Одним из самых распространенных способов термообработки стальных деталей является технологический процесс закалки, который позволяет значительно увеличить их прочностные характеристики. В общем случае процесс заключается в нагреве деталей до высокой температуры с последующим выдерживанием и охлаждением. При этом качество термообработки определяется оптимальными режимами нагревания, выдержки и охлаждения, зависящими от вида материала.

Классификация процессов закалки

Существует несколько параметров, по которым можно классифицировать технологические процессы закалки.
По толщине закаленного слоя закалку делят на:

• поверхностную. При этом упрочняется только поверхностный слой детали. Его толщина определяется способом нагревания;
• объемную (полную). Чтобы не возникали трещины на поверхности, детали должны нагреваться постепенно, в течение достаточно длительного времени. Это время зависит от химического состава стали, геометрических размеров и формы деталей. Продолжительность выдержки составляет примерно 1/4 от суммарного времени нагрева. Скорость последующего охлаждения определяет механические свойства конкретной детали.

По оборудованию различают закалку:

• в различных печах (мазутных и пр.);
• газовым пламенем;
• ТВЧ.

по разновидности технологического процесса различают:

• закалку в одной среде. Разогретые детали выдерживаются в закалочной среде до полного охлаждения. При этом закалочной средой служит вода (углеродистые стали) или масло (легированные стали);
• закалку в двух средах. Нагретые детали вначале охлаждаются водой до температуры 500 градусов Цельсия, а затем помещают в масло;
•  ступенчатую (изотермическая) закалку. Горячие детали быстро охлаждают в соляных ваннах с температурой до 300 градусов Цельсия, а затем оставляют остывать на воздухе;
• закалку с подстуживанием. Перед тем, как поместить нагретые детали в охлаждающую среду, их выдерживают некоторое время на воздухе;
•  закалка с самоотпуском. Детали в заданное время вынимают из охлаждающей среды, сохраняя при этом внутри них некоторое количество тепла. За счет этого тепла и происходит отпуск. Этот вид закалки часто применяют при изготовлении инструментов;
• светлую закалку. Независимо от разновидности процесса осуществляется в специальных печах с использованием защитной среды. В конечном итоге детали приобретают серебристо-белый цвет и не требуют дополнительной очистки.

Поверхностная закалка

Поверхностная закалка позволяет существенно повысить предел выносливости различных стальных деталей. При этом внутри эти детали остаются вязкими, что позволяет им выдерживать значительные нагрузки.
В производстве используются различные методы поверхностной закалки, но наиболее часто встречаются:

1. Газопламенный метод.
2. Метод индукционного нагрева ТВЧ.

Объединяет эти способы то, что и в том и в другом случае поверхности деталей нагревают до высокой температуры (выше критической точки), а затем резко охлаждают, добиваясь при этом получения структуры закаленной стали (мартенсита).

Метод газопламенной закалки

Поверхностную закалку с нагревом детали с помощью газопламенной горелки используют при термообработке крупногабаритных деталей. Осуществляется это путем разогрева поверхности детали в пламени ацетилено-кислородной горелки до необходимой температуры с последующим резким охлаждением струей холодной воды. Газовая горелка движется вдоль поверхности детали, а за ней с той же скоростью движется трубка подачи воды. Температура пламени такой горелки имеет температуру порядка 3000 градусов Цельсия, поэтому за короткий промежуток времени до критической точки прогревается только поверхностный слой материала, а внутренние слои закалку не получают. Глубина закаленного слоя достигает 4 мм.

Метод закалки с индукционным нагревом ТВЧ

Закалку деталей при помощи индукционного нагрева (закалка твч) в отечественной промышленности применяют с 1935 года. Метод заключается в том, что деталь помещается внутрь специально изготовленного индуктора (катушки индуктивности). Через индуктор пропускают электрический ток высокой частоты. При этом, за счет возникающего магнитного поля и индуцируемых им токов, поверхность детали прогревается до необходимой температуры за несколько секунд. Глубина прогрева определяется частотой ТВЧ и мощностью установки индукционного нагрева. Чем ниже частота электрического тока, тем глубже глубина прогревания. Охлаждают детали водой, циркулирующей внутри индуктора или с помощью специальной дождевой установки.
Наиболее широко этот метод применяется в массовом и крупносерийном производстве при большом количестве однотипных деталей.
Существует несколько разновидностей такой закалки:

1. Стационарная закалка — при которой положение детали и нагревателя не изменяется. Используется при закалке плоских деталей небольшого размера.
2. Непрерывно-последовательная закалка — когда деталь двигается по направлению к нагревателю или наоборот — нагреватель движется по направлению к детали. Используется при конвейерной организации процесса закалки.
3. Тангенциальная закалка — используют при закалке цилиндрических деталей (одноразовое прокручивание).