Что такое закалка?
Закалка — это процесс термообработки, при котором сталь нагревается выше критической температуры, удерживается в тепле в течение определенного периода времени, а затем охлаждается со скоростью, превышающей критическую скорость охлаждения, для получения несбалансированной структуры, в которой преобладает мартенсит (бейнит также может можно получить или при необходимости сохранить однофазный аустенит). Закалка является наиболее широко используемым процессом при термической обработке стали.
Существует четыре основных процесса термической обработки стали: отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Целью закалки является преобразование переохлажденного аустенита в мартенсит или бейнит для получения мартенситной или бейнитной структуры, а затем отпуск его при разных температурах, чтобы значительно улучшить жесткость, твердость, износостойкость, усталостную прочность и ударную вязкость стали, чтобы для удовлетворения различных требований к использованию различных механических деталей и инструментов. Закалку также можно использовать для обеспечения особых физических и химических свойств некоторых специальных сталей, таких как ферромагнетизм и коррозионная стойкость. Процесс термообработки металла, при котором металлическая заготовка нагревается до определенной температуры и выдерживается в течение определенного периода времени, а затем погружается в закалочную среду для быстрого охлаждения. Обычно используемые закалочные среды включают рассол, воду, минеральное масло, воздух и т. д. Закалка может улучшить твердость и износостойкость металлических заготовок, поэтому она широко используется в различных инструментах, формах, калибрах и деталях, требующих поверхностной износостойкости (например, шестерни, ролики, науглероженные детали и т. д.). Сочетая закалку с отпуском при различных температурах, можно значительно улучшить прочность, снижение ударной вязкости и усталостную прочность металла, а также обеспечить координацию между этими свойствами (комплексные механические свойства) для удовлетворения различных требований использования. Кроме того, закалка также может позволить некоторым сталям с особыми свойствами приобрести определенные физические и химические свойства, например, закалка для повышения ферромагнетизма стали с постоянными магнитами и улучшения коррозионной стойкости нержавеющей стали. Процесс закалки в основном используется для стальных деталей. Когда обычно используемая сталь нагревается выше критической температуры, исходная структура при комнатной температуре полностью или в основном превращается в аустенит. Затем сталь погружают в воду или масло для быстрого охлаждения, и аустенит превращается в мартенсит. По сравнению с другими структурами стали мартенсит имеет самую высокую твердость. Быстрое охлаждение во время закалки вызовет внутренние напряжения внутри заготовки. Когда он достигнет определенного уровня, заготовка исказится и даже потрескается. По этой причине необходимо выбрать подходящий метод охлаждения. В зависимости от метода охлаждения процесс закалки подразделяется на четыре категории: закалка в одной жидкости, закалка в двух средах, ступенчатая закалка в мартенсите и изотермическая закалка в бейните.
Метод закалки Закалка в одной среде. Заготовка охлаждается в одной среде, например, закалка в воде и закалка в масле. Преимуществами являются простота эксплуатации, легкая механизация и широкое применение. Недостатки: закалочное напряжение в воде велико, заготовка легко деформируется и растрескивается; закалка в масле, скорость охлаждения низкая, диаметр закалки небольшой, а большие заготовки нелегко закалить. Заготовка для закалки с двойной средой сначала охлаждается примерно до 300 градусов в среде с более высокой охлаждающей способностью, а затем охлаждается в среде с более слабой охлаждающей способностью, например: сначала закалка в воде, а затем закалка в масле, что может эффективно снизить внутренние напряжения мартенситного превращения и уменьшают склонность заготовки к деформации и растрескиванию. Может использоваться для закалки заготовок сложной формы и неровного сечения. Недостатком двухжидкостной закалки является то, что трудно уловить момент двухжидкостной конверсии. Если преобразование происходит слишком рано, его легко закалить без закалки, а если преобразование происходит слишком поздно, его легко закалить и расколоть. Для преодоления этого недостатка был разработан метод ступенчатой закалки. Заготовку закаливают в низкотемпературной соляной ванне или печи с щелочной ванной. Температура соляной или щелочной ванны близка к точке Ms. Заготовка выдерживается при этой температуре от 2 до 5 минут, а затем выносится на воздушное охлаждение. Этот метод охлаждения называется ступенчатой закалкой. Цель ступенчатого охлаждения — сделать температуру внутри и снаружи заготовки более однородной и в то же время осуществить мартенситное превращение, что может значительно снизить закалочное напряжение и предотвратить деформацию и растрескивание. Температура сортировки ранее была установлена немного выше точки Ms, и заготовка входила в мартенситную зону после того, как температура внутри и снаружи заготовки была одинаковой. Он был улучшен для сортировки при температуре немного ниже точки Ms. Практика показывает, что эффект от оценки ниже балла Ms лучше. Например, формы из высокоуглеродистой стали подвергаются закалке в щелочной ванне при температуре 160 градусов, что позволяет меньше закаливать и деформировать, поэтому они широко используются. Изотермическая закалка. Закалку производят в изотермической соляной ванне. Температура соляной ванны находится в нижней части бейнитной зоны (немного выше Ms). Заготовка длительное время находится изотермически до завершения бейнитного превращения, а затем выносится на охлаждение на воздухе. Изотермическая закалка используется для стали со средним содержанием углерода или выше, цель состоит в том, чтобы получить более низкий бейнит для улучшения прочности, твердости, ударной вязкости и износостойкости. Изотермическую закалку обычно не применяют для низкоуглеродистой стали. Поверхностная закалка Поверхностная закалка — это метод локальной закалки, при котором поверхностный слой стальной детали закаливается на определенную глубину, а сердцевинная часть остается незакаленной. Во время поверхностной закалки поверхность стальной детали быстро нагревается до температуры закалки, и тепло сразу же охлаждается, прежде чем оно сможет проникнуть в сердцевину заготовки, тем самым достигается локальная закалка. Индукционная закалка. Индукционный нагрев заключается в использовании электромагнитной индукции для создания вихревых токов в заготовке для ее нагрева. Холодная закалка — это закалочное охлаждение путем погружения в раствор холодной воды с высокой охлаждающей способностью в качестве охлаждающей среды. Локальная закалка – это закалка только той части заготовки, которую необходимо закалить. Закалка с воздушным охлаждением относится конкретно к нагреву в вакууме, а также к закалке и охлаждению в высокоскоростном циркулирующем отрицательном давлении, нормальном давлении или высоком давлении нейтрального и инертного газа. Поверхностная закалка – это закалка только поверхностного слоя заготовки, в том числе индукционная закалка, закалка контактным нагревом, пламенная закалка, лазерная закалка, электронно-лучевая закалка и т. д. Воздушное охлаждение – это закалка и охлаждение с использованием принудительного воздуха или сжатого воздуха в качестве охлаждающей среды. . Закалка соляным раствором представляет собой закалку и охлаждение водным раствором соли в качестве охлаждающей среды. Закалка органическим раствором представляет собой закалку и охлаждение водным раствором органического полимера в качестве охлаждающей среды. Закалка распылением представляет собой закалку и охлаждение струей жидкости в качестве охлаждающей среды. Распылительное охлаждение – это закалка и охлаждение заготовки в тумане из смеси воды и воздуха. Охлаждение в горячей ванне — это закалка и охлаждение заготовки в горячей ванне, такой как расплавленная соль, расплавленная щелочь, расплавленный металл или высокотемпературное масло, например, закалка в соляной ванне, закалка в свинцовой ванне, закалка в щелочной ванне и т. д. Двойная закалка жидкостью. - это закалка и охлаждение заготовки после нагрева и аустенизации и немедленный перевод в среду со слабой охлаждающей способностью для охлаждения, когда структура вот-вот подвергнется мартенситному превращению. Закалка под давлением – это закалка и охлаждение заготовки после нагрева и аустенизации под определенной приспособлением, целью которой является уменьшение закалочной и охлаждающей деформации. Сквозная закалка – это закалка заготовки от поверхности к сердцевине. Изотермическая закалка — это процесс, при котором заготовка нагревается и аустенитируется, затем быстро охлаждается до диапазона температур бейнитного превращения и поддерживается изотермически для преобразования аустенита в бейнит. Ступенчатая закалка — это процесс, при котором заготовка нагревается и аустенизируется, затем погружается в щелочную или соляную ванну с температурой немного выше или немного ниже точки М1 на соответствующий период времени, а затем вынимается и охлаждается на воздухе. после того, как заготовка достигнет средней температуры для получения закалки мартенсита. Субтемпературная закалка — это процесс, при котором заготовка из доэвтектоидной стали аустенитируется в диапазоне температур Ac1-Ac3, затем закаливается и охлаждается для получения мартенситной и ферритной структур. Прямая закалка — это процесс, при котором заготовка подвергается прямой закалке и охлаждению после внедрения углерода. После того как заготовка науглерожена и дважды охлаждена, ее сначала аустенизируют при температуре выше Ac3 и закаливают для уточнения структуры сердцевины, а затем аустенитизируют при температуре немного выше Ac3 для уточнения структуры пропиточного слоя. Закалка с самоохлаждением — это процесс, при котором тепло нагретой области автоматически передается ненагретой области после того, как местная поверхность заготовки быстро нагревается и аустенизируется, так что аустенитированная область быстро охлаждается.
