Теоретическая часть. 1.1. Понятие прокаливаемости

1.1. Понятие прокаливаемости.
Факторы, влияющие на прокаливаемость

Под прокаливаемостью понимают способность стали закаливаться на определенную глубину.

Прокаливаемость не следует путать с закаливаемостью (то есть способностью стали упрочняться при ТО). Прокаливаемость измеряется в мм, а закаливаемость – в единицах твердости (HRC, HB).

Несквозная прокаливаемость стали объясняется тем, что при закалке (даже в сильно охлаждающей среде) скорость реального охлаждения любой детали на поверхности больше, чем в сердцевине. Так, например, в цилиндрическом образце (рис. 11.1) скорости охлаждения от поверхности к сердцевине изменяются по параболической кривой от до .

Рис. 11.1. Схема, объясняющая неполную прокаливаемость углеродистых сталей

В то же время каждая сталь, как известно, имеет свое определенное значение критической скорости ( ) и структура мартенсита при закалке образуется только при условии, если . В нашем случае лежит между и , поэтому в заштрихованном слое, где при закалке образуется структура мартенсита.

Для более глубинных слоев, где , образуются структуры ферритно-карбидных смесей: тростит, сорбит, перлит, т.е. эти слои не закалились на мартенсит и соответственно будут иметь меньшую твердость и прочность.

Практически за глубину прокаливаемости принимают расстояние от поверхности изделия до слоя, имеющего 50 % мартенсита и 50 % тростита (полумартенситная зона).

На величину прокаливаемости стали влияют несколько факторов и прежде всего – химический состав.

С увеличением содержания углерода и легирующих элементов (Mn, Cr, Ni, Mo, W, V, Ti) увеличивается устойчивость переохлажденного аустенита – правее расположены линии диаграммы изотермического распада (рис. 11.2). Следовательно, уменьшается значение и больше будет величина прокаливаемости.

а)	б)

Рис. 11.2. Диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита углеродистой (а) и легированной стали (б)

Большей прокаливаемости способствует также более сильно охлаждающая среда, например, одна и та же сталь при охлаждении в воде закалится на большую глубину, чем при охлаждении в масле.

Характеристикой прокаливаемости служит критический диаметр , то есть наибольший диаметр цилиндрического прутка, который в результате закалки в данной охлаждающей среде получил мартенситную или полумартенситную структуру в центре образца. В случае, если в центре образца получена полумартенситная структура, критический диаметр обозначается . Однако часто важно знать значение диаметра, где содержание мартенсита выше – 95 % или 99,5 %. В этом случае критический диаметр обозначается или .

Чтобы не ставить прокаливаемость в зависимость от закалочной среды, введено понятие – идеальный критический диаметр .

Это диаметр максимального сечения, прокаливающегося насквозь в идеальной жидкости (то есть жидкости, отнимающий тепло с поверхности с бесконечно большой скоростью). Значения и определяют методом торцовой закалки (см. пункт 1.2)

Углеродистые стали имеют , а легированные значительно больший – (10…200) мм.

Прокаливаемость – важная характеристика сталей, она имеет большое практическое значение, так как является одним из главных критериев при выборе той или иной марки стали для изготовления конструкций, деталей машин, инструментов, штампов и т.д.

Следует отметить, что прокаливаемость одной и той же стали может колебаться в значительных пределах в зависимости от колебаний химического состава, величины зерна, размера и формы изделия и многих других факторов. Поэтому обычно прокаливаемость стали характеризуют не кривой, а так называемой «полосой прокаливаемости».