Закалка стали
Термическая обработка сталей — одна из самых важных операций в машиностроении, от правильного проведения которой зависит качество выпускаемой продукции. Важное место среди видов термической обработки занимает закалка стали, которая заключается в нагреве материалов выше критической температуры и быстром дальнейшем охлаждении.
Преимущества закалки
В процессе закалки сталь получает структуру мартенсита. При нагреве и охлаждении материалов перестраивается их молекулярно-атомная решетка, в результате чего стальные изделия становятся:
- твердыми,
- прочными,
- износостойкими.
Высокие механические свойства повышают долговечность и надежность стальной продукции, а также позволяют использовать для изготовления различных деталей более экономичные сплавы.
Температура нагрева стали
Закалка стали характеризуется скоростью и температурой нагрева материалов, продолжительностью выдержки при данных температурах и скоростью охлаждения.
Температура нагрева стали для закалки зависит в основном от химического состава стали. Верхний предел температур нагрева для заэвтектоидных сталей ограничивается, так как приводит к росту зерна, что снижает прочность и сопротивление хрупкому разрушению.
Продолжительность нагрева зависит от нагревательного устройства, по опытным данным на 1 мм сечения затрачивается:
- в электрической печи —
1,5-2 мин, - в пламенной печи — 1 мин,
- в соляной ванне — 0,5 мин,
- в свинцовой ванне —
0,1-0,15 мин.
Охлаждение при закалке
Важнейший этап процедуры закалки стали — охлаждение. Охлаждение может производиться:
- в воде,
- в масле,
- в водных растворах солей.
Чтобы получить готовую продукцию с определенными параметрами, стальные изделия охлаждают с различной скоростью. Главное здесь — это избежать возникновения высоких внутренних напряжений. Если скорость охлаждения стали при закалке будет слишком высокой, внутренних напряжений, приводящих к короблению изделий и появлению трещин на их поверхности, не избежать.
Виды закалки стали
В зависимости от состава закаливаемой стали, параметров деталей и прочностных характеристик, которых требуется достичь, различают несколько видов закалки:
- Закалка в одной среде, оптимальная для деталей из стали, которые имеют простую форму (шарики, ролики);
- Закалка в двух средах, оптимальная для стального инструмента из высокоуглеродистой стали (метчики, плашки, фрезы). В основе метода быстрое охлаждение в воде до 300-400 С, а затем перемещение детали в масло для полного охлаждения;
- Ступенчатая закалка в соляной ванне и масле, способная снизить внутренние напряжения, коробление и возможность образования трещин;
- Изотермическая закалка, аналогичная ступенчатой, но с более длительной выдержкой при температуре 250-300 С, которая отличается минимальным риском коробления и большей вязкостью готовых изделий;
- Светлая ступенчатая закалка с охлаждением в расплавленной едкой щелочи, применяемая для получения чистой и светлой поверхности стальных изделий;
- Закалка с самоотпуском, когда изделие не охлаждается полностью, а извлекается из охлаждающей среды с целью сохранения некоторого количества тепла для последующего отпуска.
Стальные изделия, подвергшиеся закалке, становятся твердыми, но приобретают большую хрупкость и меньшую пластичность. Для снижения хрупкости и повышения пластичности и вязкости стальных деталей после закалки применяется процедура отпуска.