Термическая обработка — популярный способ изменить механические свойства некоторых металлов. Один из лучших способов адаптировать металл к требованиям конкретной среды или применения — это иметь возможность изменять его прочность, ударную вязкость и твердость без существенного изменения его химического состава. Металл можно подвергать термической обработке различными способами, но закалка является одним из наиболее широко используемых методов.
Что такое закалка?
Закалка — это этап многих процессов термообработки, который включает нагрев детали до необходимой температуры и погружение ее в закалочную среду для быстрого охлаждения. За закалкой часто следуют другие процессы термообработки, такие как старение, отпуск или отжиг, для достижения желаемых результатов. Быстро охлаждая металл, вы можете предотвратить или стимулировать образование различных микроструктур внутри стали для достижения свойств, необходимых для предполагаемого применения.
К различным типам кристаллических микроструктур относятся:
· Аустенит: Аустенит образуется при нагревании железа во время металлообработки. Это прочная, но пластичная микроструктура, которая отлично подходит для сварки. Аустенитная сталь имеет множество применений, но ее часто подвергают дальнейшей обработке для создания мартенситной стали.
· Мартенсит: Мартенситное превращение происходит при быстром охлаждении нагретого металла. Мартенситная сталь хотя и твердая, но и очень хрупкая. Обработка металла после закалки помогает вернуть ему некоторую пластичность и снять внутренние напряжения.
· Феррит: Феррит представляет собой мягкую термодинамически стабильную микроструктуру, которая формируется перед превращением в аустенит. Чаще всего это происходит с низкоуглеродистой сталью.
· Цементит: Цементит представляет собой термодинамически нестабильную микроструктуру, содержащую железо и углерод. Его жесткая микроструктура делает металл очень твердым, но хрупким.
· Перлит: Медленное охлаждение приводит к образованию перлитной микроструктуры, состоящей из чередующихся слоев феррита и цементита. Данная конструкция прочная и легкая, обладает высокой износостойкостью.
· Бейнит: Бейнит — это твердая, хрупкая микроструктура, которая образуется, когда стальной компонент охлаждается быстрее, чем скорость охлаждения перлита, но медленнее, чем скорость мартенсита.
Тип закалочной среды
Процесс закалки может осуществляться с использованием различных закалочных сред. Каждая среда обладает своими особыми закалочными свойствами. Скорость закалки, экологические проблемы при закалке, замена закалочной среды и стоимость закалочной среды являются факторами, которые следует учитывать при определении типа использования среды. Вот основные типы закалочной среды:
Воздух
Воздух — популярная закалочная среда, используемая для охлаждения металлов перед закалкой. Доступность — одно из основных преимуществ воздуха; его доступность является результатом его распространённости на земле. Фактически, любой материал, который нагрет, а затем ему дают остыть до комнатной температуры, просто оставив его в покое, считается закаленным на воздухе. Закалка воздухом также более целенаправленно выполняется, когда он сжимается и нагнетается вокруг закаливаемого металла. Это охлаждает деталь быстрее, чем неподвижный воздух, хотя даже сжатый воздух может охлаждать многие металлы слишком медленно, чтобы изменить механические свойства.
Вода
Вода также способна быстро закалить нагретые металлы. Сталь можно быстро охладить, закалив ее в воде, что в некоторых случаях отлично подходит для достижения максимально возможной твердости. Однако из-за нарастания внутреннего напряжения скорость охлаждения также может вызвать деформации и растрескивание. Следовательно, для завершения изготовления компонента необходимы дополнительные металлургические процедуры.
Вода, как и многие газы, легко добывается и не оказывает никакого воздействия на окружающую среду, что делает ее устойчивой закалочной средой. Паровые карманы могут затруднить процесс закалки водой; Если это произойдет, кузнец должен вращать компонент в среде, чтобы предотвратить образование карманов влажного воздуха и попадание загрязнений.
Масло
Масло способно охладить нагретые металлы гораздо быстрее, чем сжатый воздух. Нагретый элемент опускают в резервуар, наполненный маслом, для закалки. Деталь также можно промыть маслом. Поскольку разные типы масел имеют разную скорость охлаждения и температуру вспышки, они часто используются в разных приложениях.
Рассол
Рассол или соленая вода являются отличной закалочной средой для быстрого охлаждения. Он охлаждается быстрее, чем воздух, вода и масло. Это связано с тем, что когда смесь соли и воды соприкасается с горячим металлом, это предотвращает образование воздушных шариков. В результате жидкость покроет большую часть поверхности металла, чем пузырьки воздуха.
Закалочная сталь
Сталь заслуживает особого упоминания при обсуждении процесса закалки, поскольку ее механические свойства очень чувствительны к закалке. Посредством процесса закалки, известного как закалка, сталь нагревается до температуры, превышающей температуру ее рекристаллизации, и быстро охлаждается в процессе закалки. Быстрая закалка изменяет кристаллическую структуру стали по сравнению с медленным охлаждением. В зависимости от содержания углерода и легирующих элементов в стали, когда она подвергается закалке, у нее может остаться более твердая и хрупкая микроструктура, такая как мартенсит или бейнит. Эти микроструктуры приводят к повышению прочности и твердости стали. Однако они делают сталь уязвимой к растрескиванию и значительно снижают пластичность. По этой причине некоторые стали отжигают или нормализуют после закалки.
