Закалка заключается в нагреве стали до температуры на 30...50°С выше критических точек. Затем следует выдержка при этой температуре для прогрева изделия но всему сечению и быстрое охлаждение. Закалка возможна, если при изменении температуры в сплаве происходят фазовые изменения, и при понижении температуры происходит уменьшение растворимости одного компонента в другом. Целью закалки является получение пересыщенного твердого раствора. При этом сплав переходит в неравновесное состояние: при нагреве выше критических точек происходят фазовые превращения, а при быстром охлаждении обратные процессы не успевают произойти полностью. В частности, при охлаждении аустенита со скоростью выше некоторой критической получается пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе - мартенсит, обладающий высокой твердостью, хрупкостью и низкой пластичностью. Углеродистую сталь подвергают закалке для повышения ее прочности и твердости.
Критической скоростью охлаждения (V_K) называют минимальную скорость охлаждения, при которой избыточный углерод не успевает выделиться из аустенита, и весь аустенит превращается в мартенсит (рисунок 22). При малой скорости охлаждения V_i аустенит распадается на крупнодисперсную смесь феррита и цементита (перлит), а при больших скоростях V₂ распадается на более мелкодисперсные смеси (сорбит, троостит). Если охлаждать сталь со скоростью, не пересекающей кривую начала распада аустенита (линия А), т.е. со скоростью V₃, то образуется мартенсит.
Превращение аустенита в мартенсит начинается при определенной температуре, называемой температурой начала мартенситного превращении М_Н. Для того чтобы мартенситное превращение протекало, необходимо непрерывное охлаждение аустенита ниже точки М_Н. При достижении определенной температуры дальнейшее превращение аустенита в мартенсит прекращается. Эта температура называется концом мартенситного превращении М_К Положение температур М_Н и М_К не зависит от скорости охлаждения и определяется химическим составом стали. Чем больше углерода в аустените, тем ниже располагаются эти температуры. Все легирующие элементы, за исключением Со и Аl, понижают М_Н и М_К . Мартенситное превращение характеризуется высокой скоростью роста зародышей (1000-7000 м/с).
В зависимости от температуры нагрева стали различают полную закалку и неполную. Полная закалка состоит в нагреве стали выше критической точки А_c3 на 30...50°С, а неполная - выше критической точки A_c1 на 30...50°С. Доэвтектоидные стали подвергают только полной закалке. Если доэвтектоидную сталь нагреть до температуры выше A_c1 но ниже А_c3, то получится феррито-аустенитная смесь, которая после закалки даст феррито-мартенситную смесь, имеющую меньшую твердость чем мартенсит (т.к. феррит имеет низкую твердость).
Заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке, после которой получается мартенсито-цементитная смесь, имеющая высокую твердость (цементит имеет твердость даже выше, чем у мартенсита).

Рисунок 22 - Диаграмма превращения аустенита при непрерывном охлаждении. А - линия начала перлитного превращения; Б - линия конца перлитного превращения; М_Н-линия начала мартенситного превращения;М_К - линия конца мартенситного превращения
Закаливаемость - способность данной стали к повышению твердости в результате закатки. Возрастает с увеличением содержания углерода и (в меньшей степени) легирующих элементов в стали.
Прокаливаемость - способность стали получать закаленный слой на ту или иную глубину. Прокаливаемость повышается легированием стали марганцем, хромом, молибденом, бором, а также при увеличении размера зерна. За глубину закаленного слоя условно принимают расстояние от поверхности до полумартеснситной зоны (50% мартенсита+50% троостита), которую легко определить по микроструктуре и по твердости.
Охлаждающими средами при закалке могут быть воздух, вода, растворы солей или минеральное масло. После закажи углеродистая сталь имеет высокую прочность, твердость, износостойкость, низкую пластичность и приобретает внутренние напряжения. Чтобы уменьшить хрупкость и внутренние напряжения, вызванные закалкой, и получить требуемые механические свойства, сталь после закалки всегда подвергают отпуску.

Читайте также Отпуск