Закалка — вид термической обработки металлов¶

Закалка — вид термической обработки металлов и сплавов, заключающийся в нагреве изделия до заданной температуры, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении с контролируемой скоростью, как правило, в воде, масле или солевом растворе. Цель закалки — получить структуру с повышенной твёрдостью и прочностью, недостижимые при медленном охлаждении. Термин применяется и к аналогичным процессам в обработке стекла, керамики и полимеров.

¶Физическая суть процесса

При нагреве до температур, превышающих критические точки (для углеродистых сталей — точку А₁, около 727 °C, и точку А₃), сталь переходит в аустенитное состояние — гомогенную твёрдую фазу с кубической гранецентрированной решёткой, способную растворять значительное количество углерода. При быстром охлаждении атомы углерода не успевают диффундировать из решётки, и аустенит превращается в пересыщенную углеродом твёрдую фазу — мартенсит, обладающую высокой твёрдостью (до 60–65 HRC в зависимости от содержания углерода), но повышенной хрупкостью.

Скорость охлаждения является ключевым параметром. Критическая скорость закалки — минимальная скорость, при которой происходит полное превращение аустенита в мартенсит без образования феррита, перлита или бейнита. Для большинства углеродистых сталей она составляет 100–200 °C/с.

¶Виды закалки

По способу нагрева и охлаждения различают несколько основных разновидностей:

• Сплошная (обычная) закалка — нагрев всего сечения изделия и охлаждение целиком в закалочной среде. Применяется для мелких и средних деталей.
• Ступенчатая закалка — охлаждение в среде с температурой выше мартенситовой точки (обычно в расплаве солей при 150–250 °C), с последующим охлаждением на воздухе. Снижает коробление и трещинообразование.
• Изотермическая закалка — выдержка в расплаве солей до завершения превращения аустенита в бейнит, что даёт более вязкую структуру по сравнению с мартенситом.
• Прерванная закалка — частичное охлаждение в закалочной среде с последующей выдержкой на воздухе.
• Локальная закалка — обработка только отдельных участков детали (например, токами высокой частоты — ТВЧ).
• Закалка с самоотпуском — остаточное тепло внутренних слоёв используется для отпуска без повторного нагрева.

По способу нагрева выделяют закалку в печи, токами высокой частоты, в соляных ваннах, в расплавах металлов и газопламенную.

¶Среды охлаждения

Выбор среды определяется химическим составом стали, формой и размерами детали, требуемыми свойствами:

Слишком быстрое охлаждение может привести к образованию трещин и большому остаточному напряжению, слишком медленное — к недостаточной твёрдости.

¶Отпуск после закалки

Закалённая сталь практически всегда подвергается отпуску — повторному нагреву до температур ниже критических (150–650 °C) с последующим охлаждением. Отпуск снижает хрупкость и остаточные напряжения, стабилизирует структуру. Различают низкий отпуск (150–250 °C, для инструмента и деталей, работающих при износе), средний (350–450 °C, для пружин и рессор) и высокий (500–650 °C, для получающих повышенную вязкость ответственных деталей — валов, шатунов).

¶Применение

Закалка является обязательной операцией при изготовлении режущего инструмента (рёзцы, свёрла, фрезы), штампов, калибров, изнашивающихся деталей машин (зубчатые колёса, валы, оси), рессор, пружин, броневой защиты. В России крупнейшими предприятиями, применяющими закалочное оборудование промышленного масштаба, являются заводы тяжёлого машиностроения и оборонные предприятия, оснащённые печами вакуумной закалки, линиями ТВЧ и установками газовой закалки.

¶Закалка других материалов

• Стекло — закалка (термоупрочнение) заключается в нагреве до 600–650 °C и быстром охлаждении потоками воздуха. На поверхности создаётся слой сжатых напряжений, что повышает механическую прочность в 5–7 раз. Применяется для стёлок автомобилей, витрин, перил.
• Полимеры — вулканизация каучука, отверждение термореактивных пластмасс.
• Неметаллы — упрочнение керамики, камня.

¶Историческая справка

Закалка металлов известна с античности: археологи находят закалённые стальные изделия, датируемые I тысячелетием до н. э. Систематическое изучение процесса началось в XIX веке вместе с развитием металлографии. Русский металлург П. П. Аносов в 1830-х годах в Златоусте провёл первые научные исследования закалки булата, установив зависимость свойств стали от режимов нагрева и охлаждения. В 1860-х годах Д. К. Чернов сформулировал основные закономерности превращений стали при нагреве и охлаждении, заложив физические основы современной термической обработки.

История болезни — это медицинский документ, фиксирующий...

Металлорежущий станок — это...

Мартенсит — это...

Булать — это...

Термическая обработка металлов — это...

Отпуск стали — это...