Виды закалки металла

Закалка металла — это одна из наиболее востребованных операций термической обработки, которая повышает прочность и твердость изделий. Этот процесс заключается в нагреве металла до высокой температуры с последующим резким охлаждением в специальной среде. При правильном проведении закаливания улучшается структура металла, а при нарушениях могут возникнуть дефекты, которые ухудшат его характеристики.

Процесс закалки металла

Принцип процесса закалки

Закалка металла — это термическая обработка, при которой металл нагревается выше критической температуры на 40-50 °C с резким охлаждением в жидкости. Чаще всего закалке подвергаются заготовки из стали и цветных металлов. Этот процесс приводит к изменению кристаллической структуры материала, благодаря чему металл становится более прочным и твердым.

Возможные дефекты при закалке

1. Недостаточная твердость — может возникнуть из-за низкой температуры нагрева, недостаточного времени выдержки при рабочей температуре или неправильной скорости охлаждения.
2. Перегрев — происходит при превышении допустимой температуры нагрева, что приводит к хрупкости детали.
3. Пережог — возникает при проникновении кислорода в металл при нагреве до температуры плавления. Этот дефект исправить невозможно.
4. Коробление и трещины — результат внутренних напряжений. Трещины обычно не поддаются исправлению, а коробление можно устранить вытяжкой.

Для минимизации дефектов важно правильно подбирать метод закалки в зависимости от состава металла и формы детали.

Выбор охлаждающей среды

Одним из ключевых факторов качественной закалки является правильный выбор охлаждающей среды. Например, углеродистая сталь закаливается в воде, а легированная — в масле. Оба этих вещества должны быть чистыми, без примесей. Для сложных изделий часто используют соляные растворы (5-10%), которые требуют соблюдения техники безопасности.

Процесс закалки металла

Основные виды закалки металла

1. Закалка в одной средеЗакаливание в одной среде — это самый распространенный метод, при котором деталь погружается в жидкость (обычно вода или масло) до полного охлаждения. Недостатком этого метода является неравномерное охлаждение, что может привести к трещинам и короблению, поэтому он подходит только для простых деталей.
2. Закалка в двух средахЭтот метод применяют для высокоуглеродистых сталей и сложных деталей. Сначала заготовка охлаждается в воде до 300-400 °C, затем погружается в масло для полного охлаждения. Это помогает снизить внутренние напряжения и уменьшить риск появления дефектов.
3. Струйчатая закалкаИспользуется для закалки только части детали. Заготовку обрабатывают сильным напором воды, что предотвращает образование паровой рубашки, улучшая глубину закалки.
4. Ступенчатая закалкаЭтот метод предполагает охлаждение изделия в соляной ванне при температуре 250-300 °C с последующим охлаждением на воздухе. Такой процесс уменьшает внутренние напряжения, что снижает риск трещин.
5. Изотермическая закалкаПохож на ступенчатую, но с более длительной выдержкой в соляной ванне до образования аустенита. После чего изделие охлаждается на воздухе, что делает его устойчивым к деформациям.
6. Лазерная закалкаЭтот метод закаляет только поверхность металла с помощью лазера, что увеличивает его износостойкость. Лазерная закалка обеспечивает минимальный нагрев и минимальную деформацию, что позволяет закаливать небольшие локальные участки. Этот метод применяется для медицинских инструментов, турбинных лопастей и других деталей, подвергающихся постоянному трению.

Преимущества лазерной закалки:

• Нет необходимости в отпуске после закалки.
• Минимальная деформация изделия.
• Высокая твердость поверхности.
• Обработка труднодоступных участков.
• Минимальный нагрев окружающих частей.

1. Закалка токами высокой частоты (ТВЧ)Закалка ТВЧ является одним из наиболее производительных видов термообработки, обеспечивающих высокую твердость поверхности металла. Процесс заключается в быстром нагреве поверхности изделия с помощью токов высокой частоты, что обеспечивает точный контроль за температурой. Этот метод широко используется в промышленности для обработки валов, шестерен и других компонентов машин.

Процесс остывания на воздухе металла

Этапы закалки ТВЧ:

• Заготовку помещают в индуктор, который создает мощное электромагнитное поле.
• Токи высокой частоты нагревают поверхность изделия.
• После нагрева деталь охлаждают водой или оставляют остывать на воздухе.

Закалка металла требует высокой квалификации и опыта, так как это сложный и технологически опасный процесс.