Практическое занятие №5 закаливаемость и прокаливаемость стали

Закаливаемость и прокаливаемость - эти два понятия характеризуют важные свойства стали.

Под закаливаемостью понимают способность стали к получению максимальной твердости при закалке.

Под прокаливаемостью понимают способ­ность стали получить закаленный слой с мартенситной или трооститно-мартенситной структурой на определенную глубину.

За характеристику прокаливаемости принято считать крити­ческий диаметр D_К, т. е. наибольший диаметр цилиндра из дан­ной стали, который получат в результате закалки полумартенситную структуру в центре образца. Эта структура содержит 50% мартенсита и 50% троостита. В этом случае D_K обозна­чается D₅₀ Однако часто важно знать значение диаметра, где содержание мартенсита значительно выше: 95% и 99,9%. В этих случаях D_K обозначают D₉₅ и обозначают D₉₉. Вопрос о прокаливаемости возникает потому, что скорость охлаждения по сечению зака­ливаемой детали различная: она максимальная на поверхности, уменьшается в более глубоких от поверхности слоях и мини­мальная в центральной части детали, рис. 22.

Естественно, что твердость по сечению детали, не имеющей сквозную прокаливаемость, будет неодинаковая, например, для стали с 0,8% С может быть НRС 65 на поверхности до НКС 15 в центре. После отпуска, когда можно выровнять твердость по сечению, ряд других свойств (особенно а_п и а_т) в непрокалившихся участках сечения оказываются заведомо снижен­ными.

Рисунок 22.- Изменение твердости по сечению закаленной цилиндрической детали

Для машиностроительных деталей ответственного назначе­ния, которые работают в жестких условиях нагружения (на разрыв и, особенно, на удар), также для деталей типа пружин, рессор и подавляющего большинства инструментов требуется, чтобы после закалки структура по всему сечению состояла из 100% мартенсита, что обеспечит однородную структуру после отпуска.

Для деталей машин, работающих в условиях менее жесткого нагружения (в основном на изгиб и кручение) в последнее время за критерий прокаливаемости принимается 100% мартен­сита на глубине 0,5 радиуса детали.

Таким образом для конструктора, выбирающего материал для детали, знание прокаливаемости (критического диаметра Dк) стали весьма важно.

Ниже рассматривается определение прокаливаемости мето­дом торцевой закалки. При этом методе стандартный образец (1 = 100 мм и d = 25 мм) из исследуемой стали подвергается охлаждению струей воды только с торца. Естественно, что ско­рость охлаждения по удалению от торца будет уменьшаться (соответственно уменьшается и твердость).

На прокаливаемость влияет много факторов: а) состав аустенита (все элементы, растворяющиеся в аустените за исключением Со, увеличивают стабильность аустенита, сдвигают вправо С-образные кривые распада аустенита и уве­личивают прокаливаемость); б) с ростом зерна аустенита прокаливаемость также увеличивается; в) увеличение неоднород­ности аустенита и наличие нерастворимых частиц (оксиды, кар­биды) в аустените ускоряют распад аустенита и уменьшают прокаливаемость.

а) б)

Рис.22Кривые изменения твердости углеродистой стали с 0,3 % С (а) и легированной стали с 0,3 % С, 1,27% Si и 0,87 % Cr(б) в зависимости от расстояния охлаждаемого торца.

Рис.23. Зависимость твердости полумартенситной структуры HRC 50 от содержания углерода в стали.

Рис.24. Диаграмма для определения критического диаметра D₅₀ стали ускоренным методом.