3.2. Закалка сталей

Закалкой называют термообработку, включающую в себя нагрев сталей до температур выше критических и быстрое, резкое охлаждение с целью получения высокой прочности и твердости. Различают закалки объемную и поверхностную. При объемной закалке нагревают и охлаждают весь объем детали, при поверхностной – только поверхность.

В зависимости от температуры нагрева закалка бывает полной и неполной. При полной закалке сталь нагревают до температуры выше точки А₃. Полная закалка применяется для доэвтектоидной стали. В этом случае при нагреве выше точки А₃ сталь имеет полностью аустенитную структуру и после резкого охлаждения имеет полностью мартенситную структуру. При неполной закалке полного превращения не будет и оставшийся в структуре феррит не даст получить высокой твердости и прочности. Поэтому в доэвтектоидной стали неполную закалку не применяют. Для  заэвтектоидной стали применяют только неполную закалку. В этом случае вторичный цементит, который сохраняется в стали, дополнительно повышает твердость закаленных сталей. Если же применить полную закалку, то вторичный цементит растворится в аустените. Это сопровождается резким увеличением зерна. После охлаждения в такой стали будет большое количество остаточного аустенита. Это дополнительно уменьшит твердость стали, поэтому для заэвтектоидной стали полная закалка никогда не применяется. Выдержка при закалке стали должна быть такой, чтобы успели пройти все структурные и фазовые превращения. Однако она не должна быть чрезмерной, чтобы не вызвать роста аустенитного зерна. Обычно ориентировочно выдержку детали принимают из расчета: 1 мин на 1 мм толщины для нагрева + + 1 мин на 1 мм толщины для выравнивания температуры по сечению и прохождения во всех структурах и фазовых превращениях. Охлаждение при закалке должно быть резким, для того чтобы не допустить образования перлита, но в то же время – максимально медленным, чтобы уменьшить уровень внутренних напряжений, образующихся в деталях при резком охлаждении. Внутренние напряжения должны быть термические и структурные. Термические напряжения возникают из-за неодинаковой скорости охлаждения поверхности и центров массивных деталей, а также при неодинаковой скорости охлаждения тонких и толстых сечений детали (рис. 9).

С

8

труктурные напряжения возникают из-за объемного эффекта (v↑) при переходе А → М. В зависимости от содержания углерода этот объемный эффект достигает 5–6 %. Уровень внутренних напряжений может быть настоль­ко велик, что в результате происходит искажение формы детали или ее растрескивание.

Охлаждение при закалке может вестись в определенных средах (вода, масло минеральное, водовоздушные смеси). От скорости охлаждения зависит структура, которая образуется в стали после закалки. Если скорость недостаточная, то получается ферритоцементитная структура. Эти структуры отличаются друг от друга разными размерами частиц феррита и цементита. Если скорость охлаждения стали превышает критическую, то образуется мартенсит, обеспечивающий максимальную твердость в закаленной стали. Наиболее эффективное охлаждение обеспечивает вода, но её недостаток – слишком быстрое охлаждение в интервале мартенситного превращения. В результате возникают большие внутренние напряжения. Минеральное масло, наоборот, дает малую скорость охлаждения в области мартенситного превращения, но недостаточно быструю – в области перлитного превращения.