Для того, чтобы металлические изделия были достаточно прочными, твердыми и чистыми, используется закалочное охлаждение, для которого применяются масла особого состава — они также называются закалочными. Они устойчивы к испарению, вязкие, стабильные, с антипенными свойствами и отсутствием воды в составе. Поговорим о характеристиках и особенностях закалочных масел — и о том, как они используются.
Что такое закалка металла
Закалка — важный этап термической обработки металлов. В процессе быстрого охлаждения заготовка быстро охлаждается для получения определенных свойств, таких как твердость и прочность, однородность структуры. Это сводит к минимуму время пребывания металла при высоких температурах и предотвращает появление дефектов, которые могут возникнуть, если этого не сделать.
Распространенными средами для закаливания являются воздух, масло, вода, щелочной и соляной растворы. При этом масла всегда были популярными жидкостями для металлообработки на протяжении человеческой истории и остаются таковыми сегодня.
Преимущества использования масел
Главное преимущество закалочных масел — быстрая теплопередача. Едкие закаливающие вещества на водной основе действуют быстрее, но их интенсивность может привести к деформации или даже растрескиванию некоторых материалов.
Масла хорошо поддаются регулировке. Их вязкость, температура и другие свойства могут быть изменены с помощью присадок. Тот факт, что их можно контролировать, означает, что они универсальны. Это сильно упрощает процесс обработки металла.
Принцип работы
Функций у закалочных масел две:
- упрочнение детали через контроль теплопередачи во время закаливания;
- смачивание детали для снижения вероятности деформации и растрескивания.
Закалка состоит из трех стадий: паровой, кипящей и конвекционной.
Паровая происходит, когда деталь впервые погружается в закалочное масло. Компонент окружается паровой оболочкой. На этой стадии охлаждение происходит медленно, тепло отводится только за счет излучения через слой пара. Единственный способ ускорить процесс — добавить присадки.
Кипение наступает после стадии пара. При охлаждении паровая оболочка рассеивается, что приводит к зарождению кипения. На этой стадии теплопередача происходит быстрее всего. Время и точная скорость передачи зависят от молекулярного состава масла.
Конвекция наступает, когда температура поверхности опускается ниже точки кипения масла. Теплопередача зависит от вязкости масла, которая зависит от степени его разложения. Скорость теплопередачи обратно пропорциональна вязкости нефти, в то время как вязкость прямо пропорциональна степени разложения.
Повышенная степень разложения коррелирует с образованием осадка, который вызывает неравномерную адсорбцию, что приводит к неравномерной скорости охлаждения.
Основные виды
Хотя существует множество различных типов закалочных масел, делят их в основном на два типа — быстрые и горячие.
Быстрые масла охлаждают быстрее. Их состав позволяет сократить продолжительность паровой стадии и увеличить кипение. Они отлично подходят для низкоуглеродистой стали и сплавов с низкой твердостью.
Горячие масла помогают сделать так, чтобы температуры сердцевины и поверхности детали не слишком сильно отличались во время закалки. Это снижает риск деформации и растрескивания. Хотя закалка с использованием горячих масел занимает больше времени, они обеспечивают более равномерное охлаждение по всему сечению. Они отлично работают с высокотвердыми сплавами.
Также в роли закалочных масел могут выступать другие, например:
- моторные — пусть и не предназначенные специально для закаливания стали, но все равно достаточно востребованные. Отработанное моторное масло недорого стоит, но у него есть недостаток — оно может быть загрязненным. В нем могут содержаться присадки, которые начнут выделять токсины в процессе закаливания. Кроме того, из-за загрязнений, содержащихся в моторных маслах, готовый продукт может покрыться тонкой темной пленкой;
- пищевые — относительно недороги, доступны и экологически безопасны. Растительные масла имеют лучшие показатели при использовании в качестве закалочного масла по сравнению с моторными. Но разные растительные масла обладают различными свойствами. Например, оливковое и пальмовое обладают помогают сделать материал пусть менее твердым, зато более прочным.
Однако лучше всего использовать специализированные закалочные масла. Они разработаны таким образом, чтобы обеспечить равномерную закалку и свести к минимуму деформацию. Изделия, обработанные закалочным маслом, будут иметь более гладкую поверхность. Недостаток — они стоят дороже, чем пищевое или отработанное моторное масло, но и результат получается абсолютно предсказуемым.
