Охлаждение при закалке.

Охлаждение необходимо осуществлять со скоростью большей, чем верхняя критическая скорость закалки.

Высокая скорость охлаждения, большая чем VВK3, должна быть в

температурном интервале минимальной устойчивости переохлажденного аустенита. В мартенситном интервале ее желательно уменьшить, чтобы снизить возникающие внутренние напряжения.

Охлаждающие среды: 1) не испытывающие и 2) претерпевающие изменения агрегатного состояния в процессе охлаждения.

1 группа: газовые среды, расплавы солей, щелочей и металлов, кипящий слой и металлические плиты.

2 группа: водные растворы солей, щелочей и полимеров, минеральные масла.

Кривые охлаждения в средах, не претерпевающих (а) и претерпевающих (б) изменение агрегатного состояния при охлаждении (схема).

Стадии: 1 – пленочного кипения, II – пузырчатого кипения; III – конвективного теплообмена

22

Вода обладает высокой охлаждающей способностью, что связано в основном с большой теплотой парообразования.

Достоинство воды: обеспечивает высокую скорость охлаждения в интервале диффузионного превращения (650...400 °С). Это позволяет использовать воду для закалки углеродистых и малолегированных сталей, имеющих малую устойчивость переохлажденного аустенита.

Охлаждающая способность воды существенно зависит от содержания в ней примесей.

Соли и щелочи, растворяясь в воде, повышают ее охлаждающую способность. Такое их влияние обусловлено снижением устойчивости паровой оболочки; стадия пленочного кипения уменьшается или полностью исчезает. На практике для интенсификации охлаждения обычно в воду добавляют поваренную соль (NaCl) или щелочь (NaOH) в количестве 5...15 %.

Увеличению охлаждающей способности воды способствует ее циркуляция. Охлаждение ускоряется при использовании душевого способа подачи воды

23

В качестве закалочной среды иногда используют 40...50 %-ный водный раствор NaOH с температурой 80... 100 °С. Скорость охлаждения такой среды при высоких температурах примерно такая же, как у воды, а в температурном интервале мартенситного превращения заметно меньше, что способствует уменьшению внутренних напряжений. Кроме того, данная среда способствует

удалению окалины и получению светлой поверхности закаленных изделий (светлая закалка).

24

Минеральное масло охлаждает медленней, чем вода, во всем температурном диапазоне охлаждения поверхности изделий при закалке, что обусловлено меньшей теплотой парообразования и большей вязкостью масла. В зависимости от сорта масла переход от пленочного к пузырчатому кипению наблюдается при температурах 500…400°С, а температура начала стадии конвективного теплообмена колеблется в пределах от 400 до 200°С.

Достоинство масла заключается в том, что оно обеспечивает сравнительно небольшую скорость охлаждения в мартенситном интервале, уменьшая тем самым уровень внутренних напряжений и вероятность возникновения закалочных дефектов.

Основной недостаток масла – невысокая охлаждающая способность в температурном интервале диффузионного превращения.

25

Многие изделия при закалке целесообразно охлаждать со скоростями, промежуточными между скоростями охлаждения в воде и масле. Кроме того, часто исходя из требований экономического и экологического характера желательно не использовать масло при проведении закалки. В связи с этим были разработаны и нашли достаточно широкое применение новые закалочные среды – водные растворы полимеров (поливиниловый спирт, полиакриламид, соли полиакрилой кислоты и т. д.). Эти закалочные среды безвредны, непожароопасны и дешевы. Изменяя концентрацию полимеров в воде, можно в широких пределах варьировать охлаждающую способность среды. При малых концентрациях полимеров она близка к охлаждающей способности воды, при больших – к охлаждающей способности масла.

26

При проведении некоторых видов закалки (ступенчатой, изотермической) охлаждение изделий осуществляют в расплавах солей и щелочей. На практике наиболее широко применяют смеси нитратов и нитритов Na и K (селитр) или щелочей КОН и NaOH.

В температурном интервале диффузионного превращения скорость охлаждения относительно невысока и поэтому закалке в расплавах можно подвергать лишь изделия малых сечений.

27

В качестве максимально допустимой для расплавленных селитр принята температура 550 °С. При более высоких температурах они быстро разлагаются и возникает опасность взрыва Расплавленные щелочи по сравнению с селитрами более безопасные Их использование позволяет получить чистую поверхность закаливаемых изделий. К недостаткам щелочей относятся невысокая эксплуатационная долговечность, малая стабильность свойств и повышенная вредность.

28