Важным этапом термической обработки металлов является закалка. Она включает быстрое охлаждение металлического объекта для получения или изменения таких качеств, как твердость, прочность или вязкость.

Быстрое охлаждение сокращает время воздействия на металл высоких температур и защищает его от дефектов. Кроме того, металл может претерпевать изменения в зависимости от метода нанесения и среды.

Воздух, масло, вода и рассол - вот несколько типичных средств закалки.

Масло широко используется для закалки, поскольку оно быстро передает тепло без значительной деформации металла. Несмотря на то, что едкие закалочные вещества на водной основе действуют быстрее, сила, с которой они работают, может привести к разрушению или деформации некоторых материалов.

Разница между нефтью и водой является основным моментом, о котором пойдет речь в статье.

Что такое процесс закаливания?

Закалка - это процесс быстрого охлаждения, который приводит к закалке материалов. Скорость закалки зависит от марки материала, области применения и состава легирующих компонентов. Кроме того, на нее влияют некоторые свойства закалочной среды.

Теоретически, перед закалкой металлический или стеклянный материал подвергается нагреву выше стандартной температуры. После этого он подвергается быстрому охлаждению для немедленного отвода тепла. Это помогает изменить те свойства в кристаллической структуре материала, которые теряются при нагреве.

Чтобы сделать металл или стекло более твердым и жестким, мы часто закаливаем их. Температура закалки предмета всегда должна быть выше температуры рекристаллизации, но ниже температуры плавления.

Этапы процесса закаливания

Два человека работают вокруг бассейна для плавки стали

Обычно выделяют три стадии закалки, которые происходят, когда горячая деталь приближается к жидкому закалочному раствору. Эти стадии определяют изменение характеристик закалочного раствора и материала. Эти три стадии следующие:

• Паровая ступень
• Стадия кипения нуклеатов
• Стадия конвекции

Теперь давайте рассмотрим их подробнее.

Паровая ступень

Стадия испарения наступает, когда горячая поверхность компонента вступает в первый контакт с жидким закалочным веществом. Это приводит к образованию парового экрана вокруг элемента. Во время паровой фазы в некоторой степени происходит кондукция.

Однако основным способом переноса тепла на этой стадии является излучение через паровое одеяло. Образовавшееся одеяло является относительно стабильным.

Единственный способ ускорить его удаление - это перемешивание или добавление различных добавок. Более того, желательно сделать этот этап как можно более коротким

Причина в том, что он вносит значительный вклад в мягкие участки, которые образуются во время закалки. Поэтому при продолжении закалки могут образоваться нежелательные микроконсистенции.

Стадия кипения нуклеатов

Это вторая стадия после паровой фазы. Она начинается, когда жидкость ближе к поверхности материала начинает кипеть, а паровая стадия начинает разрушаться. Это самая быстрая стадия охлаждения данного компонента.

Благодаря передаче тепла от нагретой поверхности и последующему поглощению в жидком тушителе возможны значительные скорости отвода тепла. Это позволяет охлажденной жидкости занять свое место на поверхности.

В состав некоторых закалочных средств входят присадки, повышающие максимальную скорость охлаждения жидкости. Кипение заканчивается всякий раз, когда температура поверхности детали опускается ниже точки кипения жидкости.

Для компонентов, склонных к деформации, хорошие результаты дают такие среды, как высокотемпературные масла и соли. В противном случае материалы могут стать хрупкими и быстро повредиться во время желаемого применения.

Конвективная стадия

Конвекция - это заключительная стадия процесса. Она происходит, когда материал достигает температуры ниже температуры кипения закаливающего вещества. Стадия конвекции включает в себя передачу тепла через сыпучую жидкость, а ее начальной точкой является проводимость.

Это самая медленная стадия, поскольку теплопередаче требуется много времени, чтобы достичь всех молекул в объеме. Управление отводом тепла посредством конвекции включает множество переменных, в том числе удельную теплоту закалки и теплопроводность.

Разница температур между закалкой и материалом может повлиять на процесс конвекции. Обычно большая часть искажений происходит в этот момент.

Вышеуказанные три этапа закалки происходят по порядку в определенном месте. Тем не менее, в зависимости от геометрии детали и перемешивания, на разных участках различные этапы начинаются в разное время.

Три фазы процесса закаливания

Закалочные среды

Закалка происходит через любую среду, и ниже приведен список из 4 различных сред. Каждая из них имеет плюсы и минусы, в зависимости от ее свойств, контактирующих элементов, времени, законов теплопередачи и отношений.

1. Воздух: Использование обычной температуры окружающей среды для охлаждения нагретого материала
2. Рассол: Раствор соли и воды является самым быстрым средством охлаждения при закалке.
3. Масло: Надежная и быстрая альтернатива воздушной закалке.
4. Вода: Быстрее, чем воздух или масло, гасит жидкости.

Несмотря на то, что в литературе имеется обширная информация о вышеперечисленных средах, давайте рассмотрим две основные из них - масло и воду.

Закалка водой

Вода имеет свойство охлаждать материал быстрее, чем масло и воздух. Таким образом, закалка через воду - это быстропротекающий процесс.

• Процедура закаливания рассолом имеет значительно более жесткую реакцию при охлаждении, чем любая другая, наиболее эффективным методом является закаливание водой.
• Перед этим процессом вода должна быть комнатной или нужной температуры. После этого, когда нагретый материал помещается в охлаждающую воду, он меняет свои фазы в соответствии с этапами.
• При закалке в воде результат достигается быстрее. Еще одно преимущество - это быстрый метод охлаждения. Поэтому он наименее затратный как по деньгам, так и по времени. Однако, конечно, быстрый результат имеет и существенные недостатки.
• Недостатком такой быстрой или мгновенной скорости является жесткость, хрупкость и легкость разрушения конечных продуктов. Закаленный материал можно назвать либо качественным, либо некачественным.
• Закалка в воде является целесообразным вариантом в случае закалки стали. Причина в том, что сталь имеет уникальный способ охлаждения, который может быть достигнут с помощью воды. Карбонизированная сталь нагревается выше температуры рекристаллизации.
• Благодаря немедленному охлаждению стали, закалка в воде предотвращает плавление стали на этом этапе, когда она в противном случае расплавилась бы, если бы не была остановлена. Поэтому закалка в воде больше подходит для стали, чем другие среды.

Закалка маслом

Одним из самых популярных методов закалки металлов является закалка в масле. Оптимальный метод закалки металлических сплавов придает им необходимую твердость и мощность, не вызывая при этом жесткости и хрупкости в процессе.

У закалки в масле есть несколько плюсов, но главный из них заключается в том, что оно нагревается медленнее, чем другие закалочные среды, и охлаждается дольше, обеспечивая нагретому материалу большую стабильность и время затвердевания.

Кроме того, это гарантирует, что закаленный материал не будет чрезмерно хрупким и будет отлично держаться. Поэтому этот метод предпочтительнее, чем методы с водой, воздухом или рассолом, поскольку он снижает вероятность деформации или растрескивания тела закаленного металла.

Закалка - это процесс быстрого охлаждения

Разница между закаливанием водой и маслом

Вода и масло - это два разных типа сред. Обе они различаются по некоторым аспектам и по-разному ведут себя при тушении. В таблице ниже приведен обзор различий между этими двумя средами.

Закалка водой в сравнении с закалкой маслом

Заключение

• Быстрое охлаждение, называемое закалкой, приводит к закалке материалов. Марки, области применения и состав легирующих компонентов стали влияют на скорость закалки.
• Скорость охлаждения вещества также зависит от характеристик закалки. В этой статье были рассмотрены масляные и водные среды. Обе они уникальны в зависимости от различных областей применения.
• Масло хорошо подходит для закалки, поскольку оно быстро передает тепло, не изменяя металл. Хотя едкие закаливающие вещества на водной основе действуют быстрее, сила, с которой они работают, может привести к разрушению или деформации некоторых материалов.