Закалочные среды

При закалке для переохлаждения аустенита до температуры мартенситного превращения требуется быстрое охлаждение, но не во всем интервале температур (от температуры нагрева до комнатной температуры), а только в пределах 650 - 400 °С, т.е. в том интервале температур, в котором аустенит менее всего устойчив, быстрее всего превращается в феррито-цементитную смесь. Выше 650 °С скорость превращения аустенита мала, и поэтому сталь при закалке можно охлаждать в этом интервале температур медленно, но, конечно, не настолько, чтобы началось выпадение феррита или превращение аустенита в перлит. Интервал 650 - 400 °С должен быть пройден быстро. В углеродистой стали ниже 400 °С вновь начинается зона относительной устойчивости аустенита, охлаждение снова может быть медленным. (В легированных сталях при 400 - 300 °С вновь может начаться ускоренное превращение аустенита, поэтому их необходимо в этом интервале температур охлаждать достаточно быстро, со скоростью, в некоторых случаях даже большей, чем при 400  -600 °С.) Наконец, в мартенситном интервале, начиная с 200 - 300 °С, особенно желательно замедленное охлаждение, чтобы к значительным структурным напряжениям не прибавились термические напряжения, возникающие в результате быстрого охлаждения. Идеальная кривая охлаждения при закалке показана на рис. 232.

Рис. 232. Идеальная кривая охлаждения при закалке

Механизм действия закалочных сред (вода, масло) следующий. В момент погружения изделия в закалочную среду вокруг него образуется пленка перегретого пара, охлаждение происходит через слой этой паровой рубашки, т.е. относительно медленно. Когда температура поверхности достигает некоторого значения (определяемого составом закаливающей жидкости), при котором паровая рубашка разрывается, то жидкость начинает кипеть на поверхности детали, и охлаждение происходит быстро.

Первый этап относительно медленного охлаждения называется стадией пленочного кипения, второй этап быстрого охлаждения - стадией пузырчатого кипения. Когда температура поверхности металла ниже температуры кипения жидкости (при охлаждении в воде - ниже 100 °С), жидкость кипеть уже не будет, и охлаждение замедлится. Этот третий этап охлаждения носит название стадии конвективного теплообмена.

Закалочная жидкость охлаждает тем интенсивнее, чем шире интервал стадии пузырчатого кипения, т.е. чем выше температура перехода от первой стадии охлаждения ко второй и чем ниже температура перехода от второй стадии к третьей.

В табл. 29 приведены температуры (примерные), разграничивающие различные стадии охлаждения, и сравнительная интенсивность действия разных закалочных сред. Кроме того, интенсивность охлаждения зависит от температуры жидкости, от ее физических свойств, вязкости, скрытой теплоты парообразования.