Изотермическая закалка

Сталь со структурой нижнего бейнита по механическим свойствам ближе к закалённой на мартенсит, чем к стали с перлитной структурой. Бейнитное превращение является промежуточным между перлитным и мартенситным. При бейнитном превращении происходит мартенситная γ— α-перестройка.^[3] У большинства легированных сталей распад аустенита в промежуточной области не идёт до конца. Если аустенит, не распавшийся при изотермической выдержке, не претерпевает мартенситного превращения при дальнейшем охлаждении, то сталь получает структуру бейнита и 10—20 % остаточного аустенита, обогащённого углеродом. При такой структуре достигается высокая прочность при достаточной вязкости.^[2]

В результате изотермической закалки получается структура бейнита с твёрдостью HRC 45-55 при сохранении зоны повышенной пластичности и вязкости.^[4]

Изотермическую закалку проводят в тех же горячих средах, что и ступенчатую. Изотермической закалке можно подвергать изделия небольшого сечения, так как в горячей среде охлаждение идёт медленно. В качестве охлаждающей среды при ступенчатой и изотермической закалках чаще применяют расплавленные соли в интервале температур 150—500 °С (например, 55 % KN0₃ + 45 % NaN0₂ (или NaN0₃)), а также расплавленные щёлочи (20 % NaOH + 80 % КОН). Чем ниже температура соли (щёлочи), тем выше скорость охлаждения в ней. Поскольку расплавленные соли охлаждают только вследствие теплоотдачи, то охлаждающая способность их возрастает при перемешивании. Добавление воды (3—5 %) в расплавы едких щелочей вызывает кипение и увеличение скорости охлаждения в области температур перлитного превращения.^[3]

Охлаждение в расплавах едких щелочей, если предварительно детали нагревали в жидких солях (то есть солях, не вызывающих окисления), позволяет получить чистую поверхность светло-серого цвета. Закалку по этому способу называют светлой.^[2]

Время выдержки в горячей среде должно быть больше времени изотермического превращения аустенита, и его можно ориентировочно выбрать. Повышение температуры изотермической выдержки в промежуточной зоне снижает пластичность и вязкость. Продолжительность выдержки в закалочной среде зависит от устойчивости аустенита при температурах выше точки мартенситного превращения М_п. Скорость охлаждения возрастает при 400—450 °С в 4—5 раз, а при 300 °С — в 2 раза.^[4]

При выдержке в горячей среде температура по сечению изделия успевает выровняться ещё в большей степени, чем при ступенчатой закалке. Резкое уменьшение закалочных напряжений и коробления — важное преимущество изотермической закалки. Кроме уменьшения закалочных напряжений, у изотермической закалки есть и другое преимущество. При одинаковой твёрдости вязкость нижнего бейнита больше, чем у стали, отпущенной после закалки на мартенсит. Одной из причин этого считают более однородное распределение карбидных частиц в бейните. Для многих сталей изотермическая закалка обеспечивает значительное повышение конструктивной прочности. Это ещё одно преимущество. Если же большая часть аустенита, не распавшегося после окончания промежуточного превращения, при последующем охлаждении претерпевает мартенситное превращение, то после изотермической закалки резко снижается пластичность.^[3]

Для углеродистых сталей изотермическая закалка не даёт существенного повышения механических свойств по сравнению с получаемыми обычной закалкой и отпуском. Конструкционные легированные стали (0,3—0,5 % С) приобретают оптимальные механические свойства в результате изотермической закалки с выдержкой в нижней части промежуточной зоны изотермического распада аустенита. При бейнитном превращении в некоторых легированных сталях сохраняется большое количество остаточного аустенита, который не превращается в мартенсит при охлаждении после изотермической выдержки. Изотермическая закалка таких сталей обеспечивает высокую ударную вязкость, резко уменьшает чувствительность к надрезу и перекосам по сравнению с закалённой на мартенсит и отпущенной сталью. Следовательно, изотермическая закалка позволяет повысить конструктивную прочность стали.^[2][5]