8.3. Закалка

Закалка заключается в нагреве стали до температур, обеспечивающих получение аустенитной структуры, которая при быстром охлаждении превращается в мартенсит. Доэвтектоидные стали нагревают под закалку до температур на выше точки (полная закалка), а эвтектоидные и заэвтектоидные – выше точки(неполная закалка).

На практике используют несколько закалочных сред.

Вода обеспечивает высокую скорость охлаждения () и применяется для углеродистой и низколегированной сталей, имеющих высокую критическую скорость.

Водные растворы () обладают наиболее высокой охлаждающей способностью, т.к. их использование исключает образование «паровой рубашки», которая снижает закалочную способность чистой воды. Резкое охлаждение в воде и ее растворах способно привести к образованию закалочных дефектов: трещин, коробления и т.д.

Масло как закалочная среда обеспечивает небольшую скорость охлаждения () в мартенситном интервале температур, что уменьшает вероятность образования закалочных дефектов. Недостатками являются повышенная воспламеняемость и заметная стоимость. Масло применяется для закалки легированных сталей и мелких заготовок из легированной стали.

Воздух (скорость охлаждения ) является закалочной средой для высоколегированных сталей, имеющих низкую критическую скорость.

Существует несколько способов закалки. Наиболее простой – закалка в одном охладителе (1). Более сложные способы закалки используются (как правило, для легированных сталей) для предотвращения закалочных дефектов.

При закалке в двух средах (2) после нагрева изделие погружается в воду, в результате чего достигается быстрое прохождение температурного района минимальной устойчивости аустенита, а затем переносится в более мягкую охлаждающую среду, обычно масло.

При ступенчатой закалке (3) нагретое изделие переносят в жидкую среду, имеющую температуру на выше точкидля закаливаемой стали, выдерживают некоторое время, необходимое для выравнивания температуры по сечению, а затем окончательно охлаждают на воздухе.

Изотермическая закалка (4) применяется, если желательно получить структуру нижнего бейнита. В этом случае изделие переносят в ванну с расплавленными солями, имеющими температуру на выше точки начала мартенситного превращения, выдерживают при этой температуре до завершения превращения аустенита в бейнит и охлаждают на воздухе.

Для устранения остаточного аустенита (см. 7.3) высокоуглеродистые и многие легированные стали сразу же после закалки подвергают охлаждению в область отрицательных температур.

Способность той или иной марки стали принимать закалку характеризуют два свойства:

• закаливаемость – способность стали повышать твердость в результате закалки. Она положительно коррелирует с содержанием углерода. Эффект закаливания заметен при содержании и выше;

• прокаливаемость – способность стали получать слой с мартенситной или полумартенситной структурой (мартенсита итростита) на определенную глубину. Чем меньше критическая скорость закалки, тем выше прокаливаемость стали. Легированные () стали имеют меньшую критическую скорость и, соответственно, прокаливаются на большую глубину, чем углеродистые. Снижают прокаливаемость, наличие нерастворимых частиц (карбидов, оксидов), а также уменьшение зерна стали.

Для машиностроительных деталей, работающих на растяжение, а также пружин и рессор требуется, чтобы после закалки структура по всему сечению состояла из мартенсита. Это обеспечивает однородную структуру и высокие свойства после отпуска. Для деталей машин, работающих на изгиб и кручение, прокаливаемость должна составлять половину сечения детали.