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
В практике термической
Закалённая сталь отличается
Рис. 2. Часть диаграммы состояния
Цель фиксируется твёрдый
3. в этом случае - фиксирование
Лит.: Харди Г. К.,
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 Fe
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.
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.
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).
системы алюминий - медь, примыкающая к алюминию. При закалке из а-области
раствор, оказывающийся при низких температурах сильно пересыщенным медью.
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.
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.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я