58 Закалочные масла. Механизм действия

Детали из сплава черных металлов нагревают до 750 – 1100°С в зависимости от состава материала, но обязательно на 30 – 50 °С выше температуры аустенитного превращения. При закалке образуется мартенсит, содержание которого в структуре можно регулировать интенсивностью теплоотвода при погружении детали в закалочную жидкость. Скорость охлаждения определяется закалочной средой и существенно влияет на свойства детали. Минеральные масла и эмульсии на их основе попадают в этот диапазон, типичный для многих режимов закалки. Когда температура закаливаемой детали выше температуры кипения или разложения закалочной жидкости, процесс протекает в три стадии:

а) стадия паровой рубашки – температура закаливаемой детали высока и вокруг детали образуется паровая рубашка, изолирующая металл от жидкости (явление Лейденфроста). Паровая рубашка снижает скорость охлаждения так, что при температуре детали 600 °С минеральное масло отводит только около 210 Дж/(с ∙ см²);

б) стадия кипения – по мере охлаждения жидкость проникает через паровую рубашку и начинает непосредственно контактировать с деталью. В результате кипения или разложения жидкости образуются пузыри, и холодная жидкость постоянно поступает

к поверхности детали, при этом охлаждающий эффект максимален. В случае применения для закалки минерального масла при температуре детали 450 °С интенсивность теплоотвода составляет около 840 Дж/(с ∙ см²);

в) стадия конвективного охлаждения – температура детали становится ниже температуры кипения или разложения закалочной жидкости, тепло отводится только путем конвекции. Интенсивность теплоотвода в минеральном масле падает примерно до 85 Дж/(с ∙ см2) и ниже с понижением температуры металла.

Масла для «светлой» закалки. Для получения светлой металлической поверхности после закалки применяют высокоочищенные неокисляющие минеральные масла, содержащие ингибиторы окисления.

Масла для закалки с высокой скоростью охлаждения. Эти масла содержат высокомолекулярные углеводороды и обеспечивают низколегированной стали примерно такую же твердость, как более дорогой высоколегированной.

Смываемые закалочные масла. Закалочные масла, легко смываемые водой, применяют в тех случаях, когда масло с деталей необходимо удалить без применения дорогостоящих операций очистки. Имея в составе эмульгаторы, эти масла при обрызгивании деталей водой образуют эмульсии, которые затем легко смываются. Эмульгаторы должны быть термостойкими и не должны снижать эффективности закалки.

Масла для закалки в горячей ванне. Эти масла применяют при температуре закалочной ванны от 100 до 230 °С. Масла должны сохранять свою стабильность против окисления даже при повышенных температурах, не загустевая. Для этих целей применяют высокоочищенные парафиновые, нафтеновые или ароматические масла в комбинации с фенольными ингибиторами окисления.

Масла для отжига. Эти масла служат для отпуска или отжига закаленных деталей. Для ванн с температурой ниже 320 °С подходят высококачественные цилиндровые и подобные им масла.

Эмульгируемые закалочные масла. Когда требуются закалочные жидкости с более сильной охлаждающей способностью, чем масла, и когда слишком высока пожароопасность из-за разбрызгивания среды на основе минеральных масел (особенно в случае пламенной и индукционной закалки), применяют эмульсии типа «масло в воде».