Скорость охлаждения при закалке. Закаливаемость и прокаливаемость стали. Способы закалки

При закалке скорость охлаждения не должна быть одинакова от температуры нагрева до температуры начала термич. превращений. В первоначальный момент до А_С3 или А_С1 скорость охлаждения должна быть незначительной, но не настолько малой, чтобы произошли превращения Ф,А,Ц.

Максимальная скорость охлаждения при температурах 600°…450°, в интервале температур минимальной устойчивости аустенита. Ниже 450° скорость охлаждения вновь должна снижаться и особо низкая скорость охлаждения должна быть в области мартенситного превращения.

Для углеродистых и низколегированных сталей в качестве закалочной среды используют воду и водные растворы. Для легированных сталей – масло, для высоколегированных – воздух. Для воды и других кипящих жидкостей в момент погружения разогретых деталей выделяют три периода, характеризующихся различными скоростями охлаждения:

1. Непосредственно в момент погружения детали в закалочную среду. Вокруг детали – паровая рубашка. Период плёночного кипения. Скорость охлаждения в интервале температур невелика.

2. По прошествии некоторого времени паровая рубашка вокруг детали разрушается и охлаждающая жидкость кипит на поверхности детали. Период пузырчатого кипения. Скорость охлаждения максимальна.

3. В момент, когда температура детали и охлаждающей среды становятся соизмеримыми, наступает приод конвективного теплообмена.

Закалочная среда охлаждает тем интенсивнее, чем шире интервал температур периода пузырчатого кипения. Вода, как закалочная среда, является наиболее универсальной, однако имеет ряд недостатков:

· Температурный интервал плёночного кипения при охлаждении в воде достаточно широк

· Охлаждающая способность воды резко теряется при повышении её температуры

· Вода охлаждает с большей скоростью в интервале температур мартенситного превращения.

На практике для устранения паровой рубашки применяют циркуляцию воды, а для расширения температурного интервала пузырчатого кипения в воду добавляют поваренную соль, серную кислоту (NaCl, H₂SO₄).

Для легированных сталей закалочная среда – масло. По сравнению с водой, масло имеет преимущество, которым является медленная скорость охлаждения в интервале температур бейнитного и мартенситного превращений. Меньшая скорость охлаждения области температур мартенситного превращения обцусловлена падением скорости охлаждения масла (250°…300°)

Закаливаемость – способность стали к повышению твёрдости при закалке. Закаливаемость определяется содержанием углорода в стали. Чем больше углерода в стали, тем выше твёрдость после закалки. Легирующие элементы мало влияют на закаливаемость.

Прокаливаемость – глубина проникновения закалённой зоны. Несквозная прокаливаемость объясняется тем, что деталь на поверхности охлаждается с более высокой скоростью, чем сердцевина.

Практическая оценка прокаливаемости: польза=критический диаметр=рисунок

Критический диаметр – диаметр стального прутка, прокаливаемого насквозь в данном охладителе. Для того, чтобы деталь прокалить насквозь, необходимо выбрать охлаждающую среду так, чтобы Д_КР>Д_{изделия}

Способы закалки:

· Закалка в одном охладителе. Наиболее простой и распространённый способ. Деталь нагревают до заданной температуры, выдерживают и погружают в охлаждающую среду: происходит мартенситное превращение (кривая1). Для того, чтобы снизить уровень напряжения детали часто применяют разновидности закалки в одном охладителе. После нагрева и выдержки деталь извлекают из печи и некоторое время выдерживают на воздухе - «подстуживают». Затем помещают в охлаждающую среду, в которой и происходит мартенситное превращение. Такая разновидность закалки называется «подстуживанием»

· Прерывистая закалка(закалка в двух средах) – нагретую до заданной температуры деталь, погружают в воду с тем, чтобы увеличить скорость охлаждения, пройти температурный интервал тип устойчивость аустенита. Затем переносят в менее интенсивно охлаждающую среду (масло), в которой происходит закалка (кривая 2)

· Ступенчатая закалка. При проведении прерывистой закалки участки детали различного сечения охлаждаются неравномерно, кроме того, трудно выдержать температурный интервал после прохождения которого деталь необходимо перенести в менее охлаждающую среду. Ступенчатая закалка лишена этих недостатков. Нагретую деталь помещают в среду, нагретую до 300°…350°(выше температуры начала мартенситного превращения), выдерживают в этой среде до выравнивания температуры по всем сечениям детали. Переносят в охладитель, происходит закалка (А→М) кривая 3.

· Струйчатая закалка. Заключается в обрызгивании рабочей части детали струйками воды. По такой схеме охлаждения практически не образуется паровая рубашка. Используют в случае, когда необходимо получить высокую твёрдость только рабочей части детали.

· Закалка с самоотпуском. Используется для термообработки рабочей части инструмента (зубило). Инструмент полностью нагревается до заданной температуры. Производят закалку только рабочей части. После закалки рабочую часть извлекают из закаливающей среды, и за счёт теплообмена от нерабочей части происходит отпуск рабочей части. Температура отпуска определяется по цветам побежалости. Закалку с самоотпуском можно проводить и по второй схеме: после нагрева инструмента поместить в закалочную среду, а после закалки нагревать только нерабочую часть. За счёт теплоотвода от нерабочей части отпускается рабочая часть.

· Изотермическая закалка. При проведении, деталь нагревают до заданной температуры, затем помещают в закалочную среду, нагретую до температуры выше точки начала мартенситного превращения. В этой среде начинается и завершается процесс закалки (кривая 4). Особенность этого способа закалки: структура, после проведения процесса, представляется бейнитом. После остальных рассматриваемых способов – мартенсит.