Закалка металла:
сверхпрочность и износостойкость

Закалка металла - тип термообработки, при котором сталь сначала нагревается до температуры выше критических точек, затем выдерживается при ней, а потом быстро охлаждается. Такой экстремальный процесс повышает прочность, твердость и износостойкость материала за счет формирования в нем особой структуры - мартенсита.

Секрет технологии заключается в том, что в процессе быстрого охлаждения атомы углерода не успевают выделиться из твердой структуры, что приводит к насыщению им всей решетки стали. Это значительно упрочивает металл по сравнению с отожженным или нормализованным состоянием. Поэтому к закалке обращаются при производстве деталей, работающих в условиях трения, ударных и циклических нагрузок.

Температурные режимы закалки

Так как стальные сплавы имеют разные свойства и структуру, в печи для закалки металла они могут доводиться до разных температур. Наиболее низкий порог выбирают для низкоуглеродистых (Ст3, 20, 35), их закаливают при температурах 780-850°С. Среднеуглеродистым (40Х, 50ХФА) требуется нагрев до 830-860°С. Для высокоуглеродистых (У8-У12) используют “золотую середину”: температуру 790-820°С.

Легированные стали (40ХН, Р18, 4Х5МФС) обычно закаливают в интервале 830-870°С. Быстрорежущие (Р6М5, Р18) - при температурах 1180-1260°С. Шарикоподшипниковые (ШХ15) доводят до 850-860°С. Конкретный температурный режим зависит от содержания углерода и легирующих элементов в конкретной марке. 

Виды закалки и сред для охлаждения

В зависимости от формы и размеров деталей закаливать их можно с помощью разных методик. Самым распространенным процессом закалки металла считается термовоздушный, при котором заготовка помещается в печь. Кроме него могут использоваться: 

• индукционный - локальный нагрев токами высокой частоты с последующим охлаждением,
• лазерный - концентрированный нагрев узких зон детали,
• электронно-лучевой - нагрев электронным лучом.

Успешность операции зависит от выбора не только способа нагрева, но и типа охлаждающей среды. Здесь лидирует вода: она наиболее универсальна, обеспечивает интенсивное охлаждение за счет большой теплоемкости и теплопроводности. Масло, напротив, используют для снижения скорости охлаждения, чтобы уменьшить коробление. Полимерные растворы после обработки металлов закалкой позволяют регулировать скорость охлаждения по сравнению с водой.

К простым и доступным средам наравне с водой относится также воздух, но он обеспечивает меньшую скорость охлаждения. Тем, кому дорого время, приходит на помощь жидкий азот: он гарантирует сверхбыстрое охлаждение.

Процедура закалки 

При закалке металла обеспечивается нагрев деталей в печи до температуры на 50-100°С выше критических точек для данной стали. Чтобы термообработка охватила все зоны и деталь приобрела однородную структуру, металл выдерживают при таком пороге промежуток времени, достаточный для прогрева сердцевины. Затем его быстро извлекают из нагревательного устройства и помещают в охладительную среду. После остывания изделие проходит контроль твердости.   

Так как в процессе закалочной обработки в детали возникают внутренние напряжения, их необходимо снять. Для этого используют низкий отпуск. Только после него специалисты окончательно “экзаменуют” объект, оценивая его механические свойства, структуру и твердость. 

Дефекты и способы их профилактики

Обработка в печи для закалки металла не относится к щадящим технологиям. И ее радикальность не всегда проходит для металла бесследно. Но профессионал способен предупредить все возможные дефекты. 

Коробление и деформация не будут страшны материалу, если выбрать правильную скорость охлаждения. Растрескивание можно предотвратить правильным подбором закалочной среды, а во избежание обезуглероживания применить насыщение поверхности углеродом. С недостаточной твердостью можно бороться повышением температуры или увеличением времени выдержки. 

В целом все превентивные меры сводятся к определению точного режима закалки и к подбору параметров для конкретной стали. 

Преимущества закалки 

Несмотря на риски и вероятность допустить ошибку, процесс закалки металла, самый древний и классический в термообработке, не теряет популярности. К его плюсам относятся:

• значительное повышение твердости и износостойкости деталей,
• увеличение прочности и сопротивления усталости металла,
• формирование специальной мелкозернистой структуры,
• возможность локального упрочнения нужных участков детали, 
• относительная технологическая простота и низкая стоимость,
• широкие возможности регулирования свойств за счет режимов закалки,
• достижение высокой твердости без применения дорогих легирующих элементов,
• сохранение размеров деталей после закалки в отличие от деформирующих методов.
  
  

Применение закалки

Обработка металлов закалкой используется для производства широкого круга деталей. В машиностроении она помогает упрочить зубчатые колеса, валы, шестерни, подшипники, штамповые инструменты. Для инструментального производства готовит режущий инструмент, матрицы, пуансоны, пресс-формы.

В автомобильной промышленности технология обеспечивает длительную работу деталей двигателя, шатунов, кулачков, клапанов, шестерен. Зубья борон и ножи сельскохозяйственных машин тоже приобретают особую прочность благодаря ей. Закаленные детали используют в авиа- и судостроении, в сборке ж/д транспорта.

Главное преимущество наших предприятий при производстве деталей - профессиональный подход на всех этапах работы. Специалисты не только изготовят металлоизделия в соответствии с проектом, но и обеспечат им качественную термическую постобработку. Наша закалка металла подчеркнет его полезные свойства и поможет приобрести другие важные характеристики. 

Услуга			Стоимость, руб./кг
Закалка стали в воде			от 120
Закалка стали в масле			от 150
Закалка стали в солевом растворе			от 180
Закалка цветных металлов и сплавов			от 200
Поверхностная закалка металла			от 250