Нагрев и охлаждение стали при термической обработке

Как уже говорилось, основной термической обработки включает три основные технологические операции:
нагрев с определенной скоростью до заданной температуры;
выдержку для полного прогрева садки и полного протекания фазовых и структурных превращений;
охлаждение с требуемой для данного вида обработки скоростью. [5]
Нагрев проводится в печах с окислительной воздушной атмосферой (печи сопротивления), в среде дымовых газов (топливные печи), в контролируемой защитной атмосфере (вакуум, аргон), в расплавах солей и металлов (печи с жидкими теплоносителями), в кипящем слое дисперсных частиц (печи с кипящим слоем), токами высокой частоты (индукционный нагрев на установках ТВЧ) и др.
Основные виды термической обработки (отжиг, нормализация, закалка) требуют сквозного нагрева изделий с переходом исходной структуры сталей в аустенит и измельчением зерна. Известно, что указанные превращения протекают быстрее в процессе выдержки, нежели в самом процессе нагрева. Следовательно, выгодно увеличивать скорость нагрева. Однако высокие скорости нагрева увеличивают температуры фазовых превращений, соответственно и необходимую температуру для термической обработки (смотри рис. 3).
Рис.3. Влияние скорости нагрева на положение критических точек в стали [5]
Качественный нагрев заготовок должен обеспечивать полное достижение изделием в момент его выдачи из печи требуемых значений температуры, как на поверхности тела, так и по сечению

. Перепад температур по сечению изделия может вызвать неполное протекание фазовых и структурных превращений по всей толщине изделия, и как результат – брак термической обработки. [5]
Охлаждение после термической обработки является важным этапом. Для различных видов термической обработки используют разные условия охлаждения:
медленное охлаждение в печах или песке;
охлаждение на воздухе или в других газообразных средах
жидких охлаждающих средах (вода, масло, растворы солей и щелочей и др.).
Только тип охлаждающей среды, а, следовательно, скорость охлаждения сами по себе не характеризуют конкретный вид термической обработки, для вид термической обработки определяется характером фазовых и структурных превращений в металле, что определяется химическим составом стали. Таким образом, можно сказать, что химический состав стали определяет вид термической обработки. Так, из схемы на рис. 4 видно, что охлаждение на воздухе соответствует нормализации углеродистой и низколегированной стали и закалке высоколегированной стали (например, быстрорежущей).
Рис. 4. Различные варианты термической обработке при одинаковой интенсивности охлаждения для разных марок сталей:
1…3 – кривые охлаждения в воде (1), масле (2), воздухе (3)
4…6 – кривые распада переохлажденного аустенита для углеродистой (4), низколегированной (5) и высоколегированной (6) сталей [6]
Способ погружения нагретой детали в закалочную жидкость должен обеспечивать равномерное охлаждение различных частей изделия, сквозной отток образующихся при кипении жидкости паров, гарантировать отсутствие коробления горячих изделий под действием собственного веса или в результате неравномерного охлаждения