Закалка сталей

Закалка и отпуск проводятся в комплексе с целью повышения механической прочности и твердости и сохранения достаточно вязкой структуры.

При закалке сталь нагревается на 30…50 С выше температуры фазовых превращений, далее проводится выдержка детали при этой температуре и последующее очень быстрое охлаждение в воде или в масле. Полученные при быстром охлаждении структуры являются нестабильными, они представляют собой различные стадии превращений аустенита.

При очень быстром охлаждении аустенит не успевает изменить свою фазу при температурах ниже 727 С, а в диапазоне температур 300…350 С и ниже с ним происходят так называемые аустенитные превращения, и образуется мелкоигольчатый мартенсит.

Нагревать деталь надо постепенно и равномерно, чтобы не было внутренних напряжений, трещин и разрушений. Однако медленный нагрев — это снижение производительности, обезуглероживание и окисление поверхности.

Чем больше углерода и легирующих элементов в стали и чем сложнее форма детали, тем медленнее надо ее нагревать.

Предохранение от окисления металла проводится путем использования защитной газовой среды (CO2, N,...) или вакуумных печей.

Охлаждение должно иметь большую скорость в пределах 650… 500 С (чтобы не было распада аустенита на смесь феррита и цементита) и более медленное при 300… 200 С, т.к. в этой области при образовании мартенсита возникают большие внутренние напряжения.

Вода достаточно хорошо охлаждает деталь в интервале 650… 550 С, но и слишком быстро в интервале 300 …200 С, поэтому для закалки высокоуглеродистых и легированных сталей применяют минеральные масла.

Изделия сложной формы закаливают в двух различных жидких средах или прерывистой закалкой (перенос в другую охлаждающую среду).

Закалка с самоотпуском. «Главными» инструментами в строительстве пока остаются лом, зубило, кувалда и молоток, которые должны иметь высокую твердость на поверхности и сравнительно вязкую сердцевину. Охлаждение их при закалке ведут не до конца, поэтому за счет тепла внутренних слоёв детали происходит последующий отпуск (самоотпуск) металла.

Поверхностная закалка. Нагрев поверхности металла проводится токами высокой частоты (т.в.ч.), газовыми горелками и плазмой. При поверхностной закалке уменьшается коробление детали и практически не образуется окалина. В итоге образуется вязкая середина и твердая поверхность. Причем твердость поверхности будет выше, чем при обычной закалке.

При химико - термической обработке (ХТО) сталей изменяется химический состав, структура и свойства поверхностного слоя. В результате ХТО упрочняется поверхностный слой (повышаются твердость, прочность и износостойкость).

Виды ХТО: цементация (насыщение поверхности углеродом), азотирование (насыщение азотом), цианирование (насыщение азотом и углеродом), металлизация, хромирование, борирование и др.

При цементации науглероживают поверхность на глубину 0,5.. 2 мм, повышая содержания углерода до 0,75… 1,2 % . Цементация проводится в твердых (древесный уголь), газовых (природный газ и смеси газов) и жидких средах.

Азотирование — это насыщение стали или чугуна азотом. Чаще всего оно проводится в атмосфере аммиака NH₃ . Процесс азотирования очень длителен, так насыщение азотом на глубину всего 0,5 мм надо проводить не менее 60 часов.

Эффективно цианирование (твердое, газообразное и жидкое) мелких и средних деталей (шестерни, поршни, кольца, валики и др.).