Б) Закалка
Закалкой называется термическая обработка, заключающаяся в нагреве и выдержке металла при заданной температуре с последующим его быстрым охлаждением с целью фиксации состояния металла, характерного для высоких температур.
В случае стали закалка состоит в нагреве ее выше температур фазовых превращений Аc1 или Ас3, выдержке для завершения всех превращений и охлаждении с высокой скоростью с целью получения при комнатной температуре неравновесных структур, обеспечивающих более высокую прочность и твердость стали.
В зависимости от температуры нагрева различают полную и неполную закалку. При полной закалке нагрев осуществляют на 30 — 500С выше Ас3 или Асm. После закалки получается мартенситная структура с некоторым количеством остаточного аустенита.
При неполной закалке сталь нагревают на 30 — 500С выше Аc1, но ниже Ас3 или Асm. В этом случае в нагретом состоянии структура доэвтектоидных сталей состоит из аустенита и феррита, а заэвтектоидных — из аустенита и вторичного цементита. При быстром охлаждении аустенит превращается в мартенсит.
После неполной закалки в доэвтектоидных сталях структура состоит из мартенсита и включений зерен феррита, а в заэвтектоидных — из мартенсита и округлых включений вторичного цементита. Наличие феррита в структуре закаленной доэвтектоидной стали снижает твердость; поэтому такая закалка применяется реже. Наличие избыточного цементита в структуре закаленной заэвтектоидной стали, наоборот, полезно.
Минимальная скорость охлаждения, необходимая для переохлаждения аустенита до мартенситного превращения, называется критической скоростью закалки. Критическая скорость закалки определяется по ранее рассмотренной диаграмме изотермического распада аустенита.
Закалочные среды. Механизм действия закалочных среда (вода, масло) следующий. В момент погружения изделия в закалочную среду вокруг него образуется пленка перегретого пара, охлаждение происходит через слой этой паровой рубашки. Этот этап относительно медленного охлаждения называется стадией пленочного кипения.
Когда температура поверхности достигает некоторого значения (определяемого составом закаливающей жидкости), при котором паровая рубашка разрывается, то жидкость начинает кипеть на поверхности детали, и охлаждение происходит быстро. Этот этап быстрого охлаждения называется стадией пузырчатого кипения.
Когда температура поверхности металла ниже температуры кипения жидкости (при охлаждении в воде — ниже 1000С), жидкость, кипеть уже не будет, и охлаждение замедлится. Этот третий этап охлаждения носит название стадии конвективного теплообмена.
Закаливающая жидкость охлаждает тем интенсивнее, чем шире интервал стадии пузырчатого кипения, т. е. чем выше температура, перехода от первой стадии охлаждения ко второй и чем ниже температура перехода от второй стадии к третьей. Интенсивность охлаждения зависит от температуры жидкости, от ее физических свойств, вязкости, скрытой теплоты парообразования. Так применение водных растворов солей и щелочей уменьшает период пленочного кипения, расширяя интервал пузырчатого кипения, и увеличивает охлаждающую способность.