Закаливаемость і прокаліваемость сталей

Закаливаемость стали. Під закаліваемостью розуміють здатність стали набувати високу твердість після гарту. Така здатність залежить головним чином від вмісту вуглецю в стали: чим більше вуглецю, тим вище твердість. Пояснюється це тим, що з підвищенням вмісту вуглецю збільшується число атомів, насильно утримуваних під час гартування в атомній решітці заліза. Іншими словами, збільшується ступінь пересичення твердого розчину вуглецю в залозі. В результаті зростають внутрішні напруження, що, в свою чергу, сприяє збільшенню числа дислокацій і виникненню блокової структури.

Мал. 19. Швидкість охолодження при загартуванню на поверхні (v1), в проміжному шарі (v2) і в центрі (v3): v1> v2> v3

Глибина проникнення загартованої зони, т. Е. Прокаліваемость, залежить головним чином від хімічного складу сталі. З підвищенням вмісту вуглецю до 0,8% прокаліваемость стали підвищується. Подальше підвищення його змісту трохи знижує прокаліваемость.

За винятком кобальту все легуючі елементи, розчинені в аустеніт, ускладнюють його розпад і, отже, зменшують критичну швидкість загартування. В результаті збільшується прокаліваемость.

Для поліпшення прокаливаемости в сталь вводять марганець, хром, нікель, молібден і ін. Елементи. Особливо ефективно діє комплексне легування, при якому корисний вплив окремих елементів на прокаліваемость взаємно посилюється. Наприклад, для сталі з 0,4% С і 3,5% Ni критична швидкість загартування дорівнює 150 ° С / с, а добавка 0,75% Мо знижує цю швидкість до 4 ° С / с.

Ті легуючі елементи, які з вуглецем можуть давати хімічні сполуки у вигляді карбідів (вольфрам, ванадій, титан і ін.), Підвищують прокаліваемость тільки в тому випадку, якщо вони при температурі гарту виявляються розчиненими в аустените. Якщо ж вони будуть залишатися в складі карбідів, то прокаліваемость знижується. У зв'язку з цим з метою найбільш повного розчинення карбідів і підвищення завдяки цьому прокаливаемости іноді значно збільшують температуру нагрівання при загартуванню.

З усього сказаного про вплив легуючих елементів на прокаліваемость стали слідують два дуже важливих висновки:

1) при використанні легованих сталей можна отримати наскрізну прокаливаемость в деталях великого перерізу, які неможливо загартувати наскрізь при виготовленні їх з вуглецевої сталі;

2) застосування легованої сталі замість вуглецевої дозволяє знизити швидкість охолодження, необхідну для загартування, і використовувати в якості охолоджувача замість води - масло. В результаті знижуються гартівні напруги, зменшується викривлення і небезпеку утворення тріщин.

Поряд з хімічним складом на прокаліваемость впливають і деякі інші фактори: однорідність аустеніту, відсутність в ньому карбідів і інших домішок і включень, величина зерна і ін. Чим однорідніше аустенит і більше розмір його зерен, тим вище буде прокаліваемость.