Заготовка режущего инструмента может быть изготовлена различными способами. Ковкой, штамповкой, литьем, фрезерованием, или даже выпилена из пил, фрез и иного инструмента промышленного изготовления, как то часто делается при самостоятельном изготовлении инструмента. Поскольку большинство резцов попадает к нам уже в готовом виде, то в данной статье мы остановимся в основном на обработке литых заготовок, так как статья является продолжением статьи о изготовлении литого инструмента, хотя описанные здесь технологии вполне могут применяться и в других случаях, когда необходимо сделать термообработку инструмента созданного при помощи иных технологий. В любом случае, если при изготовлении инструмента стальная заготовка нагревалась выше 400ºС термообработка необходима. Исключением является разве что быстрорежущие стали.
Итак имеется отлитая заготовка инструмента. Структура отливки после литья всегда неравномерна и имеет внутренние напряжения сконцентрированные в зонах переходов больших сечений в меньшие (ну или наоборот, меньших в большие, кому как нравится). Рассмотрим почему возникает неравномерность структуры.
Основной причиной неравномерности структуры отливки является особый механизм остывания слитка металла, который присущ всем металлам и сплавам.
После заливки металла в форму (для примера рассмотрим кристаллизацию цилиндрического слитка) та его часть которая соприкасается с материалом формы охлаждается и начинает быстро кристаллизоваться образуя зону мелких кристаллов (1). Центрами кристаллизации могут быть посторонние включения в металле, которые всегда в нем имеются, карбиды, легирующие элементы.
Мелкие кристаллы будут образовываться до момента выравнивания температуры стенок формы и металла который с ними соприкасается. Поскольку после выравнивания температуры скорость охлаждения, а следовательно и кристаллизации уменьшается, начинает образовываться зона столбчатых кристаллов (2), которые растут от холода к теплу, т.е. направлены от периферии к центру слитка и под углом к оси слитка, так как более теплый металл внутри формы стремится подняться к более холодным верхним слоям. Когда растущие от периферии столбчатые кристаллы сближаются в центре слитка их рост прекращается из-за того, что исчезает разность температур в зоне роста кристаллов и в центре слитка образуются равноосные кристаллы (3). При создании особых условий кристаллизации столбчатые кристаллы могут соединится в центре слитка. В этом случае образуется лишь небольшое кол-во равноосных кристаллов. Такой процесс называется транскристаллизацией. При фазовых превращениях плотность металла изменяется. И если разница в плотности жидкого и твердого металла доли процента и ею можно пренебречь, то разность плотности α-железа и γ-железа составляет около 1%, что уже весьма ощутимо. Именно  по этой причине в слитке металла образуются напряжения.

В верхней части слитка появляется усадочная раковина (5), вокруг которой образуется зона неполного образования зерен металла, усадочная рыхлость (4).  Рыхлость образуется в следствие специфики кристаллизации металла. Изначально, в точках роста кристаллов начинают образоваться дентриты. По мере их роста, соседние кристаллы сплетаются между собой. При этом, жидкий металл для роста кристаллов берется из межкристаллических промежутков. По этой причине металл слитка до термообработки всегда более рыхлый. Термообработка необходима для придания равномерной структуры и необходимых механических свойств.
Таким образом, даже слиток геометрически правильной формы имеет неравномерную структуру, следовательно можно себе представить какую структуру имеет слиток сложной формы.
Помимо структурной неоднородности, в отдельных местах отливки концентрируются внутренние напряжения. Их появление также связано с кристаллизацией отливки и прежде всего с ее неравномерностью, которая имеет место в изделиях сложной конфигурации.
 Всем кто имеет дело с литьем известен термин "линейная усадка". При кристаллизации стали, т.е. переходе между фазами  α-железа и γ-железа изменяется плотность, а следовательно и объем. Данное изменение (в данном случае уменьшение) объема и называется усадкой. В отдельных случаях усадка может быть большой проблемой, а потому для прецизионного литья разработаны формовочные массы, которые при нагреве расширяются, тем самым компенсируя усадку.
Для наглядности рассмотрим кристаллизацию отлитого резака описанного в предыдущей статье (фото 1).
Как видно на фото, ширина лезвия значительно больше диаметра хвостовика. Следовательно линейная усадка лезвия по ширине будет больше чем усадка круглого хвостовика. Кроме того, лезвие имеет значительно большую площадь, по сравнению с хвостовиком, а следовательно и большую теплоотдачу, что вызовет более быстрое охлаждение лезвия по сравнению с хвостовиком. Есть и еще один фактор способствующий более быстрому остыванию лезвия. Литейная форма перед отливкой отжигается до высокой температуры и после отливки еще некоторое время ее сохраняет. Наиболее долго остается горячей центральная часть формы, а как видно из фото, хвостовик находится как раз на осевой линии формы, тогда как большая часть лезвия приближается к ее периферии и как следствие быстрее остывает. Различные степени усадки лезвия и хвостовика приводят к появлению на границе перехода между ними напряжений в кристаллической решетке и если величина напряжений превысит предел прочности металла в данной фазе (что может случиться при резком охлаждении литейной формы), возможно появление трещин. Делать плавный переход от хвостовика к лезвию во время моделирования изделия рекомендуется именно для уменьшения напряжений, возникающих при усадке металла. Подводя итог, можно сделать вывод, что внутренние напряжения появляются по причине неравномерного остывания отливки в литейной форме, вызванной ее сложной конфигурацией и наличием переменных сечений.
Ковка металла также приводит к возникновению внутренних напряжений, но данные напряжения менее выражены (хотя также являются неравномерными) по причине того, что они вызваны внешней деформацией. Напряжения в штампованных изделиях еще менее выражены, так как деформирующая сила воздействует на металл равномерно.

Холодная ковка, или прокат низкоуглеродистых сталей (есть и специальные стали, состав которых рассчитан на то, что в процессе обработки изделия оно будет подвергаться наклепу) ведет к упрочнению структуры металла благодаря возникновению наклепа (нагартовки). Следует упомянуть что при нагреве металла свыше 400° С наклеп исчезает, так начинается рекристаллизация металла, но существует технология, о которой будет упомянуто ниже, позволяющая сохранить упрочнение структуры вызванное наклепом.
Если использовать изделие, сделав заточку сразу после литья или ковки, минуя любую термообработку, оно рано, или поздно сломается. Кроме того, режущие свойства такого изделия будут весьма посредственны. Чтобы избежать данных неприятностей, необходимо провести термообработку, что позволит выровнять структуру металла и изменить ее для создания необходимых и присущих данному изделию механических свойств.

Чтобы сделать правильную термообработку, необходимо иметь хоть небольшое представление о структурных и фазовых изменениях в металле, происходящих при его нагреве-охлаждении, а потому придется рассмотреть и теоретическую сторону вопроса.
Прежде всего данная статья не претендует на некий научный труд. Многое в ней упрощено, многое вообще не рассматривается. Но приведенной информации должно хватить для понимания сути процессов, происходящих в стали при ее термообработке.

Для начала определимся с терминами. Наверняка многим из читающих диаграмма состояния железо-цементит в былые времена неоднократно являлась в страшных сновидениях накануне сессий, а потому сознательно ее не привожу. Тем же кого эта диаграмма обошла, возможно кое-что на первых порах будет непонятным, но в дальнейшем при более подробном разборе все неминуемо прояснится.

Сталь - сплав железа с углеродом. Причем углерода должно быть не более 2,14 %. Если больше, то это уже чугун, или булат (хотя булат может содержать и меньшее кол-во углерода).
Если углерода 0,8 %, такая сталь называется эвтектоидной (напр. углеродистая сталь У8). Соответственно если менее 0,8 то доэвтектоидной, если более заэвтектоидной. Эти три трудновыговариваемых слова в дальнейшем пригодятся.

Кроме углерода, в любом случае, в состав стали входят и другие примеси.

Сталь углеродистая - кол-во углерода в стали довольно заметно изменяет ее свойства. Чем больше углерода, тем сталь тверже и соответственно менее устойчива к ударным нагрузкам. Стали могут быть малоуглеродистые ( до 0,3%), среднеуглеродистые - (0,3-0,6%), высокоулеродистые - (свыше 0,6%) и легированные о которых указано ниже. Нормальная ковкость стали сохраняется до уровня углерода в 1,3%.

Сталь легированная - помимо углерода в сталь намеренно могут вводится различные добавки (в просторечии лигатура). Легирующие элементы придают стали особые свойства. Например вольфрам увеличивает твердость и красностойкость (работа изделия с сохранением механических свойств при повышенных температурах). Сера придает вязкость, а потому в большинстве случаев от нее пытаются избавиться, но иногда и она бывает полезна.
Легированные стали бывают низколегированными - содержание легирующих элементов до 3 %. Среднелегированными - от 3 до 10 %. Высоколегированными - свыше 10 %.

Критические точки - открыты в конце 19 века русским ученым Д.К. Черновым. Являют собой температурные точки начала-конца фазовых превращений в металле при его нагреве-охлаждении. Критические точки подъема и спада температуры обычно разграничены в обозначениях. Точки подъема пишутся с буквой "с", например Ас1, Ас3. Точки спада с буквой "r", например Аr1.

α-железо и γ-железо - В исходном состоянии сталь имеет кубическую кристаллическую решетку α-железа. При нагреве до критической точки начала интервала превращений (точка "А" Чернова, или в современной интерпретации Ас1) α-железо превращается в γ-железо. При дальнейшем повышении температуры, по достижении критической точки конца интервала превращений (точка "В" Чернова, или Ас3), процесс превращения заканчивается и при дальнейшем увеличении температуры происходит рост зерен аустенита. Рост зерен происходит вплоть до начала плавления металла.

Углерод в железе бывает в виде твердого раствора (замещения, или внедрения), или в виде химического соединения карбида.

Феррит - твердый раствор углерода в α-железе. Самая мягкая структура.
Аустенит - твердый раствор углерода в γ-железе.
Цементит - карбид железа Fe₃C. Самая твердая структура.

Практически все структуры получаемые в процессе термообработки металла являются продуктами распада аустенита и составляют феррито-цементитные смеси или твердые растворы.

Перлит - крупнозернистая смесь феррита и цементита (0,6-1,0 мкм, НВ 180-250).
Сорбит - более мелкая смесь (0,25-0,3 мкм, НВ 250-350).
Троостит - еще более мелкая смесь (0,1-0,15 мкм, НВ 350-450).
Мартенсит - метастабильный (неустойчивый), перенасыщенный раствор углерода в α-железе (НRC 60-65). После цементита второй по твердости. Бывает крупноигольчатый, мелкоигольчатый и бесструктурный, или скрытокристаллический. Последний назван так потому, что неразличим в микроскоп при стандартных увеличениях в 500-600 раз. Согласно учебнику, структура скрытокристаллического мартенсита является структурой правильно закаленной стали.
Бейнит - промежуточная структура между трооститом и мартенситом. Сочетает элементы перлитного и мартенситного превращения.

Из собственно процессов термообработки различают:

Отжиг - предназначен для измельчения и выравнивания структуры металла, а также снимает все внутренние напряжения. Заключается в нагреве изделия до определенной температуры и медленном охлаждении.

Закалка - заключается в нагреве металла до определенной температуры (для получения структуры аустенита) и быстрого охлаждения с заданной скоростью (для получения контролируемого процесса распада аустенита). В результате закалки повышается прочность и твердость, а пластичность снижается.

Отпуск - предназначен для снятия внутренних напряжений после закалки и получения конечной структуры металла изделия. Заключается в нагреве до температуры ниже критической точки начала интервала превращений (Ас1), выдержки и охлаждения. Существует низкий, средний и высокий отпуск.

Итак, когда с терминами относительно разобрались, рассмотрим какие процессы происходят в стали при ее нагреве-охлаждении.

В исходном состоянии (при комнатной температуре) сталь состоит из механической смеси феррита и цементита, т.е. можно сказать имеет перлитную структуру.
При нагреве изначально не происходит никаких изменений, но когда температура превышает критическую точку начала интервала превращений (Ас1) α-железо превращается в γ-железо, кроме того, начинается образование зерен аустенита. Следует заметить что аустенит начинает образовываться не при температуре критической точки, а несколько больше. Т.е. для образования аустенита необходим перегрев выше критической точки начала интервала превращений. Зерна начинают появляться на границе ферритной и цементитной фаз. Поскольку образование аустенита носит диффузный характер, при повышении температуры рост зерен ускоряется. Кроме того, на начало и окончание превращения влияет и скорость роста температуры. Чем быстрее набор температуры тем при более высоких ее значениях начинается и заканчивается превращение феррито-цементитной смеси (перлита) в аустенит, а также и уменьшается время превращения. При дальнейшем нагреве (если превращение уже произошло) происходит рост зерен аустенита, который обычно заключается в поглощении более крупными зернами более мелких. При отжиге такой процесс называется перегревом. Поскольку размер зерна продуктов распада аустенита зависит от размеров его исходного зерна, то перегрев крайне нежелателен, так как при крупном зерне металл становится хрупким. Если температура поднимается и дальше то возникает пережог, при котором зерна аустенита не только достигают максимального размера, но и начинается окисление металла по границам зерен, что приводит к ослаблению связи между зернами. Пережженный металл рассыпается даже при незначительных нагрузках. Пережог непоправимый брак. При дальнейшем нагреве металл плавится, приобретая аморфное состояние.
При охлаждении металла происходит обратное превращение (мы говорим о охлаждении с момента достижения температуры незначительно превышающей интервал превращений). После достижения температуры критической точки распада аустенита (это не обязательно бывает точка начала превращений при подъеме температуры, так как данная точка при охлаждении может иметь другое значение температуры) начинается его распад. Так же как для образования аустенита необходим перегрев, так и для его распада необходимо переохлаждение, т.е. снижение температуры до более низкой чем значение в точке начала распада аустенита. От степени переохлаждения зависят скорость превращения и строение продуктов его распада. В зависимости от скорости возможны 3 типа превращений. Перлитное, промежуточное и мартенситное.

Перлитное превращение происходит в интервале переохлаждения 500-700°С.
При 650-700°С образуется перлит. 600-650°С - сорбит. 500-600°С - троостит. Данное превращение имеет диффузный характер, как и образование аустенита.

Область промежуточного распада аустенита находится в интервале от ~500°С и до точки начала образования мартенсита М_н. Различают 2 типа бейнита. Верхний, который образуется при более высоких температурах и нижний. Верхний имеет строение подобное перлиту (пластинчатое), а нижний подобное мартенситу (игольчатое).

Мартенситное превращение имеет иную природу по сравнению с перлитным и основное отличие в том, что оно бездиффузное. Превращение начинается при постоянной, для конкретной стали, температуре (точка М_н) и при дальнейшем охлаждении заканчивается в точке М_к. Еще одно принципиальное отличие мартенситного превращения от перлитного в том, что при прекращении охлаждения в интервале точек М_н - М_к образование мартенсита прекращается даже если значение температуры и находится в пределах интервала мартенситного превращения.
Значение температуры точек М_н и М_к зависит от химического состава аустенита. Так с повышением кол-ва углерода диапазон сдвигается в сторону понижения температуры, так же происходит и в случае присутствия большинства легирующих элементов.

Такова теоретическая сторона вопроса. На практике, термообработка обычно состоит из 3х этапов. Отжиг, закалка, отпуск.

Отжиг - чаще всего является подготовительным этапом для дальнейших процессов. После отжига увеличивается пластичность стали и ее обрабатываемость. Существует несколько видов отжига.

Полный - нагрев стали до температуры на 20-30°С выше температуры интервала превращений Ас3, выдержкой при этой температуре и медленным охлаждением (обычно вместе с печью). При таком отжиге крупная феррито-цементитная смесь исходного состояния стали превращается в мелкую структуру аустенита и при медленном охлаждении (примерно 120-150° С в час) до 400-500° С и далее на воздухе, получается мелкая феррито-перлитная структура. При данном отжиге полностью снимаются внутренние напряжения в стали и происходит полная рекристаллизация. Полному отжигу подвергают доэвтектоидную сталь.
При полном отжиге легированной стали, в связи с тем что легирующие элементы повышают устойчивость аустенита, скорость понижения температуры должна быть в пределах 30-70° С. Это довольно сложно, а потому легированную сталь для повышения пластичности лучше подвергать изотермическому отжигу (см. ниже).
Заэвтектоидная сталь полному отжигу не подвергается. так как при указанных выше условиях отжига, при медленном охлаждении цементит будет выделяться в виде сетки по границам зерен аустенита, и как следствие такая сталь не будет обладать достаточной для обработки пластичностью и вязкостью.

Неполный отжиг - нагрев до температуры в интервале превращений (выше Ас1, но ниже Ас3), выдержка и медленное охлаждение. Используется когда не требуется полной фазовой рекристаллизации (как при полном отжиге) так как рекристаллизации подвергается только перлит. Подобного результата можно добиться высоким отпуском (см. ниже).

Изотермический отжиг - нагрев до температуры выше точки Ас3 (для доэвтектоидной стали) и Ас1 для заэвтектоидной, выдержка, ускоренное охлаждении до температуры ниже точки Ar1 на 50-100° С, выдержка и охлаждение на воздухе. Применяется чаще всего для отжига легированной стали с целью сокращения времени и получении более однородной структуры по сравнению с описанными ранее способами.

Нормализация - нагрев до температуры на 30-60° С выше точки Ас3, выдержка и охлаждение на спокойном воздухе. В результате нормализации полностью снимаются внутренние напряжения и получается тонкопластиночная структура перлита. Кроме того сокращается время процесса. Нормализация хорошо подходит для низкоуглеродистых сталей. Высокоуглеродистые после нормализации будут обладать значительно большей твердостью чем при отжиге, а потому будут иметь худшую обрабатываемость. Некоторые средне- и высоколегированные стали в.т.ч. быстрорежущие после нормализации будут иметь стуктуру мартенсита, т.е. для таких сталей нормализация не что иное как т.н. "воздушная закалка".

Существует еще несколько видов отжига, но мы на них останавливаться не будем за ненадобностью.
В нашем конкретном случае, для литой заготовки которая не будет подвергаться обработке деформацией, вполне приемлема нормализация, после выполнения которой заготовка будет иметь мелкозернистую структуру и полное отсутствие внутренних напряжений.

Для ШХ15 расчет нормализации следующий. Температура Ас3=900° С
Т_н = Ас3+ 30-50° С
Т_н =900+30-50=930-950° С

Для 65Г. Температура Ас3=745° С
Т_н = Ас3+ 30-50° С
Т_н =745+30-50=775-795° С

Закалка - является промежуточным этапом. Сущность технологии заключается в нагреве до определенной температуры, и быстром охлаждении.

При охлаждении следует учитывать такой параметр как критическая скорость закалки. Критической скоростью закалки называется температура при которой (и ниже ее) закаливаемая сталь приобретает структуру мартенсита, минуя перлитное превращение.

Доэвтектоидные стали нагреваются на 30-50° С выше критической точки Ас3. После охлаждения со скоростью больше критической получается структура мартенсита. Производить нагрев выше точки Ас1, для доэвтектоидных сталей нецелесообразно, так как исходная феррито-перлитная структура превратится в аустенит не полностью и после закалки помимо мартенсита будет остаточный феррит, который будучи самой мягкой структурой будет существенно снижать твердость закаленной стали. Такая закалка называется неполной.
Заэвтектоидные стали нагреваются до температуры на 30-50° С выше критической точки Ас1, однако в данном случае уменьшения твердости не происходит, так как в заэвтектоидных сталях после охлаждения получается структура мартенсита и цементита, а следовательно твердость наоборот повышается.

Расчет температур для точки Ас3 приведен выше. Точно такой же и для точки Ас1.

ВНИМАНИЕ!   Рассчитывая температуры отжига-нормализации, или закалки, обязательно учитывайте 2 фактора. Количество углерода в стали и требуемые механические свойства изделия.

Так ШХ15 - заэвтектоидная сталь, следовательно расчет температуры закалки производится от точки Ас1. 65Г - доэвтектоидная, а потому при закалке пользуемся точкой Ас3.

Кроме того, приведенные выше значения температур условны, так как режимы с их использованием не включают необходимых требований к готовому изделию. Так закалка ШХ15  для "деталей требующих повышенной твердости и износостойкости" согласно ГОСТ 801-78. Используется следующий режим: Закалка 820-860° С, масло. Отжиг 160-200° С, воздух. Такой режим обеспечивает твердость 58-62 HRC и необходимую износостойкость.

Из способов закалки различают:
Закалка в одной среде - изделие нагревается до необходимой температуры и охлаждается в одной среде.

Закалка в двух средах - изделие нагревается до необходимой температуры и погружается в быстро охлаждающую среду (обычно воду), а по достижении температуры ниже 500° С переносится в среду охлаждающую медленней (обычно масло). Это делается для того чтобы избежать перлитного превращения в диапазоне температур 500-700° С. Кроме того слишком быстрое охлаждение в интервале мартенситного превращения может привести к появлению трещин.

Существует еще несколько способов на которых останавливаться не будем.
Следует заметить что при закалке на мартенсит изделие увеличивается в объеме и если оно имеет сложную форму и при этом падение температуры в интервале мартенситного превращения будет слишком быстрым, возможны трещины.

Охлаждающие среды. В основном охлаждающие среды отличаются только скоростью понижения температуры. При закалке на мартенсит для углеродистых сталей используется вода, для легированных масло. Это связано с тем что легированная сталь обладает меньшей теплопроводностью.
Если необходима закалка для получения перлитной структуры, то обычно в качестве охладителя используется нагретое более чем до 200° С масло.

Режим закалки можно определить опытным путем. Как это сделать описано на сайте kuznec.com и хотя приведенная методика рассчитана в большей степени для закалки клинков ножей, тем не менее можно смело ею воспользоваться.
Приведу данную методику с небольшими комментариями.
Сначала изготовляется несколько пластинок из стали которую надо калить. Одна из пластинок разогревается и калится в воде, после чего ломается и определяется зернистость излома. Калить и ломать необходимо последовательно от минимальной температуры к максимальной.
Для разных сталей диапазоны температур разные.
Низкоуглеродистые стали: от 727° С до 950° С
Высокоуглеродистые стали: от 680° С до 850° С
Легированные стали: от 850° С до 1150° С
Данной манипуляцией мы получаем аустенит различной зернистости (чем меньше температура тем меньше зерно, но естественно существует нижний порог температуры, соответствующий точке Ас1) и находим температуру при которой получается требуемая зернитость, а вот какое зерно нужно для режущего инструмента это уже вопрос практики. Обычно нужно где-то между мелким и средним. Далее выбирается закалочная среда. Выбором среды мы определяем конечную структуру продуктов распада аустенита. Т.е. определяем что получится после закалки (от мартенсита до перлита).
Остальные свойства изделия получаются при помощи подбора режима отпуска.

Отпуск - при помощи отпуска снимаются внутренние напряжения и устанавливается окончательная структура металла изделия.
При отпуске изделие нагревается до температуры не превышающей точку Ас1, выдерживается и охлаждается на воздухе (сталь склонную к отпускной хрупкости охлаждают в воде), или в той же среде что и при закалке.
Бывают 3 вида отпуска.

Низкий - нагрев до температур не более 250° С . Получается структура мартенсита отпуска (с более стабильной кристаллической решеткой по сравнению с мартенситом закалки). Частично снимаются внутренние напряжения. Снижается хрупкость при высокой твердости и износостойкости.

Средний - нагрев до температуры 350-500° С. Получается структура троостита отпуска. Твердость незначительно снижается. Упругость достигает максимальных значений.

Высокий - нагрев до температуры 500-680° С. Получается структура сорбита отпуска. Твердость значительно снижается. Увеличивается пластичность и вязкость. практически полностью снимаются внутренние напряжения.

Для режущего инструмента, имеющего достаточную толщину лезвия в основании (если нож, то в обушке) оптимальным типом термообработки должна быть закалка на мартенсит, при низкой, или приближающейся к средней зернистости аустенита и низкий, или средний отпуск.

Выше описаны теоретические вопросы термообработки, теперь же приводим практические рекомендации.

Отжиг. Отжигу обязательно следует подвергать литой инструмент, а также инструмент который при термообработке был перегрет и как следствие имеет крупнозернистую структуру. Кованый инструмент можно не отжигать, хотя некоторые авторы (в частности мои знакомые термисты) все-же рекомендуют это делать. Нагрев для отжига необходим плавный, а потому лучшим вариантом будет муфельная печь. Заготовку следует располагать таким образом чтоб она имела опору по всей своей плоскости, иначе может деформироваться, поскольку при нагреве металл размягчается, то может согнуться под собственным весом. При изготовлении инструмента, перед закалкой, достаточно нормализационного отжига, который выравнивает структуру металла, но при этом прочность заготовки и ее твердость снижаются не очень выраженно. Температурный режим отжига подбирается согласно указанным выше рекомендациям.

Закалка. Имеет 2 изменяемых параметра. Температура закалки и условия охлаждения. Изменением температуры (в рамках температурного интервала для конкретной стали, обычно это диапазон температур от Ас1 до немного выше Ас3) можно подобрать размер зерна, что влияет на микроструктуру металла и механические свойства.
Подбором охлаждающей среды изменяем скорость охлаждения заготовки, что определяет конечную структуру изделия, чаще всего это мартенсит.
Нагрев под закалку также должен быть плавным. По достижении необходимой температуры необходимо сделать хоть небольшую выдержку. Погружение изделия в охлаждающую среду должно быть плавным, но и не слишком медленным. После погружения необходимо стараться держать изделие неподвижно, так как в случае если изделие имеет большую длину (например стамеска) может повести. Рекомендации по выбору температуры и закалочной среды указаны выше.

Существует технология низкотемпературной и высокотемпературной термомеханической обработки (НТМО, ВТМО). Ее сущность заключается в упрочнении металлов и сплавов при сохранении достаточной пластичности, совмещающий пластическую деформацию и упрочняющую термическую обработку (закалку и отпуск). (Технология термической обработки металлов. Самохоцкий В.И. Перфеновская Н.Г. стр. 76 )
НТМО достаточно сложный процесс, а потому здесь не рассматривается, что же касается ВТМО, данный процесс вполне применим на практике. Пластическая деформация (чаще всего ковка) проводится при температуре образования аустенита (Ас1-Ас3), после чего производится закалка и отпуск. Технологически, изделие нагревается до необходимой температуры, дается выдержка, после которой происходит пластическая деформация металла, по завершении которой закалка (чаще всего на мартенсит). Оптимальная степень деформации 20-30%. (Технология термической обработки металлов. Самохоцкий В.И. Перфеновская Н.Г. стр. 77 ).

Отпуск. Обычно требования к нагреву те же что и при закалке. Нагрев не обязательно должен быть плавным, но выдержка обязательна. Охлаждение на воздухе (чаще всего), или в той же среде что использовалась при закалке (используется редко. В основном при высоком отпуске).

Общие рекомендации. Если инструмент массивен и имеет достаточную толщину железки, и большой угол заточки, то его следует калить на твердость, так как прочность обеспечивается за счет массивности заготовки. Т.е. определяем температуру при которой образуется наименьшее зерно + делаем низкий отпуск, обязательно с выдержкой. Если заготовка тонкая, имеет малый угол заточки и не предназначена для ударных нагрузок (например работа киянкой), то калить лучше с приоритетом прочности. Зерно мелкое, или средних размеров. Отпуск средний.

В следующей статье пойдет речь о механической обработке, заточке и правке режущего инструмента.