Для объемной закалки стальных изделий широкое применение в настоящее время имеют методы непрерывной, прерывистой и ступенчатой, изотермической закалки и закалки с самоотпуском. Непрерывная закалка, или закалка в одном охладителе, — самый простой способ закалки, обеспечивающий мартенситную структуру, однако из- за возникновения больших внутренних напряжений в закаливаемом материале применяется в основном для изделий простой формы.

При прерывистой закалке, или закалке в двух охладителях, изделие вначале быстро охлаждается в воде до температуры несколько выше начала мартенситного превращения (Мн), а затем медленно охлаждается в масле или на воздухе. Этим самым обеспечивается медленное превращение аустенита в мартенсит, способствующее уменьшению внутренних напряжений и деформации изделия.

При ступенчатой закалке изделие вначале охлаждается в изотермической ванне с горячим охладителем, нагретым до температуры вблизи точки Мн, выдерживается для обеспечения выравнивания температуры по всему сечению, а затем окончательно охлаждается на воздухе или масле. При данном методе обеспечивается наименьшая величина внутренних напряжений в изделии, при этом сталь на втором этапе охлаждения в момент происходящего мартенситного превращения находится в вязком состоянии и может подвергаться правке на прессах. Ступенчатая закалка применяется в основном для закалки изделий из легированных сталей, деталей упрочненных, цементованных и нитроцементованных, деталей небольших сечений из углеродистой стали.

Изотермическая закалка подобна ступенчатой, только в изотермической ванне обеспечивается более длительная выдержка изделий, при которой происходит почти полное в углеродистых сталях и частичное в легированных сталях превращение аустенита. Этот метод обеспечивает высокую прочность при значительной вязкости изделий из углеродистых, но особенно из легированных сталей, при незначительной величине внутренних напряжений и деформаций. Изотермическая закапка применяется при изготовлении инструментов, пружин, рессор и других изделий. При закалке с самоотпуском изделие в закалочной среде охлаждают не до конца. В дальнейшем выделяющееся из внутренних слоев тепло производит отпуск охлаждающихся поверхностных слоев, при этом высокая поверхностная твердость сочетается с вязкой сердцевиной. Метод применяется при изготовлении инструментов, работающих с ударной нагрузкой (зубило, пробойники и др.).

Методы объемной или сквозной закалки обеспечивают значительное повышение твердости, износостойкости и прочности изделий, однако вязкость, пластичность стали значительно снижается.

Применение методов поверхностной закалки деталей позволяет обеспечить при повышении твердости, износостойкости и прочности поверхностных слоев сохранение вязкой и достаточно прочной сердцевины.

При поверхностной закалке может производиться одновременный нагрев и охлаждение всей поверхности изделия, последовательный нагрев и охлаждение отдельных участков и непрерывно-последовательный нагрев и охлаждение.

При поверхностной закалке изделий применяют в основном два метода нагрева газа: кислородным пламенем и токами высокой частоты. Простой и доступный первый метод, не требующий дорогостоящих установок, нашел применение в индивидуальном производстве при закалке крупных стальных деталей.

Поверхностная закалка с индукционным нагревом током высокой частоты (ТВЧ) нашла широкое применение в серийном и массовом производстве при изготовлении многих ответственных деталей, таких как коленчатые и распределительные валы, кулачки, клапаны и т. д. Поверхностная закалка с нагревом ТВЧ в сравнении с другими методами обладает преимуществами, основными из которых являются снижение себестоимости и резкое уменьшение продолжительности процесса, уменьшение деформации, получение чистой, без окалины, поверхности деталей после закалки, возможность механизации и автоматизации процесса закалки и включения закалочных агрегатов в поточные линии механической обработки деталей.

При пропускании тока по проводнику-индуктору в обрабатываемой детали, помещенной внутри индуктора, возбуждаются вихревые токи, которые и вызывают нагрев деталей.

Индуктированный ток концентрируется в поверхностном слое детали: чем дольше частота подводимого тока, тем меньше глубина его проникновения. При высокочастотном нагреве тепло возникает в самой детали, что позволяет получать очень высокие скорости поверх ностного нагрева до требуемых температур закалки, которые превышают точку Ас3 на 50-120 °С, нагретая таким образом деталь охлаждается водой или другим охладителем, в результате чего происходит закалка поверхностного слоя на определенную глубину.

Основными факторами, определяющими глубину и качество закаленного слоя при выбранной частоте и плотности тока, является температура и скорость нагрева: чем меньше скорость нагрева и выше температура его, тем больше глубина закаленного слоя.

Стальные детали, закаленные с нагревом ТВЧ (в сравнении со сталью, нагретой под закалку в печи), имеют повышенную на 2-4 ед. твердость по Роквеллу, обладают более высокой износостойкостью и прочностью и значительно меньше деформируются.

После высокочастотной закалки следует низкий отпуск, заменяемый часто самоотпуском, который осуществляется за счет тепла, сохраняющегося в детали при прекращении ее охлаждения.