Металл закаляют посредством сильного нагрева и резкого охлаждения. При этом температура нагрева металлического изделия должна быть критической и быть на уровне температуры, необходимой для изменения структуры кристаллической решетки. Охлаждают раскаленный металл, опустив его в воду, специальный раствор или масло.
Типы термической обработки
Термическая обработка, а именно так еще называют этот процесс, бывает нескольких типов: обработка с полиморфным обращением и без него. Первый тип термообработки используется преимущественно для некоторых сплавов и цветных металлов, а второй –для стальных изделий. В процессе термообработки металлическое изделие приобретает улучшенные показатели твердости, а его начальная пластичность существенно снижается. Также снижается и вязкость материала. Уменьшение будет еще большим, если воспроизводить цикл неоднократно. Уменьшить показатели хрупкости, и немного улучшить вязкость позволяет процесс так называемого «отпуска». Он влияет на уменьшение приобретенной прочности, но показатели уменьшения будут незначительны. При отпуске металлов без полиморфного обращения (сплавы и цветные металлы) применяют процесс, который называется «старение».
Виды закалки
Закалка бывает как полной, так и неполной. При полной закалке происходят значительные изменения структуры материала и кристаллической решетки. Неполная закалка зачастую применяется к различным видам изделий из инструментальной стали.
Также бывают изделия, которые потребуют лишь частичной закалки. То есть, когда необходимо закалить не весь металл, а незначительную часть, например, режущую кромку (так закаливают мечи, различные резцы для станков, сверла и многое другое). На таком металле отчетливо наблюдается граница.
Технология закалки
Технология термозакалки предполагает собой резкое охлаждение, способное снизить температуру изделия до 600 – 410°С. Время, необходимое для достаточного разогрева металлического изделия, напрямую зависит от применяемого нагревательного устройства. При разогреве материала в мощной электропечи необходимо 1 – 2 минуты на термообработку 1 мм. При таком же процессе в печи с открытым пламенем достаточно и одной минуты, а при нагреве в ванне с раствором соли – около полуминуты. Самые минимальные затраты времени при закаливании с использованием ванны со свинцовым раствором, в которой достаточно и 6 секунд. Когда раскаленный металл погружается в жидкость для закалки, происходит образование пленочного пара, который приводит к существенному снижению темпов остывания. Температура в пленочном паре существенно возрастает, а когда он разрывается, то жидкость начинает кипеть на поверхности раскаленного металла и резко охлаждать его. Такой процесс называют кипением пузырьков. При остывании металла жидкость перестает кипеть, а потому и сам процесс остывания существенно замедляется. В это время в металлическом изделии происходит процесс конвективного обмена теплом.
Таблица режимов закалки и отпуска стали
| Марка стали | Температура нагрева, C° | Среда охлаждения | Температура среды охлаждения, C° | Температура нагрева при отпуске, C° |
| У9, У9А | 780-810 | Вода, масло | 20-30 | 160-200 |
| У10, У10А | 770-800 | Вода, масло | 20-30 | 160-200 |
| 85ХВ | 800-840 | Масло | 50-60 | 320-350 |
| 9ХС | 860-870 | Масло | 50-60 | 260-285 |
| Х12 | 800-840 | Масло | 50-60 | 150-200 |
| ХВТ | 820-830 | Масло | 50-60 | 200-240 |
| 9Х5ВФ | 1000-1050 | Масло | 50-60 | 300-350 |
| ХВ5 | 900-1000 | Масло | 50-60 | 280-330 |
| Р9 | 1230-1250 | Селитра | 400-450 | 500-550 |
| Р18 | 1250-1300 | Селитра | 400-450 | 500-550 |
Различия в закалке
Термозакалка изделий разниться от того, какие охладители используются для этого процесса. Она может подразделяться на:
- Струйчатую, для которой предусмотрено использование проточной воды для того, чтобы закалить изделие. При этом процессе отсутствует образование паровой пленки, а сама технология зачастую применяется при закалке отдельных частей металла. Такой метод позволяет достичь огромной степени прокаливаемости материала;
- Прерывистую, проводящуюся в нескольких разных средах для закалки. Металл резко опускают в одну среду, а затем переносят остывать в другую среду. Подобный способ идеально подходит для закаливания изделий из высокоуглеродистой стали;
- Ступенчатую. Проводится в охладителе с определенным температурным режимом. При этом металл сначала остывает до температуры среды, а потом изымается из нее и остывает в естественной среде;
- Изотермическая закалка предполагает собой охлаждение с выдержкой в охладительной среде. Изделие находиться в среде до такой степени, пока в нем не происходит формирование кристаллической решетки и не образовывается аустенит;
- Простая закалка с использованием охладителя предполагает охлаждение изделия в одной охладительной среде до полного остывания металла.
Скорость остывания металлического изделия напрямую зависит от его размеров, а также формы. При этом существенную роль играет теплотворность стального изделия и сам вид используемой охлаждающей жидкости. При подборе жидкости надо учитывать легирующий состав и степень содержание углерода, ведь при наличии углерода менее чем в 20% стальное изделие подвергать закалке противопоказано.
В качестве жидкости, идеально подходящей для охлаждения, может использоваться вода, соляные и щелочные растворы. Также это может быть свинец и различные технические масла. Обычная вода охлаждает металл слишком быстро, что может подвергнуть его деформации и повредить структуру изделия.
