379).
- Изделия для ударных нагрузок (шайбы ГОСТ 6402).
3. Отпуск: Снижение хрупкости
Что это? Нагрев закаленного металла до 150–650°C с медленным охлаждением.
Зачем нужно?
- Уменьшает внутренние напряжения после закалки.
- Повышает пластичность, сохраняя твердость.
- Предотвращает внезапное разрушение под нагрузкой.
Типы отпуска:
- Низкий (150–250°C) — для инструментального крепежа (например, шестигранные ключи).
- Средний (300–450°C) — для пружинных шайб ГОСТ 6402.
- Высокий (500–650°C) — для конструкционных болтов класса 10.9.
Кейс: Пропуск отпуска при производстве винтов привел к поломке крепления в станке — виной хрупкость металла.
ГОСТ и термообработка: Требования к процессам
ГОСТ регламентирует не только размеры, но и параметры термообработки:
| Изделие | ГОСТ | Температура закалки | Среда охлаждения |
|---|---|---|---|
| Болты класса 8.8 | ГОСТ 1759.1 | 800–830°C | Масло |
| Гайки класса 10 | ГОСТ 15521 | 820–850°C | Вода |
| Пружинные шайбы | ГОСТ 6402 | 750–780°C | Воздух |
Проверка качества: После термообработки крепеж тестируют на:
- Твердость (прибор Роквелла).
- Ударную вязкость (маятниковый копер).
- Микроструктуру (микроскоп с увеличением х500).
5 ошибок при термообработке крепежа
- Нарушение температурного режима
Перегрев стали вызывает рост зерен, снижая прочность. Например, нагрев стали 45 выше 850°C уменьшает предел текучести на 15%. - Неправильная среда охлаждения
Быстрое охлаждение в воде подходит только для низкоуглеродистых сталей. Для легированных (например, 40ХН) требуется масло. - Пропуск отпуска
Закаленный без отпуска металл теряет пластичность. Такие болты ломаются при динамических нагрузках. - Игнорирование химического анализа
Без спектрального анализа невозможно точно определить марку стали. Ошибка в составе ведет к неправильным температурам обработки. - Экономия на оборудовании
Покупка «кустарных» печей без точного контроля температуры — причина брака в 70% случаев.
Как проверить качество термообработки?
- Маркировка
На изделиях класса 8.8 и выше должна быть маркировка (например, «8.8» на головке болта). - Лабораторные тесты
- Твердость: По шкале HRC (например, 22–32 HRC для класса 8.8).
- Микроструктура: Отсутствие пережженных зерен и трещин.
- Сертификаты производителя
В документах должны быть указаны:- Температурные режимы.
- Результаты испытаний на ударную вязкость.
Совет: Заказывайте крепеж у компаний с собственными термическими цехами — это гарантия контроля на всех этапах.
FAQ: Ответы на ключевые вопросы
Вопрос: Чем отличается закалка от нормализации?
Ответ: Нормализация — нагрев с охлаждением на воздухе для однородности структуры. Закалка — быстрое охлаждение для максимальной твердости.
Вопрос: Можно ли термообрабатывать нержавеющий крепеж?
Ответ: Да, но для нержавейки (например, А2/А4) используют особые режимы, чтобы не потерять антикоррозийные свойства.
Вопрос: Сколько стоит термообработка партии болтов?
Ответ: Цена зависит от объема и сложности. Например, обработка 1000 шт. болтов М20 — от 5000 руб. (с НДС).
