Закалка стали: цели, суть и этапы процесса
Чтобы получить необходимые механические характеристики стальной заготовки, ее подвергают термообработке, самым распространенным видом которой является закалка. Процессу закалки подвергаются как полностью готовые детали, так и отливки, изготовленные на литейном производстве и нуждающиеся в финишной обработке.
Для достижения требуемого результата в каждом конкретном случае применяются специальные режимы, различающиеся температурой, характером и временем нагрева и охлаждения стали.
С какой целью производится закалка
Такие свойства стали, как прочность, твердость можно увеличить двумя путями. Первый из них – легирование – добавление в расплав при выплавке различных элементов (никеля, марганца, молибдена, хрома). Этот процесс весьма затратный, в результате изделие получается дорогим. Второй путь увеличения прочности и твердости металла – закалка.
С помощью этой технологии можно достичь той же твердости и прочности, что и при легировании, но гораздо более простым и дешевым способом. В результате стоимость изготовления изделия будет меньшей. Снижается цена изделия и за счет уменьшения материалоемкости. Ведь более тонкая и легкая закаленная деталь имеет ту же прочность, что более объемная и тяжелая, но не прошедшая термообработку. Это помогает уменьшить расход металла, снижая тем самым цену продукции.
Особенности технологии
Процесс закалки изменяет кристаллическую структуру стали, в результате чего металл приобретает новые свойства – становится более твердым и менее пластичным. Суть процесса заключается в разогреве заготовки до определенной температуры в специальной печи и ее последующем охлаждении в жидкости – воде или масле.
Конечный результат зависит от:
- степени нагрева;
- его продолжительности;
- времени нахождения заготовки в раскаленном состоянии;
- скорости охлаждения.
Изменяя эти параметры, можно варьировать показатели прочности и твердости металла. Нарушения режима закалки могут привести к перекаливанию, в результате которого металл становится слишком хрупким, или к непрокаливанию, придающему материалу ненужную мягкость. Также может произойти растрескивание поверхности, деформирование заготовки. Режимы закалки на нашем литейном производстве в Челябинске подбираются в строгом соответствии с технологией, что гарантирует высокое качество стали.
Этапы закалки
Первый этап заключается в нагреве стальной заготовки в камерных печах. Критическая температура зависит от марки сплава. Для углеродистых сталей достаточно прогрева до +800 градусов, легированные требуют более сильного нагрева – до +1200...1300 градусов. Важно обеспечить равномерный нагрев, чтобы весь объем заготовки имел одинаковую температуру. Для этого при закалке крупных деталей делают остановки для равномерного прогревания всей толщины металла.
Второй этап – выдержка заготовки при достигнутой температуре нагрева. Именно в это время происходит перестройка кристаллической решетки стали, поэтому время выдержки для каждой марки металла должно быть строго соблюдено.
Третий этап – охлаждение нагретой детали путем погружения в ванну с жидкостью определенной температуры. Скорость охлаждения должна соответствовать марке сплава, при ее превышении могут появиться деформации и трещины на поверхности металла.