Обычная чистая вода была когда-то единственной закалочно-охлаждающей жидкостью в технологии упрочняющей термической обработки. Она и поныне верно служит термистам. Воду, обычно водопроводную, с успехом применяют для закалки деталей из углеродистых и низколегированных сталей. Для этого детали должны иметь относительно простую и малочувствительную к трещинообразованию форму. При закалке в воде изделий из легированных сталей обнаружилось, что они коробятся и растрескиваются. Для этих марок сталей потребовались более низкие скорости охлаждения, которые обеспечили другие технологические жидкости.
В качестве охлаждающих жидкостей первого поколения, пригодных для закалки легированных сталей, использовали растительные масла и жиры животного происхождения. Их охлаждающая способность в свежем состоянии, как правило, удовлетворительна. Одновременно выявилась масса недостатков. Основные из них – высокая закупочная цена при низкой стойкости к окислению и стремительному разложению, которое сопровождается неприятными запахами. Поэтому уже в конце 19 века растительные масла и животные жиры начали вытесняться более дешевыми продуктами рафинирования нефти – минеральными маслами, которые имели сопоставимую охлаждающую способность при более высокой стойкости к деградации.
Минеральные масла как охлаждающие жидкости второго поколения широко применялись в открытых закалочных системах и продолжают использоваться по сегодняшний день уже более ста лет, несмотря на недостатки. Все основные физико-химические и эксплуатационные характеристики у них с течением времени быстро ухудшаются. При работе не более 400 часов минеральное масло становится практически непригодным для закалки. Изменение свойств обуславливается в основном окислением масел кислородом атмосферного воздуха при контакте с горячим металлом. Другой большой бедой является дымление минеральных масел во время окунания раскаленной металлической садки в закалочный бак. Дымление – причина загрязнения окружающей среды аэрозолями, которые вредны для здоровья людей. Одновременно дымление – источник высокой пожароопасности.
Проблема окисления и дымления масел была решена третьим поколением технологии, благодаря вакуумной закалке в масле, которая используется на практике более 60 лет. Нагрев металлической садки в вакууме обеспечил новые важные преимущества. Поверхность стальных деталей, при нагреве в вакууме, перестала окисляться и обезуглероживаться. Хотя в этих вакуумных печах производилась только одна технологическая операция – закалка, качество термообработки резко улучшилось, что обеспечило непрерывное увеличение доли данной технологии на рынке во всем мире. После вакуумной закалки в масле детали выгружаются из печи, отмываются от остатков масла и обезжириваются, а отпускаются уже в другой электропечи. Недостатками являются: дорогостоящая утилизация моечных растворов, использование дополнительной электропечи, финишная механическая обработка, достаточно высокая продолжительность производственного цикла.
Новый, четвертый, этап получил развитие в течение последних 10 лет с появлением на рынке вакуумных электропечей торговой марки «НИТТИН». На сегодняшний день ряд известных российских предприятий пользуются всеми преимуществами и выгодами технологии четвертого поколения. Суть технологии состоит в нагреве, изотермической выдержке, закалке в масле, последующем обезмасливании, немедленном отпуске, охлаждении металлической садки. Все операции проводятся в рабочем пространстве вакуумной электропечи без её разгерметизации в одном цикле.
Таким образом, впервые термообработка с закалкой в масле по технологии четвертого поколения стала финишной, а детали выгружаются из вакуумной электропечи светлыми, чистыми, сухими, с требуемыми свойствами, при минимальных деформациях и отсутствием трещин. На этом выгоды потребителя не заканчиваются. Достигнут трудосберегающий технологический прорыв за счет значительного сокращения производственного персонала термического производства. Существенно снижены эксплуатационные расходы в сравнении со всеми известными технологиями термообработки с закалкой сталей в масле. Ресурсосберегающий эффект проявляется в резком увеличении эксплуатационного ресурса закалочного масла. Долговечность заметно превысила 10 000 часов. Технология четвертого поколения и оборудование для её реализации обеспечивают наивысшую экологическую и пожарную безопасность.
Такую термообработку проводят в инновационных вакуумных электропечах моделей СЭВФ-3.3/11,5-ИЗМб, СЭВФ-5.5/11,5-ИЗМб, СЭВФ-7.7/11,5-ИЗМб, а также в других типоисполнениях электропечей торговой марки «НИТТИН», которые на российском рынке дешевле импортных образцов с технологией третьего поколения. За пределами России вакуумные электропечи с технологией четвертого поколения в настоящее время не производятся.
