Закалка металла

16 января 2023

Закалка металла – это вид термообработки, которая проводится для повышения характеристик твердости, прочности, а также износостойкости. По сути, это нагрев готового изделия до определенной температуры и последующее охлаждение. Кроме того, в полном цикле закаливания металла есть «отпуск» – это следующий за закалкой дополнительный нагрев до более низких температур.

Классификация

Практически все способы закалки металлов состоят из двух ключевых циклов. Сначала сталь нагревается до критических температур, изменяющих ее структуру, а затем, для получения необходимого состава, резко охлаждается (обычно в жидких средах). Главным образом способ закаливания выбирается в зависимости от изначальных свойств сплава.

Способы закалки

• В одной среде

Закалка предназначена для обработки деталей простой формы. Охладителем металлу служит вода или масло. Недостатком данного способа является последующая термообработка.

• В двух средах

Первичное охлаждение в воде, а затем полное – в масле. Чаще всего этот метод применяют для закалки высокоуглеродистых сталей.

• Ступенчатая закалка

Технологический процесс этого способа включает два этапа. Сначала металл помещают в солевую ванну, где его доводят до температуры, достигающей начало мартенситного* превращения. После выравнивания температуры по всем точкам сечения детали, она охлаждается, сначала в воде, и только затем – в масле.

• Изотермическая закалка

Отличается от предыдущего вида термообработки временем пребывания в закалочной среде. Окончательное охлаждение (обычно с применением соляного раствора) происходит дольше. Металл обработанный таким образом получается не только высокопрочным, но и пластичным. Метод практически универсален и подходит для сталей с разным содержанием углерода.

• Закалка с самоотпуском

Особенность технологического процесса данного способа заключается в том, что деталь извлекается из закалочной емкости не полностью остывшая. Металлу просто не дают полностью охладиться. В изделии остается достаточное количество тепловой энергии, благодаря которой до температуры отпуска прогревается весь ее объем, закалка получается качественной.

• Светлая закалка

При светлой закалке металл нагревается в инертных средах (азот, аргон и др.) или в вакуумных печах.

Оборудование

 Здесь можно выделить две основные группы оборудования: нагревательные устройства и закалочные ванны для металлов.

Установки для нагрева

• Муфельные термопечи. Позволяют разогревать металл практически любых размеров.
• Термоустройства, предназначенные для индукционного нагрева металла. Выполняют прогрев всего объема изделия.
• Устройства для нагрева в расплавах.
• Установки для плазменной и лазерной закалки. Прогревают только поверхностный слой металла.
• Печи с контролируемой атмосферой, когда нагрев металла осуществляется в среде инертного газа или в вакууме.

Закалочные ванны предназначены для ускоренного охлаждения металлических изделий под закалку методом погружения в жидкость. Обычно это стальные емкости.

Технология закалки

Массовые доли углерода, веществ и легирующих добавок в изделии напрямую влияют на температуру нагрева. Давно известна следующая зависимость термообработки: чем дольше на металл воздействуют высокие температуры, тем больше свойств мартенсита, феррита и аустенита он получит.

Технология закаливания металла предписывает соблюдение целого ряда определенных действий, а экономика диктует свои правила, что требует на производстве максимально быстрого повышения температуры до заданной, ведь при этом сокращается расход электроэнергии. Однако разогрев металла должен происходить не быстро, а медленно, на всю глубину. Скоростной нагрев может запросто деформировать изделие. Именно поэтому закалка деталей должна проводится в строжайшем соответствии с технологией, индивидуальной для каждого изделия.

Помимо времени выдержки металла при термообработке, существенное значение имеют скорость и способ охлаждения стали.

Охлаждение

Заключительным этапом термообработки при закаливании стали является охлаждение. Разность температур и скоростей охлаждения в совокупности с химическим составом стали определяют ее будущие эксплуатационные качества. В процессе охлаждения важно правильно выбрать среду (воду, минеральное масло, соляной раствор) в которой и будет происходить весь процесс. Углеродистые стали охлаждают с помощью воды, а легированные – минеральным маслом.

 Можно выделить следующие технологии охлаждения металла:

• в одном компоненте;
• струйное;
• прерывистая закалка в двух охладителях;
• обдув.