Нормализация и закалка

Нормализацией называют нагрев стали с последующим охлаждением в нормальных условиях с целью повышения механических свойств и улучшения внутренней микроструктуры стали, подготовки к термической обработке.

Задача закалки в том, чтобы придать изделию из стали твердость и высокую прочность. Но при закалке сталь обретает хрупкость, которую нужно ликвидировать в процессе отпуска. Изделие при закалке нагревают до очень высокой температуры, после в охлаждающих сферах быстро охлаждают. У изделия из одинаковой стали в зависимости от режима закалки можно выработать разные свойства и структуры.

Стальное изделие для достижения лучших результатов постепенно и равномерно нагревают до 750—850°С. Затем следует быстрое (2-3 с) охлаждение изделия до температуры 400°С. Последующее охлаждение может протекать уже при любой скорости, потому что структура, полученная при закалке, приобретает устойчивость.

Чаще всего в качестве охлаждающих средств применяют трансформаторное масло и воду. В воде скорость охлаждения больше. Для того чтобы повысить закаливающие способности нужно добавить серную кислоту или поваренную соль.

К появлению в стали паразитных напряжений и ее деформации может привести более высокий нагрев, чем нужно, и слишком высокая скорость охлаждения.

Для закалки инструментов, которые изготовлены из углеродистой стали, применяют специальные закалочные печи, которые могут нагреваться до 900°С. Для нагрева быстрорежущих и легированных сталей применяются печи, которые нагреваются до 1325°С.

Различают следующие виды печей для закалки: печи-ванны, которые представляют собой тигли, которые наполнены расплавами солей; муфельные печи, которые нагревают за счет сопротивления электрообмоток; камерные печи, в которых нагревают изделия при помощи открытого пламени.

В ваннах закалочное нагревание удобно потому, что температура расплава, содержащегося в ней, всегда постоянна, поэтому изделие выше этой температуры нагреться не может. Нагрев в жидкой среде, кроме того, происходит значительно быстрее, чем в воздушной.

Для того чтобы при отпуске изделия определить температуру пользуются цветами побежалости. Если стальное изделие, очищенное от окалины, нагреть до температуры 220°С, то на нем образуется пленка окисла железа, которая придает различные цвета изделию6 от серого до светло-желтого. При повышении температуры и увеличении количества времени пребывания данного изделия в этой температуре, пленка утолщается и меняет цвет.

Цвета побежалости могут проявиться как на закаленной, так и на сырой стали. При отпуске изделий применяют обычно два способа.

Первый способ состоит в том, что поверхность изделия нужно отшлифовать при помощи мелкой шкурки и нагреть. По мере повышения температуры на поверхности появятся цвета побежалости. Нагрев изделие до нужной температуры, когда появится необходимый цвет, его нужно охладить в воде. Второй способ учитывает то, что при закалке инструментов, например, молотков, резцов, штихелей, чеканов, - нужно, чтобы закаленной стала только рабочая часть инструмента, остальное должно остаться сырым. Закалку в этом случае производят так: нагревают инструмент чуть выше рабочего режущего конца до нужной температуры, потом опускают в воду рабочую часть, оставляя горячим металл выше рабочей части. Вынув из воды инструмент, быстро зачищают  рабочую часть при помощи наждачной шкурки. Тепло, которое осталось в неохлажденной части, поднимет температуру нужного охлажденного конца. После того, как на нем проявится цвет побежалости, его окончательно охлаждают.

Окалина, которая образуется на поверхности изделия, приводит к деформации, угару металла, уменьшению теплопроводности, понижающим скорость нагрева в печи. Также возрастает его твердость, что мешает механической обработке. Окалину с изделий можно удалить травлением или механическим способом. Обезуглероживание стали заключается в том, чтобы с поверхности углерода выгорел углерод. Обезуглероженный слой не обладает высокими характеристиками прочности. Интенсивность обезуглероживания и окисления зависит от температуры нагрева и состава атмосферы печи. Процессы идут быстрее, если нагрев выше. 

Чтобы окалина при нагреве не образовалась, иногда под закалку применяют пасту, которая состоит из жидкого стекла, огнеупорной глины, графита, буры, карборунда и воды. Пасту нужно нанести на изделие, дать просохнуть. Изделие после нагревают простым способом. После закаливания его нужно промыть в горячем содовом растворе. Для того чтобы предупредить образование окалины на инструментах, изготовленных из быстрорежущей стали, используют покрытие бурой. Инструмент, который нагрет до 850°С, нужно погрузить в порошок буры или насыщенный водный раствор.

Рассмотрим особенности закаливания некоторых изделий из стали. При закалке углеродистые стали лучше всего охлаждать в воде, а потом в масле, что предотвратит образование внутренних напряжений. Изделие во время охлаждения нужно перемещать сверху вниз достаточно быстро. Длинные тонкостенные детали, например, ножи, опускают в воду при охлаждении в строго вертикальном положении, иначе они могут деформироваться. Целесообразно закаливать зубила в мокром песке, увлажненном раствором соли. В сургуче закаливают тонкие сверла: разогретый конец сверла нужно погрузить в сургуч и оставить там до охлаждения.