Термическая обработка. Закалка, отпуск

Закалка
Закалка – это процесс термической обработки, заключающийся в нагреве до температуры выше критической и последующем быстром охлаждении, при котором образуется неравновесная структура.

Закалка с полиморфным превращением – это термическая обработка металлов и сплавов, при которой происходит мартенситное превращение высокотемпературной фазы.
Эта закалка применима к тем металлам и сплавам, в которых при охлаждении перестраивается кристаллическая решетка.
Существует закалка без полиморфного превращения и закалка с полиморфным превращением.

Температура закалки для большинства сталей определяется положением критических точек
А1 и А3.
Оптимальной закалкой для доэвтектоидных сталей является закалка от температуры на 30–50 °С выше А3, а для заэвтектоидных – на 30–50 °С выше А1.
Температура закалки

Наиболее распространенными закалочными средами являются вода, водные растворы солей, щелочей, масло, расплавленные соли.
При закалке в этих средах различают три периода:
• пленочное охлаждение, когда на поверхности стали образуется «паровая рубашка», которая равномерно и сплошь окружает изделие, пар отнимает тепло не интенсивно, и скорость охлаждения в этот период сравнительно невелика;
• пузырьковое кипение, наступающее при полном разрушении паровой пленки. В этот период происходит быстрый отвод тепла, так как на образование пузырьков пара расходуется большое количество тепла, и температура металла быстро снижается;
• конвективный теплообмен, который отвечает температурам ниже температуры кипения охлаждающей жидкости.
Теплоотвод в этот период происходит с наименьшей скоростью, которая определяется физическими свойствами жидкости (теплоемкостью, вязкостью и теплопроводностью), разностью температур и скоростью циркуляции.

Способы закалки
1. Закалка в одном охладителе (V1)
2. Закалка в двух средах или прерывистая (V2)
3. Ступенчатая закалка (V3)
4. Изотермическая закалка (V4)
5. Закалка с самоотпуском

Закаливаемость – способность стали повышать твердость в результате закалки.
Прокаливаемостью называют способность стали получать закаленный слой на ту или иную глубину с мартенситной или троостомартенситной структурой.
Критический диаметр – это максимальный диаметр цилиндрического образца, который прокаливается насквозь в данной охлаждающей среде.

Дефекты, возникающие при закалке

Отпуск
Нагрев закаленных сталей до температур, не превышающих А1, называют отпуском. Проводится с целью снятия внутренних напряжений, снижения твердости и увеличения пластичности и вязкости закаленных сталей
Термическую обработку подразделяют на:
- предварительную
- окончательную

При отпуске некоторых сталей возможны негативные явления – отпускная хрупкость. Это снижение ударной вязкости сталей, отпущенных при температуре 250–400 и 500–550 ºС
Первый вид отпуска называется необратимой хрупкостью (Ι рода); присущ практически всем сталям и обусловлен неоднородным выделением карбидов из мартенсита.
Повторный отпуск при более высокой температуре (400–500 °С) снимает хрупкость и сталь становится к ней не склонной даже при повторном нагреве при 250–400 °С. В связи с этим эта хрупкость получила название необратимой.
Отпуск сталей, склонных к этому виду хрупкости при температурах 250–400 °С, не назначается. Этот род хрупкости не зависит от скорости охлаждения после отпуска.

Второй вид отпускной хрупкости (ΙΙ рода) является обратимым.
Проявляется он при медленном охлаждении легированной стали при температуре 500– 550 °С.
Данная хрупкость может быть устранена повторным отпуском с большой скоростью охлаждения.
В этом случае устраняется причина этой хрупкости – выделение карбидов по границам бывших аустенитных зерен.
Устранение отпускной хрупкости легированных сталей возможно введением в них малых добавок молибдена (0,2–0,3%) или вольфрама (0,5–0,7%).