Закалка стали - Характеристика и структурные методы исследования металлов

Закалкой называется операция термической обработки, состоящая из нагрева до температур выше верхней критической точки AC3 для доэвтектоидной стали и выше нижней критической точки АС1 для заэвтектоидной стали и выдержки при данной температуре с последующим быстрым охлаждением (в воде, масле, водных растворах солей и пр.).

В результате закалки сталь получает структуру мартенсита и благодаря этому становится твердой.

Закалка повышает прочность конструкционных сталей, придает твердость и износостойкость инструментальным сталям.

Режимы закалки определяются скоростью и температурой нагрева, длительностью выдержки при этой температуре и особенно скоростью охлаждения.

Температура нагрева стали для закалки зависит в основном от химического состава стали.

Наиболее распространенные закалочные среды --вода, 5--10%-ный водный раствор едкого натра или поваренной соли и минеральное масло. Для закалки углеродистых сталей можно рекомендовать воду с температурой 18° С; а для закалки большинства легированных сталей -- масло.

Закаливаемость показывает способность стали к повышению твердости при закалке.

Прокаливаемость стали характеризуется ее способностью закаливаться на определенную глубину. При закалке поверхность детали охлаждается быстрее, так как она непосредственно соприкасается с охлаждающей жидкостью, отнимающей тепло. Сердцевина детали охлаждается гораздо медленнее, тепло из центральной части детали передается через массу металла к поверхности итолько на поверхности поглощается охлаждающей жидкостью.

Прокаливаемость стали зависит от критической скорости закалки: чем ниже критическая скорость, тем на большую глубину прокаливаются стальные детали.

Виды Закалки стали.

Существует несколько способов закалки, применяемых в зависимости от состава стали, характера обрабатываемой детали, твердости, которую необходимо получить, и условий охлаждения.

Закалка в одной среде Такую закалку проще выполнять, но ее можно применять не для каждой стали и не для любых деталей, так как быстрое охлаждение деталей переменного сечения в большом интервале температур способствует возникновению температурной неравномерности и больших внутренних напряжений, что может вызвать коробление детали, а иногда и растрескивание (если величина внутренних напряжений превзойдет предел прочности).

Чем больше углерода в стали, тем больше объемные изменения и структурные напряжения, тем больше опасность возникновения трещин.

Закалку в двух средах применяют для инструмента из высокоуглеродистой стали (метчики, плашки, фрезы). Сущность способа состоит в том, что деталь вначале замачивают в воде, быстро охлаждая ее до 300--400° С, а затем переносят в масло, где оставляют до полного охлаждения.

Ступенчатую закалку выполняют путем быстрого охлаждения деталей в соляной ванне, температура которой намного выше температуры начала мартенситного превращения (240--250° С). Выдержка при этой температуре должна обеспечить выравнивание температур по всему сечению детали. Затем детали охлаждают до комнатной температуры в масле или на спокойном воздухе, устраняя тем самым термические внутренние напряжения.

Ступенчатая закалка уменьшает внутренние напряжения, коробление и возможность образования трещин.

Недостаток этого вида закалки в том, что горячие следы не могут обеспечить большую скорость охлаждения при температуре 400--600° С.

Изотермическую закалку проводят так же, как ступенчатую, но с более длительной выдержкой при температуре горячей ванны (250--300° С), чтобы обеспечить полный распад аустенита. Выдержка, необходимая для полного распада аустенита, определяется по точкам а и b и по S-образной кривой (см. рис. 1). Изотермическая закалка имеет следующие преимущества перед обычной:минимальное коробление стали и отсутствие трещин; большая вязкость стали.

В настоящее время широко используют ступенчатую и изотермическую светлую закалки.

Светлую закалку стальных деталей проводят в специально оборудованных печах с защитной средой.

При ступенчатой закалке стали с переохлаждением аустенита в расплавленной едкой щелочи с последующим окончательным охлаждением на воздухе детали приобретают чистую светлую поверхность серебристо-белого цвета; в этом случае отпадает необходимость в пескоструйной очистке деталей и достаточна промывка их в горячей воде.

Закалка с самоотпуском широко применяется в инструментальном производстве. Сущность ее состоит в том, что детали не выдерживают в охлаждающей среде до полного охлаждения, а в определенный момент извлекают из нее, чтобы сохранить в сердцевине изделия некоторое количество тепла, за счет которого производится последующий отпуск. После достижения требуемой температуры отпуска за счет внутреннего тепла деталь окончательно охлаждают в закалочной жидкости.

Способы охлаждения при закалке.

Быстрое охлаждение стальных деталей при закалке является причиной возникновения в них больших внутренних напряжений. Эти напряжения иногда приводят к короблению деталей, а в наиболее тяжелых случаях -- к трещинам. Особенно большие и опасные внутренние напряжения возникают при охлаждении в воде. Поэтому там, где можно, следует охлаждать детали в масле.

Внутренние напряжения зависят также от способа погружения деталей в закалочную среду. Необходимо придерживаться следующих основных правил:

Детали, имеющие толстую и тонкую части, погружать в закалочную среду сначала толстой частью;

Дефекты, возникающие при закалке стали.

Недостаточная твердость закаленной детали -- следствие низкой температуры нагрева, малой выдержки при рабочей температуре или недостаточной скорости охлаждения.

Перегрев связан с нагревом изделия до температуры, значительно превышающей необходимую температуру нагрева под закалку. Перегрев сопровождается образованием крупнозернистой структуры, в результате чего повышается хрупкость стали.

Пережог возникает при нагреве стали до весьма высоких температур, близких к температуре плавления (1200--1300° С) в окислительной атмосфере. Окисление и обезуглероживание стали характеризуются образованием окалины (окислов) на поверхности деталей и выгоранием углерода в поверхностных слоях.

Коробление и трещины -- следствия внутренних напряжений. Во время нагрева и охлаждения стали наблюдаются объемные изменения, зависящие от температуры и структурных превращений (переход аустенита в мартенсит сопровождается увеличением объема до 3%).

Похожие статьи




Закалка стали - Характеристика и структурные методы исследования металлов

Предыдущая | Следующая