Способы закалки

Закалка в одном охладителе. Этот способ закалки наиболее широко применяется на практике. Деталь нагревают до температуры закалки и охлаждают в одном охладителе. Если охлаждение проводится в жидком охладителе (воде, масле), то для равномерного охлаждения деталь, погрузив в жидкость, перемещают в вертикальном направлении или круговыми движениями.

Для равномерного охлаждения применяется также циркуляция жидкости, что достигается механическим перемешиванием жидкости с помощью специально установленных в закалочном баке лопастей, или создается непрерывное поступление и отвод из закалочного бака охлаждающей жидкости.

Если требуется закалить не всю деталь, а только ее определенную часть, то такая закалка называется местной. Она проводится погружением в охлаждающую жидкость только той части детали, которую необходимо закалить; для этого применяется также струевое охлаждение. В последнем случае деталь помещают в специальное приспособление (аппарат), где места детали, требующие закалки, подвергаются интенсивному охлаждению струями воды.

Недостатком закалки в одном охладителе (если закалка проводится в воде) является возникновение значительных внутренних напряжений, которые могут вызвать появление трещин.

Закалка с подстуживанием. При этом способе закалки деталь вынимают из печи и перед погружением в охлаждающую жидкость некоторое время выдерживают на воздухе – подстуживают. При подстуживании температура детали не должна понижаться ниже критической точки. Подстуживание уменьшает внутренние напряжения и коробление деталей.

Закалка в двух средах. Как указано выше, быстрое охлаждение при закалке необходимо для того, чтобы в процессе охлаждения не происходило распада аустенита на феррито-цементитную смесь в интервале температур 500-600°С. Для превращения аустенита в мартенсит быстрое охлаждение не только не нужно, но и нежелательно, так как именно при быстром охлаждении в интервале мартенситного превращения и могут возникнуть трещины. В интервале мартенситного превращения для уменьшения возникающих структурных внутренних напряжений и для предохранения от возможности возникновения трещин желательно замедленное охлаждение. Этому требованию и удовлетворяет закалка в двух средах. Сущность данного способа заключается в том, что деталь сначала охлаждают до 300-400°С в энергично действующем охладителе – в воде, а затем для окончательного охлаждения переносят в слабый охладитель – в масло. Такая закалка иначе называется закалкой в воде с переброской в масло.

Ступенчатая закалка. Сущность этого способа закалки заключается в том, что нагретую до температуры закалки деталь (или инструмент) охлаждают в расплавленных солях, имеющих температуру немного выше температуры начала мартенситного превращения для этой стали. После выдержки при данной температуре в течение времени, необходимого для выравнивания температуры по всему сечению, деталь вынимают из соляной ванны и охлаждают на воздухе. При выдержке в соляной ванне с температурой, превышающей температуру точки М_н, никаких структурных превращений не происходит и образование мартенсита происходит при охлаждении на воздухе.

В качестве охлаждающей среды при ступенчатой закалке применяют смеси легкоплавких солей, например: смесь, состоящую из 55% азотнокислого калия KNO₃ и 45% азотистокислого натрия NaNO₂ , температура плавления 137°С; смесь, состоящую из 75% едкого кали KOH и 25% едкого натра NaOH, температура плавления 150°С и др., а также горячее масло.

По сравнению с обычной закалкой в одном охладителе, при ступенчатой закалке возникают значительно меньшие внутренние напряжения, уменьшается коробление и возможность возникновения трещин. После выдержке в соляной ванне с температурой, превышающей температуру точки М_н, сталь находится в состоянии пластичного аустенита и детали легко могут быть подвергнуты правке.

При охлаждении в щелочах деталей, нагретых в соляных ваннах,они сохраняют светлую поверхность, так как хлористые соли при нагревании, а щелочи при охлаждении практически не окисляют поверхности детали. Это дает возможность проводить закалку деталей после их окончательной механической обработки без последующей очистки или травления.

Недостатком ступенчатой закалки является ограниченность ее применения – для углеродистой стали только для мелких деталей диаметром до 10 мм. Это объясняется тем, что для крупных деталей скорость охлаждения в соляной ванне является недостаточной для того, чтобы переохладить аустенит до температуры, немного превышающей температуру начала мартенситного превращения. В связи с недостаточной скоростью охлаждения в зоне наименьшей устойчивости аустенита (500-600°С) происходит его частичный распад с образованием феррито-цементитной смеси, и твердость получается пониженной.

Изотермическая закалка. Изотермическая закалка, впервые предложенная Д.К.Черновым, широко применяется на практике. Так же как и при ступенчатой закалке, охлаждение нагретых до температуры закалки деталей проводится в соляных ваннах. Температура соляной ванны при изотермической закалке 250-400°С. Детали выдерживают в соляной ванне в течение времени , необходимого для полного распада аустенита. После выдержки детали охлаждают на воздухе. В результате изотермической закалки образуется бейнит HRC45-55 в сочетании с достаточной пластичностью. Изотермическую закалку целесообразно применять для деталей, склонных к короблению и образованию трещин.

Для нагрева деталей при закалке применяют камерные печи, тигельные электрические и электродные печи – ванны, вакуумные печи, электропечи с защитной атмосферой и др.

Закалка с обработкой холодом. Сущность этого метода обработки (предложен в 1937г. А.П.Гуляевым) заключается в продолжении охлаждения закаленной стали до температуры ниже +20°С, но в интервале М_н – М_к для дополнительного более полного превращения остаточного аустенита в мартенсит.

Обработка холодом целесообразна только для тех сталей, у которых точка конца мартенситного превращения М_к расположена при температурах ниже комнатной. Для углеродистых сталей обработка холодом целесообразна для сталей при содержании углерода более 0,6%.

Обработка холодом является частью общего цикла термической обработки и проводится немедленно после закалки, так как перерыв в охлаждении стабилизирует аустенит и уменьшает эффект обработки. В результате обработки холодом повышается твердость, увеличивается объем, стабилизируются размеры деталей. Наиболее распространенным охладителем является смесь из твердой углекислоты (сухой лед) с ацетоном (-78^о).