3.4.3. Закалка

Оптимальной является закалка для доэвтектоидной стали: А_с3 + (30…50ºС), а для заэвтектоидной стали: А_с1 + (30…50ºС). Повышение температуры закалки выше этих температур вызывает рост зёрен аустенита, что ведёт к получению более грубой и крупноигольчатой структуры мартенсита. Следствием такого строения является низкая ударная вязкость.

Механизм действия закалочных сред, которыми могут служить вода, водные растворы щелочей и солей, масло, следующий:

В момент погружения изделия в закалочную среду вокруг него образуется плёнка перегретого пара, охлаждение происходит через слой этой паровой рубашки, т.е. относительно медленно. Когда температура поверхности достигает некоторого значения (определяемого составом закалочной жидкости), при котором паровая рубашка разрывается, то жидкость начинает кипеть на поверхности детали, и охлаждение происходит быстро.

Первый этап относительно медленного охлаждения называется стадией плёночного кипения, второй этап быстрого охлаждения – стадией пузырькового кипения. Когда температура поверхности металла станет ниже температуры кипения жидкости (при охлаждении в воде – ниже 100˚С), жидкость кипеть уже не будет, и охлаждение замедлится. Этот третий этап называется стадией конвективного теплообмена. Закалочная жидкость охлаждает тем интенсивнее, чем шире интервал пузырькового кипения.

Основные способы закалки:

1).Закалка в одном охладителе.

Нагретую до определённой температуры деталь погружают в закалочную жидкость, где она остаётся до полного охлаждения. Это способ применяют при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей. Для уменьшения внутренних напряжений деталь иногда не сразу погружают в закалочную жидкость, а некоторое время охлаждают на воздухе, «подстуживают». Такой способ называется закалкой с подстуживанием.

2) Прерывистая закалка в двух средах.

Деталь охлаждают сначала в быстро охлаждающей среде, а затем в медленно охлаждающей. Этот способ применяют при закалке инструмента из высокоуглеродистых сталей (например, вода – масло). В мартенситном интервале сталь охлаждается медленно, что способствует уменьшению внутренних напряжений.

3) Струйчатая закалка.

Заключается в обрызгивании детали интенсивной струёй воды. Обычно её применяют тогда, когда требуется закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде.

4) Закалка с самоотпуском.

Охлаждение изделия в закалочной среде прерывают, когда в его сердцевине остаётся некоторое количество теплоты. Оставшееся тепло распространяется от центра к периферии и нагревает поверхностный слой, т.е. происходит самоотпуск. Применяется такая закалка для обработки ударного инструмента (зубил, кузнечного инструмента и др.), когда требуется постепенное понижение твёрдости от поверхности изделия к его центру.

3.4.4. Отпуск

Это вид ТО, заключающийся в нагреве закалённой стали до температуры ниже А_с1, выдержке и последующем медленном охлаждении. Является окончательной операцией ТО.

Виды отпуска:

1) Низкий отпуск (150-250˚С).

Мартенсит закалки превращается в отпущенный мартенсит, который имеет меньшие внутренние напряжения, меньшую хрупкость и ту же или более высокую твёрдость (HRC 58…63). Применяется для измерительного и режущего инструмента.

2) Средний отпуск (350-450˚С).

Даёт зернистую трооститную структуру, обладающую достаточно высокой твёрдостью(НRС 40…50), очень высокой упругостью и достаточной прочностью. Применяется для массивных пружин и рессор, штампов.

3) Высокий отпуск (500-680˚С).

Практически полностью снимает внутренние напряжения, даёт зернистую сорбитную структуру с благоприятным сочетанием пластических и прочностных свойств при твёрдости HRC 30…40. Резко повышается ударная вязкость. Такая обработка (закалка + высокий отпуск) называется улучшением.