что влияет на прокаливаемость стали

Закаливаемость и прокаливаемость стали. Закаливаемость – способность стали повышать твёрдость при закалке

Закаливаемость – способность стали повышать твёрдость при закалке. Закаливаемость зависит от содержания углерода в мартенсите: чем больше в нем углерода, тем выше его твердость.

Прокаливаемость – способность стали получать структуру мартенсита на определённую глубину. Она характеризуется критическим диаметром: DКР – максимальный диаметр цилиндрического образца, в центре которого после закалки образуется мартенситная структура (сквозная прокаливаемость) или структура полумартенсита (50% мартенсита + 50% троостита).

Для деталей, воспринимающих рабочую нагрузку равномерно по всему сечению, необходима сквозная прокаливаемость для получения однородной отпускной структуры и, следовательно, одинаковых свойств по всему сечению.

Факторы влияющие на прокаливаемость стали:

Прокаливаемость тем выше, чем выше устойчивость переохлажденного аустенита и меньше критическая скорость закалки. Прокаливаемость зависит от химического состава, размера зерна (температуры нагрева), охлаждающей среды, формы и габаритов детали.

Основное влияние на прокаливаемость стали оказывают легирующие элементы. Легирующие элементы, растворенные в аустените (кроме кобальта), смещая С-кривую вправо, повышают его устойчивость, Vкр снижается, а прокаливаемость увеличивается. Для повышения прокаливаемости в стали добавляют хром, марганец, кремний, никель, молибден, вольфрам, малые добавки бора. Легированные стали с более высокой прокаливаемостью используют для изготовления крупных деталей.

Легирующие элементы, находящиеся в виде карбидов, нитридов (V, Ti, Nb) уменьшают устойчивость аустенита, снижая прокаливаемость.

Влияние размера зерна аустенита. Зародыши феррито-цементитной структуры преимущественно образуются по границам зерен аустенита. Чем крупнее зерно, тем меньше суммарная протяженность границ, меньше число возникающих зародышей и выше устойчивость аустенита. Повышение температуры и длительности нагрева приводит к укрупнению зерна, и, следовательно, к увеличению прокаливаемости.

Источник

Прокаливаемость и закаливаемость стали

Прокаливаемость важнейшая характеристика стали, определяющая выбор марки стали в зависимости от размеров закаливаемой заготовки.

Закаливаемость стали характеризует твердость правильно закаленной стали и измеряется в единицах твердости. Чем больше содержание в стали углерода, тем больше искажения решетки мартенсита и выше твердость. Легирующие элементы на закаливаемость влияют слабо.

Прокаливаемость – это способность стали получать закаленный слой определенной глубины. Скорость охлаждения уменьшается от поверхности детали к центру, поэтому при большой толщине детали может оказаться, что в ее сердцевине скорость охлаждения меньше критической (рис.49). В этом случае на мартенсит закалится только поверхностный слой детали, а сердцевина будет незакаленной, с мягкой феррито-перлитной структурой.

Рис. 49. Изменение скорости охлаждения по сечению детали

Прокаливаемость это расстояние от поверхности до того места, где в структуре наблюдается 50% мартенсита и 50% троостита (полумартенситная зона). Твердость полумартенситной зоны зависит от содержания углерода в стали (рис.50). Прокаливаемость выражается в мм и зависит от состава стали, а точнее от величины критической скорости закалки. С увеличением содержания углерода и легирующих элементов, критическая скорость закалки уменьшается, и глубина прокаливаемости увеличивается.

Рис. 50 Твердость полумартенситной зоны углеродистой стали.

Для характеристики прокаливаемости стали в справочниках приводят величину критического диаметра.

Критический диаметр – это максимальный диаметр цилиндрического прутка, который прокаливается насквозь в конкретной охлаждающей среде.

Чем больше прокаливаемость стали, тем лучше. Углеродистая сталь при охлаждении в воде имеет критический диаметр всего 10-15 мм. Прокаливаемость стали зависит главным образом от содержания легирующих элементов, которые затрудняют диффузионный распад аустенита, уменьшая тем самым критическую скорость охлаждения при закалке. Чем больше легирующих элементов в стали, тем выше ее прокаливаемость. Чем больше размер заготовки, тем более легированная сталь должна быть применена. Кроме того прокаливаемость больше при увеличении размера зерна аустенита и повышении его химической однородности.

Закаливаемость и прокаливаемость сталей определяют опытным путем. Значения этих характеристик для различных сталей приведены в справочниках.

Для определения прокаливаемости применяют стандартный метод торцевой закалки. Стандартный цилиндрический образец после нагрева в печи быстро переносят в специальную установку, в которой его охлаждают струей воды под напором только с торца. После полного охлаждения по его образующей производят замер твердости, начиная от торца, и строят кривую прокаливаемости. Величину прокаливаемости определяют по расстоянию от торца до полумартенситной зоны (рис.51), твердость которой известна заранее по экспериментальным данным, и определяется в основном содержанием углерода.

Рис. 51. Изменение твердости по длине образца после торцевой закалки.

Определение критического диаметра для изделий простой формы (шар, цилиндр, параллепипед) может быть проведено с достаточно высокой точностью с помощью специальной номограммы (рис.52). Исходной физической характеристикой является расстояние до полумартенситной зоны, полученное экспериментально в результате торцевой закалки. Эта величина откладывается на шкале сверху номограммы. От этой точки опускается перпендикуляр до линии идеального охлаждения и из нее проводится горизонтальная линия до пересечения с линией охлаждения в воде, в масле, или на воздухе. А из этих точек опускаются перпендикуляры до шкал тела определенной формы расположенных внизу номограммы.

Рис. 52. Определение критического диаметра по данным торцевой закалки

Источник

Факторы влияющие прокаливаемость сталей

Закаливаемость и прокаливаемость стали. Закаливаемость – способность стали повышать твёрдость при закалке

Закаливаемость – способность стали повышать твёрдость при закалке. Закаливаемость зависит от содержания углерода в мартенсите: чем больше в нем углерода, тем выше его твердость.

Прокаливаемость – способность стали получать структуру мартенсита на определённую глубину. Она характеризуется критическим диаметром: DКР – максимальный диаметр цилиндрического образца, в центре которого после закалки образуется мартенситная структура (сквозная прокаливаемость) или структура полумартенсита (50% мартенсита + 50% троостита).

Для деталей, воспринимающих рабочую нагрузку равномерно по всему сечению, необходима сквозная прокаливаемость для получения однородной отпускной структуры и, следовательно, одинаковых свойств по всему сечению.

Факторы влияющие на прокаливаемость стали:

Прокаливаемость тем выше, чем выше устойчивость переохлажденного аустенита и меньше критическая скорость закалки. Прокаливаемость зависит от химического состава, размера зерна (температуры нагрева), охлаждающей среды, формы и габаритов детали.

Основное влияние на прокаливаемость стали оказывают легирующие элементы. Легирующие элементы, растворенные в аустените (кроме кобальта), смещая С-кривую вправо, повышают его устойчивость, Vкр снижается, а прокаливаемость увеличивается. Для повышения прокаливаемости в стали добавляют хром, марганец, кремний, никель, молибден, вольфрам, малые добавки бора. Легированные стали с более высокой прокаливаемостью используют для изготовления крупных деталей.

Легирующие элементы, находящиеся в виде карбидов, нитридов (V, Ti, Nb) уменьшают устойчивость аустенита, снижая прокаливаемость.

Влияние размера зерна аустенита. Зародыши феррито-цементитной структуры преимущественно образуются по границам зерен аустенита. Чем крупнее зерно, тем меньше суммарная протяженность границ, меньше число возникающих зародышей и выше устойчивость аустенита. Повышение температуры и длительности нагрева приводит к укрупнению зерна, и, следовательно, к увеличению прокаливаемости.

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».

Прокаливаемость стали. Факторы, определяющие прокаливаемость стали

Прокаливаемость стали. Под прокаливаемостью понимают глубину проникновения закаленной зоны, т. е. свойство стали закаливаться на определенную глубину от поверхности. Если, например, сверло диаметром 50 мм, изготовленное из инструментальной углеродистой стали, закалить в воде, а затем замерить твердость его в поперечном сечении, то окажется, что во внутренней зоне, расположенной вдоль оси сверла (сердцевине), твердость будет почти такой же, как до закалки, в то время как в наружной зоне, расположенной у поверхности, твердость резко повысится. Проверив затем микроструктуру, можно будет убедиться, что в сердцевине она будет перлитного типа, а у поверхности — мартенситного. Несквозная закалка объясняется неравномерным охлаждением детали при закалке: поверхность всегда охлаждается быстрее, чем сердцевина. Неравномерность охлаждения вызывается различными условиями теплоотвода у поверхности и в сердцевине. При погружении раскаленной детали в закалочную среду поверхность, соприкасаясь с холодной жидкостью, охлаждается с большой скоростью, в то время как отвод теплоты от сердцевины затруднен толщей горячего металла, и потому она охлаждается медленно. В результате скорость охлаждения поверхности оказывается выше критической, и поверхность закаливается, а скорость охлаждения сердцевины получается ниже критической, и последняя не закаливается. Очевидно, можно представить себе, что на некоторой глубине от поверхности скорость охлаждения будет равна критической. Тогда ясно, что слои металла, расположенные на большей глубине, не закалятся, а слои, расположенные на меньшей глубине, т. е. ближе к поверхности, закалятся.

Глубина проникновения закаленной зоны, т. е. прокаливаемость, зависит главным образом от химического состава стали. С повышением содержания углерода до 0,8% прокаливаемость стали повышается. Дальнейшее повышение его содержания несколько снижает прокаливаемость.

За исключением кобальта все легирующие элементы, растворенные в аустените, затрудняют его распад и, следовательно, уменьшают критическую скорость закалки. В результате увеличивается прокаливаемость.

Для улучшения прокаливаемости в сталь вводят марганец, хром, никель, молибден и др. элементы. Особенно эффективно действует комплексное легирование, при котором полезное влияние отдельных элементов на прокаливаемость взаимно усиливается. Например, для стали с 0,4% С и 3,5% Ni критическая скорость закалки равна 150°С/с, а добавка 0,75% Мо снижает эту скорость до 4°С/с.

Те легирующие элементы, которые с углеродом могут давать химические соединения в виде карбидов (вольфрам, ванадий, титан и др.), повышают прокаливаемость только в том случае, если они при температуре закалки оказываются растворенными в аустените. Если же они будут оставаться в составе карбидов, то прокаливаемость снижается. В связи с этим с целью наиболее полного растворения карбидов и повышения благодаря этому прокаливаемости иногда значительно увеличивают температуру нагрева при закалке.

Из всего сказанного о влиянии легирующих элементов на прокаливаемость стали следуют два очень важных вывода:

1) при использовании легированных сталей можно получить сквозную прокаливаемость в деталях большого сечения, которые невозможно закалить насквозь при изготовлении их из углеродистой стали;

2) применение легированной стали вместо углеродистой позволяет снизить скорость охлаждения, необходимую для закалки, и использовать в качестве охладителя взамен воды — масло. В результате снижаются закалочные напряжения, уменьшается коробление и опасность образования трещин.

Наряду с химическим составом на прокаливаемость оказывают влияние и некоторые другие факторы: однородность аустенита, отсутствие в нем карбидов и иных примесей и включений, величина зерна и др. Чем однороднее аустенит и больше размер его зерен, тем выше будет прокаливаемость.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Закаливаемость и прокаливаемость стали

Закаливаемость и прокаливаемость стали

Чем выше содержание углерода в Стали и чем больше мартенсита она приобретает при закалке, тем выше

твердость закаленной стали, что улучшает упрочняющие свойства стали. Людмила Фирмаль

Прокаливаемость легированной стали зависит от содержания углерода и легирующих элементов. Под воздействием многих элементов легированная сталь, даже с относительно низким содержанием углерода, очень хорошо распознает упрочнение и приобретает высокую твердость и прочность при упрочнении в условиях меньшей твердеющей среды[22].

Закаливаемость стали называют глубиной проникновения закалки от охлаждающей поверхности к центру[23].

Поэтому легирующие элементы, значительно снижающие критическую скорость закалки, часто вводятся только для повышения упрочняющих свойств стали[24]. Упрочняющие свойства стали определяются типом, микроструктурой и твердостью упрочненного изделия. Для определения упрочнения по форме разрыва стальные стержни диаметром 25 мм закаляют и разбивают водой при температуре на 30-40°выше критической точки. Глубина затвердевания определяется толщиной поверхностной корки, которая видна глазу и является мелкозернистой (затвердевшей).37 для определения прокаливаемости

На микроструктуре такого образца создается вытравленный тонкий срез, и структура исследуется под микроскопом. Людмила Фирмаль

Глубиной от затвердевшего слоя обычно считают расстояние от поверхности до полумартенситной полосы, то есть структуры, состоящей примерно из 50% торутита и 50% мартенсита. При определении прокаливаемости стали по твердости диск вырезают из закаленного стержня, затем в приборе Роквелла или Виккерса измеряют твердость при диаметре 1,0-1,5 мм и создают кривую твердости. На закаливаемость стали влияют химический состав, размер зерен аустенита, температура закалки, способ охлаждения и другие факторы. Поэтому для получения равного результата прокаливаемость стали определяют в стандартных условиях методом поверхностного упрочнения (ГОСТ 5657-51).

при этом цилиндрический образец диаметром 25 мм и длиной 100 мм нагревают на 30-40°от критической точки и закаляют специальным оборудованием путем охлаждения его факелом холодной воды. После охлаждения образца отполируйте участок полировки с глубиной 0,4 мм с 2 противоположных сторон и измерьте твердость по Роквеллу каждые 1,5 мм. При этом способе закалки скорость охлаждения образца постепенно уменьшается с расстоянием от охлаждающей кромки, поэтому ясно, что на некотором расстоянии по длине образца скорость охлаждения ниже критической скорости закалки и сталь не затвердевает.

Длина закаленной части образца действует как свойство твердения стали. Путем построения графиков результатов измерений твердости твердения Координатный образец твердости-расстояние от конца, половина- Смотрите диаграмму прокаливаемости стали.

Источник