9. Назначение и сущность закалки стали. Способы закалки

Закалка - самый распространенный вид термической обработки. Закаливаются валы, шестерни, пружины, штампы, зубила, резцы, фрезы и другие изделия и инструменты. Столь широкое распространение этого вида термической обработки объясняется тем, что при помощи закалки и последующего отпуска можно изменить свойства стали в очень широком диапазоне. Были рассмотрены превращения, которые протекают в стали, имеющей структуру аустенита, при ее охлаждении с различной скоростью.

Закалка стали основана именно на этих превращениях. Операция закалки состоит в том, что стальные изделия нагревают немного выше критических температур Aci, Асз а иногда и Аст и затем быстро охлаждают. В качестве охлаждающей среды применяют воду, масло и растворы солей. Целью закалки чаще всего является повышение твердости и прочности стальных изделий. При закалке имеют место понижение пластичности и вязкости стали, однако эти качества можно восстановить при последующем отпуске.

Как известно из предыдущего, при увеличении скорости охлаждения аустенита можно получить структуры сорбита, троостита или мартенсита. При закалке, как правило, стремятся получить структуру мартенсита, которая обеспечивает максимальную твердость стали.

Структуру сорбита или троостита более целесообразно получать путем отпуска закаленной стали. Закалка является наиболее сложным видом термической обработки, так как она протекает при очень больших скоростях охлаждения, что связано с образованием значительных внутренних напряжений в металле. Поэтому даже небольшие отклонения от установленных режимов обработки приводят к браку в изделии. Существенное влияние на результаты закалки оказывают температура нагрева и скорость охлаждения изделия.

Способы закалки стали:

1. Закалка в одном охладителе (v1).

Нагретую до нужной температуры деталь переносят в охладитель и полностью охлаждают. В качестве охлаждающей среды используют:

воду – для крупных изделий из углеродистых сталей;

масло – для небольших деталей простой формы из углеродистых сталей и изделий из легированных сталей.

Основной недостаток – значительные закалочные напряжения.

2. Закалка в двух сферах или прерывистая (v2).

Нагретое изделие предварительно охлаждают в более резком охладителе (вода) до температуры ~ 3000C и затем переносят в более мягкий охладитель (масло).

Прерывистая закалка обеспечивает максимальное приближение к оптимальному режиму охлаждения. Применяется в основном для закалки инструментов (см. Подкладной инструмент).

Недостаток: сложность определения момента переноса изделия из одной среды в другую.

3. Ступенчатая закалка (v3).

Нагретое до требуемой температуры изделие помещают в охлаждающую среду, температура которой на 30 – 50oС выше точки МН и выдерживают в течении времени, необходимого для выравнивания температуры по всему сечению. Время изотермической выдержки не превышает периода устойчивости аустенита при заданной температуре.

В качестве охлаждающей среды используют расплавленные соли или металлы. После изотермической выдержки деталь охлаждают с невысокой скоростью.

Способ используется для мелких и средних изделий.