Закалка стали

Закалка стали – это процесс термообработки, который изменяет структуру материала. По завершению техпроцесса металл становится прочнее и тверже. Однако не всю сталь можно разогревать.

Твердость стали повышается только при содержании в ней углерода более 0.4%. Например, ст35, по ГОСТ, состоит на 0-32-0.4% из углерода, поэтому ее можно «подкалить», то есть незначительно изменить твердость.

Закаливаемыми считаются стали от ст 45 и выше. Однако поддать закалке нержавейку типа 3х13 также можно. Для работы с высоколегированной сталью нужна многоступенчатая система охлаждения и высокотемпературный отпуск, чтобы избежать дефектов.

Для каждой марки стали своя температура и скорость нагрева. Температурный режим зависит от содержания углерода. Например, для ст45 достаточно 650⁰С, а для ст90ХФ более 800⁰С.

Влияние закалки на свойства стали

Рассмотрим подробнее влияние закалки на свойства стали. По завершению техпроцесса в заготовках происходят структурные изменения, которые непосредственно влияют на характеристики:

1. Повышается твердость и прочность материала.
2. Уменьшается размер зерна.
3. Снижается гибкость и пластичность металла.
4. Повышается хрупкость.
5. Увеличивается стойкость заготовок к истиранию.
6. Снижается коэффициент сопротивления на излом.

Поверхность каленой заготовки легко очистить до высокого класса. Сырую сталь никогда не шлифуют, так как она тянется прямо за кругом.

Способы каления стали

Главные параметры, которые учитываются при закалке стали: температурный режим и скорость охлаждения. Эти величины подбираются под марки стали, которые использовались при создании заготовок. В расчет берется содержание углерода и легирующие вещества.

Существует несколько видов закалки стали. Рассмотрим их подробнее:

1. В одной среде – используется только одно вещество для охлаждения. Наибольшая твердость достигается при опускании детали в воду. Однако металл с содержанием углерода более 0.5% покроется трещинами. Высоколегированные виды стали повышают твердость и при охлаждении на воздухе.
2. Ступенчатая – этот процесс закалки стали создан для повышения прочности сложных по составу типов стали. Например, сначала деталь опускается в воду на несколько минут, а затем закалка продолжается в масле при температуре преобразования в 300-320⁰С. Если калить большие детали только в масле, то внутренняя температура затормозит остывание и снизит прочность материала.
3. Изотермическая – этот способ закалки стали используют при работе с заготовками под зубила, пружины, топоры и прочее. При быстром охлаждении в инструментальной стали накапливается сильное напряжение. Поэтому используется высокотемпературный отпуск. Сначала деталь нормализуется, затем нагревается для закалки, а после опускается в ванну с селитрой, разогретой до 350⁰С.
4. С самоотпуском – внутри детали при закалке накапливается тепло, которое медленно выходит, снимая (отпуская) напряжение. За техпроцессом наблюдает специалист, который точно знает, на сколько допустимо сократить пребывание материала в охлаждающем веществе.
5. Светлая – такого технического термина нет. Просто при использовании инертных газов или вакуума при прокалке сталь не темнеет. Это самый дорогой процесс повышения прочности деталей.

Технология закалки стали

Технология закалки стали состоит из двух главных процессов – нагрева и охлаждения. Для каждого типа материала и конфигурации изделия рассчитываются оптимальные показатели температуры и скорости нагрева, а также длительности охлаждения и его типа.

С экономической точки зрения, скорость нагрева должна быть максимальной, чтобы потратить минимальное количество энергии. Однако скоростной нагрев негативно влияет на поверхность и сердцевину стали. Поэтому находится оптимальный баланс между себестоимостью процесса, скоростью и температурным режимом.

Типы охлаждающих сред

Так как цель закалки стали – это повышение прочности и твердости детали, то на этапе охлаждения важно не допустить появление дефектов. Поэтому используются разные среды:

1. Для поверхностной закалки и при работе с деталями простой конфигурации используется вода. Ее тщательно очищают от примесей солей и моющих средств, подогревают до 30⁰С. Сложные детали полностью в воде не остывают во избежание трещин внутри и на поверхности.
2. Изделия сложной формы охлаждают 50-процентным раствором каустической соды, который нагревают до 60⁰С. Выделяемые пары опасны для человека.
3. Тонкостенные детали из углеродистых или легированных сталей охлаждают комбинированно. Сначала в воде, а затем в минеральных маслах. Пары также нанесут вред человеку, поэтому обязательно использование средств индивидуальной защиты.

Возможные дефекты

При закалке могут возникать дефекты под влиянием физических и химических факторов, отклонения от заданных параметром технологического процесса.

Например, неравномерный нагрев или охлаждение приводит к формированию внутренних трещин, неоднородности состава.

Пережог стали происходит из-за проникновения кислорода в верхний слой металла, где образуются окислы.

Обезуглероживание металла происходит по причине выгорания углерода в печать под избыточным воздействием кислорода.

Эти типы дефектов невозможно исправить. Единственный вариант противостоять – это тщательно следить за герметичностью печей, либо использовать при закалке инертные газы, вакуум.