3. Что такое закалка? Цели закалки сталей. Основные параметры процесса и их выбор (что для этого надо знать).

Закалка– термическая операция, состоящая в нагреве выше температуры превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно неустойчивого состояния сплава.

Закалка бывает объёмной(под закалку нагревают насквозь всё изделие) иповерхностной(осуществляют местный, чаще поверхностный) нагрев.

Закалка – нагрев выше критической точки А_С3с последующим быстрым охлаждением. При медленном охлаждении аустенит распадается на феррит + цементит при А_r1. С увеличением скорости охлаждения превращение происходит при более низких температурах. Феррито-цементитная смесь по мере снижения А_r1становится всё более мелко дисперсной и твёрдой. Если же скорость охлаждения была так велика и переохлаждение было так значительно, что выделение цементита и феррита не происходит, а аустенит (-твёрдый раствор) превращается в мартенсит (пересыщенный твёрдый раствор углерода в-железе). Неполная закалка – термическая операция, при которой нагрев проводят до температуры, лежащей выше А_С1, но ниже А_С3и в структуре стали сохраняется доэвтектоидный феррит (заэвтектоидный цементит).

= Выбор температуры закалки.

Температура закалки для сталей большинства марок определяется положением критических точек А₁и А₃.

Для углеродистых сталей температуру закалки можно определить по диаграмме железо-углерод. Обычно для доэвтектоидной стали она должна быть на 30-50С выше А_С3, а для заэвтектоидной стали – на 30-50С выше А_С1.

Повышение температуры закалки выше этих температур и вызванный этим рост зерна аустенита обнаруживаются в первую очередь в получении более грубой и крупноигольчатой структуры мартенсита, или грубого крупнокристаллического излома. Следствием такого строения является низкая вязкость.

При закалке доэвтектоидной стали с температуры выше А_С1, но ниже А_С3в структуре наряду с мартенситом сохраняется часть феррита, который снижает твердость в закалённом состоянии и ухудшает механические свойства после отпуска. Такая закалка называетсянеполной.

Для заэвтектоидных сталей оптимальная температура закалки лежит в интервале между А_С1и А_С3и теоретически является неполной.

= Время нагрева.

Общее время нагрева складывается из времени нагрева до заданной температуры и времени выдержки при этой температуре, следовательно

Величина зависит от нагревающей способности среды, от размеров и формы деталей, от их укладки в печь;зависит от скорости фазовых превращений, которая определяется степенью перенагрева выше критической точки и дисперсностью исходной структуры.

= Химическое воздействие нагревающей среды.

При высокой температуре происходит химическое взаимодействие поверхности металла с окружающей средой, причём особое значение имеют два процесса:

1) обезуглероживание стали, связанное с выгоранием углерода в поверхностных слоях (С+О₂→СО₂);

2) окисление стали, ведущее к образованию на поверхности окалины, окислов железа (2Fe+O₂→2FeO).

Интенсивность окисления и обезуглероживания стали зависит от температуры, состава стали и состава окружающей газовой среды. Процессы окисления и обезуглероживания – диффузионные, и естественно, что с повышением температуры они ускоряются.

= Закалочные среды.

При закалке для переохлаждения аустенита до температуры мартенситного превращения требуется быстрое охлаждение, но не во всём интервале температур (от температуры нагрева до комнатной температуры), а только в пределах 650-400С, то есть в том интервале температур, в котором аустенит менее всего устойчив, быстрее всего превращается в феррито-цементитную смесь. Выше 650С скорость превращения аустенита мала, и поэтому сталь при закалке можно охлаждать в этом интервале температур медленно, но, конечно, не настолько, чтобы началось выпадение феррита или превращение аустенита в перлит. Интервал 650-400С должен быть пройден быстро. В углеродистой стали ниже 400С вновь начинается зона относительной устойчивости аустенита, охлаждение снова может быть медленным. Наконец, в мартенситном интервале, начиная с 200-300С, особенно желательно замедленное охлаждение, чтобы к значительным структурным напряжениям не прибавились термические напряжения, возникающие в результате быстрого охлаждения.

= Прокаливаемость.

Под прокаливаемостьюподразумевают глубину проникновения закалённой зоны.

Несквозная прокаливаемость объясняется тем, что при закалке деталь охлаждается быстрее с поверхности и медленнее – в сердцевине. У поверхности скорость охлаждения максимальна, в центре – минимальна.

Чем меньше , тем глубже прокаливаемость. Прокаливаемость, как и, тесно связана со скоростью превращения аустенита в перлит и, следовательно, с расположением кривой начала превращения на С-диаграмме.

Основные факторы, влияющие на скорость перлитной кристаллизации:

- состав аустенита. Все элементы, растворимые в аустените (за исключением кобальта), замедляют превращение.

- нерастворённые частицы(карбиды, оксиды, интерметаллические соединения). Эти частицы ускоряют превращение, так как являются дополнительными центрами кристаллизации и увеличивают ч.ц. при вращении аустенит→перлит.

- неоднородный аустенит. Он быстрее превращается в перлит, так как скорость превращения определяется в этом случае менее насыщенной частью твёрдого раствора.

- размер зерна аустенита. Увеличение размера зерна замедляет превращение, так как центры кристаллизации образуются преимущественно по границам зерна, а чем крупнее зерно, тем, следовательно, меньше суммарная протяжённость границ, тем меньше значения ч.ц.