Применение керметов при обработке сталиВыбор скорости, режима нагрева и времени выдержки зависит от химического состава и структуры стали, от размеров и формы термообрабатываемых изделий. Толстостенные изделия, изделия сложной формы, изделия из сталей с повышенным содержанием углерода и легирующих элементов и с пониженной теплопроводностью должны нагреваться наиболее равномерно и с пониженной скоростью для предотвращения возникновения значительных внутренних напряжений и появления трещин. После предварительного нагрева до температур, при которых уже исключено появление внутренних напряжений, необходимо резко увеличить скорость нагрева. Увеличение скорости нагрева на втором этапе обеспечивает уменьшение общего времени протекания термической обработки, а следовательно, повышение производительности процесса. Уменьшение времени нагрева и выдержки изделий снижает интенсивность таких нежелательных процессов, как окисление и обезуглероживание поверхностных слоев, особенно активно протекающих в зоне активных температур.

Для предотвращения окисления и обезуглероживания нагрев стальных изделий в электрических или пламенных печах в среде воздуха и печных газов необходимо заменять на нагрев в расплавленных солях, в безокислительном кипящем слое, в защитных контролируемых атмосферах. Эти методы позволят также во многих случаях обеспечить равномерный и быстрый нагрев изделия до высоких требуемых температур, в частности, за счет перегрева нагревающей среды. Чем меньше времени изделие находится при высоких температурах, тем мельче микроструктура закаленной стали, выше ее физико-механические свойства.

Многие изделия, в частности, инструменты из углеродистой, малолегированной стали, предварительно подогреваются до 300-500 °С, а затем производится их быстрый нагрев. Быстрорежущие стали подвергаются двухступенчатому подогреву при 400-500 и 840-860 °С или 400-500 и 1040-1060 °С. Для этих сталей применяется также трехступенчатый подогрев: 300-500, 840-860 и 1050-1100 °С.

Сам процесс закаливания стали при термической обработке происходит на участке охлаждения изделий после их нагрева и выдержки. В связи с этим скорость и режим охлаждения оказывают огромное влияние на структуру и свойства закаленной стали. Образование в закаливаемой стали требуемой мартенситной структуры, имеющей высокую твердость, происходит при так называемой критической скорости охлаждения. Критическая скорость охлаждения зависит от химического состава стали и температуры нагрева и может колебаться от 10 градусов в секунду при закалке высоколегированных сталей до нескольких тысяч градусов в секунду — при закалке низкоуглеродистых сталей.
Желательно обеспечить высокую скорость охлаждения при температурах 650-500 °С, чтобы предупредить распад аустенита на феррито-цементитную смесь, и замедленное охлаждение в области температур мартенситного превращения, чтобы предотвратить появление значительных внутренних напряжений в изделиях.

Обеспечить одинаковую величину критической скорости охлаждения по всему сечению массивных изделий практически невозможно, поэтому высокая твердость в этом случае получается в поверхностном слое, глубина которого зависит от химического состава стали. В частности, в изделиях из средне- и высоколегированной стали глубина закаленного слоя с твердостью до 50 HRC достигает 200-300 мм.

Для закалки стали применяют такие закалочные среды, имеющие различную охлаждающую способность, как воздух, вода, водные растворы различных веществ, масло, расплавленные соли и металлы.

Скорость охлаждения увеличивается при понижении температуры охладителя и его вязкости, при увеличении его теплопроводности, теплоемкости и температуры парообразования, при увеличении массы охладителя и скорости его циркуляции.