10.2 Закалка стали

Это операция термообработки, состоящая из нагрева стали до температуры выше критической, выдержки для завершения фазовых превращений и последующего охлаждения со скоростью больше критической скорости закалки.

Целью закалки является получение наибольшей твердости, что достигается мартенситным превращением. Закалка не является окончательной термообработкой, после закалки следует операция нагрева – отпуск.

Выбор параметров технологии закалки. Температура нагрева: доэвтектоидные стали нагревают на 20...40 ⁰С выше точки Ас₃, эвтектоидные и заэвтектоидные – на столько же выше А_С1. В результате такого нагрева в доэвтектоидных и эвтектоидных сталях образуется аустенит, который при охлаждении превращается в мартенсит, и конечная структура стали после закалки: мартенсит и карбиды. Во всех случаях в структуре закаленной стали сохраняется остаточный аустенит.

Способ нагрева (скорость нагрева). Применяется три способа нагрева:

- вместе с печью. В этом случае изделие вместе с печью нагревается по тепловой мощности печи или со скоростью нагрева 150…200 ⁰С/ч.

Ориентировочно для более точного определения скорости нагрева можно пользоваться данными табл. 7;

- посадка в печь с температурой закалки. Скорость нагрева 250...260 ⁰С/ч.

- скоростной нагрев – посадка в печь с температурой на 100...120 ⁰С выше температуры закалки с последующим постепенным снижением температуры печи до температуры закалки. Скорость нагрева 650…680 ⁰С/ч.

Таблица 7 – Продолжительность нагрева различными

нагревательными устройствами

Нагревательное устройство	Продолжительность нагрева на 1 мм сечения или толщины изделия, с
	Круглое	Квадратное	Прямоугольное
Электропечь	40…50	50…60	60…75
Пламенная печь	35…40	45..50	55…60
Соляная ванна	12..15	15..18	18…22
Свинцовая ванна	6…8	8…10	10…12

Продолжительность выдержки можно принять равной одной трети времени нагрева в часах.

Скорость охлаждения. Ее выбор определяется противоречивостью требований: с одной стороны, скорость охлаждения должна быть выше критической скорости закалки. Для обеспечения этого требования сталь при закалке охлаждают быстро. Но, с другой стороны, чем выше скорость охлаждения, тем больше внутренние напряжения, поэтому с этих позиций при закалке сталь желательно охлаждать как можно медленнее. В единстве этих противоположностей выбирается охлаждающая среда. Практически, изделия из углеродистых сталей охлаждают чаще всего в воде, из легированных – в минеральном масле.

10.3 Закаливаемость и прокаливаемость

Закаливаемость – это способность стали к повышению твердости в результате закалки. Это свойство зависит только от содержания в стали углерода. Стали, содержащие менее 0,30...0,35% С, не закаливаются, т.к. в этих сталях невозможно получить полностью мартенситную структуру. Стали закаливаются только при содержании более 0,35 % С.

Прокаливаемость – это технологическое свойство стали. Под прокаливаемостью понимают глубину проникновения закаленной зоны. Прокаливаемость связана с тем, что изделия, особенно достаточно крупных размеров, охлаждаются при закалке неравномерно: быстро на поверхности и замедленно – в центре. Закалится только та часть изделия, которая охлаждается при закалке со скоростью больше критической. Остальная зона не закалится. За глубину прокаливаемости принимают расстояние от поверхности до точки глубины, где структура состоит на 50% из мартенсита и на 50% из троостита. Эту структуру называют полумартенситной. Практически, полумартенситную структуру оценивают по твердости, по графикам, приведенным в специальной литературе.

Прокаливаемость – важнейшее свойство, определяющее в значительной мере надежность и долговечность деталей в эксплуатации.

Прокаливаемость зависит главным образом от величины критической скорости закалки: чем она меньше, тем прокаливаемость выше, а это, в свою очередь, в основном, зависит от химического состава стали, массы изделия, охлаждающей среды.