8.3.2 Закалка.

Закалка – это упрочняющая термическая операция. Повышение твердости и прочности обеспечивается за счет получения структуры мартенсита. Закалка не является окончательной операцией. После нее выполняют отпуск.

Закалка заключается в нагреве стали выше критических точек, изотермической выдержке при этой температуре и быстром охлаждении со скоростью, превышающей критическую для получения структуры мартенсита.

Нагрев под закалку доэвтектоидных сталей – Ас₃ + 30…50°С (исходная структура перлит + феррит). При таком нагреве сталь будет иметь структуру аустенита, а после охлаждения со скоростью больше критической – структуру мартенсита.

Превышение температуры сверх указанной не увеличит твердость стали. При нагреве доэвтектоидной стали выше Ас₃ весь углерод, содержащийся в стали, находится после закалки в мартенсите, при этом достигается максимальная для данной стали твердость. Вместе с тем повышение температуры приведет к росту аустенитного зерна, увеличению пластин мартенсита и, таким образом, к снижению прочности.

Нагрев под закалку заэвтектоидных сталей - Ас₁ + 50…70°С. При этих температурах в структуре сталей наряду с аустенитом сохраняется цементит (см. рис. 7.1). После закалки структура заэвтектоидных сталей - мартенсит и цементит, а также некоторое количество остаточного аустенита (напомним, что повышение содержания углерода снижает температуру Мк). Остаточный аустенит всегда присутствует в структуре закаленных заэвтектоидных сталей.

Нагрев значительно выше температуры Ас₁ не целесообразен. Это приведет к снижению и прочности (за счет роста зерна), и твердости (за счет увеличения количества остаточного аустенита).

Наличие в структуре остаточного аустенита снижает твердость сталей, кроме того, в процессе эксплуатации, под действием нагрузок возможно превращение аустенита в мартенсит или в ферритно-цементитные смеси, что влечет изменение размеров, недопустимое для прецизионных деталей.

С целью устранения остаточного аустенита или, по крайней мере, уменьшения его количества сталь после закалки охлаждают до отрицательных температур – ниже М_к, т.е. проводят обработку холодом. В результате происходит возобновление мартенситного превращения. Таким образом, обработка холодом по сути является продолжением закалочного охлаждения.

Закаливаемость и прокаливаемость являются важными технологическими свойствами сталей.

Закаливаемость – свойство стали приобретать при закалке структуру мартенсита и высокую твердость. Закаливаемость зависит, в первую очередь, от содержания в стали углерода. Чем больше углерода в стали, а, следовательно, после закалки и в мартенсите, тем выше твердость. Своего максимального значения (65…66 HRC) она достигает при концентрации углерода ³0,6…0,8% (см. рис. 8.3). В сталях, содержащих менее 0,3% углерода, образуется низкоуглеродистый мартенсит, не получающий высокой твердости. Поэтому в производственной практике считается, что стали с углеродом менее 0,3%, закалку «не принимают»; изделия, изготовленные из таких углеродистых сталей, закалке не подвергают.

Прокаливаемость – способность стали получать при закалке мартенситную (или троосто-мартенситную) структуру и высокую твердость на определенную глубину.

Прокаливаемость стали зависит от устойчивости переохлажденного аустенита, а следовательно, от критической скорости охлаждения. Прокаливаемость тем выше, чем меньше критическая скорость охлаждения. «С - кривые» на диаграмме изотермического превращения аустенита у сталей с повышенной прокаливаемостью сдвинуты вправо.

Прокаливаемость стали характеризуется критическим диаметром – это максимальный диаметр образца, в центре которого после закалки получают полумартенситную зону (структуру, состоящую поровну из мартенсита и троостита).