Способы закалки
Рисунок1 Режимы закалки
В зависимости от формы изделия, марки стали и нужного комплекса свойств применяют различные способы закалки (рис.1)
1. Закалка в одном охладителе (V1)– нагретую деталь погружают в закалочную среду (вода – для углеродистых сталей, масло – для легированных), где оставляют до полного охлаждения. Этот способ применяют для деталей простой формы. Недостаток – в результате большой разницы в температурах нагретого металла и охлаждающей среды в деталях возникают трещины и коробления.
2. Закалка в двух средах (V2)– нагретую деталь сначала охлаждают в воде до t 300 – 400 0С, а затем быстро переносят для быстрого охлаждения в масло. Этот способ применяется при закалке высокоуглеродистых и инструментальных сталей. Недостаток – трудно установить и отрегулировать время выдержки детали в воде. Обычно оно очень мало и исчисляется секундами.
3. Ступенчатая закалка (V3) – нагретая деталь охлаждается в расплавленных солях или в масле, имеющих температуру несколько выше точки Мн (обычно 230 – 250 0С) и выдерживается в ней до выравнивания температуры по всему сечению. Затем следует окончательное охлаждение на воздухе, во время которого происходит превращение аустенита в мартенсит. При этой закалке уменьшаются объёмные изменения, коробления и опасность возникновения трещин. Недостаток – ограниченность применения. Применяется только для мелких деталей (до 10 мм) из углеродистой стали.
4. Изотермическая закалка (закалка в двух средах)(V4)– сталь, нагретую на 20 -30 0С выше линии GSK (точка Ac3), быстро охлаждают в соляной ванне, имеющей t 250-300 0С, выдерживают в этой горячей среде (изотермическая выдержка), а затем деталь охлаждают на воздухе. В результате получается структура - бейнит, по твёрдости близкая к мартенситу, но более вязкая. Этот способ закалки позволяет снизить термические напряжения, так как после изотермической выдержки структурные изменения в стали уже не происходят. Изотермическую закалку применяют для пружин, рессор, болтов, труб и других изделий из легированных сталей 6ХС, 9ХС, ХВГ.
5. Закалка с подстуживанием – нагретую деталь перед погружением в закалочную среду выдерживают (подстуживают) некоторое время на воздухе. При подстуживании температура детали не должна понизиться ниже критической точки: Ar3 – для конструкционных сталей, Ar1 – для инструментальных. Цель этого способа закалки – уменьшение внутренних напряжений и короблений деталей.
6. Закалка с самоотпуском - yагретые изделия помещают в охлаждающую среду и выдерживают до неполного охлаждения. После извлечения изделия, его поверхностные слои повторно нагреваются за счет внутренней теплоты до требуемой температуры, то есть осуществляется самоотпуск. Применяется для изделий, которые должны сочетать высокую твердость на поверхности и высокую вязкость в сердцевине (инструменты ударного действия: мототки, зубила).
Если требуется закалить не всю деталь, а только определённую часть, то такая закалка называется местной закалкой. Производится она погружением в охлаждающую жидкость только той части детали, которую необходимо закалить, или применяется струевое охлаждение.
Обработка стали холодом
Высокоуглеродистые и многие легированные стали имеют температуру конца мартенситного превращения (Мк) ниже 0oС. Поэтому в структуре стали после закалки наблюдается значительное количество остаточного аустенита, который снижает твердость изделия, а также ухудшает магнитные характеристики. Для устранения аустенита остаточного проводят дополнительное охлаждение детали в области отрицательных температур, до температуры ниже т. Мк (- 80oС). Обычно для этого используют сухой лед.
Такая обработка называется обработкой стали холодом.
Обработку холодом необходимо проводить сразу после закалки, чтобы не допустить стабилизации аустенита. Увеличение твердости после обработки холодом обычно составляет 1…4 HRC.
После обработки холодом сталь подвергают низкому отпуску, так как обработка холодом не снижает внутренних напряжений.
Обработке холодом подвергают детали шарикоподшипников, точных механизмов, измерительные инструменты.
Поверхностное упрочнение стальных деталей
Часто требуется, чтобы деталь машины имела очень твёрдую износостойкую поверхность, но чтобы её сердцевина при этом оставалась вязкой, прочной, хорошо переносила удары и знакопеременные нагрузки. В этом случае применяют поверхностную закалку.
В результате поверхностной закалки увеличивается твердость поверхностных слоев изделия с одновременным повышением сопротивления истиранию и предела выносливости.
Общим для всех видов поверхностной закалки является нагрев поверхностного слоя детали до температуры закалки с последующим быстрым охлаждением. Эти способы различаются методами нагрева деталей. Толщина закаленного слоя при поверхностной закалке определяется глубиной нагрева. Из существующих способов поверхностной закалки наибольшее применение имеют: закалка при помощи газовой горелки, закалка токами высокой частоты и закалка в электролитах.