5.2.Охлаждение при закалке стали.
Охлаждение при закалке проводится с максимально высокими скоростями, предотвращающими диффузионный распад переохлажденного аустенита на феррито-цементитную смесь, т.е. скорость охлаждения должна превышать критическую скорость закалки. На изотермической либо термокинетической диаграмме распада переохлажденного аустенита критическая скорость закалки изображается в виде касательной к С – образным кривым в области минимальной устойчивости переохлажденного аустенита (рис. 1.10).
Рисунок 1.10. Схемы назначения оптимальных условий охлаждения при закалке: а - интервал оптимальных скоростей охлаждения; б - оптимальный график охлаждения
Здесь на рис. 1.10, а линия 1 соответствует охлаждению с критической скоростью, линия 2, пересекающая С-кривые, свидетельствует о том, что уменьшение скорости охлаждения менее критической приводит к диффузионному распаду переохлажденного аустенита, исключая мартенситное превращение, что не соответствует условиям проведения закалки. Линии 3 - 5, соответствующие скоростям охлаждения, превышающим критическую, обеспечивают развитие мартенситного превращения, подавляя диффузионный распад.
Скорость охлаждения при закалке, однако, не должна быть слишком большой, поскольку ее чрезмерное увеличение приводит к росту закалочных внутренних напряжений, что может вызвать коробление изделий или образование трещин.
Анализ оптимальных условий охлаждения при закалке (рис. 1.10, б) показывает, что предельно высокая скорость охлаждения необходима лишь в области минимальной устойчивости переохлажденного аустенита (область температур 650 – 500°С) с целью подавления диффузионного распада, а дальнейшее охлаждение может проводиться с меньшими скоростями (см. пологий участок кривой охлаждения ниже температур 500 – 450°С ).
5.3.Охлаждающие среды.
Наиболее широко распространенной классической охлаждающей средой, используемой для закалки, является вода. Это объясняется ее широкой распространенностью, доступностью, относительной дешевизной и рядом замечательных теплофизических свойств, позволяющих осуществлять охлаждение со скоростями, превышающими критические скорости закалки многих сталей.
Однако во многих случаях закалочное охлаждение может быть проведено с меньшими скоростями, обеспечивающими получение меньшего уровня закалочных напряжений и исключение деформации изделия.
В табл. 1.1 приведены ориентировочные выборочные данные о максимальных скоростях охлаждения в некоторых закалочных средах в различных температурных интервалах охлаждения, поясняющие некоторые преимущества тех или иных сред.
Из приведенных данных следует, что повышение температуры воды, используемой при закалке стали, от 18 до 74°С уменьшает охлаждающую способность ее в интервале температур минимальной устойчивости переохлажденного аустенита (650 – 550°С), практически не изменяя ее в интервале развития мартенситного превращения (300 – 200 °С ). Это, во-первых, может не обеспечить подавления диффузионного распада аустенита на феррито-цементитную смесь, а, во-вторых, не исключает образования в период развития мартенситного превращения высокого уровня структурных закалочных напряжений.
Таблица 1.1 - Сведения об охлаждающей способности некоторых
закалочных сред
Существенно увеличивается охлаждающая способность при использовании в качестве закалочных сред растворов солей и щелочей, которые могут оказаться весьма эффективными при закалке малоуглеродистых сталей. При этом наиболее целесообразно применение водного раствора поваренной соли. Принципиальным отличием минеральных масел и других углеводородов в качестве закалочных сред является малая скорость охлаждения в области температур развития мартенситного превращения, что исключает опасность образования закалочных трещин и уменьшает коробление изделий.
Струйное охлаждение сжатым воздухом и на спокойном воздухе можно применять лишь для закалки специальных высоколегированных сталей с предельно высокой устойчивостью к распаду переохлажденного аустенита либо для никелевых и некоторых других сплавов в малых сечениях.
Необходимо учитывать, что приведенные сведения по скоростям охлаждения являются сугубо ориентировочными и могут иметь место лишь для очень тонких изделий. Реальная скорость охлаждения изделий в различных охлаждающих средах, а также в различных точках по сечению одного и того же изделия отличается от этих значений. Последнее положение говорит о том, что на поверхности и в центре изделий могут протекать разные превращения переохлажденного аустенита, в связи с чем возникает явление прокаливаемости.