Закаливаемость і прокаліваемость - навчальний посібник Луганськ

У другому зразку з ма-лій Vкp досягається наскрізна прокаливаемость, так як Vохл перевищує Vкp по всьому перетину циліндра. Таким чином, величина прокаливаемости визна-ляется швидкістю охолодження і критичною швидкістю гарту.

Збільшення прокаливаемости вироби даних розмірів може бути досягнуто шляхом підвищення швидкості охолодження. Однак збільшення швидкості охолодження призводить до зростання внутрішніх напружень, що в свою чергу, може викликати появу гартівних дефектів (жолоблення, гартівні тре Київщини). Найбільш ефективний шлях збільшення прокаливаемости - менше-ня критичної швидкості гарту. Остання визначається стійкістю переохолодженого аустеніту.

Всі чинники, що збільшують стійкість переохолодженого аустеніту, підвищують і прокаліваемость сталей. Особливо сильно на прокаліваемость впливає хімічний склад сталей. Вуглецеві сталі характеризуються малою стійкістю переохолодженого аустеніту, і, отже, високою Vкр, і тому мають невелику прокаліваемость. Значне збільшення стійкості переохолодженого аустеніту і прокаливаемости досягається шляхом легування.

Особливо ефективно збільшує прокаливаемость когось комплексних легування хромом, нікелем, марганцем і молібденом.

При наскрізний прокаливаемости властивості стали безпосередньо після гарту досить однорідні по перетину виробу. Ця закономірність зберігається і після остаточного відпустки. При неповної прокаливаемости в загартованому стані твердість знижується від поверхневих загартованих шарів до центру вироби. Відпустка при високих температурах може значно зменшити відмінності в твердості по перетину виробу. Однак межа текучо-сти, пластичність і ударна в'язкість в центральних шарах буде нижче, ніж в поверхневому загартованому шарі. Це обумовлено різним характером ферріто-карбідної структури. Високий відпустку призводить до формування в по-поверхневому загартованому шарі сорбіту відпустки, що складається з фериту, маю-ного субзеренное будова, і карбідних частинок глобулярної форми. У серд-цевіне вироби, де в процесі охолодження розпад переохолодженого аустеніту пройшов по дифузійному механізму, відпустку при високих температурах не викликає глибоких змін структури: зберігається пластинчатая форма карбідів.

У зв'язку з вищесказаним, при загартуванню виробів відповідального призначення, які повинні володіти високими і однорідними механічними властивостями по всьому перетину, прагнуть мати повну прокаліваемость.

Прожарювана визначається методом торцевої гарту (рис. 32.2.). Циліндричний зразок певних розмірів піддають аустенітизації і поміщають в спеціальну установку, в якій він охолоджується з торця струменем води під певним напором.

Мал. 32.3. Смуга прокаливаемости стали 18ХГМ
На прокаліваемость стали впливають коливання хімічного складу, величина зерна аустеніту і інші фактори. Тому кожна сталь характеризує-ся смугою прокаливаемости, яку будують на підставі дослідження великої кількості плавок (рис. 32.3.).
^ Умови проведення загартування
Найбільш важливими параметрами гарту є температура нагріву і швидкість охолодження.

Для заевтектоідних вуглецевих сталей температура нагріву під загартування перевищує точку АС1 на 30 ... 50 ° С. Так як при цьому нагрів здійснюється в інтервал Ac1 ... Acm. то частина цементиту залишається нерозчиненої. Перед загартуванням заевтектоідние стали піддаються Сфероідізірующій відпалу і мають структуру зернистого перліту. Тому для нерастворившихся при нагріванні цементітних частинок характерна глобулярна форма.

Мал. 32.4. Діаграма станів Fe-C з інтервалом температур нагрівання під загартування вуглецевих сталей
Такі карбіди в структурі загартованих заевтектоідних сталей, використовуваних для виготовлення інструменту, корисні, так як вони підвищують зносостійкість.

Гартівні напруги складаються з термічних і структурних. При загартуванню швидкість охолодження поверхневих і центральних шарів різна.

У міру зниження температури поверхні інтенсивність пароутворення знижується, парова оболонка стає тоншою, а потім починає руйнуватися. При цьому поліпшується контакт рідини з поверхнею виробу. На кипіння рідини біля поверхні витрачається велика кількість тепла і швидкість охолодження істотно зростає. Настає так звана стадія пухирчастого кипіння. Коли температура поверхні виробу ста-ні нижче температури кипіння рідини, тепловідвід буде здійснюватися конвекцією і інтенсивність охолодження різко снізітсяснізітся. Настає стадія конвективного теплообміну.

Мал. 32.5. Залежність швидкості охолодження срібного кульки діаметром 20 мм від температури: 1 - вода; 2 - мінеральне масло

Мінеральне масло охолоджує повільніше, ніж вода, в усьому температурному діапазоні охолодження виробів при загартуванню, що обумовлено меншою теплотою пароутворення і більшою в'язкістю масла (див. Рис. 32.5.). У зависи-мости від сорту масла перехід від плівкового до бульбашкового кипіння наблю-дається при температурах 500 ... 400 ° С, а температура початку стадії КОНВЕКТА-ного теплообміну коливається в межах від 400 до 200 ° С.

Добавки солей і лугів збільшують охолоджуючу здатність води. Водні розчини полімерів дозволяють охолоджувати зі швидкостями, переможе-точними між швидкостями, досягаються при охолодженні у воді і маслі.
^ Способи загартування, що знижують внутрішні напруги
Найпростіший і найбільш поширеною є безперервна гарт. Нагріте до температури аустенітизації виріб поміщають в гартівну середу до повного охолодження. Такий спосіб гарту застосовують для виробів простої форми з вуглецевих і легованих сталей. Головний його недолік - виникнення високих внутрішніх напружень.

Для зменшення внутрішньої напруги застосовують загартування з подстуживания. Нагріте виріб не відразу поміщають в воду або масло, а деякий час подстужівают на повітрі. При цьому подстуживания повинно виключати дифузний розпад переохолодженого аустеніту.

Зменшити рівень внутрішніх напружень дозволяє ступінчаста гарт. Виріб з температури аустенітизації переносять в ванну з розплав-ленній селітрою або лугом і охолоджують до температури на 20 ... 40 ° С ви-ше точки Мн. Витяг забезпечує вирівнювання температури по перетину виробу, але при цьому вона не повинна перевищувати тривалість інкубаційного періоду розпаду переохолодженого аустеніту при обраній температурі. Після закінчення витримки виріб охолоджують уповільнено (зазвичай на повітрі).

Мал. 32.6. Загартування в двох середовищах (1) і ступінчаста гарт (2)

Мал. 32.7. изотермическая гарт

Для виробів невеликого перерізу з середньовуглецевих легованих сталей застосовують ізотермічну загартування. При такій обробці, як і при ступінчастою загартування, здійснюють витримку при температурах на 20 ... 40 ° С вище точки Мн. Але при цьому тривалість витримки така, що вона забез-чивает розпад переохолодженого аустеніту по проміжному механізму і формування структури нижнього бейнита (рис. 32.7.). Изотермическая гарт дозволяє не тільки зменшити гартівні напруги, а й отримати благо-приємне поєднання механічних властивостей. Рівень міцності ізотермічні загартованих сталей приблизно такий же, який досягається при загартуванню на мар-тенсу і відпустці 450 ... 550 ° С. Але при однаковому рівні міцності ізотер-мическая гарт забезпечує більш високу ударну в'язкість, а в багатьох випадках і велику пластичність.

Для деяких виробів, для яких не потрібно повної прокаливаемости, може бути використана гарт з самоотпуском. Нагріте виріб витримують в закалочной середовищі не до повного охолодження. Воно переривається в умовах, коли серцевина вироби зберігає деяку кількість тепла. За рахунок цього тепла розігріваються поверхневі загартовані шари і відбувається із-дит їх відпустку. Так як при такому режимі обробки серцевина вироби загартуванню не береться, то вона буде мати більш низьку твердість ніж поверхневі шари. Загартування з самоотпуском часто застосовується для інструмент-ту, що працює з ударними навантаженнями, у якого висока твердість по-поверхневих шарів повинна поєднуватися з підвищеною в'язкістю серцевини.