ЗАКАЛКА

ЗАКАЛКА, термическая обработка материалов, заключающаяся в их нагреве и последующем быстром охлаждении с целью фиксации высокотемпературного состояния материала или предотвращения (подавления) нежелательных процессов, происходящих при его медленном охлаждении. 3. возможна только для тех веществ, равновесное состояние к-рых при высокой темп-ре отличается от равновесного состояния при низкой темп-ре (напр., кристаллич. структурой). 3. эффективна только в том случае, если реально достижимая скорость охлаждения достаточна для того, чтобы не успели развиться процессы, подавление к-рых является целью 3. Структуры, возникающие в результате 3., лишь относительно устойчивы, при нагреве они переходят в более устойчивое состояние. 3. могут подвергаться в естеств. условиях или в определённом технологич. процессе многие вещества (металлы, их сплавы, стекло и пр.).

Рис. 1. Часть диаграммы состояния системы железо-углерод, соответствующая сталям.

Закалка стали. Наиболее широкая группа материалов, подвергаемых 3.,- стали. В соответствии с диаграммой состояния железо-углеродистых сплавов (рис. 1) термодинамически устойчивым состоянием стали при темп-pax, расположенных выше линии GSE диаграммы состояния, является аустенит - раствор углерода в у-железе (см. Железоуглеродистые сплавы); ниже линии PSK - смесь феррита (раствора углерода в а-железе) и цементита (карбида железа Fe₃С). При медленном охлаждении от темп-р, расположенных выше линии PSK, аустенит в соответствии с диаграммой состояния должен распадаться на феррит и цементит. Скорость этого превращения меняется с темп-рой и при достаточно низкой темп-ре становится настолько малой, что аустенит практически не распадается. При дальнейшем снижении темп-ры аустенит превращается в мартенсит, появление к-рого в структуре стали приводит к резкому увеличению твёрдости, прочности, магнитного насыщения и к снижению пластичности. Цель 3. стали - получение полностью мартенситной структуры (без продуктов распада аустенита), т. е. подавление при быстром охлаждении распада аустенита и сохранение его вплоть до темп-р, при к-рых начинается мартенситное превращение. Минимальная скорость охлаждения, достаточная для предотвращения распада аустенита, носит название критической скорости 3. стали.

В практике термической обработки металлов для получения металлов, в частности сталей, с определ. свойствами применяют различные виды 3. В зависимости от условий нагрева различают 3. полную и неполную. При полной 3. быстрое охлаждение стали производят после нагрева её до темп-р, лежащих выше линии GSE. При этом сталь полностью переводится в аустенитное состояние. При неполной 3. (гл. обр. инструментальных сталей) металл нагревают до темп-р выше линии PSK; после охлаждения в структуре могут сохраняться нерастворившиеся при нагреве т. н. избыточные фазы (феррит или цементит и более сложные карбиды). В зависимости от условий охлаждения различают 3. изотермическую, ступенчатую и др. При изотермической 3. сталь нагревают до темп-р выше линии GSE (полная 3.) или выше PSK (неполная 3.), затем быстро охлаждают до темп-р ниже линии PSK и дают т. н. изотермическую выдержку, при к-рой происходит превращение аустенита в др. структуры

(перлит, бейнит). В этом случае свойства окончат. продуктов определяются темп-рой изотермической выдержки: твёрдость и прочность материала возрастают по мере снижения темп-ры. При ступенчатой 3. охлаждение с большой скоростью производят до темп-ры, несколько превышающей темп-ру мартенситного превращения, и дают выдержку, необходимую для выравнивания этой темп-ры по всей толщине изделия (ступень), а затем охлаждение ведут медленно до образования в структуре мартенсита. Внешние факторы, гл. обр. закалочная среда (вода, масло, расплавленная соль) и давление, также определяют результаты 3.

Закалённая сталь отличается большой хрупкостью, поэтому после 3. её обычно подвергают отпуску. При одной и той же твёрдости сталь, подвергнутая 3. с последующим отпуском, более пластична (следовательно, более работоспособна), чем сталь, подвергнутая медленному охлаждению, при к-ром происходит распад аустенита на феррит и цементит. Это определяет чрезвычайно широкое использование 3. стали в технике: применение её не только для получения стали с высокой твёрдостью, но и для получения (после соответствующего отпуска) стали со средней и низкой твёрдостью, но обладающей хорошими конструкционными свойствами.

Закалка стареющих сплавов. Если равновесная концентрация твёрдого раствора существенно изменяется при изменении темп-ры, то при охлаждении происходит выделение из него избытка одного из компонентов (см. Старение металлов). Этот процесс является диффузионным и может быть подавлен 3. (рис. 2).

Рис. 2. Часть диаграммы состояния системы алюминий - медь, примыкающая к алюминию. При закалке из а-области

Цель фиксируется твёрдый раствор, оказывающийся при низких температурах сильно пересыщенным медью.

3. в этом случае - фиксирование пересыщенного твёрдого раствора при низкой, напр. комнатной, темп-ре. Старение сплава может происходить затем при комнатной или более высокой темп-ре. Сплав со структурой, возникающей при 3. и старении, обладает высокими прочностными свойствами, большой коэрцитивной силой (магнитные сплавы). Т. н. диспер-сионно-твердеющие сплавы, подвергающиеся 3. с последующим старением, находят широкое применение, напр. дуралюмин - как конструкционный материал, нимоник - жаропрочный; альнико - для изготовления пост. магнитов и др.

Закалка упорядочивающихся сплавов. Упорядочение сплавов приводит к изменению их физич. и механич. свойств, напр. к снижению пластичности. Если упорядочение нежелательно, то сплавы подвергают 3., к-рая приводит к фиксации неупорядоченного состояния при низкой темп-ре. Это возможно, если скорость процессов, приводящих к упорядочению, не слишком велика.

Закалка чистых металлов и однофазных сплавов. Для изучения вакансий и их влияний на механич. и физич. свойства веществ применяют 3. чистых металлов и однофазных сплавов. Цель 3. в этом случае - фиксирование при низкой темп-ре концентрации вакансий, равновесной при высокой темп-ре. Последующий нагрев материалов до темп-р, при к-рых вакансии становятся подвижными, приводит к повышению сопротивления пластинч. деформированию ("закалочное упрочнение") и снижению внутреннего трения. Изучая зависимость равновесной концентрации вакансий от темп-ры и скорость удаления за-фиксиоованных при 3. избыточных вакансий, можно найти энергию образования и энергию активации миграции вакансий, сумма к-рых (энергий) определяет энергию активации самодиффузии.

Закалка жидкости. 3. может задерживать кристаллизацию жидкостей. Результат 3. в этом случае - переход жидкости в стекловидное состояние. Скорость кристаллизации металлов слишком велика, поэтому получить их в стекловидном аморфном состоянии обычно не удаётся.

Закалка из жидкого состояния. Для нек-рых систем, имеющих определ. вид диаграммы состояния, возможна 3. из жидкого состояния. Такая 3. позволяет устранить ликвацию, возникающую при кристаллизации с обычной скоростью охлаждения; получить пересыщенный твёрдый раствор, содержащий значительно большее кол-во второго компонента, чем это возможно по диаграмме состояния; получить метастабильные фазы, не возникающие при медленной кристаллизации и не фигурирующие на диаграмме состояния.

Лит.: Харди Г. К., Хилл Т. Д ж., Процесс выделения, в сб.: Успехи физики металлов, пер. с англ., т. 2, М., 1958; Курдюмов Г. В., Явления закалки и отпуска стали, М., 1960; Физическое металловедение, под ред. Р. Кана, пер. с англ., в. 1-3, М., 1967.

Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»

ЗАКАМЕННЫЙ →← ЗАКАЛИВАНИЕ РАСТЕНИЙ

ЗАКАЛКА

Синонимы слова "ЗАКАЛКА":

Смотреть что такое ЗАКАЛКА в других словарях:

Рекомендуем посмотреть: