Закалка стали: температура, охлаждение, твёрдость после закалки

Закалка стали — главная операция, от которой зависят твёрдость, прочность и износостойкость вала, шестерни или ножа. Результат определяют три вещи: температура нагрева, среда охлаждения и последующий отпуск. Ниже — справочные режимы для ходовых марок, разница между ТВЧ и печью и типичные ошибки.

Что такое закалка стали и зачем она нужна

Закалка — это нагрев стали выше критической температуры, выдержка до прогрева по сечению и быстрое охлаждение. В результате образуется мартенсит — твёрдая, но хрупкая структура. Так получают твёрдость, нужную для валов, осей, шестерён, пальцев и инструмента.

Закалённую сталь почти никогда не оставляют без отпуска: она хрупкая и полна внутренних напряжений. Поэтому закалку и отпуск стали считают одним циклом.

Температура закалки стали

Температура закалки стали зависит от содержания углерода. Конструкционные стали (45, 40Х, 40ХН, 30ХГСА) греют на 30–50 °C выше точки Ac3, чтобы структура полностью перешла в аустенит. Инструментальные стали (У8А, У10А, 9ХС, ХВГ) греют чуть выше Ac1: часть карбидов остаётся и повышает износостойкость.

Твёрдость указана для небольших сечений. На крупной детали сердцевина прокаливается хуже, и твёрдость к центру падает. Точный режим подбирают под марку, размер и требование чертежа.

Охлаждение: вода, масло, воздух

Вода охлаждает быстрее всего. Её используют для углеродистых сталей (45, У8А, У10А), но резкое охлаждение повышает риск трещин, особенно на деталях с проточками и резкими переходами.

Масло охлаждает медленнее, поэтому трещин и коробления меньше. Это основная среда для легированных сталей: 40Х, 40ХН, 65Г, 9ХС, ХВГ. Углеродистую сталь 45 в масле на полную твёрдость закалить можно только в тонком сечении.

Какое масло для закалки стали берут на практике: индустриальные И-12А и И-20А по ГОСТ 20799 или специальные закалочные масла (например, МЗМ-16). Масло следят по вязкости и обводнённости и со временем меняют, а детали после закалки отмывают.

Воздух — самая мягкая среда. Его используют для высоколегированных сталей вроде Х12МФ, когда важна минимальная деформация.

Закалка ТВЧ и объёмная закалка в печи — в чём разница

Объёмная закалка в печи прогревает деталь целиком. Свойства получаются одинаковыми по всему сечению, но длинные детали сильнее ведёт.

Закалка ТВЧ (токами высокой частоты) греет только поверхностный слой на нужную глубину, а сердцевина остаётся вязкой. Поверхность получается твёрдой и износостойкой, коробление меньше, можно закалить только шейки вала или зубья шестерни.

Для шеек валов, посадочных мест и зубьев обычно выбирают ТВЧ. Для мелких деталей, которым нужна твёрдость по всему сечению (пальцы, штифты, ножи), — печь.

Закалка и отпуск стали

Отпуск снимает напряжения после закалки и возвращает вязкость. Чем выше температура отпуска, тем ниже твёрдость и выше ударная вязкость.

Улучшение — это закалка плюс высокий отпуск. Оно даёт лучшее сочетание прочности и вязкости и часто идёт перед окончательной механической обработкой и закалкой ТВЧ.

Закалка стали 45 и 40Х на практике

Закалка стали 45: 820–840 °C, охлаждение в воде, после закалки 50–55 HRC. После улучшения (высокий отпуск 550–600 °C) — примерно 22–30 HRC. Сталь 45 неглубоко прокаливается: на диаметрах больше 20–25 мм твёрдость к сердцевине заметно падает. Поэтому на валах и осях из стали 45 часто делают улучшение заготовки и закалку ТВЧ рабочих шеек.

Закалка стали 40Х: 840–860 °C, охлаждение в масле, после закалки 50–55 HRC. Хром даёт лучшую прокаливаемость, чем у стали 45, и закалка в масле меньше ведёт деталь. Из 40Х делают шестерни, валы, полуоси, шлицевые детали. Типовые варианты: улучшение (около 28–32 HRC) или улучшение с закалкой ТВЧ поверхности.

Частые ошибки: трещины, коробление, мягкие пятна

Трещины. Появляются, когда охлаждение слишком резкое или на детали есть острые углы и тонкие стенки рядом с массивными. Помогают плавные галтели в конструкции, правильная среда (масло для легированных сталей) и отпуск сразу после закалки.

Коробление. Длинные валы и тонкие пластины ведёт от неравномерного нагрева и охлаждения. Снижают его улучшением заготовки перед чистовой обработкой, закалкой ТВЧ вместо объёмной и припуском под шлифовку после термообработки.

Мягкие пятна. Участки, которые не набрали твёрдость из-за недогрева, окалины или паровой рубашки при охлаждении. Помогают правильная выдержка, чистая поверхность и перемешивание закалочной среды.

Закалка в нашем цехе

Термообработку делаем у себя: своя установка ТВЧ и две муфельные печи с камерами 300 × 300 × 550 мм и 100 × 100 × 500 мм. Выполняем закалку, отпуск, улучшение, цементацию и азотирование. Калим и детали заказчика. После закалки посадочные места шлифуем у себя: диаметр до 100 мм, Ra 0,6–0,8.

Читайте также: виды термообработки стали, твёрдость HRC.

💰 Цены на закалку и отпуск

❗ Минимальная сумма заказа — 15 000 ₽. Точную стоимость рассчитаем по чертежу, эскизу или образцу. При заказе партии цена за единицу ниже. Все цены — в прайс-листе МеталУслуги.Ру.

🧱 Металл в розницу от ВсеПрутки

У МеталУслуги.Ру есть свой магазин заготовок — ВсеПрутки, и там найдётся материал для темы «Закалка стали». Например, стальной круг 40Х — 40Х — конструкционная сталь под закалку для валов, осей и шестерён. Режут в нужный размер, отгружают в день оплаты, доставляют по всей России. Купленный материал можно сразу привезти к нам в цех вместе с чертежом — так деталь обходится дешевле.

Частые вопросы

Можно ли закалить сталь 45 в масле? Можно, но твёрдость будет заметно ниже, чем в воде: полную закалку в масле сталь 45 получает только в тонком сечении. Если нужна высокая твёрдость с меньшим риском трещин, лучше взять 40Х.

Что выбрать для вала: ТВЧ или закалку в печи? Для вала, у которого изнашиваются шейки или шлицы, обычно лучше ТВЧ: поверхность твёрдая, сердцевина вязкая, коробление меньше. Объёмная закалка нужна, когда твёрдость требуется по всему сечению.

Обязателен ли отпуск после закалки? Да. Без отпуска деталь хрупкая и может треснуть даже при хранении. Температуру отпуска выбирают по нужной твёрдости.

Пришлите чертёж с маркой стали и требованием по твёрдости — подберём режим и рассчитаем стоимость.

Контакты