Закалка

1. Выбор температуры нагрева под закалку

Доэвтектоидные стали под закалку следует нагревать до однородного аустенитного состояния. Оно достигается за сравнительно короткий отрезок времени, если температура нагрева находится на 30—50^оС выше температуры Ас₃. Температура Ас₃, при которой в реальных условиях нагрева произойдет полная замена феррита на аустенит, зависит от скорости нагрева (рисунок 1). Чем выше скорость нагрева, тем больше разность между Ас₃ и А₃. При медленном печном нагреве она небольшая. Поэтому температуру нагрева под закалку доэвтектоидных сталей назначают на 30 – 50^оС выше равновесной А_3, которую, в свою очередь, находят на диаграмме состояния железо – углерод, на пересечении концентрации углерода в стали с линией GS (рисунок 2).

Рисунок 1 – Влияние температуры и скорости нагрева на превращение перлита в аустенит

В заводской практике критические температуры используемых сталей определяют по справочникам, а в случае необходимости уточняют с помощью термического анализа.

Рисунок 2 - Часть диаграммы ЖЕЛЕЗО–УГЛЕРОД, используемая для выбора температуры нагрева при термообработке углеродистых сталей.

Заштрихованная область на диаграмме показывает рекомендуемые температуры нагрева под закалку. Для сталей доэвтектоидных температура нагрева на 20-30°С выше линии Ас_з т.е. находится в области аустенита. Сталь марки 40 (0,4%С) нагревается до температуры t₁ , сталь марки У8 (0,8%С) нагревается до температуры t_2.

2. Период нагрева

Время нагрева можно рассчитывать или воспользоваться справочными данными (таблица 1).

Таблица 1 – Время нагрева плоских стальных деталей

Нагревательный аппарат	Температура нагрева, °С	Время нагрева на 1мм толщины детали, сек.
		углеродистая сталь	легированная сталь
Пламенная печь	800-900	60-70	65-80
Электропечь	720-820	60-65	70-75
	820-880	50-55	60-65
Соляная ванна	770-820	12-14	18-20

3. Период выдержки при заданной температуре

Время выдержки необходимо для равномерного распределения температуры по всему сечению образца (прогрев детали) и для завершения структурных превращений. Оно определяется расчетом или берется из соответствующих справочников. Для образцов, используемых в данной работе, можно принять время выдержки из расчета 1 мин на 1мм толщины детали.

4. Период охлаждения

Главнейший фактор этого периода - скорость охлаждения детали. В зависимости от скорости охлаждения аустенит может превращаться в различные структуры. На рисунке 3 изображена диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита (изображен общий случай). А – аустенит, П – перлит. V₁, V₂, V₃, V₄, V_К – скорости охлаждения, град/сек. М_Н – температура начала мартенситного превращения.

У сталей углеродистых с уменьшением скорости охлаждения получается более равновесная структура и меньше твердость. Например, при скорости V₁ образуется структура крупнопластинчатого перлита, при скорости V₂ более дисперсная структура перлита (и более твердая). Чтобы получить структуру мартенсита (обладающую наибольшей твердостью) необходима скорость охлаждения V_К (критическая скорость) или еще более высокая V₄.Для углеродистых сталей она равна примерно 500 ^оС/с.

Рисунок 3 – Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита эвтектоидной стали.

Скорость охлаждения зависит от разности температур, от соотношения площади поверхности детали к её объёму, от теплофизических свойств охлаждающей среды и материала детали и некоторых других факторов.

Таблица 2 – Скорости охлаждения в различных средах

Охлаждающая среда	Скорость охлаждения в интервале температур, °С/сек
	550-650°С	200-220°С
Вода при 18°С	600	270
Вода при 20°С	500	270
Раствор в воде 18% NaCl	1100	300
Раствор в воде 20% Na2CО3	800	270
Машинное масло	100	20
Спокойный воздух	20	5