Техника художественной эмали, чеканки и ковки - [51]

Назначение закалки заключается в том, чтобы придать изделию высокую твердость и прочность. Однако при закалке с повышением твердости сталь становится более хрупкой.

Для закалки изделия нагревают до высокой температуры, а затем быстро охлаждают в специальных охлаждающих средах. В зависимости от режима закалки одна и та же сталь получает различные структуры и свойства. Для полу­чения наилучших результатов изделие равномерно нагревают до температуры 740 — 850°С и затем быстро охлаждают до 400 — 450°С. Скорость охлаждения должна быть не менее 150°С в секунду, т. е. охлаждение должно произойти в течение всего 2 — 3 с. Дальнейшее охлаждение, ниже 300°С, может протекать при любой скорости, так как полученная при закалке структура достаточно устойчива и скорость дальнейшего охлаждения на нее не оказывает влияния.

В качестве охлаждающих сред чаще всего употребля­ются вода и трансформаторное масло. Скорость охлажде­ния в воде больше, чем в масле. При температуре воды 18°С скорость охлаждения достигает 600°С в секунду, а в масле — до 150°С в секунду.

Для придания изделию большей твердости закалку производят в проточной воде. При охлаждении горячей поковки в стоячей воде между водой и поковкой возникает слой пара, который изолирует нагретую поковку от охлажда­ющей среды. Поэтому во избежание этого пользуются проточной водой.

Иногда для повышения закаливающей способности в воду добавляют поваренную соль (до 10%) или серную кислоту (до 10-12%).

Нагрев изделия выше критической точки придает метал­лу крупнозернистое строение, а это приводит к нежела­тельным последствиям: короблению, деформации и появ­лению трещин. К этому же приводит и быстрое охлаждение.

При закалке инструментов применяются закалочные печи, которые делятся на камерные, или пламенные, где изде­лие нагревается открытым пламенем; электрические муфель­ные; печи-ванны, представляющие собой тигли, наполнен­ные расплавами солей, например хлористым барием.

Нагревание в ваннах наиболее удобно, вследствие того что температура ванны всегда постоянная и закаливаемый инструмент не может нагреться выше этой температуры. Кроме того, нагрев в жидких средах идет в два раза быстрее, чем в воздушной среде, а в расплавленном метал­ле — в четыре раза быстрее. Например, для закалки мелких стальных изделий используют расплавленный свинец. Мел­кие заготовки погружают в ванны и сверху кладут древес­ный уголь, который при горении на поверхности свинца создает восстановительное пламя — свинец не окисляется. Чтобы свинец не оседал на стальных изделиях, их смазывают мучным клейстером с поваренной солью.

В табл. 14 приведены составы закалочных солевых ванн.

Таблица 14

Состав солевой, нагревающей среды (массовая доля, %)

Температура плавления, °С

Температура практического применения, °С

Калиевая селитра

55

137

150-500

Нитрат натрия

45

Хлористый натрий

28

500

540-870

» кальций

72

» натрий

44

663

700-870

» калий

56

» натрий

100

808

850-1100

» барий

100

960

1100-1350

При нагревании инструмента в муфелях применяются следующие режимы.

1. Изделия загружают в холодную печь. Нагревают постепенно, вместе с печью. Время нагрева продолжи­тельное, но температурное напряжение, возникающее в изде­лиях, наименьшее.

2. Изделия загружают в печь, нагретую до заданной температуры, и прогревают при этой температуре. Время нагрева здесь меньше, но температурные напряжения больше, чем при предыдущем режиме.

3. Изделия загружают в печь, температура которой выше необходимой для закалки, в процессе нагрева температуру снижают до заданной. В этом случае скорость нагрева высокая, но и напряжение, возникающее в изделиях, очень велико.

4. Изделия загружают в печь, температуру которой непрерывно поддерживают выше необходимой. Изделия нагревают до заданной температуры, но ниже температуры печи. Это наиболее форсированный режим, напряжение достигает максимальных величин.

В последнее время для нагрева под закалку применяют токи высокой частоты. Закаливаемую деталь помещают в специальный индуктор, по которому пропускают ток высокой частоты, и деталь очень быстро нагревается до необходимой температуры.

После закалки необходимо произвести отпуск. Он смяг­чает действия закалки, повышает вязкость и уменьшает хрупкость и твердость изделия. Кроме того, отпуск устраняет или снижает напряжение, вызванное закалкой.

Для определения температуры отпуска очень часто до сих пор пользуются цветами побежалости. Если очищен­ное от окалины стальное изделие нагревать, то начиная с температуры 220°С на нем образуется тонкая пленка оксидов железа, придающая изделию различные цвета — от светло-желтого до серого. С повышением температуры или увеличением времени пребывания изделия при данной температуре оксидная пленка утолщается и цвет ее из­меняется.

В табл. 15 приведены температуры нагрева и соответ­ствующие им цвета побежалостей.

Таблица 15

Температура нагрева, °С

Цвет побежалости

Температура нагрева, °С

Цвет побежалости

220

Светло-желтый

285

Фиолетовый

230

Желтый

300

Темно-синий

240

Темно-желтый

325

Светло-синий

255

Коричневый

330

Серый

265

Коричнево-красный

Цвета побежалости одинаково появляются как на сырой, так и на закаленной стали.