Исследование, анализ и выбор оптимального режима химико-термической обработки образцов из стали 20 (Аналитический обзор научно-исследовательской работы), страница 33

Закалка с самоотпуском.В этом случае охлаждение изделия в закалочной среде прерывают с тем, чтобы в сердцевине изделия сохранилось еще некоторое количество тепла. Под действием теплообмена температура в более сильно охладившихся поверхностных слоях повышается и сравнивается с температурой сердцевины — происходит отпуск поверхности стали (самоотпуск).

Закалку с самоотпуском применяют для таких инструментов, как зубила, кувалды, слесарные молотки, крены, которые работают с ударными нагрузками и должны сочетать высокую твердость на поверхности с повышенной вязкостью в сердцевине.

Ступенчатая закалка.При выполнении закалки по этому способу (рис. 29, а) сталь после нагрева до температуры закалки охлаждают в среде, имеющей температуру несколько выше точки Мн (обычно 180—250 °С), и выдерживают в ней сравнительно короткое время. Затем изделие охлаждают до комнатной температуры на воздухе. В результате выдержки в закалочной среде достигается выравнивание температуры по всему сечению изделия, но эта выдержка должна быть ограничена и не должна вызывать превращения аустенита с образованием бейнита.

Ступенчатая закалка углеродистых сталей может быть применена лишь для изделий диаметром не более 8-—10 мм. Скорость охлаждения более крупных изделий в среде с температурой выше точки Мн оказывается ниже критической скорости закалки, и аустенит претерпевает распад на не мартенситные продукты превращения.

Поэтому для более крупных изделий (диаметром 15—40 мм) из углеродистых сталей применяют закалочные среды, имеющие температуру ниже точки Мн (160—110°С), что обеспечивает большую скорость охлаждения (горячая закалка). Для крупных изделий из легированных сталей такое снижение температуры закалочной   среды,   т.   е.   горячая   закалка — не   требуется.

Изотермическая закалка.Закалку по этому способу (рис. 29, б) выполняют так же как и ступенчатую, но предусматривается более длительная выдержка выше точки Мн. При выдержке происходит распад аустенита с образованием нижнего бейнита. Для углеродистых сталей  изотермическая закалка  не дает существенного повышения механических свойств по сравнению с получаемыми обычной закалкой и отпуском.

Продолжительность выдержки в закалочной среде зависит от устойчивости аустенита при температурах   выше  точки   Мн.

В качестве охлаждающей среды при ступенчатой и изотермической закалках чаще применяют расплавленные соли в интервале температур 150—500 °С [например, 55 % KNО3 + 45 % NaNО2 (или NaNО3)], а также расплавленные щелочи (20 % NaOH + 80 % КОН). Чем ниже температура соли (щелочи), тем выше скорость охлаждения в ней. Скорость охлаждения возрастает при 400—450 °С в 4—5 раз, а при 300 °С — в 2 раза.

Охлаждение в расплавах едких щелочей, если предварительно детали нагревали в жидких солях (т. е. солях, не вызывающих окисления), позволяет получить чистую поверхность светло-серого цвета.   Закалку  по этому  способу  называют светлой.

Рисунок 29. Схема ступенчатой (а) и изотермической (б) закалки

Обработка стали холодом.В закаленной стали, содержащей более 0,4—0,5 % С, всегда присутствует остаточный аустенит.

Для уменьшения количества остаточного аустенита в закаленной стали применяют обработку холодом, заключающуюся в охлаждении закаленной стали до температур ниже нуля. Этой обработке подвергают стали, температура окончания мартенситного превращения (Мк)которых  лежит ниже нуля.

Понижение температуры до точки Мк (–30)–(–70°С) большинства талей вызывает превращение остаточного аустенита в мартенсит, что повышает твердость сталей с 0,8—1,1 % С на HRC 1—3.

Обработку холодом используют главным образом для стабилизации размеров точных шарикоподшипников и деталей приборов, при термической обработке цементованных изделий из высоколегированных сталей, содержащих много аустенита после закалки, а также нержавеющих сталей и для восстановления изношенных деталей.

1.6.4 Отпуск

Отпуск заключается в нагреве закаленной стали до температуры ниже Ас1 выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью.Отпуск является окончательной операцией термической обработки, в результате которого сталь получает требуемые механические свойства. Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке. Эти напряжения снимаются тем полнее, чем выше температура отпуска.