Процесс газопламенной поверхностной закалки состоит в быстром, интенсивном нагревании поверхностного слоя детали до температуры выше критической точки Ас3 и последующем быстром охлаждении водой. При этом в поверхностном слое образуется закаленная (мартенситная) структура (рис. 63), переходящая в основную структуру незакаленного металла через промежуточные (переходные) зоны. Переходные структуры появляются вследствие естественного отпуска за счет теплоотвода от поверхностного слоя в средние слои. Вследствие наличия переходных структур исключается отслаивание закаленного слоя от детали, что иногда имеет место при других способах упрочнения поверхности деталей (например при азотировании, цементации).


На рис. 64 показано изменение твердости поверхностного слоя после закалки газокислородным пламенем в зависимости от содержания углерода в стали. Для поверхностной закалки применяют стали, содержащие 0,4-0,7% С.



Разработано несколько способов газопламенной поверхностной закалки (рис. 65). При циклических способах нагревают всю поверхность изделия одновременно до закалочной температуры, а затем охлаждают также одновременно во всех точках. Нагревают неподвижной или передвигающейся горелкой. Для закалки изделий круглого сечения применяют циклический способ быстрого вращения.
Непрерывный способ состоит в перемещении изделия относительно горелки или, наоборот, горелки относительно изделия с постоянной заданной скоростью. Горелка нагревает изделие до закалочной температуры, а прикрепленный к горелке разбрызгиватель подает на поверхность детали охлаждающую жидкость, осуществляющую закалку.
При закалке цилиндрических изделий и медленном вращении (комбинированный кольцевой способ) начальный участок закаленного слоя отпускается по дуге длиной 20-30 мм. При комбинированном спиральном способе закаленные слои должны перекрывать друг друга на 5-10 мм. В зависимости от положения детали в пространстве и изменения относительного перемещения горелки и изделия возможны разновидности указанных основных способов.


Особенность пламенной поверхностной закалки – самоотпуск изделия после закалки при температуре 120-200°С, что приводит к снижению твердости на 3-5 единиц RC, но зато уменьшает внутренние напряжения в изделии, вызванные закалкой.
Области применения пламенной поверхностной закалки весьма широки: закалка концов рельс, крестовин, стрелок, крупномодульных и мелкомодульных шестерен, штоков компрессоров, роликов и опорных катков, шеек коленчатых валов, зубьев фрез, направляющих станин металлообрабатывающих станков и других деталей.

Основное преимущество пламенной поверхностной закалки - простота и дешевизна используемого оборудования, что делает этот способ доступным для использования в любых производственных условиях. В качестве горючего применяется ацетилен, пропан-бутан, природный газ, пары бензина и керосина.
Глубина закаленного слоя зависит от скорости перемещения горелки относительно поверхности детали и от погонной мощности пламени, измеряемой в дм3/ч ацетилена на 1 см ширины закаливаемой поверхности. Данные о зависимости скорости перемещения горелки и погонной мощности пламени на глубину закалки для стали 45 (круглый стержень диаметром 58 мм) приведены на рис. 66. Глубина закалки уменьшается со снижением погонной мощности пламени и возрастанием относительной скорости перемещения горелки.