Закаливаемость і прокаліваемость стали

На рис. 8.6 зображена крива розподілу швидкостей охолодження по діаметру циліндричного зразка в зіставленні з критичною швидкістю.

Як видно з малюнка 8.6, збільшити прокаліваемость можна двома способами: або підвищувати охолоджуючу здатність закалочной середовища, тобто збільшувати швидкість охолодження, або зменшувати критичну швидкість охолодження матеріалу деталі. На рис. 8.6 стрілками показано напрямок зміни кривих 1 і 2 в разі підвищення прокаливаемости. Коли крива 1 стане вище прямої 2, прокаліваемость стане наскрізною.

Збільшення швидкості охолодження деталей для збільшення прокаливаемости недоцільно, тому що це може привести до високих термічним напруженням і, отже, шлюбу, тому зазвичай для отримання наскрізної прокаливаемости на деталях великого перерізу використовуються стали з низькою критичною швидкістю охолодження.

Критична швидкість охолодження залежить від усіх факторів, що впливають на швидкість розпаду аустеніту, при цьому С-криві повинні зрушуватися вправо.

Всі легуючі елементи, розчинені в аустеніт (крім кобальту), зрушують С-криві вправо, тобто зменшують критичну швидкість загартування і покращують прокаліваемость. Для цієї мети широко використовують добавки марганцю, нікелю, хрому і молібдену. Особливо ефективно комплексне легування, при якому корисний вплив окремих елементів на прокаліваемость взаємно посилюється. Наприклад, для сталі, що містить 0,4% С і 3,5% Ni критична швидкість становить 150 0 / с. а додавання 0,75% Мо знижує цю швидкість прімрно до 4 0 / с.

Нерозчинені частки (карбіди, оксиди, интерметаллические з'єднання) прискорюють перетворення, тому що є додатковими центрами кристалізації і збільшують число центрів при перетворенні А → П, тобто знижують прокаліваемость.

Неоднорідний аустенітбистрее перетворюється в перліт, прокаліваемость в цьому випадку зменшується.

Розмір зерна аустенітатакже впливає на прокаліваемость. Збільшення розміру зерна уповільнює перетворення, тому що в цьому випадку зменшується число центрів перекристалізації, які утворюються по межах зерен. Таким чином, з ростом зерен аустеніту прокаліваемость збільшується.

Мал. 8.7 Залежність критичної швидкості охолодження від вмісту вуглецю.

Для практичної оцінки прокаливаемости користуються величиною, яка називається критичним діаметром.

Критичний діаметр (Дк) - це максимальний діаметр циліндричного прутка, який прожарюється наскрізь в даному охолоджувачі, наприклад, є ДКВ (в воді), ДКМ (в олії). ДКВ завжди більше, ніж ДКМ.

У таблиці 8.2 наведені значення Дк для деяких сталей в різних охолоджувальних середовищах.

Як впливає прокаліваемость на властивості стали?

Збільшують прокаліваемость, в основному, легированием. Застосування легованої сталі, по-перше, забезпечує наскрізну прокаливаемость в більшому перерізі, які неможливо прожарити наскрізь, якщо використовувати вуглецеву сталь (див. Табл. 8.2). По-друге, заміна вуглецевої сталі легованої дозволяє перейти до менш різкого гартівно охолодження в емульсії, олії або навіть на повітрі, що запобігає викривлення і тріщини, особливо в деталях складної форми або масивних перетинах.

Чим складніше форма деталі, тим ретельніше слід вибирати умови охолодження, тому що у такий деталі при швидкому охолодженні виникають високі напруги через перепади перетину.

Щоб зменшити внутрішні напруження при загартуванню, уникнути виникнення деформацій, тріщин і в той же час отримати необхідні якості, застосовують різні способи охолодження. Залежно від способу охолодження розрізняють наступні види загартування: 1) безперервна гарт; 2) переривчаста гарт; 3) ступінчаста гарт; 4) ізотермічна гарт.

Безперервна гарт (див. Рис. 8.8) отримала найбільш широке застосування, тобто деталі охолоджують в одному охолоджувачі.

У багатьох випадках, особливо для виробів складної форми і при необхідності зменшення деформації, застосовують і інші способи загартування.

Мал. 8.8 Криві охолодження для різних способів загартування (1-безперервна; 2-переривчаста; 3-ступінчаста; 4-изотермическая)

Переривчаста гарт (в двох середовищах). Виріб, гартувати за цим способом, спочатку швидко охолоджують у воді до температури трохи вище точки Мн, а потім швидко переносять в менш інтенсивний охолоджувач (наприклад, в масло або на повітря), в якому воно охолоджується до 20 0 С. Такий спосіб гарту називають загартуванням через воду в масло.

Цей спосіб широко застосовують при загартуванню інструменту з високовуглецевої нелегованої сталі, тому що при безперервної загартування у воді у такий стали зазвичай утворюються тріщини.

Недоліком переривчастої гарту є труднощі визначення моменту перекидання з води в масло. Цей спосіб вимагає від терміста достатньої кваліфікації.

Основний недолік ступінчастою загартування - мала швидкість охолодження в гарячому середовищі. Тому застосування ступінчастою загартування до вуглецевої сталі обмежена виробами невеликого перерізу (до 8-10 мм завтовшки). Вироби з легованих сталей, у яких менше критична швидкість охолодження, можна піддавати ступінчастою загартування в більшому перерізі. Особливо широко ступінчастою загартування піддаються вироби з інструментальної хромової сталі (ШХ15, ХВГ і 9ХС).

При ступінчастою загартування використовують три групи гарячих середовищ: мінеральні масла, розплави солей (селітра) і розплави лугів.

Застосовується такий вид термообробки для легованих сталей, при цьому залишається 10-20% залишкового аустеніту, збагаченого вуглецем. У цьому випадку забезпечується висока міцність при достатній в'язкості. Изотермическая гарт, наприклад, широко застосовується для гарту ресор.