Охлаждающие среды для закалки

Охлаждение при закалке должно обеспечить получение структуры мартенсита в пределах заданного сечения изделия (определенную прокаливаемость) и не должно вызывать закалочных дефектов: трещин, деформаций, коробления и высоких растягивающих остаточных напряжений в поверхностных слоях.

Наиболее желательна высокая скорость охлаждения (выше критической скорости закалки) в интервале температур А₁ - М_н для подавления распада переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращений и замедленное охлаждение в интервале температур мартенситного превращения М_н - М_к. Высокая скорость охлаждения в мартенситном интервале температур нежелательна, так как ведет к увеличению уровня остаточных напряжений и даже к образованию трещин. В то же время слишком медленное охлаждение в интервале температур М_н - М_к может привести к частичному отпуску мартенсита и уве­личению количества остаточного аустенита вследствие его ста­билизации, что снижает твердость стали.

Таблица 1

Относительная интенсивность охлаждения закалочных сред

Охлаждающая среда	Температура, ^0С	Относительная интенсивность охлаждения в интервале температур пузырькового кипения Н
охлаждающей среды	пузырькового кипения
Вода     10 % раствор NaCl в воде Раствор NaOH в воде: 10 %-ный 50 %-ный Масло минеральное	20…200	400…100 350…100 250…100 650…100   650…100 650…100 500…250	1,0 0,7 0,2 3,0   2,0 2,0 0,3

Чаще для закалки используют кипящие жидкости - воду, водные растворы щелочей и солей, масла. При закалке в этих средах различают три периода:

1) пленочное кипение, когда на поверхности стали образуется «паровая рубашка»; в этот период скорость охлаждения сравни­тельно невелика;

2) пузырьковое кипение, наступающее при полном разруше­нии паровой пленки, наблюдаемое при охлаждении поверхности до температуры ниже критической; в этот период происходит бы­стрый отвод теплоты;

3) конвективный теплообмен, который отвечает температурам ниже температуры кипения охлаждающей жидкости; теплоотвод в этот период происходит с наименьшей скоростью.

В табл. 1 приведены примерный температурный интервал пу­зырькового кипения и относительная интенсивность охлаждения Н в середине этого интервала для различных охлаждающих сред.

При закалке углеродистой и некоторых низколегированных сталей, имеющих малую устойчивость переохлажденного аустенита, в качестве охлаждающей среды применяют воду и водные растворы NaСl или NaOH.

Вода как охлаждающая среда имеет существенные недостатки. Высокая скорость охлаждения в области температур мартенситного превращения нередко приводит к образованию закалочных дефектов; с повышением температуры воды резко ухудшается ее закалочная способность (см. табл. 1). При закалке изделий в горячей воде вследствие их медленного охлаждения при высоких температурах и быстрого охлаждения при низких температурах тепловые напряжения получаются низкими, а наиболее опасные структурные (фазовые) - высокими, что и может вызвать образование тре­щин. Наиболее высокой и равномерной охлаждающей способ­ностью отличаются холодные 8…12 %-ные водные растворы NaСl и NaOH, которые хорошо зарекомендовали себя на практике.

При закалке в водных растворах паровая рубашка разрушается почти мгновенно и охлаждение происходит более равномерно и в основном протекает на стадии пузырькового кипения. Увели­чение охлаждающей способно­сти достигается при использо­вании струйного или душевого охлаждения, широко применяе­мого, например, при поверхно­стной закалке.

Дальнейшим усовершенство­ванием методов охлаждения явилось применение смесей воды с воздухом, подаваемых через форсунки. Водовоздушные сре­ды применяют для охлаждения крупных поковок, рельсов и т. д.

Для легированных сталей, обладающих более высокой ус­тойчивостью переохлажденного аустенита при закалке, приме­няют минеральное масло (чаще нефтяное).

Масло как закалочная среда имеет следующие преимущества: небольшую скорость охлаждения в мартенситном интервале тем­ператур, что уменьшает возникновение закалочных дефектов, и постоянство закаливающей способности в широком интервале температур среды (20…150 ⁰С). К недостаткам следует отнести повышенную воспламеняемость (температура вспышки 165…300 °С), недостаточную стабильность и низкую охлаждающую спо­собность в области температур перлитного превращения, а также повышенную стоимость.

Температуру масла при закалке поддерживают в пределах 60…90 ⁰С, когда его вязкость оказывается минимальной.

Для закалки применяют водные растворы полимеров (ПК2, ПАА, УЗСП-1), снижающие скорость охлаждения в мартенсит­ном интервале температур. Однако нужно учитывать, что раство­римость полимеров в воде меняется с изменением температуры, что влечет за собой изменение охлаждающей способности.

Все шире начинают применять охлаждение под давлением в среде азота, аргона и водорода.

Дата добавления: 2014-01-05