Закалочные среды.

При закалке необходимо быстрое охлаждение в интервале температур 650-400⁰ С, т.е. в области минимальной устойчивости аустенита. Механизм действия закалочных сред (вода, масло) таков, что при по­гружении изделия в закалочную среду вокруг него образуется пленка перегретого пара, а температура на поверхности падает до 700-600° С. Затем охлаждение идет через слой паровой рубашки, т.е. очень медлен­но. Когда температура поверхности достигнет значения, при котором паровая рубашка разрывается, жидкость начинает кипеть и охлаждение происхо­дит очень быстро. Этап медленного охлаждения называется стадией пленочного кипения, II - быстрого пузырчатого кипения. Когда температура поверхности металла станет ниже температуры кипения жидкости (вода ниже 100⁰ С) охлаждение замедляется. III - этап конвентивного теплообмена. Очень важно правильно выбрать закалочную среду. Обычно для закалки углеродистых сталей применяют воду, углеродистых инструментальных – через воду в масло (для избежания трещин), легированных конструкционных и инструментальных сталей - масло.

Повышение закалочной способности воды достигается добавкой солей, щелочей.

ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ .

Прокаливаемость - глубина проникновения закалкой. Прокаливаемость определяется идеаль­ным критическим диаметром. Это диаметр максимального сечения, прокаливающегося насквозь в данной жидкости. Для того, чтобы в изделии получить зака­ленный слой по всему сечению, необходимо выбрать такую сталь, чтобы D_µ > D_д. Каждая марка стали, характеризуется определенной величиной практического диаметра.

Зная один из критических диаметров можно по диаграмме опре­делить другой. Так например, зная критический диаметр можно для данной марки стали определить реальный критический ди­аметр для закалки в воде, в масле и на воздухе.

Дефекты возникающие при термической обработке

Наиболее распространенные дефекты: недостаточная твердость, мягкие пятна, коробление, деформации, трещины. Коробление и трещины являются следствием внутренних напряжений как термических, так и структурных, детали не должны иметь больших перепадов в сечении и острых углов, которые являются концентраторами напряжений. Более сложные детали рекомендуется изготавливать из легированных сталей.

Недостаточная твердость закаленной детали объясняется недогревом или недостаточно интенсивным охлаждением.

Перегрев и пережог – следствие завышения температуры термической обработки вызывающие в 1^м случае рост зерна, во 2^м - рост и окисление (оплавление) границ зерен. Этот дефект вызывает охрупчивание, сопровождающееся крупнокристаллическим изломом, резким снижением пластичности и ударной вязкости.

Окисление и обезуглероживание поверхности. Этот дефект наблюдается при обработке деталей в газовых или мазутных печах или электрических печах без защитной атмосферы. Удаляется дефектный слой при механической обработке. Способ устранения дефекта - введение контролируемой атмосферы или термической обработки в расплавах солей.

Внутренние напряжения.

При термической обработке различают напряжения 3-х видов:

• Внутренние напряжения первого рода. Они обусловлены различной температурой отдельных частей деталей, так называемый градиент температур. Чем больше возникающий при термической обработке градиент температур по сечению между различными частями деталей, тем большего значения достигают напряжения 1 рода - термические (пример: детали сложной формы с ребрами).

• Внутренние напряжения 2 рода возникают внутри зерна или между сосед­ними зернами вследствие того, что у них разные коэффициенты линейного рас­ширения или из-за образования новых фаз с разными объемами (например, А®М). Эти напряжения называются структурными.

• Внутренние напряжения 3 рода возникают внутри объема порядка нескольких элементарных ячеек кристаллической решетки.

Внутренние напряжения 1 рода особенно важны, т.к. они вызывают коробление и растрескивание деталей и зависят не только от скорости охлаждения размеров и конфигурации деталей, но и от качества самого металла. Пластичные материалы (малоуглеродистые стали) менее склонны к образованию трещин, чем хрупкие (легированные стали) высокоуглеродистые стали. После окончания охлаждения детали уже остыли, а сердцевина еще горячая. Это обуславливает наличие внутренних остаточ­ных термических напряжений у поверхности растягивающих, в центре сжимающих.

Сталь после закалки за счет образования мартенсита находится в структурно-напряженном состоянии. Поэтому после закалки сразу же необходимо производить отпуск. Чем выше температура и больше длительность отпуска, тем больше снятие остаточных напряжений.