Сталь - один из самых важных и характерных металлов в мире. Сочетание железа и углерода позволило создать прочный, универсальный и широко распространенный сплав, который используется во всех областях нашей жизни - от строительства и машиностроения до производства различных видов кухонной утвари. Такая большая популярность металла обусловлена его многочисленными положительными характеристиками, самой важной из которых является твердость - способность противостоять деформации, вызванной вмятинами, ударами или истиранием. Однако природная твердость стали не всегда достаточна для некоторых компонентов и инструментов, например, несущих конструкций или деталей двигателя. По этой причине были разработаны различные методы, позволяющие значительно повысить твердость и другие свойства стали - закалка.

Что такое закалка?
Металл, не прошедший специальной термической обработки, является мягким, нестабильным и эластичным материалом. Инструменты из незакаленной стали могут погнуться. Для приобретения свойств, обычно присущих стали, ее необходимо подвергнуть термической обработке (закалке).

Закалка - это термическая обработка, при которой металл нагревается до определенной температуры и выдерживается в течение времени, необходимого для полного восстановления внутренней структуры. Затем закаленный материал подвергается быстрому охлаждению. Правильно закаленный материал развивает локальные концентрации напряжений, которые в целом повышают его прочность и твердость, предел текучести, пластичность и износостойкость.

Что такое сталь
Сталь - это сплав железа и углерода, который подвергается термической обработке и формовке. Обычно сплав содержит не менее 45% первого компонента и от 0,02% до 2,14% второго. В этом случае сплав с содержанием углерода от 0,6 % до 2,14 % соответствует высокоуглеродистой стали. Закаливаемость стали зависит от содержания углерода, легирующих и обрабатывающих элементов. Кроме того, на процесс закалки влияет размер зерна и наличие других нерастворимых частиц. Закалка позволяет полностью получить желаемые параметры, определяющие химический состав материала. Существуют различные технологии закалки стали: термическая, механическая, химическая или комбинация этих двух или более методов. Наиболее часто используемыми методами закалки являются процессы термической закалки. В общем, процесс закалки при термической обработке происходит следующим образом

Нагрев стали до определенной температуры закалки (материал обычно нагревается до температуры на 30-50 градусов выше температуры аустенитного превращения);
Выдерживание металла при этой температуре до изменения его внутренней структуры;
Быстрое охлаждение стали после закалки, для чего могут использоваться водяные, масляные или соляные ванны. Если в качестве закалочных жидкостей используются кислоты, необходимо периодически раскислять сталь, чтобы избежать риска снижения концентрации углерода в поверхностном слое. Для этой цели используется древесный уголь или борная кислота.
Существуют различные типы закалки стали; они рассмотрены ниже.

Задачи по укреплению
Все инструменты и детали машин, изготовленные из высокопрочной углеродистой стали, и почти все детали машин, изготовленные из легированных сталей, подвергаются закалке.

Основной целью закалки инструментальных сталей является получение высокой твердости. Производительность резания инструмента прямо пропорциональна твердости металла.
Большинство деталей машины закалены для достижения высокой износостойкости. Чем выше твердость, тем выше устойчивость к износу и истиранию. Например, шпиндели, шестерни, валы, распределители и т.д.
Основной целью закалки деталей машин из конструкцметаллопрокат размеры и ценыонных сталей перлитного класса является получение высокого предела текучести при хорошей пластичности и вязкости, допускающих более высокие эксплуатационные нагрузки. Однако более высокие пределы текучести (и растяжения), а также хорошая пластичность и вязкость достигаются не закалкой, а после высокотемпературного отпуска закаленных сталей.
Технология закалки стали обычно применяется к готовой продукции, а не к сырью. Это объясняется несколькими причинами. Во-первых, экономически нецелесообразно закаливать весь стальной блок, поскольку большая его часть будет удалена в процессе обработки. Кроме того, после закалки сталь гораздо труднее обрабатывать, поскольку твердость металла затрудняет проникновение инструмента.

Микроструктура металла после закалки
Микроструктура большинства сталей после закалки состоит из мартенсита и сохранившегося аустенита, причем количество аустенита напрямую зависит от количества углерода, качества и количества присутствующих легирующих элементов. К инструментальным сталям относятся