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.

Практическая часть

Порядок выполнения работы

Для выполнения задания необходимо:

1. Получить у преподавателя номер варианта индивидуального задания и выписать его из таблицы 9.

2. Начертить в масштабе анализируемую диаграмму состо­яния.

3. Определить твердость полумартенситной структуры HRC_50M взависимости от содержания углерода в стали.

4. Определить глубину закалки.

5 Определить крити­ческий диаметр Dk.

6. Результаты записать в таблицу.

7. Написать практическую часть отчета о работе в соответ­ствии с вышеуказанными пунктами задания.

Таблица 9

Индивидуальные задания по определению прокаливаемости стали.

№ варианта
Марка стали	18кп	20пс	30ХГСА		ВСт5пс	ВСт6сп	35ХН2М	25Х2НМЛ

№ варианта
Марка стали	35ХГС	40ХНМА		40Г2	45ХН2МФА	36Х2Н2МФА	А40Г

2.2.Пример выполнения задания.

На рис. 22 представлены значения твердости в зависимости от расстояния от торца двух сталей: с~0,3% С, кривая а, и с 0,3% С, 1,27% Si и 0,87% Сг, кривая б. Далее по кривой определяют h расстояние от торца образца до полумартенситной зоны: т. е. области, где структура состоит из 50% мартенсита и 50% троостита. Для этого на рис. 23 приведена кривая, показывающая твердость полумартенситной структуры HRC_50M от содержания углерода в стали. (HRC_50M легированной стали при равном содержании углерода выше не больше, чем на 5 ед.). Из рис. 23 определяем для стали с 0,3% С HRC_50M = 37, для стали ЗЗХС HRC_50M =42. Отложив по оси ординат на рис. 22 значения твердости HRC_50M = 37 и HRC_50M = 42, проводим горизонтали до пере­сечения с кривыми HRC = f(h). Спроектировав полученные точки пересечения на ось расстояний, получим, что расстояние до полумартенситной зоны для углеродистой стали равно ~4мм, для легированной стали ~ 10 мм. Для определения D₅₀ используем диаграмму на рис. 24. Отложим по оси абсцисс найденные расстояния и из полученных точек восстановим пер­пендикуляры до кривой «вода». Из полученных точек пересе­чения проведем горизонтали до пересечения с осью ординат и находим, что при закалке в воде D_kуглеродистой ста­ли с С = 0,3% около 20 мм, для легированной D_k= 40 мм. Результаты занести в таблицу 10.

Таблица 10.

Определение прокаливаемости стали.

№ вар.	Марка стали	Хим состав	HRC50M	h,мм	D50 (Dкр),мм
С,%	Вредные примеси, %	Др. компон., %
		0,3	S-0.35 P-0.35	-
	30ХС	0,3	S-0.35 P-0.35	Cr-0.87 Si-1.27

 

Практическое занятие №6