Как правильно выполнять закалку деталей?

Во время закалки деталей могут возникать следующие дефекты: деформация и коробление формы, появление трещин и пониженная твердость. Все перечисленные дефекты возникают из-за нарушений проведения процесса закалки. Пониженная твердость может получиться из-за недогрева, малой выдержки или недостаточной скорости охлаждения. Появление трещин и коробление происходят из-за больших внутренних напряжений возникающих при перегреве детали, высокой скорости охлаждения или неверном погружении её в охлаждающую среду.

Перегрев или недогрев детали в печи при закалке может произойти при неправильном выборе температуры, а также при неисправности термопар Перегрев вызывает укрупнение зерен в структуре стали, что значительно увеличивает хрупкость. При недогреве получается неполная закалка. Структура стали состоит из твердого мартенсита и мягких участков перлита и феррита, которые значительно снижают твердость. Чтобы избежать перегрева или недогрева детали, необходимо содержать печь в исправном состоянии, а также правильно выбирать закалочную температуру в зависимости от марки стали. Для правильного выбора закалочной температуры достаточно воспользоваться справочными таблицами.

Недостаточная выдержка. Когда наружные поверхности детали нагреваются до требуемой температуры необходимо произвести временную выдержку, для достижения такой же температуры по всему сечению детали. Если выдержка проведена не полностью, то внутренние слои детали не достигнут нужной температуры и не закалятся. Так как в процессе закалки невозможно контролировать равномерность нагрева по всему сечению, то точное время выдержки определяют опытным путем. Стоит также отметить, что для определения времени нагрева деталей существуют расчетные методы, которые подробно описаны в другой статье.

Слишком высокая или недостаточная скорость охлаждения возникает при неправильном выборе охлаждающей среды или от её текущей температуры. Вода обладает самой высокой скоростью охлаждения, что позволяет получить высокую твердость и большую прокаливаемость, но при этом увеличивает вероятность появления деформации и трещин. В ряде случаев в сталь добавлены легирующие элементы, которые дают возможность получить требуемую твердость при более низкой скорости охлаждения, тем самым снижая вероятность появления деформации и трещин. Поэтому в данных случаях использование воды становится не эффективным, а в качестве охлаждающей среды применяются жидкие среды, которые обладают более низкой охлаждающей способностью, такие как масло, расплавы щелочей и солей и воздух (в некоторых случаях). Для правильного выбора охлаждающей среды в зависимости от марки стали достаточно воспользоваться справочными таблицами (ссылка на таблицы размещена ранее).

Если закалочная емкость имеет небольшой объём или в емкости проходит закалка большой партии деталей, то температура охлаждающей жидкости со временем повышается, вследствие чего уменьшается скорость охлаждения. Известно, что при повышении температуры воды до 50⁰С, скорость охлаждения падает в шесть раз. При уменьшенной скорости охлаждения не достигается критическая скорость, при которой формируется в структуре твердый мартенсит и требуемая твердость не достигается. Чтобы скорость охлаждения при закалке не падала необходимо поддерживать температуру охлаждающей среды в допустимых интервалах. Нагрев масла рекомендуется не превышать 60⁰С, а температура воды должна быть не более 30-40⁰С. В производстве для уменьшения температуры охлаждающей среды используется принудительное охлаждение в различных маслоохладителях. Также стоит отметить, что сильное загрязнение и загустение масла приводят к уменьшению скорости охлаждения.

Неправильное погружение детали в охлаждающую жидкость. При закалке деталь важно правильно погрузить и удерживать в охлаждающей жидкости. Выбор способа погружения детали в охлаждающую жидкость зависит от формы и размеров самой детали. Плоские детали небольшой толщины (кольца, диски и т.д.) опускают в охлаждающую жидкость только ребром. При погружении таких деталей торцом возникают большие деформации приводящие к короблению. Кольца и диски очень маленькой толщины закаливают в специальных штампах. Причем, деталь находится в штампе, не только при закалке, но и при последующем отпуске. Тонкостенные втулки следует погружать в охлаждающую жидкость, так чтобы ось втулки была перпендикулярна поверхности жидкости. Выполнить такое погружение, можно установив втулку в закалочную корзину или с помощью специальных клещей. Тонкие длинные детали (оси, валы) нужно погружать в охлаждающую жидкость только в вертикальном положении, иначе во время закалки они сильно изогнутся. Длинные детали, у которых на всей длине меняется поперечное сечение, рекомендуется погружать с короткими остановками. Остановки делаются перед погружением участка детали с другим поперечным сечением. Этот прием позволяет снизить остаточные напряжения.