ГлавнаяСталПрокаливаемость стали

    Прокаливаемость сталей: полосы прокаливаемости. Прокаливаемость стали


    24. Прокаливаемость сталей. Влияние несквозной прокаливаемости на механические свойства сталей. Критический диаметр (Dкр). Метод торцовой закалки.

    Прокаливаемость – способность получать закаленный слой с мартенситной и троосто-мартенситной структурой, обладающей высокой твердостью, на определенную глубину.

    (Закаливаемость – способность стали приобретать высокую твердость при закалке)

    За глубину закаленной зоны принимают расстояние от поверхности до середины слоя, где в структуре одинаковые объемы мартенсита и троостита.

    Несквозная прокаливаемость приводит к неоднородности свойств по сечению. В сердцевине механические свойства ниже. В первую очередь сопротивления пластичеким деформациям. Чем меньше критическая скорость закалки, тем выше прокаливаемость. Укрупнение зерен повышает прокаливаемость.

    Если скорость охлаждения в сердцевине изделия превышает критическую то сталь имеет сквозную прокаливаемость.

    Нерастворимые частицы и неоднородность аустенита уменьшают прокаливаемость.

    Характеристикой прокаливаемости является критический диаметр.

    Критический диаметр – максимальное сечение, прокаливающееся в данном охладителе на глубину, равную радиусу изделия.

    С введением в сталь легирующих элементов закаливаемость и прокаливаемость увеличиваются (особенно молибден и бор, кобальт – наоборот).

    Метод торцевой закалки. Нагретый образец быстро устанавливают в кронштейн и сейчас же, открыв кран, пускают струю воды, которая ударяет в торец образца. После охлаждения образца, продолжающегося 10—12 мин, закалившийся образец вынимают из кронштейна и сошлифовывают на нем с противоположных сторон две лыки, снимая слой металла толщиной 0,25 мм по диаметру, чтобы получить горизонтальные площадки для измерения твердости вдоль образца.

    При торцовой закалке образец фактически охлаждается со скоростью, постепенно уменьшающейся по мере удаления от торца. Чем дальше данная точка находится от торца, тем медленнее охлаждается сталь.

    Расстояние, на которое распространяется закалка по длине образца, является при торцовом методе мерой прокаливаемости.

    Так как о закалке можно судить по твердости (для конструкционной стали, перечисленных выше марок), то каждая точка вдоль испытываемого образца соответствует по твердости некоторому размеру круглого образца, в центре которого при закалке получается та же твердость.

    Измеряя твердость на боковой поверхности образца и нанося полученные данные на диаграмму, можно получить диаграмму прокаливаемости.

    25. Термическая обработка конструкционных (изделие типа вал, шестерня) и рессорно-пружинных сталей с учетом прокаливаемости.

    В качестве предварительной термической обработки конструкционных сталей проводят нормализацию, то есть нагрев стали выше линии Ac3 (для измельчения зерна в сплавах в результате полной перекристаллизации) с последующим охлаждением на спо­койном воздухе (скорость охлаждения 3 град/с).

    Рессорно-пружинные стали можно подвергать как отжигу (скорость охлаждения 20-30 град/ч), так и нормализацию.

    Потом проводят полную закалку - это нагрев сталей до температуры на 30-50 °С выше линии Ас3 (структура - мар­тенсит), выдержка с последующим быстрым охлаждением со скоростью, препятствую­щей диффузионному распаду аустенита.

    При закалке на мартенсит возникают остаточные напряжения (термиче­ские и структурные), которые могут с течением времени привести к изменени­ям размеров и формы готового изделия и даже его разрушению. Поэтому стали после закалки на мартенсит обязательно подвергают от­пуску. При отпуске закалённой стати ее нагревают до температур, не превы­шающих AC1.

    В случае изделий типа вал, штоки, оси, шестерни, лопатки применяется высокий отпуск сталей (улучшение) при 550-650 °С. Это вызывает коагуляцию (укрупне­ние) частиц цементита и уменьшение плотности распределения их в феррите. Эту структуру называют сорбитом. В результате высокого отпуска снижается сопротивление пластическим деформациям (предел текучести, твёрдость), и увеличиваются вязкость и пластичность. Закатка с высоким отпуском обеспе­чивает более высокие предел текучести и вязкость, повышается сопротивление стали зарождению и развитию трещин.

    Для рессорно-пружинных сталей применяют средний отпуск (350-400°С приводит к полному распаду мартенсита с образованием цементита, представляющего собой субмикроскопические час­тицы, распределенные с высокой плотностью в феррите. Такую структуру называют троститом. Тростит характе­ризуется высоким сопротивлением малым пластическим деформациям. Используется для пру­жинно-рессорных сталей.

    Чтобы сталь прокалилась насквозь нужно, чтобы скорость охлаждения была больше или равна критической скорости для данной стали. Если он будет меньше, то деталь прокалится не насквозь, то есть сорбид будет только на поверхности, а в середине будет Ф+П. Тогда проводить закалку не имеет смысла. Нужно выбрать другую сталь, к примеру, легированную – у них более высокие показатели прокаливаемости.

    studfiles.net

    Прокаливаемость стали

    Posted byМенеджерin Теория металла

    Под прокаливаемостью подразумевают способность стали закаливаться на определенную глубину. Прокаливаемость не надо смешивать с закаливаемостью, которая характеризуется максимальным значением твердости, приобретенной сталью в результате закалки. При закалке стали в зависимости от сечения детали и критической скорости закалки будет получаться различная структура от края к сердцевине.

    Так как внутренние слои детали охлаждаются медленнее наружных, то в тех объемах, где скорость охлаждения будет меньше критической, будет образовываться тростит, сорбит и т. д. Если сердцевина будет охлаждаться со скоростью, большей критической, то по всему сечению детали будет мартенситная структура. В соответствии с изменением • скорости охлаждения и структуры от края к сердцевине будет изменяться и твердость, следовательно, чем меньше критическая скорость закалки, тем больше прокаливаемость и, наоборот, чем больше критическая скорость закалки, тем меньше прокаливаемость.

    Характеристикой глубины прокаливаемости принято считать расстояние от поверхности до слоя с полумартенситной структурой (50% мартенсита и 50% тростита). Твердость полумартенситной структуры зависит от содержания углерода и повышается с повышением содержания углерода.

    Прокаливаемость можно определять по излому, измерением твердости по сечению образца и измерением твердости подлине образца (методом торцовой закалки).

    Определение прокаливаемости по излому производится на образцах сечением 20×20 мм, длиной 100 мм с надрезом для излома. Образцы нагревают в печи до температуры закалки, после выдержки охлаждают (с соответствующей скоростью), ломают и по излому определяют глубину прокаливаемости. Этот метод применяется для определения прокаливаемости главным образом инструментальных сталей.

    При определении прокаливаемости методом измерения твердости по сечению образец стали нагревают до температуры закалки, после выдержки охлаждают в воде или масле, разрезают и по диаметру измеряют твердость.

    trastcomp.ru

    Прокаливаемость стали

    Под прокаливаемостью подразумевают, способность стали закаливаться на определенную глубину. Прокаливаемость не надо смешивать с закаливаемостью, которая характеризуется максимальным значением твердости, приобретенной сталью в результате закалки. При закалке стали в зависимости от сечения детали и критической скорости закалки получается различная структура от края к сердцевине.

    Так как внутренние слои детали охлаждаются медленнее наружных, то в тех объемах, где скорость охлаждения меньше критической, образуется бейнит, троостит, сорбит или перлит. Если сердцевина охлаждается со скоростью, большей критической, то по всему сечению детали образуется мартенситная структура. В соответствии с изменением скорости охлаждения и структуры от края к сердцевине изменяется и твердость; следовательно, чем меньше критическая скорость закалки, тем больше Прокаливаемость, и наоборот, чем больше критическая скорость закалки, тем меньше Прокаливаемость.

    Характеристикой глубины прокаливаемости принято считать расстояние от поверхности до слоя с полумартенситной структурой (50% мартенсита и 50% троостита). Твердость полумартенситной структуры зависит от содержания углерода и повышается с повышением содержания углерода.

    Прокаливаемость можно определить по излому, измерением твердости по сечению образца и методом торцовой закалки.

    Определение прокаливаемости по излому проводят на образцах сечением 20 на 20 мм, длиной 100 мм с надрезом для излома. Образцы нагревают в печи до температуры закалки, после выдержки и охлаждают (с соответствующей скоростью), ломают и по излому определяют глубину прокаливаемости. Этот метод применяют для определения прокаливаемости главным образом инструментальных сталей.

    При определении прокаливаемости методом измерения твердости по сечению образец стали нагревают до температуры закалки, после выдержки охлаждают в воде или масле, разрезают и по диаметру измеряют твердость.

    По полученным данным строят кривую изменения твердости от края к сердцевине образца. Этот метод затруднителен, так как приходится разрезать закаленный образец.

    Наиболее распространенным методом определения прокаливаемости, в связи с его простотой и универсальностью, является метод торцовой закалки, впервые предложенный академиком Н.Т. Гудцовым. Сущность этого метода заключается в следующем. Цилиндрический образец нагревают (с защитой от окисления) до температуры закалки и после выдержки помещают в специальную установку, в которой образец закаливают с торца струей воды. Для измерения твердости закаленного образца по всей его длине с двух противоположных сторон сошлифовывают две фаски. Твердость измеряют от закаленного торца. Данные распределения твердости наносят на диаграмму, на которой по вертикальной оси откладывают твердость, а по горизонтальной оси – расстояние от закаливаемого торца. Для определения твердости в центре круглых деталей по результатам, полученным при торцовой закалке образца, при закалке их в воде или в масле рекомендуется пользоваться графиком.

    Прокаливаемость зависит от химического состава стали, а каждая марка стали имеет минимум и максимум содержания входящих в нее элементов. Поэтому обычно прокаливаемость стали данной марки характеризуется не одной, а двумя кривыми: одна – для верхнего, а другая – для нижнего предела содержания элементов, и тогда получается так называемая полоса прокаливаемости.

    На Прокаливаемость оказывают влияние скорость охлаждения, однородность структуры, температура нагрева, величина аустенитного зерна, исходная структура. С увеличением скорости охлаждения Прокаливаемость увеличивается; при неоднородной структуре, например, не полностью растворившихся карбидах и неметаллических включениях, которые являются центрами кристаллизации, Прокаливаемость снижается; повышение температуры нагрева приводит к росту зерна, получению более однородной структуры и в связи с этим к увеличению прокаливаемости.

    studfiles.net

    Прокаливаемость сталей: полосы прокаливаемости

    СОДЕРЖАНИЕ

    Прокаливаемость стали

    Прокаливаемость - способность стали приобретать мартенситную или троосто-мартенситную структуру на определенную глубину при закалке. Прокаливаемость стали зависит от критической скорости охлаждения, которая зависит от химического состава стали. Так, например, если фактическая скорость охлаждения в сердцевине детали при закалке будет выше критической для этой марки стали, то деталь будет иметь сквозную прокаливаемость. При этом за глубину закаленной зоны принимают расстояние от поверхности металла до полумартенситной структуры. Полумартенситной называют структуру, которая состоит из 50% мартенсита и 50% троостита. Ширина до полумартенситной зоны в цилиндрическом образце называется критическим диаметром или размером сечения, прокаливающимся насквозь.

    Прокаливаемость стали тем выше, чем меньше критическая скорость закалки, т.е., чем выше устойчивость переохлажденного аустенита.

    Прокаливаемость стали определяется по ГОСТ 5657-69 “Сталь. Методы испытания на прокаливаемость”. (документ откроется в новом окне) В ГОСТе описан так называемый метод торцевой закалки. Результаты эксперимента выражают графически в координатах “твердость - расстояние”. Т.е. график отображает изменение твердости по сечению после закалки. Прокаливаемость стали, даже в пределах одной и той же марки может существенно колебаться. Так происходит из-за того, что прокаливаемость зависит от состава стали, размера зерна, геометрии изделия и т.д. В связи с этим прокаливаемость стали характеризуют не кривой, а полосой прокаливаемости. Необходимо учитывать, что даже гостированные полосы прокаливаемости не всегда будут соответствовать фактической прокаливаемости изделия.

    Закаливаемость стали

    Закаливаемость - способность стали повышать твердость в результате закалки. Эта характеристика зависит в большей степени от содержания углерода в мартенсите и в меньшей от содержания легирующих элементов. [цитата из книги “Материаловедение”, М.Ю. Лахтин, 1990 г.]

    Также есть альтернативный вариант определения закаливаемости стали. Закаливаемость - способность стали воспринимать закалку, т.е. образовывать мартенситную структуру. Такая трактовка закаливаемости основывается на определении закалки стали и определении критической скорости охлаждения: закалка - нагрев стали до температуры выше критической или температуры растворения избыточных фаз, выдержка и охлаждение со скоростью выше критической. Критическая скорость охлаждения - минимальная скорость охлаждения аустенита в области его минимальной устойчивости, при которой подавляется распад аустенита на феррито-цементитную смесь и при которой обеспечивается структура мартенсита.

    Полосы прокаливаемости сталей

    heattreatment.ru

    Закаливаемость и прокаливаемость стали

    Под закаливаемостью понимают способность стали повышать твердость в результате закалки.Твердость закаленной стали – мартенсит – зависит, в основном, от содержания углерода (рис. 8.5). Углерод оказывает столь сильное упрочняющее влияние на мартенсит, что твердость закаленной стали практически не зависит от содержания легирующих элементов, растворенных в мартенсите по типу замещения, а определяется только концентрацией углерода.

    Под прокаливаемостью подразумевают глубину проникновения закаленной зоны.При охлаждении стали в процессе закалки поверхность охлаждается намного быстрее сердцевины. Если действительная скорость охлаждения в сердцевине будет меньше критической для данной стали, то сквозной закалки не получится. В сердцевине из аустенита может получиться вся гамма структур: от мартенсита на поверхности структура плавно переходит к тростомартенситу, затем трооститу и сорбиту до перлита в центре массивной детали.

    На рис. 8.6 изображена кривая распределения скоростей охлаждения по диаметру цилиндрического образца в сопоставлении с критической скоростью.

    Как видно из рисунка 8.6, увеличить прокаливаемость можно двумя способами: или повышать охлаждающую способность закалочной среды, т.е. увеличивать скорость охлаждения, или уменьшать критическую скорость охлаждения материала детали. На рис. 8.6 стрелками показано направление изменения кривых 1 и2 в случае повышения прокаливаемости. Когда кривая 1 станет выше прямой 2, прокаливаемость станет сквозной.

    Увеличение скорости охлаждения деталей для увеличения прокаливаемости нецелесообразно, т.к. это может привести к высоким термическим напряжениям и, значит, браку, поэтому обычно для получения сквозной прокаливаемости на деталях большого сечения используются стали с низкой критической скоростью охлаждения.

    Критическая скорость охлаждения зависит от всех факторов, влияющих на скорость распада аустенита, при этом С-кривые должны сдвигаться вправо.

    Очень сильно на критическую скорость, т.е. на прокаливаемость, влияет химический состав аустенита. С повышением концентрации углерода в аустените он делается устойчивее, критическая скорость закалки уменьшается. Наименьшей критической скоростью, т.е. наилучшей прокаливаемостью, обладают стали, состав которых близок эвтектоидному. Стали, содержащие до 0,3% С, имеют очень высокую критическую скорость, так что даже в воде такие стали практически не закаливаются, мартенситная структура получается только в очень тонких сечениях (рис. 8.7). Повышение критической скорости у заэвтектоидных сталей объясняется тем, что они закаливаются не из аустенитной, а из аустенитно-цементиной области (неполная акалка). Частицы элемента, являясь затравкой для перлитного превращения, уменьшают устойчивость переохлажденного аустенита, т.е. прокаливаемость (рис. 8.7).

     

     

    Рис. 8.6 Схема охлаждения детали по сечению при закалке. 1 - Кривая распределения скоростей охлаждения по диаметру детали; 2 – Критическая скорость охлаждения. Заштрихованный слой закаленный (мартенсит).

    Все легирующие элементы, растворенные в аустените (кроме кобальта), сдвигают С-кривые вправо, т.е. уменьшают критическую скорость закалки и улучшают прокаливаемость. Для этой цели широко используют добавки марганца, никеля, хрома и молибдена. Особенно эффективно комплексное легирование, при котором полезное влияние отдельных элементов на прокаливаемость взаимно усиливается. Например, для стали, содержащей 0,4% С и 3,5% Ni критическая скорость составляет 1500/с., а добавление 0,75% Мо снижает эту скорость примрно до 40/с.

    Нерастворенные частицы(карбиды, оксиды, интерметаллические соединения) ускоряют превращение, т.к. являются дополнительными центрами кристаллизации и увеличивают число центров при превращении А→П, т.е. снижают прокаливаемость.

    Неоднородный аустенитбыстрее превращается в перлит, прокаливаемость в этом случае уменьшается.

    Размер зерна аустенитатакже влияет на прокаливаемость. Увеличение размера зерна замедляет превращение, т.к. в этом случае уменьшается число центров перекристаллизации, которые образуются по границам зерен. Таким образом, с ростом зерен аустенита прокаливаемость увеличивается.

     

     

     

    Рис. 8.7 Зависимость критической скорости охлаждения от содержания углерода.

    Для практической оценки прокаливаемости пользуются величиной, которая называется критическим диаметром.

    Критический диаметр (Дк) – это максимальный диаметр цилиндрического прутка, который прокаливается насквозь в данном охладителе, например, есть Дкв (в воде), Дкм (в масле). Дкв всегда больше, чем Дкм.

    В таблице 8.2 приведены значения Дк для некоторых сталей в разных охлаждающих средах.

     

    Таблица 8.2

     

    Марка стали Критический диаметр Дк, мм
    в воде в масле в селитре
    -
    15-20 8-12 -
    30ХМ 50-60 30-40 -
    18ХГТ - 25-35 -
    20Х2Н4А - -
    18Х2Н4МА - до 200 -
    40ХН2МА 100-120 70-80 -
    38Х2МЮА -
    7ХФ20-258-155-89ХС 20-25 8-15 5-8
    9ХС 42-70 12-35 12-25
    ХГС 72-100 46-67 35-60

     

    Как влияет прокаливаемость на свойства стали?

    При отпуске в сердцевине из мартенсита получаются зернистые структуры (сорбит отпуска, тростит отпуска). Зернистые феррито-цементитные смеси одинаковой твердости обладают более высокими значениями , , ан (предел текучести, относительное сужение и ударная вязкость), чем пластинчатые (сорбит и тростит закалки). В связи с этим насквозь прокаленное сечение после закалки и отпуска будет обладать высоким комплексом механических свойств. Поэтому для ответственных деталей, таких как пружины, рессоры, шатуны, ответственные болты необходимо обеспечивать полную прокаливаемость по всему сечению – иметь 90% мартенсита в центре заготовки.

    Увеличивают прокаливаемость, в основном, легированием. Применение легированной стали, во-первых, обеспечивает сквозную прокаливаемость в больших сечениях, которые невозможно прокалить насквозь, если использовать углеродистую сталь (см. табл. 8.2). Во-вторых, замена углеродистой стали легированной позволяет перейти к менее резкому закалочному охлаждению в эмульсии, масле или даже на воздухе, что предотвращает коробление и трещины, особенно в деталях сложной формы или массивных сечениях.

     

     

    Способы закалки

    Чем сложнее форма детали, тем тщательнее следует выбирать условия охлаждения, т.к. у такой детали при быстром охлаждении возникают высокие напряжения из-за перепадов сечения.

    Чтобы уменьшить внутренние напряжения при закалке, избежать возникновения деформаций, трещин и в то же время получить нужные свойства, применяют различные способы охлаждения. В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды закалки: 1) непрерывная закалка; 2) прерывистая закалка; 3) ступенчатая закалка; 4) изотермическая закалка.

    Непрерывная закалка(см. рис. 8.8) получила наиболее широкое применение, т.е. детали охлаждают в одном охладителе.

    Во многих случаях, особенно для изделий сложной формы и при необходимости уменьшения деформации, применяют и другие способы закалки.

     

     

    Рис. 8.8 Кривые охлаждения для различных способов закалки (1-непрерывная; 2-прерывистая; 3-ступенчатая; 4-изотермическая)

    Прерывистая закалка(в двух средах). Изделие, закаливаемое по этому способу, сначала быстро охлаждают в воде до температуры несколько выше точки Мн, а затем быстро переносят в менее интенсивный охладитель (например, в масло или на воздух), в котором оно охлаждается до 200С. Такой способ закалки называют закалкой через воду в масло.

    Быстрое охлаждение в воде предотвращает перлитное превращение, а последующее замедленное охлаждение в масле уменьшает закалочные напряжения в мартенситном интервале.

    Этот способ широко применяют при закалке инструмента из высокоуглеродистой нелегированной стали, т.к. при непрерывной закалке в воде у такой стали обычно образуются трещины.

    Недостатком прерывистой закалки является трудность определения момента переброса из воды в масло. Этот способ требует от термиста достаточной квалификации.

    Другой способ уменьшения закалочных напряжений – ступенчатая закалка. Нагретое до температуры закалки изделие быстро погружают в ванну с горячей средой, а затем после некоторой выдержки выдают на воздух или погружают в холодное масло (см. рис. 8.8) Температуру горячей среды (температуру «ступеньки») выбирают вблизи мартенситной точки (на 20-300С выше нее) в области высокой устойчивости переохлажденного аустенита. Время выдержки на «ступеньке» не должно приводить к превращению аустенита в бейнит. При выдержке в горячей среде происходит выравнивание температуры по сечению изделия. Мартенситное превращение после этой выдержки происходит при медленном охлаждении и одновременно по всему объему, что уменьшает закалочные напряжения. После извлечения из горячей среды изделие некоторое время пластично, и его можно править для устранения коробления. Это особенно ценно для тонких и длинных изделий, при закалке которых даже в горячей среде неизбежно коробление. Наилучшие результаты дает правка персом. Правка может продолжаться при охлаждении ниже точки Мн, т.к. непосредственно в момент мартенситного превращения (но не после его окончания) пластичность повышена.

    Основной недостаток ступенчатой закалки – малая скорость охлаждения в горячей среде. Поэтому применение ступенчатой закалки к углеродистым сталям ограничено изделиями небольшого сечения (до 8-10 мм толщиной). Изделия из легированных сталей, у которых меньше критическая скорость охлаждения, можно подвергать ступенчатой закалке в больших сечениях. Особенно широко ступенчатой закалке подвергаются изделия из инструментальной хромистой стали (ШХ15, ХВГ и 9ХС).

    При ступенчатой закалке используют три группы горячих сред: минеральные масла, расплавы солей (селитра) и расплавы щелочей.

    Изотермическая (бейнитная) закалка.Закалку по этому способу выполняют, в основном, так же, как ступенчатую (рис. 8.8), но выдержка на «ступеньке» дается такой продолжительности, чтобы аустенит полностью превратился в нижний бейнит, поэтому эта «закалка» не является истинной, т.к. не приводит к получению мартенсита.

    Применяется такой вид термообработки для легированных сталей, при этом остается 10-20% остаточного аустенита, обогащенного углеродом. В этом случае обеспечивается высокая прочность при достаточной вязкости. Изотермическая закалка, например, широко применяется для закалки рессор.

     

    Похожие статьи:

    poznayka.org

    3.2.3. Закаливаемость и прокаливаемость стали

    Важными характеристиками стали, необходимыми для назначения технологических режимов закалки, являются закаливаемость и про­каливаемость.

    Под закаливаемостью понимают способность стали получать мак­симальную твердость при закалке. Главным фактором, определяющим закаливаемость, является содержание углерода в стали. Закаливае­мость оценивают по твердости поверхностного слоя стального образ­ца после закалки, поскольку на поверхности скорость охлаждения максимальна.

    Под прокаливаемостью понимают глубину закаленного слоя с мар-тенситной или трооститно-мартенситной структурой. Оценивается прокаливаемость расстоянием от поверхности изделия до слоя, в ко­тором содержится не менее 50 % мартенсита.

    На возможность образования различных структур по сечению де­талей после закалки указывает схема (рис. ЗЛО, а), где представлено распределение скоростей охлаждения по сечению цилиндрического прутка. Скорости охлаждения отличаются вследствие разных условий тепл оотвода на поверхности ив объеме прутка.

    Диаметр сквозной закалки, мм

    Рис. 3.10. Прокаливаемость сталей:

    а - схема зависимости прокаливаемое™ деталей от скорости закалки; б - кривые изменения твердости и влияния легирующих элементов на прокали­ваемость

    В данном случае кривые расположены так, что при указанных ус-ловиях-охлаждения на поверхности образца и на половине радиуса от нее будет образовываться преимущественно мартенситная структура, а в центре - смесь перлита с бейнитом. Естественно, что твердость по сечению детали, не имеющей сквозной прокаливаемое™, будет не одинакова.

    Диаметр заготовки, в центре которой после закалки образуется полумартенситная структура, называется критическим диаметром. Для экспериментального определения прокаливаемое™ применяет­ся способ торцевой закалки. Цилиндрический образец диаметром 0,025 м и длиной 0,1м, нагретый до температуры закалки, охлаждают с торца струей воды на специальной установке. После охлаждения измеряют твердость по образующей цилиндра и строят график изме­нения твердости по длине образца (рис. 3.10, б).

    Прокаливаемость определяется критической скоростью охлажде-ния стали. Если действительная скорость охлаждения в сердцевине изделия будет превышать критическую скорость закалки Ккр, то сталь получит мартенситную структуру по всему сечению и изделие будет иметь сквозную прокаливаемость.

    На прокаливаемость оказывают влияние не только скорость охлаж­дения, но и однородность структуры, температура нагрева, исходная структура и химический состав стали. Заметно повышают прокаливае­мость марганец, хром и молибден, меньше влияют никель и кремний. При одновременном введении в сталь нескольких легирующих эле­ментов их влияние может усиливаться. Более высокая прокаливае­мость легированных сталей по сравнению с углеродистыми объясняет­ся большей устойчивостью переохлажденного аустенита и, соответст­венно, меньшей критической скоростью охлаждения. С увеличением скорости охлаждения прокаливаемость сталей увеличивается. При наличии неоднородности структуры прокаливаемость снижается, так как нерастворившиеся карбиды и неметаллические включения явля­ются центрами кристаллизации, облегчающими образование перлита.

    studfiles.net

    Прокаливаемость стали

    Выше отмечалось, что механические свойства легированных сталей перлитного класса определяются в основном содержанием углерода. Однако даже относительно низкое легирование позволяет значительно повысить такую важную характеристику стали, как ее прокаливаемость.

    Прокаливаемость - это способность стали закаливаться (т.е. приобретать мартенситную структуру) на определенную глубину (cравните с закаливаемостью - работа 6). Поскольку основное требование закалки VохлVкр, то прокаливаемость зависит от соотношения скорости охлаждения Vохл и критической скорости закалки Vкр. Если в сердцевине образца Vохл<Vкр, это приводит к несквозной закалке (прокаливаемости) - рис. 7.2.

    При несквозной прокаливаемости на поверхности образца образуется мартенсит, а в сердцевине (где Vохл<Vкр) - пластинчатые структуры перлитного типа. В результате возникает неоднородность механических свойств по сечению детали, которая сохраняется и после отпуска. В частности, сердцевина будет иметь более низкую ударную вязкость (см. работу 6). Поэтому для ответственных изделий должны применяться стали со сквозной прокаливаемостью. Очевидно, что основной путь повышения прокаливаемости  - это уменьшение величины Vкр. Выше отмечалось, что легирование приводит к повышению устойчивости переохлажденного аустенита, соответственно  - к сдвигу линий С‑диаграммы вправо (рис. 7.1), а значит к снижению Vкр и повышению прокаливаемости1. Поэтому, чем больше диаметр изделия, тем более легированную сталь нужно применять для получения сквозной прокаливаемости.

    За глубину прокаливаемости обычно принимают расстояние от поверхности образца до зоны с полумартенситной структурой (50 % мартенсита + 50 % троостита) с высокой твердостью. Твердость сталей с полумартенситной структурой зависит в основном от содержания углерода и в гораздо меньшей степени - легирующих элементов  - рис. 7.3. Для определения прокаливаемости наиболее распространенметод торцовой закалки (ГОСТ 5657-69). Цилиндрический образец определенной формы и размеров нагревают до температуры закалки, а затем охлаждают с торца струей воды в специальной установке. Затем измеряют твердость по высоте образца, начиная с торца. Очевидно, что она убывает в этом направлении в связи с уменьшением скорости охлаждения и постепенным переходом от мартенситной к перлитным структурам. Далее строится график изменения твердости по длине образца L, и с помощью рис. 7.3 определяется критическое расстояние Lкр до полумартенситной зоны. Величина Lкр характеризует прокаливаемость стали данной марки. Однако для практики важнее знать величину критического диаметра Dкр – диаметра образца, прокаливаемого насквозь (в сердцевине полумартенситная структура) в данном охладителе. Значение Dкр определяется по величине Lкр, полученной методом торцовой закалки, с помощью номограммы, приведенной на рис. 7.4 (штриховая линия со стрелками показывает методику определения Dкр по величине Lкр при закалке в различных средах).

    Рис. 7.4. Номограмма для определения прокаливаемости (критического диаметра Dкр):

    а – «идеальная» охлаждающая среда, б – вода, в – масло, г – воздух

    studfiles.net