Закалка

Это один из видов термической обработки. Как и любой процесс термообработки, она состоит из последовательности операций: нагрев до температуры закалки (t_зак) – выдержка при t_зак – быстрое охлаждение со скоростью большей или равной критической, т.е. u_охл ³ u_кр.

Цель закалки стали – получить очень твердую, износостойкую структуру, которая называется «мартенсит» (пересыщенный твердый раствор углерода и других элементов в Fe_α). Для этого необходимо точно и строго выполнять перечисленные выше операции.

Рассмотрим последовательно каждую из них.

Нагрев стали для закалки (рис.1).

Рисунок 1 – Структура закаленной стали в зависимости от температуры закалки

По температуре нагрева различают два вида закалки: полную (t_зак = Ас₃ + 50ºС) и неполную (t_зак = Ас₁ + 50ºС).

Запомните:

· наилучшие результаты закалки получаются, если стали с содержанием углерода С < 0,8% закаливать полной, а стали с содержанием углерода С > 0,8% - неполной закалкой.

· стали с содержанием углерода С < 0,3% нет смысла закаливать, так как мала твёрдость после закалки.

Необходимая температура нагрева назначается согласно линиям диаграммы (по критическим температурам (точкам) Ас₁ и Ас₃.

Таблица 1 - Температура (ºС) критических точек некоторых марок конструкционной и инструментальной стали

Марка стали	Ас1 нагрев	Аr1 охлаждение	Ас3 нагрев	Аr3 охлаждение	Марка стали	Ас1 нагрев	Аr1 охлаждение	Ас3 нагрев	Аr3 охлаждение
65Г					40Х
40ХН					У8
У10					У12

Время нагрева для закалки зависит от метода нагрева, размеров и формы детали, марки стали, многих других факторов и может составлять от одной секунде до нескольких часов. Для электрических печей с нагревательными элементами в виде спирали или стержней ориентировочное время для закалки углеродистых сталей 1 мин на 1 мм толщины наибольшего сечения, для легированных - 2 мин плюс 25% этого времени для углеродистых сталей и 33% для легированных.

Таблица 2 - Нормы нагрева стали при термической обработке в лабораторных электрических печах для углеродистых сталей (форма изделия круг)

Температура нагрева, ºС	Продолжительность нагрева
600-650 700-750 750-840 850-900	1,5 1,0 0,8 0,4

Скорость охлаждения при закалке должна быть больше или равна критической, т.е. u_охл ³ u_кр. Критическая скорость охлаждения для каждой стали имеет своё конкретное значение, но необходимое условие закалки u_охл > u_кр легко выполняется для целых групп сталей при охлаждении их в одном охладителе.

Таблица 3 - Скорость охлаждения стали в различных средах

Характеристика закаливающей среды	Скорость охлаждения, град/с, в интервале температур наименьшей устойчивости аустенита
Вода при 18ºС 10% NaOH в воде при 18ºC Минеральное машинное масло Воздух спокойный

ЗАПОМНИТЕ! Как правило, углеродистые стали при закалке охлаждают в воде, легированные – в жидком индустриальном (машинном) масле или в специальных закалочных минеральных маслах.

Определение критической скорости закалки

Закалка происходит только при охлаждении со скоростью u_охл ³ u_кр.

u_кр – минимальная скорость охлаждения, при которой ужé образуется структура «мартенсит», т.е. происходит закалка. Величина u_кр (см. рис. 5) зависит от химического состава стали; её можно определить расчётом по формуле

, (1)

где t_зак – температура закалки;

t_min – температура минимальной устойчивости аустенита;

t_min – время минимальной устойчивости аустенита.

Все данные для расчета берём с рис. 1, 2, 3, 4, 5 (t_зак можно выбрать по рис. 1 или табл. 1. После определения u_кр для закаливания сталей выбираем охлаждающую среду для них по табл. 3.