Способы закалки стали.

Прежде чем познакомиться со способами закалки мы рассмотрим как влияет закалка на внутренние напряжения.

Как мы выяснили ранее, закалка стали - это охлаждение стали со скоростью выше критической. При этом в изделии или образце, подвергаемом закалке, возникают внутренние напряжения. Внутренние напряжения бывают первого, второго и третьего рода. Как отмечалось ранее, наиболее опасными являются напряжения первого рода, т.к. только они вызывают коробление деталей и трещины. Напряжения первого рода зависят не только от внешних факторов - скорости охлаждения, размеров и формы детали, но и от свойств самого металла. Если металл обладает малой пластичностью, то возникающие внутренние напряжения не разряжаются пластической деформацией, и если напряжения по величине превзойдут значение предела прочности, то возникнут трещины.

Напряжения, которые сохранились в детали в результате охлаждения, называются остаточными напряжениями. Поэтому, взависимости от состава стали, формы и размеров детали и требуемых в термически обработанной детали свойств, необходимо выбрать оптимальный способ закалки.

Чем сложнее форма детали, тем тщательнее следует выбирать условия охлаждения, потому что, чем сложнее деталь, чем больше различие в сечениях детали, тем большие внутренние напряжения возникают в ней при охлаждении.

Чем больше углерода содержится в стали, тем больше объемные изменения при превращении, тем тщательнее следует выбирать условия закалочного охлаждения для такой стали.

В практике термической обработки применяют несколько способов закалки:

1. Закалка в одной среде.

2. Закалка в двух средах.

3. Ступенчатая закалка.

4. Изотермическая закалка.

5.

1. З акалка в одной среде - это наиболее простой способ. Нагретую под закалку до определенных температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остается до полного охлаждения. Однако при этом способе в детали возникают большие внутренние напряжения - это термические напряжения, возникающие при быстром охлаждении (I рода) и структурные напряжения, образующиеся за счет объемных изменений при мартенситном превращении (II рода). Эти напряжения могут привести к образованию трещин либо приводит к деформации детали. Поэтому для уменьшения недостатков закалки в одной среде были предложены другие способы закалки.

2. Закалка в двух средах - деталь охлаждают сначала в быстро охлаждающей среде, а затем в медленно охлаждающей. Обычно в первой среде охлаждение ведут в интервале температур 750 - 400°С, а затем переносят в другую среду, и в мартенситном интервале охлаждение происходит замедленно. Это приводит к уменьшению величины возникающих при закалке внутренних напряжений и опасности появления трещин. Обычно в воду, затем в масло.

3. Ступенчатая закалка - производится погружением нагретой детали в жидкую среду с температурой на 20 - 30°С выше точки Мн для данной стали. При этом обеспечивается быстрое охлаждение в верхней области температур и делается некоторая выдержка, во время которой выравнивается температура по сечению детали и уменьшаются термические напряжения. Затем деталь переносится в другую среду, где собственно и происходит закалка, при медленном охлаждении, т.е. превращение аустенита в мартенсит. В качестве жидкостей для ступенчатой закалки используют расплавы щелочей, селитры, легкоплавких металлов.

4. Изотермическая закалка - данный вид закалки существенно отличается от всех предыдущих. Так как при изотермической закалке деталь выдерживается в жидкой охлаждающей среде при температуре превращения аустенита в бейнит или тростит до полного распада аустенита. Во всех предыдущих случаях при закалке происходит образование мартенситной структуры. В результате изотермической закалки сталь обладает меньшей твердостью, чем при любых других способах, но обычно повышается вязкость, а также возникают минимальные напряжения, исключается образование трещин и значительно меньшие деформации.

5. Патентирование - применяется для получения высокопрочной канатной, пружинной и рояльной проволоки - один из наиболее старых способов изотермической закалки, разработанный ещё до того, как была определена сущность изотермического распада аустенита. Целью патентирования является подготовка структуры для последующего холодного волочения с большим суммарным обжатием. Требуемой структурой является мелкопластинчатая феррито-карбидная смесь - троостит или сорбит. После нагрева на 150 - 200°С выше Ас₃ производят быстрое охлаждение до температуры распада (обычно 450 - 550°С) и затем охлаждение на воздухе. Нагрев обычно ведут в печах сопротивления, а охлаждение и выдержку при температуре распада - в свинцовых ваннах, иногда используют соляные ванны.

6. Закалка с ковочного (прокатного) нагрева - эту закалку с температуры конца деформации осуществляют, прежде всего, для устранения повторного нагрева. Поскольку температура нагрева под деформацию выше обычных температур закалки, происходит большой рост аустенитного зерна. В результате деформации и перекристаллизации происходит измельчение зерна. Этот способ закалки применяют только для доэвтектоидной стали, которую после закалки подвергают высокому отпуску.

41. Критическая скорость охлаждения закалки и влияния на нее легирующих элементов

Критическая скорость охлаждения – минимальная скорость охлаждения стали, при которой не происходит распада аустенита с образованием перлита (t = 727° C).

При охлаждении со скоростью vкр кривая охлаждения касательна к линии начала распада А. При скорости v1< vкр – низкая скорость охлаждения – идет процесс распада А, закалки не происходит. При v2> vкр – происходит закалка с образованием мартенсита. При v3< vкр происходит неполная закалка, часть кристаллов А распадается, часть – превращается в мартенсит.