Тема: Закалка стали

Закалка- это нагрев доэвтектоидной стали на 30-50°С выше Ас₃, а заэвтектоидной выше Ас₁, выдержка при этой температуре и ускоренное охлаждение в жидкостях (в воде, в водных растворах солей или щелочей, масле) с целью максимального повышения твёрдости и прочности.

В результате закалки у доэтектоидных и эвтектоидных сталей образуется структура мартенсит, а у заэвтектоидных мартенсит + цементит вторичный. Так как углеродистые стали обладают низкой устойчивостью аустенита, то для получения мартенсита необходимы высокие скорости охлаждения, что обеспечивается водой или водными растворами солей и щелочей. Для легированных сталей применяют минеральные масла.

Вода в качестве охлаждающей среды имеет недостатки:

-высокая скорость охлаждения может привести к образованию закалочных трещин, а так же вода быстро нагревается и теряет охлаждающую способность. Наиболее высокой и равномерной способностью обладают водные растворы NaCl и NaOH. Масло обеспечивает невысокую скорость охлаждения, что предотвращает образование закалочных трещин. Однако, оно склонно к воспламенению при температуре 165-300°С и имеет повышенную стоимость.

Стадии охлаждения при закалке

1. Плёночное кипение, когда на поверхности стали образуется слой пара, скорость охлаждения в этот момент невелика.

2. Пузырьковое кипение наблюдается при охлаждении поверхности ниже критических точек. В этот момент скорость охлаждения велика.

3. Конвективный теплообмен происходит ниже температуры кипения охлаждённой жидкости. Теплоотвод происходит с наименьшей скоростью.

Виды закалки

1. Объёмная закалка осуществляется при нагреве и охлаждении по всему сечению изделия, в этом случае мартенсит образуется по всему сечению.

2. Поверхностная закалка производится при нагреве и охлаждении только поверхностного слоя, в котором образуется мартенсит. В сердцевине остаётся прежняя структура, обладающая повышенной вязкостью.

Способы закалки

1) Непрерывная закалка, проводится в одном охладителе.

2) Ступенчатая закалка, проводится вначале в жидкости, имеющей температуру 180-250⁰С с непродолжительной выдержкой и последующим охлаждением на воздухе до комнатной температуры. В результате образуется структура мартенсита с повышенным количеством остаточного аустенита, т.к. мартенситное превращение протекает на воздухе не в полном объеме. Такой вид закалки применяют для небольших изделий сложной формы, чтобы избежать их коробления.

3 ) Изотермическая закалка проводится так же, как и ступенчатая, но с более длительной выдержкой в жидкой среде. В результате превращение протекает при более высокой температуре, что приводит к образованию бейнита и небольшого количества остаточного аустенита. Такая структура обладает повышенной вязкостью при высокой прочности. В качестве охлаждающей среды используют расплавленные соли KNO₂, NaNO₂ и расплавленные щелочи NaOH, KOH. Для уменьшения остаточного аустенита проводят обработку сталей холодом при температурах минус 30- минус 70⁰С с последующим отпуском.

Закаливаемость – способность повышать твердость в результате закалки. Чем больше в стали углерода, тем выше закаливаемость.

Прокаливаемость – способность стали получать закаленный слой с мартенситной структурой на ту или иную глубину. Увеличивается при введении легирующих элементов. За глубину закаленного слоя принимают расстояние от поверхности изделия до полумартенситной зоны, содержащей 50% мартенсита и 50% троостита.

Прокаливаемость определяют методом торцевой закалки: цилиндрический образец определенных размеров нагревают и охлаждают водой с торца на специальной установке, затем определяют твердость по высоте образца.