Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 7. Зависимость поверхностной твердости и структуры закаленной стали 45 от диаметра образца.
Диаметр образца (в мм.) Поверхностная твердость (НдС) Микроструктура
12,5 59 Мартенсит
25 58 Мартенсит
50 41 Троостит
75 35 Троостит
100 30 Сорбит
125 24 Сорбит
Данные приведенной таблицы показывают, что образцы, изготовленные из одной и той же стали и подвергнутые закалке в одинаковой среде, получили различные свойства и структуру. Это объясняется тем, что они имели различное сечение, и поэтому их охлаждение протекало с неодинаковой скоростью. Фактическая скорость охлаждения при закалке обычно характеризуется какой-то средней величиной. В действительности, охлаждение изделий при закалке в различных интервалах температур происходит с неодинаковой скоростью. В первый период охлаждения, когда разность температур нагретого изделия и охлаждающей среды очень велика (850 и 20°), изделие охлаждается значительно быстрее, чем в конце процесса, когда эта разность уже значительно меньше.
ОХЛАЖДАЮЩИЕ СРЕДЫ.
Различная скорость охлаждения изделия при закалке достигается путем применения той или иной охлаждающей (закалочной) жидкости: воды, масла, растворов солей в воде.
При охлаждении изделия в жидкости оно отдает часть своей теплоты на превращение в пар соприкасающейся с ним жидкости. Количество теплоты, которое расходуется на образование пара, называется скрытой теплотой парообразования.
Закаливающая способность охлаждающей среды зависит от многих факторов и, в первую очередь, от скрытой теплоты парообразования и температуры жидкости. У различных жидкостей скрытая теплота парообразования неодинакова. Чем выше теплота парообразования жидкости, тем больше ее закаливающая способность, так как изделие, отдавая большое количество тепла на образование пара, будет быстрее охлаждаться. Вода обладает большой скрытой теплотой парообразования и поэтому является сильной закаливающей средой. При охлаждении стали в закаливающей жидкости происходят некоторые явления, которые могут заметно снизить интенсивность охлаждения. Рассмотрим эти явления. При погружении раскаленного стального изделия в жидкость вокруг него образуется плотное кольцо пара, которое называют паровой рубашкой. Это кольцо пара изолирует изделие от охлаждающей жидкости и тем самым замедляет процесс его
57
охлаждения. Длительность существования паровой рубашки вокруг изделия у различных охлаждающих сред неодинакова. Паровая рубашка, образующаяся при закалке в масле, сохраняется более длительное время, чем паровая рубашка, получающаяся при закалке в воде. Это объясняется тем, что масло обладает гораздо большей вязкостью, чем вода. Наличие в жидкости растворенных газов уменьшает ее закаливающую способность, так как газы, накапливающиеся на поверхности изделия, способствуют образованию газопаровой рубашки. По этой причине кипяченая или отработанная вода, содержащая мало газов, обладает лучшей закаливающей способностью, чем свежая вода. Как же уменьшить вредное влияние образующейся вокруг изделия паровой рубашки? Для этого надо ускорить разрушение ее или принять меры, предупреждающие ее образование.
Разрушение паровой рубашки можно ускорить путем передвижения изделия в закалочном баке вертикально по оси или горизонтально, в зависимости от формы изделия. Однако при закалке крупных изделий перемещение их в жидкости затруднено. В этом случае приводят в движение не изделие, а жидкость. Образование паровой рубашки можно предупредить путем использования некоторых охлаждающих сред, в частности растворов солей в воде.
В последнее время были проведены опыты, которые доказали возможность устранения паровой рубашки при помощи ультразвука. Для этого закаливаемые изделия погружаются в охлаждающую среду, в которой предварительно возбуждены ультразвуковые колебания. Так, например, в результате воздействия на охлаждающую среду (минеральное масло) ультразвуком в течение 10 мин. удалось повысить твердость закаливаемого в ней изделия на 19 единиц по Роквеллу. При этом структура стали измельчилась, уменьшилось количество окалины и пригоревшего масла. Промышленное внедрение закалки в средах, возбужденных ультразвуком, — вопрос ближайшего будущего. Чтобы правильно выбрать охлаждающие среды, необходимо знать их основные особенности.
Самой распространенной закалочной средой является вода. Ее охлаждающая способность находится в большой зависимости от температуры. Чем выше температура воды, тем меньше ее закалочная способность, поэтому при работе необходимо систематически следить за температурой воды. Обычно при закалке применяется вода температурой 20 - 30°. Закаливающая способность воды при желании может быть уменьшена путем добавления в нее мела, извести, мыла, глицерина и тому подобных веществ или увеличена — при введении в нее хлористого натрия (поваренной соли) или едкого натрия (каустической соды). Вода, в которой растворен хлористый или едкий натрий, имеет более высокую скрытую теплоту парообразования. Кроме того, частицы соли, соприкасаясь с раскаленным металлом, взрываются и разрушают при этом паровую рубашку, увеличивая тем самым закаливающую способность воды. При использовании в качестве охлаждающей среды раствора поваренной соли в воде изделия сразу же после закалки надо промыть и просушить во избежание коррозии.
