3.2.2. Способы закалки.

В зависимости от формы изделия, марки стали и нужного комплекса свойств применяют различные способы закалки.

Закалку в одном охладителе применяют для деталей простой формы. Нагретую до температуры закалки деталь быстро переносят в охладитель (вода, масло и т.д.). Для углеродистых сталей диаметром менее 10 мм закалочной средой служит вода, а для больших размеров – масло. Недостаток – вследствие неравномерного охлаждения возникают большие термические напряжения.

Прерывистую закалку или закалку в двух средах используют для деталей более сложной формы и инструментов из высокоуглеродистой стали. Сначала деталь охлаждают в воде до 300 ⁰С, затем переносят в масло. Уменьшение скорости охлаждения в области мартенситного превращения уменьшает структурные напряжения. Трудно установить время пребывания детали в первой среде, которое исчисляется секундами. Этот способ требует от термиста высокой квалификации.

Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струей воды. Применяется тогда, когда нужно закалить часть детали после индукционного нагрева. Например, коренные и шатунные шейки коленвала.

Ступенчатая закалка по сравнению с предыдущими способами более совершенна. Деталь нагревают до нужной температуры, быстро переносят в охладитель (обычно соляные растворы), нагретый до температуры 30-50 ⁰С выше мартенситной точки и выдерживают до полного выравнивания структуры. Затем охлаждают с небольшой скоростью.

Изотермическая закалка. Нагретую до закалочных температур деталь быстро переносят в закалочную среду, имеющую температуру несколько выше температуры начала мартенситного превращения (например, 250-300 ⁰С для углеродистых сталей), и выдерживают в течение времени, необходимого для полного превращения переохлажденного аустенита. В результате получается структура нижнего бейнита.

Закалка с самоотпуском. Охлаждение проводят в одном охладителе и прерывают, когда сердцевина изделия имеет еще значительное количество тепла (не совсем охладилась). За счет этого тепла поверхностные слои изделия вновь нагреваются и таким образом происходит отпуск. Применяется в мелкосерийном производстве для изготовления ударных инструментов (кернов, зубил и т.д.). Для этих инструментов, имеющих небольшую площадь поперечного сечения, недопустима сквозная закалка. Поэтому после нагрева в соляную или водную ванну опускают только рабочую поверхность без хвостовика и прерывают время охлаждения изделия.

Поверхностная закалка. Она является одним из способов увеличения твердости поверхностных слоев изделия. Одновременно повышаются сопротивление истиранию, предел выносливости и т.д. Общим для всех способов поверхностной закалки является нагрев поверхностного слоя детали до температуры закалки с последующим быстрым охлаждением. Быстрым нагревом поверхности создается резкий градиент температур и повышенная скорость охлаждения. Различие в методе нагрева изделий. Толщина закаленного слоя определяется глубиной нагрева. 1 способ – закалка токами высокой частоты (ТВЧ). Для этого применяют генераторы с частотой ≈10⁶ Гц (закаленный слой получается до 2 мм). Используют этот метод для сталей с содержанием углерода более 0,4%. Перед закалкой изделие подвергают нормализации, чтобы не было большой разницы между единицами твердости поверхностного слоя и сердцевины. Применяется в массовом производстве. Преимущества – отсутствие обезуглероживания поверхностного слоя и автоматизация процесса. 2 способ – пламенная поверхностная закалка. Применяется главным образом для закалки изделий с большой поверхностью, при индивидуальном производстве и ремонте, иногда для закалки чугунных и стальных валков. Нагрев производится пламенем газовых горелок. Горелки с охлаждающим устройством движутся, а изделие остается на месте (или наоборот). Закаленный слой получается до 4 мм.

Обработка холодом. Метод обработки стали, имеющей в своей структуре остаточный аустенит. Для того, чтобы избавиться от остаточного аустенита, нужно охладить деталь до нижней мартенситной точки, т.е. ниже 0 ⁰С. Остаточный аустенит вреден тем, что со временем он может распасться на феррито-цементитную смесь, что нежелательно для калиброванных деталей. Применяется этот метод также для получения максимальной твердости деталей (инструменты, шарикоподшипники и т.д.).