Объёмно-поверхностная закалка

Метод основан на способности стали воспринимать закалку на определённую глубину (прокаливаемость) и приобретать максимальную твёрдость при закалке (закаливаемость).

Сущность его состоит в том, что упрочняемое стальное изделие после поверхностного индукционного нагрева подвергается высокоинтенсивному закалочному охлаждению. На глубину прокаливаемости при этом образуется структура мартенсита, а слои, расположенные глубже и нагретые выше точки А_с3, закаливаются на структуру троостита, сорбита и перлита^[3].

Технология объёмно-поверхностной закалки предусматривает сквозной или глубокий нагрев деталей до закалочных температур и охлаждение потоками воды или душем разной интенсивности. Глубина нагрева изделия до заданной температуры в этом случае больше глубины закалённого слоя со структурой мартенсита как минимум в два раза, то есть изделие прогревается насквозь. При охлаждении проточной водой закалка на мартенсит будет достигнута на определённой части слоя, который был нагрет до закалочной температуры.

Чтобы обеспечить глубинный нагрев изделия и закалку внутренних слоёв металла на структуру троостита или сорбита, используют небольшую скорость нагрева или, в некоторых случаях, изометрическую выдержку. При этом за счёт пониженного содержания примесей в стали, суммарное содержание которых не должно превышать 0,5 %, глубина прокаливаемости ограничивалась, а закалённый слой формировался по контуру поверхности.

Таким образом, в ходе одной операции производится как закалка поверхностного слоя, так и упрочнение сердцевины металла. Последующий отпуск производится, как правило, при невысокой температуре (150—180 °С)^[4].

Объёмно-поверхностная закалка предназначена для использования в массовом и крупносерийном производстве изделий, работающих в условиях циклических изгибающих, крутящих, контактных нагрузок (действующих раздельно или комбинированно) с целью упрочнения поверхностных и глубинных слоёв тяжелонагруженных изделий, например, ведомых цилиндрических шестерён электровозов или поршневых пальцев дизельных двигателей тепловозов^[3].

Например, технология ОПЗ была успешно внедрена на Минском автомобильном заводе (МАЗ). Здесь был разработан и исследован способ контурной объёмно-поверхностной закалки зубчатых деталей из сталей пониженной прокаливаемости, который при нагреве с удельными мощностями не более 10 кВт/кг и скоростями 4—8 °С/с обеспечивал твёрдость поверхности по всему контуру детали в интервале 58—63 HRC. Градиент конечной температуры по сечению составлял при этом ≤ 20 °С при охлаждении со скоростями ≥ 1000 °С/с с равномерным дозированием с точностью до ±0,1 °С/с^[4].

Объёмно-поверхностная закалка токами высокой частоты применяется для сталей с пониженной и регламентированной прокаливаемостью. Технология также эффективна и для повышения износостойкости и задиростойкости изделий^[3].