Выбор температуры закалки.

 Результаты закалки во многом зависит от правильного выбора температуры нагрева для закалки.

Доэвтектоидные стали для закалки следует нагревать до температуры на 30—50°С выше Ас₃. В этом случае сталь с исходной структурой перлит + феррит нагревается до аустенитного состояния при охлаждении со скоростью боль­ше критической получается мартен­сит. Такая закалка называется полной.

Если доэвтектоидную сталь на­греть выше Ас1, но ниже Ас₃, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой со­ставляющей снижает твердость ста­ли после закалки. Такая закалка на­зывается неполной. Следовательно, все доэвтектоидные стали подвергают полной закалке.

Заэвтектоидные стали нагревают для закалки на 50-70ºС выше Ас1. При этих температурах в стали наряду с аустенитом имеется цементит. Поэтому после закалки в структуре заэвтектоидных сталей присутствуют мартенсит и цементит и не­большое количество остаточного аустенита. Остаточный аустенит как структурная составляющая характерен для всех закаленных заэвтек­тоидных сталей.

Если заэвтектоидную сталь нагреть для закалки выше Ас_т, то в ее структуре будет крупноигольчатый мартенсит с повышенным количеством остаточного аустенита. Присутствие остаточного аус­тенита в структуре стали снижает ее твердость.

Все заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке.

Время нагрева деталей зависит от нагревающей среды. При на­греве в электрических воздушных печах скорость нагрева составля­ет 0,8—1 мин на 1 мм сечения. Скорость нагрева в соляной ванне в два раза выше, чем в электрической печи, а в расплавленном ме­талле (свинце) в три-четыре раза.

По достижении заданной температуры нагрева проводят выдер­жку для полного прогрева деталей по сечению и для завершения всех фазовых превращений и выравнивания состава аустенита по объему. Чем выше температура нагрева, тем меньше продолжитель­ность выдержки.

Закалочные среды. Охлаждающая (закалочная) среда должна обес­печить высокую скорость охлаждения при температурах наимень­шей устойчивости переохлажденного аустенита (650—550°С), что­бы предупредить его распад на ферритно-цементитную смесь.

В интервале температур мартенситного превращения (от Мн до М_к) целесообразно медленное охлаждение с целью уменьшения внутренних напряжений.

В качестве закалочных сред для углеродистых сталей, имеющих высокую критическую скорость охлаждения, применяют воду и различные водные растворы, а для легированных сталей, имею­щих небольшую критическую скорость охлаждения, используют масло и воздух.

При погружении нагретой детали в воду и масло различают три стадии охлаждения .

На первой стадии вокруг на­гретой детали возникает паровая рубашка, через которую осуще­ствляется отвод тепла. Скорость от­вода тепла в этом случае мала. Пер­вая стадия называется стадией пленочного кипения.

На второй стадии  паровая ру­башка разрушается и жидкость вступает в контакт с нагретой деталью, образуя на ее поверхности пузырьки. Охлаждение в этот период происходит с большой скоро­стью. Это стадия называется стадией пузырькового кипения.

При дальнейшем охлаждении ниже температуры кипения отвод тепла осуществляется за счет конвекции с небольшой скоростью.

Закалочная жидкость охлаждает тем интенсивней, чем шире интервал пузырькового кипения, т.е. чем выше температура пере­хода от первой стадии охлаждения ко второй и ниже температура перехода от второй стадии к третьей.

В табл. 3 приведены примерные температурные интервалы пу­зырькового кипения и относительная скорость охлаждения в сере­дине этого интервала для различных сред.

 

  Характеристика различных охлаждающих сред.     Таблица 3

 

 

Вода как закалочная среда имеет большую скорость охлажде­ния, но обладает рядом недостатков: охлаждающая способность воды резко снижается при повышении ее температуры; вода име­ет высокую скорость охлаждения при температурах образования мартенсита.

Добавки к воде солей, соды, щелочей сильно изменяют ее за­каливающую способность. В таких растворах расширяется интер­вал пузырькового кипения, ускоряется и делается более равно­мерным охлаждение в этом интервале. Охлаждающая способность водных растворов солей и щелочей менее чувствительна к колеба­ниям температуры.

Минеральное масло охлаждает медленнее и более равномерно, чем вода и водные растворы. Охлаждающая способность масла не изменяется с повышением температуры от 20 до 150°С.

К недостаткам масла относятся его огнеопасность и загущение с течением времени, что ухудшает его закаливающую способность. Кроме того, масло пригорает к поверхности детали и образует на­лет (пригар).

Способы закалки. Оптимальный способ закалки выбирают в за­висимости от состава стали, формы и размеров детали. Чем больше углерода в стали, тем больше объемные изменения, тем при более низкой температуре происходит превращение аустенита в мартен­сит, тем больше вероятность образования трещин, тем тщательнее нужно выбирать способ охлаждения.

Чем сложнее деталь, тем больше различие в сечениях детали, больше величина внутренних напряжений, возникающих при ох­лаждении.

Существуют следующие способы закалки:

закалка в одном охладителе получила наиболее ши­рокое применение. Нагретую до определенной температуры деталь погружают в закалочную среду, где она остается до полного охлаж­дения. Этот способ применяют для деталей простой формы из угле­родистых и легированных сталей.

Детали из углеродистых сталей диаметром более 5 мм охлаждают в воде, а меньшего диаметра — в масле. Легированные стали ох­лаждают в масле.

С целью уменьшения внутренних напряжений детали иногда перед по-I гружением в закалочную жидкость не­которое время охлаждают на воздухе,
подстуживают. Такой способ закалки называется закалкой с подстуживани-
ем. При подстуживании необходимо,чтобы температура детали не опуска­
лась ниже точки Аг₃ для доэвтектоидных сталей и ниже точки Аг, для заэв-
тектоидных сталей.

При закалке в двух средах нагретую деталь сначала охлаждают в воде до температуры нескольео выше М_н, а затем быстро перено сят в другую среду (масло, селитру или на воздух), где она охлаж­дается до 20°С медленнее, чем в воде. При этом уменьшаются внут­ренние напряжения, связанные с превращением аустенита в мар­тенсит. Этот способ применяется при закалке высокоуглеродистых сталей и требует от термиста высокой квалификации, так как трудно установить и отрегулировать время выдержки детали в воде. Обыч­но оно очень мало и исчисляется секундами (3—4 с).

При ступенчатой закалке нагретая деталь охлаждает­ся в закалочной среде, имеющей температуру несколько выше точ­ки Мн (обычно 230—250°С), и выдерживается в ней до выравнива­ния температуры по всему сечению. Выдержка не должна быть очень длительной. Затем следует окончательное охлаждение на воздухе, во время ко­торого происходит превращение аустенита в мартенсит. При сту­пенчатой закалке уменьшаются объемные изменения, коробление и опасность возникновения трещин.

Правку и рихтовку изделий, склонных к короблению, осуще­ствляют в период охлаждения на воздухе.

Ступенчатая закалка для углеродистых сталей применима лишь для изделий диаметром не более 10—12 мм, а для легированных сталей — до 20—30 мм.

Изотермическая закалка выполняется так же, как и ступенчатая, но выдержка в закалочной среде более продолжитель­на. Продолжительность выдержки в зака­лочной среде зависит от устойчивости переохлажденного аустенита при температурах выше М_н и определяется по диаграмме изотерми­ческого превращения аустенита для каждой марки стали. В основном изотермической закалке подвергают легированные стали. Отпуск после изотермической закалки не производится.

В качестве охлаждающих сред при ступенчатой и изотермичес­кой закалках применяют расплавленные соли (например, 55% КNО₃ и 45% NaNO2 ) или расплавленные щелочи (20% NаОН и 80% КОН). Добавление 5—10% воды в расплав щелочей и солей увеличивает скорость охлаждения.

При закалке с самоотпуском нагретую деталь рабочей частью погружают в воду и вынимают после кратковременной выдержки. За счет тепла той части детали, которая не погружалась в воду, рабочая часть изделия нагревается. Температуру нагрева определя­ют по цветам побежалости. Дальнейший нагрев прерывают немед­ленным охлаждением всей детали в воде.

Появление цветов побежалости при отпуске в интервале 200— 300 °С объясняется тем, что на чистой (полированной, шлифован­ной) поверхности возникают тонкие слои окислов. Цвет слоя окис­лов зависит от его толщины, которая, в свою очередь, зависит от температуры:

светло-желтый, желтый, темно-желтый — при тем пературе 220, 230 и 240 °С;

коричневый и коричнево-красный -255 и 265 °С;

фиолетовый — 285 ºС;

емно- и светло-синий — 295-310 °С;

серый — 330 ºС.

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: