Прокаливаемость стали


Под прокаливаемостью подразумевают, способность стали закаливаться на определенную глубину. Прокаливаемость не надо смешивать с закаливаемостью, которая характеризуется максимальным значением твердости, приобретенной сталью в результате закалки. При закалке стали в зависимости от сечения детали и критической скорости закалки получается различная структура от края к сердцевине.

Так как внутренние слои детали охлаждаются медленнее наружных, то в тех объемах, где скорость охлаждения меньше критической, образуется бейнит, троостит, сорбит или перлит. Если сердцевина охлаждается со скоростью, большей критической, то по всему сечению детали образуется мартенситная структура. В соответствии с изменением скорости охлаждения и структуры от края к сердцевине изменяется и твердость; следовательно, чем меньше критическая скорость закалки, тем больше Прокаливаемость, и наоборот, чем больше критическая скорость закалки, тем меньше Прокаливаемость.

Характеристикой глубины прокаливаемости принято считать расстояние от поверхности до слоя с полумартенситной структурой (50% мартенсита и 50% троостита). Твердость полумартенситной структуры зависит от содержания углерода и повышается с повышением содержания углерода.

Прокаливаемость можно определить по излому, измерением твердости по сечению образца и методом торцовой закалки.

Определение прокаливаемости по излому проводят на образцах сечением 20 на 20 мм, длиной 100 мм с надрезом для излома. Образцы нагревают в печи до температуры закалки, после выдержки и охлаждают (с соответствующей скоростью), ломают и по излому определяют глубину прокаливаемости. Этот метод применяют для определения прокаливаемости главным образом инструментальных сталей.

При определении прокаливаемости методом измерения твердости по сечению образец стали нагревают до температуры закалки, после выдержки охлаждают в воде или масле, разрезают и по диаметру измеряют твердость.

По полученным данным строят кривую изменения твердости от края к сердцевине образца. Этот метод затруднителен, так как приходится разрезать закаленный образец.

Наиболее распространенным методом определения прокаливаемости, в связи с его простотой и универсальностью, является метод торцовой закалки, впервые предложенный академиком Н.Т. Гудцовым. Сущность этого метода заключается в следующем. Цилиндрический образец нагревают (с защитой от окисления) до температуры закалки и после выдержки помещают в специальную установку, в которой образец закаливают с торца струей воды. Для измерения твердости закаленного образца по всей его длине с двух противоположных сторон сошлифовывают две фаски. Твердость измеряют от закаленного торца. Данные распределения твердости наносят на диаграмму, на которой по вертикальной оси откладывают твердость, а по горизонтальной оси – расстояние от закаливаемого торца. Для определения твердости в центре круглых деталей по результатам, полученным при торцовой закалке образца, при закалке их в воде или в масле рекомендуется пользоваться графиком.

Прокаливаемость зависит от химического состава стали, а каждая марка стали имеет минимум и максимум содержания входящих в нее элементов. Поэтому обычно прокаливаемость стали данной марки характеризуется не одной, а двумя кривыми: одна – для верхнего, а другая – для нижнего предела содержания элементов, и тогда получается так называемая полоса прокаливаемости.

На Прокаливаемость оказывают влияние скорость охлаждения, однородность структуры, температура нагрева, величина аустенитного зерна, исходная структура. С увеличением скорости охлаждения Прокаливаемость увеличивается; при неоднородной структуре, например, не полностью растворившихся карбидах и неметаллических включениях, которые являются центрами кристаллизации, Прокаливаемость снижается; повышение температуры нагрева приводит к росту зерна, получению более однородной структуры и в связи с этим к увеличению прокаливаемости.