Закаливаемость і прокаліваемость стали, світ зварювання
Закаливаемость і прокаліваемость стали
Рис.1. залежність прокаливаемости
від величини критичної швидкості
загартування Vк:
а й а '- глибина загартованого шару;
Vк '- критична швидкість охолодження
вуглецевої сталі;
Vк "- критична швидкість охолодження
низьколегованої сталі;
Vк ' "- високолегованої сталі
(Сталь легована декількома елементами)
Якщо дійсна швидкість охолодження в серцевині буде менше Vк (Vк ', Vк "), то виріб прожарити тільки на деяку глибину а. а ', і прокаліваемость буде неповною. В цьому випадку в серцевині відбудеться розпад аустеніту з утворенням пластинчастої ферритно-карбідної структури (троостита, сорбіту або перліту).
Прожарювана тим вище, чим менше критична швидкість загартування, т. Е. Що стоїть стійкість переохолодженого аустеніту.
Леговані стали внаслідок більш високої стійкості переохолодженого аустеніту і відповідно меншою критичної швидкості охолодження (рис.1, Vк "і Vк '") прогартовуються на велику глибину, ніж вуглецеві. Сильно підвищують прокаліваемость марганець, хром, молібден і малі посадки бору (0,003-0,005%), менш сильно впливають нікель і кремній. Прожарювана особливо зростає при одночасному введенні в сталь декількох легуючих елементів.
Стійкість переохолодженого аустеніту підвищується, а критична швидкість загартування зменшується тільки за тієї умови, якщо легуючі елементи розчинені в аустеніт. Якщо ж легуючі елементи знаходяться в вигляді надлишкових частинок карбідів, то вони не підвищують стійкість аустеніту і можуть її зменшити, так як карбіди служать готовими зародками, що полегшують розпад аустеніту. Карбіди титану, ніобію і ванадію при нормально прийнятому нагріванні під загартування зазвичай не розчиняються в аустените і знижують прокаліваемость. Сильно впливає на прокаліваемость величина зерна аустеніту. В вуглецевої сталі при укрупненні зерна від бала 6 до 1-2 глибина загартованого шару зростає в 2-3 рази, тому підвищення температури і збільшення тривалості нагрівання підвищують прокаліваемость. Легуючі елементи, що знаходяться в вигляді карбідів, не тільки створюють додаткові центри, що сприяють розпаду аустеніту, а й подрібнюють його зерно, що також збільшує критичну швидкість загартування і зменшує прокаліваемость.
Вплив прокаливаемости на механічні властивості можна показати на прикладі. Заготовки з вуглецевої сталі з 0,45% С, діаметром 10 мм, прогартовуються в воді наскрізь. Після відпустки при 550 ° С виходить структура - сорбіт відпустки. Для такої структури характерні високі механічні властивості: σ в = 80 кгс / мм 2; σ 0,2 = 65 кгс / мм 2. δ = 16%; ψ = 50% і ан = 10 кгс · м / см 2. При діаметрі заготовки 100 мм і загартуванню у воді швидкість охолодження в серцевині значно менше критичної Vк. і там утворюється структура з пластинчастого перліту і фериту. Ця структура має більш низькими механічними властивостями: σ в = 70 кгс / мм2; σ 0,2 = 45 кгс / мм 2; δ = 13%; ψ = 40% і ан = 5 кгс · м / см 2. Для отримання однакових і високих механічних властивостей по всьому перетину в багатьох випадках необхідно забезпечити в процесі загартування наскрізну прокаліваемоеть.
Прожарювана вуглецевої сталі в невеликих перетинах (діаметром до 15-20 мм) можна визначити по виду зламу загартованих зразків. Часто прокаліваемость визначають за кривими розподілу твердості по перетину (рис.2). Для цього зразок ламають або розрізають і по діаметру перетину визначають твердість.
Прожарювана стали в загальному випадку визначають методом торцевої гарту (ГОСТ 5657-69). Циліндричний зразок певної форми і розмірів (рис.3), нагрітий до заданої температури, охолоджують водою з торця на спеціальній установці. Після охолодження вимірюють твердість по довжині (висоті) зразка. Так як швидкість охолодження зменшується в міру збільшення відстані від торця, буде зменшуватися і твердість.
Рис.4. Визначення критичного діаметра прокаливаемости стали:
а - номограмма; б - діаграма
Прожарювана навіть однієї і тієї ж стали може коливатися в значних межах залежно від змін хімічного складу, величини зерна, розміру і форми вироби і багатьох інших факторів. У зв'язку з цим прокаліваемость стали кожної марки характеризують не кривий, а так званої смугою прокаливаемости, яка не завжди відображає дійсну прокаліваемость стали в виробі. Смуги прокаливаемости для вуглецевої і легованої сталей, що містить 0,4% С, наочно показують вплив легуючих елементів, наведені на рис.5.