2.9 Выбор способа и среды охлаждения

Для охлаждения стальных деталей при закалке в качестве закалочных сред применяют воду, водные растворы солей, расплавленные соли и минеральные масла таблица. 1.

Таблица 2.2 Масла, применяемые для закалки сталей

Название масла	Температура, ˚С			Охлаждающая способность по отношению к воде
	вспышки	застывания	применения
Индустриальное 12 (веретенное 2)…. Индустриальное 20 (веретенное3)…. Индустриальное 30 (веретенное)…. Индустриальное 45 (машинное С)…. Индустриальное 50 (машинное СУ)…. Трансформаторное... Авиационное МС-20 (светлокалящее)… Цилиндровое тяжелое 52 (вапор)*…	165 170 180 190 200 135 225 310	-30 -20 -15 -10 -20 -45 -18 -5	120-150 120-150 120-160 120-170 120-180 80-110 130-200 200-280	0,21-0,22 0,21-0,22 0,21-0,22 0,21-0,22 0,21-0,22 0,17 021-0,22 0,21-0,22

*Применяется исключительно для отпуска.

Закалочные среды с разной интенсивностью отводят тепло от нагретых под закалку деталей. При выборе закалочной среды учитывают химический состав стали и степень допустимой деформации. Единой универсальной среды для закалки стали не имеется, поэтому пользуются различными средами (табл. 2.2).

При 10% -ом водном растворе едкого натра или поваренной соли скорость охлаждения стали в области трооститных превращений (600-500˚С) больше скорости охлаждения в пресной воде в 2 раза.

В области мартенситных превращений (300-200˚С) соленная и пресная вода охлаждает одинаково. Это преимущество водных растворов солей используется в практике термической обработки . Чтобы уменьшить коробление при закалке инструмента из стали У10, У12, водные растворы обычно подогревают до 30˚С.

2.9.1 Скорость охлаждения стали в зависимости от закалочных сред

В отличие от воды охлаждающая способность масла мало зависит от температуры, а скорость охлаждения в масле во много раз меньше, чем в воде. Поэтому, чтобы снизить напряжения и избежать образования закалочных трещин, для закалки легированных сталей с более низкой темплопроводностью, чем у углеродистых сталей, используют минеральное масло. При отсутствии масла применяют горячую воду (80ºС).

Таблица 2.3 Скорость охлаждения стали.

Закалочная среда	Скорость охлаждения,град/с, в интервале температур, ºС
	600-500	300-200
Вода: При 20ºС(спокойная) 20ºС (циркулирующая) 40ºС Дистиллированная при 20ºС…80ºС… 10%-ные водные растворы: поваренной соли едкого натра соды(Nа2СО3) Минеральное масло при 20ºС… Эмульсия(смесь масла и воды).. Керосин………………………….	600 350 100 250 30 1100 1200 800 120 70 170	270 700 270 200 200 300 300 270 25 200 50

Основные способы закалки стали - закалка в одном охладителе, в двух средах, струйчатая, с самоотпуском, ступенчатая и изотермическая.

Закалка в одном охладителе. Деталь, нагретую до температуры закалки, погружают в закалочную жидкость, где она находится до полного охлаждения. Этот способ используют при закалке несложных деталей, изготовленных из углеродистых и легированных сталей.

Детали из углеродистых сталей охлаждают в воде, а детали из легированных сталей- в масле этот способ используют и при механизированной закалке , когда детали автоматически поступают из агрегата в закалочную жидкость.

Высокоуглеродистые стали закаливают с подстуживанием, т.е. нагретую деталь перед охлаждением некоторое время выдерживают на воздухе. Это уменьшает внутренние напряжения в деталях и исключает образование трещин.

Закалка в двух средах (или прерывистая закалка).

Деталь сначала охлаждают в быстроохлаждающей среде-воде, а затем переносят её в медленно охлаждающую среду- масло; применяется при закалке инструмента, изготовленного из высокоуглеродистой стали.

Струйчатая закалка. Детали, нагретые до температуры закалки, охлаждают струей воды. Такой способ применяют для закалки внутренних поверхностей, высадочных штампов, матриц и другого инструмента, у которого рабочая поверхность должна иметь структуру мартенсита. При струйчатой закалке не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем при простой закалке в воде.

Закалка с самоотпуском. Детали выдерживают в охлаждающей среде не до полного охлаждения, а до определенной стадии, чтобы сохранить в сердцевине детали тепло, необходимое для сомоотпуска.

Ступенчатая закалка. При этом способе закалки нагретые детали охлаждают сначала до температуры несколько выше точки М_н (в горячем масле или расплавленной соли), затем после короткой выдержки при этой температуре ( до начала промежуточных превращений) охлаждают на воздухе. На второй стадии охлаждения сталь принимает закалку.

Изотермическая закалка. Детали нагревают до заданной температуры и охлаждают в изотермической среде до 220º-350ºС, что несколько превышает температуру начала мартенситного превращения. Выдержка деталей в закалочной среде должна быть достаточно для полного превращения аустенита в игольчатый троостит. После этого производится охлаждение на воздухе. При изотермической закалке выдержка значительно больше, чем при ступенчатой закалке.

Изотермическая закалка позволяет устранить большое различие в скоростях охлаждения поверхности и сердцевины деталей, которое является основной причиной образования термических напряжений и закалочных трещин. После изотермической закалки детали приобретают высокую или среднюю твердость, высокую вязкость и хорошую сопротивляемость ударным нагрузкам. Изотермическая закалка в ряде случаев исключают операцию отпуска, что сокращает на 35-40% цикл термической обработки.

Изотермической закалке подвергают детали и инструмент, изготовляемые из легированных сталей марок: 6ХС, 9ХС, 65Г, ХВГ и т.д.

Светлая закалка. При этом способе закалки детали нагревают в нейтральной безокислительной атмосфере или в расплавленных нейтральных солях. При светлой закалке нагрев деталей или инструмента осуществляют в жидких солях, не вызывающих окисления металла, с последующим охлаждением их в расплавленных едких щелочах; в нагревательных печах с применением контролируемой защитной газовой амтосферы , позволяющей регулировать взаимодействие печных газов со сталью при нагреве ; в вакуумных (10^-1-10^-4мм рт.ст.) закалочных печах. В результате выполнения любого из этих процессов можно получать детали с чистой светло-серого цвета поверхностью.