Практические способы закалки сталей. Достоинства и недостатки. Дефекты, возникающие при закалке

В зависимости от формы изделия, марки стали и нужного комплекса свойств применяют различные способы закалки.

Закалку в одном охладителе применяют для деталей простой формы. Нагретую до температуры закалки деталь быстро переносят в охладитель, которым может быть вода, масло и др. Недостаток этого способа закалки заключается в том, что вследствие неравномерного охлаждения по сечению в детали возникают большие термические напряжения. Прерывистую закалку или закалку в двух средах используют для деталей более сложной формы. В этом случае нагретую деталь вначале опускают в воду, а затем переносят для окончательного охлаждения в масло (закалка через воду — в масло). Уменьшая скорость охлаждения в области мартенситного превращения, тем самым стремятся уменьшить структурные напряжения. Этот способ часто используют при закалке инструментов из углеродистой стали. Однако точное время пребывания детали в каждой из сред определить трудно.

Ступенчатая закалка по сравнению с предыдущими способами является более совершенной. Нагретую до температуры закалки деталь быстро переносят в охладитель, имеющий температуру на 30-50 °С выше мартенситной точки, и выдерживают в течение времени, необходимого для выравнивания температуры по всему сечению изделия. Время изотермической выдержки должно быть меньше времени устойчивости аустенита при этой температуре. После изотермической выдержки (в расплаве солей или металлов) деталь охлаждают с небольшой скоростью, что способствует уменьшению закалочных напряжений. Этот способ применим только для закалки небольших деталей, имеющих диаметр 10-30 мм.
При изотермической закалке нагретую до закалочных температур деталь быстро переносят в закалочную среду, имеющую температуру несколько выше температуры начала мартенситного превращения (например, 250-300°С для углеродистых сталей), и выдерживают в течение времени, необходимого для полного превращения переохлажденного аустенита. В результате получается структура нижнего бейнита.

При закалке с самоотпуском охлаждение проводят в одном охладителе и прерывают, когда сердцевина изделия имеет еще значительное количество тепла (не совсем охладилась). За счет этого тепла поверхностные слои изделия вновь нагреваются, и таким образом происходит отпуск. Закалку с самоотпуском применяют для местной термической обработки в мелкосерийном производстве, а также при изготовлении зубил, кернов и других инструментов. Поверхностная закалка является одним из способов увеличения твердости поверхностных слоев изделия. Одновременно повышаются сопротивление истиранию, предел выносливости и т. п.

Общим для всех способов поверхностной закалки является нагрев поверхностного слоя детали до температуры закалки с последующим быстрым охлаждением. Эти способы различаются методами нагрева изделий. Толщина закаленного слоя при поверхностной закалке определяется глубиной нагрева, прокаливаемость играет второстепенную роль или вообще не имеет значения.

При изотермической закалке вначале требуется быстрое охлаждение со скоростью не менее критической, чтобы избежать распадения аустенита. Следовательно, по этому методу можно закаливать лишь небольшие (диаметром примерно до 8 мм) заготовки из углеродистой стали, так как массивные заготовки не удается быстро охладить. Это не относится однако к легированным сталям, большинство марок которых имеют значительно меньшие критические скорости закалки. Большим преимуществом изотермической закалки является возможность рихтовки (выправления искривлений) заготовок во время инкубационного периода превращения аустенита (который длится несколько минут), когда сталь еще пластична.

Закалка при помощи газовой горелки. Кислородно-ацетиленовое пламя газовой горелки с температурой около 3200 °С направляется на поверхность закаливаемой заготовки и быстро нагревает ее поверхностный слой до температуры выше критической. Вслед за горелкой перемещается трубка, из которой на поверхность заготовки направляется струя воды, закаливая нагретый слой. Этот способ применяется для изделий с большой поверхностью (например, для прокатных валков, зубьев больших шестерен и т. д.).

Закалка токами высокой частоты по методу В. П. Вологдина нашла очень широкое применение в промышленности, так как отличается высокой производительностью, легко поддается автоматизации.

Обработка холодом. Этот метод применяется для повышения твердости стали путем перевода остаточного аустенита закаленной стали в мартенсит. Холодом обрабатывают углеродистую сталь, содержащую больше 0,5 % С, у которой температура конца мартен-ситного превращения находится ниже 00 С, а также легированную сталь (например, быстрорежущую).

Дефекты при закалке. В процессе нагрева под закалку и при закалке могут появляться следующие дефекты: трещины, деформация и коробление, обезуглероживание, мягкие пятна и низкая твердость.

Закалочные трещины - это неиспра­вимый брак, образующийся в процессе термиче­ской обработки. Они являются следствием воз­никновения больших внутренних напряжений. В штампах крупных размеров закалочные трещи­ны могут появляться даже при закалке в масле. Поэтому штампы целесообразно охлаждать до 150 - 200°С с быстрым последующим отпуском.

Трещины возникают при неправильном на­греве (перегреве) и большой скорости охлаж­дения в деталях, конструкция которых имеет резкие переходы поверхностей, грубые риски, оставшиеся после механической обработки, ост­рые углы, тонкие стенки и т д.

Закалочные трещины, обычно расположен­ные в углах деталей или инструмента, имеют дугообразный или извилистый вид.

Деформация и коробление деталей происходят в результате неравномерных структурных и связанных с ними объемных пре­вращений, обусловливающих возникновение внутренних напряжений в металле при нагреве и охлаждении.

При закалке стали коробление деталей мо­жет происходить и без. значительных объемных изменений в результате неравномерного нагрева и охлаждения. Если, например, деталь неболь­шого сечения и большой длины нагревать толь­ко с одной стороны, то она изгибается. При этом нагреваемая сторона детали удлиняется и ста­новится выпуклой, а ее противоположная сторо­на — вогнутой. Нагревать и охлаждать детали при закалке следует равномерно.

При погружении деталей и инструмента в закалочную среду надо учитывать их форму и размеры. Детали, имеющие толстые и тонкие части, погружают в закалочную среду сначала толстой частью, длинные детали (штоки, про­тяжки, сверла, метчики и т. д.) опускают в стро­го вертикальном положении, а тонкие плоские (диски, отрезные фрезы, пластинки и др.) — ребром.

Окисление и обезуглероживание происходит в основном при нагреве под закалку от взаимодействия печных газов или расплав­ленных солей с поверхностными слоями детали. Этот дефект особенно опасен на режущем инст­рументе, так как он в несколько раз снижает его стойкость.

Окисление и обезуглероживание поверхности.изделия-предупреждается строгим соблюдением установленного режима термической обработки, а также нагревом в среде нейтральных газов (азоте, аргоне).

Мягкие пятна - это участки на по­верхности детали или инструмента с понижен­ной твердостью. Такие дефекты образуются при закалке в процессе охлаждения в закалочной среде, когда на поверхности детали имелась ока­лина, следы загрязнений и участки с обезуглероженной поверхностью, а также в случае недо­статочно быстрого движения детали в закалоч­ной среде и образования на поверхности детали паровой рубашки.

Низкая твердость чаще всего наблюда­ется при закалке инструмента. Причинами низ­кой твердости являются недостаточно быстрое охлаждение в закалочной -среде, низкая темпе­ратура закалки, а так же недостаточная выдерж­ка при нагреве под закалку. Для исправления этого дефекта деталь следует подвергнуть высо­кому отпуску и снова закалить.

Перегрев деталей под закалку увеличива­ет зернистость металла и, следовательно, ухуд­шает его механические свойства. Металл приоб­ретает повышенную хрупкость. Для повторной закалки деталей их следует подвергнуть отжигу для измельчения зерна.

Недогрев получается в том случае, если температура закалки была ниже, критической точки Ас 3 (для доэвтектоидных сталей) и Ас 1 (заэвтектоидных сталей). Недогрев исправляют отжигом, после которого деталь снова закали­вают.

Дата добавления: 2015-04-23