Закалка металлов: для чего применяется

Сталь без специальной термообработки - материал мягкий, непрочный и гибкий, и инструменты из нее могут гнуться в руках. Чтобы придать стали те свойства, с которыми она обычно ассоциируется, необходимо провести специальную термообработку - закалку. Технология закаливания способствует формированию требуемых технических характеристик готовых изделий, а при ошибках, допущенных в процессе закаливания, металл может стать излишне мягким или хрупким. Поговорим о том, что такое закалка металла и зачем закаливают металл.

Технология закалки

Закалкой называется процесс, при котором происходит нагрев стали до определенной температуры (материал обычно нагревается до температуры на 30-50°C выше температуры аустенитного превращения). Металл становится более твердым, приобретая свойства мартенсита. Материал поддерживается при этой температуре до тех пор, пока внутренняя структура не изменится. Далее происходит быстрое охлаждение. Чтобы уменьшить внутренние напряжения и улучшить пластичность, применяется отпуск. При этом этапе термической обработки снижается твердость и прочность металла.

Основным фактором, влияющим на прокаливаемость стали, является ее химический состав (содержание углерода, легирующих и технологических элементов). Поэтому перед тем, как приступить к процессу, стоит узнать свойства того или иного его вида. На прокаливаемость также влияют размер зерна и однородность аустенита, а также присутствие других нерастворенных частиц.

Закалочные среды

Свойства металла и качество изделия будут зависеть от выбора охлаждающей среды. От этого зависит и дальнейшее применение закаленных металлов. Если применяется поверхностная закалка, то используется охлаждение водой. В жидкости не должны содержаться примеси, а у изделия должна быть простая форма. Температура воды должна составлять до 30°C.

Каустическая сода для охлаждения применяется для изделий сложных форм. Растворы нагреваются до температуры 60°C. Изделия с небольшим сечением, а также тонкостенные детали, охлаждаются при помощи масел. В каком масле закаливают металл? Зачастую это минеральные масла. В них не должно быть воды, способствующей неравномерному остыванию изделия.

Способы закалки

Неправильная установка условий для закалки может привести к частичному или полному разрушению изделия, поэтому необходимо определить такие факторы, как температура, скорость нагрева, время выдержки и скорость охлаждения.

Существует много технологий:

• Прерывистая. Технология применяется для обработки стали с содержанием углерода более 0,6%. Она изначально быстро остужается в воде, далее происходит медленное остужение в масле.
• Струйчатая. Применяется в ситуациях, когда нужно частично закалить изделие. Процесс происходит в установках ТВЧ.
• Изотермическая. Это процесс термообработки, при котором не происходит мартенситного превращения. Он используется для повышения твердости металла, уменьшения чрезмерной деформации заготовки и увеличения пластичности материала. Изотермическая закалка используется при производстве деталей из листового металла или полос с малым поперечным сечением, а также для тонких деталей из углеродистой стали, требующих исключительной пластичности. В этом процессе объект нагревают, затем держат в ванне из селитры или свинца при постоянной температуре.
• В одном охладителе. Используется в работе с деталями, отличающимися простой конфигурацией, выполненными из легированной или углеродистой стали.
• Лазерная обработка металла. Технология предусматривает нагрев поверхности лазером, с охлаждением этого участка с критической скоростью в результате отвода тепла во внутренние слои. При такой закалке нагрев не является объемным.

Как правильно закаливать металл в домашних условиях?

Закалка и отпуск зачастую производятся с применением спецоборудования и приборов. Но сегодня технология практикуется и в домашних мастерских. Нагрев осуществляется при помощи электрических плит, паяльных ламп, костра. Самостоятельную термическую обработку можно применять, когда нужно упрочнить режущую кромку инструмента.

Технология закаливания стали в домашних условиях:

• Перед термической обработкой изделие очищается от ржавчины и масла.
• Деталь равномерно разогревается.
• Охлаждение и отпуск происходит с учетом соответствующих режимов.

Если термическая обработка осуществляется дома без соответствующего оборудования, температура стали ориентировочно определяется по цветам побежалости.

Дефекты

Чтобы предотвратить возникновение дефектов, нужна предварительная подготовка стали к термической обработке. Для этого изделие очищается от сколов и зазубрин, с поверхности удаляется ржавчина. Внешние дефекты могут сказываться на дальнейшей целостности изделия, пластичности, твердости. Важен этап уточнения состава металла, так как при неправильно выбранной технологии обработки, изделие может стать непригодным для дальнейшего применения.