9.4. Закаливаемость и прокаливаемость
Выбор охлаждающей среды при термической обработке определяется закаливаемостью и прокаливаемостью стали.
Закаливаемость - способность стали принимать закалку, т.е. приобретать при закалке высокую твердость поверхности (определяется содержанием углерода в стали; при содержании углерода ниже 0,2 % сталь практически не закаливается).
Прокаливаемость - способность стали получать закаленный слой с мартенситной или троостито-мартенситной структурой с высокой твердостью на ту или иную глубину. Глубиной считают расстояние от поверхности до слоя, где в структуре содержится 50 % мартенсита + 50 % троостита.
Чем больше устойчивость переохлажденного аустенита, чем меньше критическая скорость закалки, тем больше прокаливаемость стали (рис. 9.6).
Рис. 9.6. Схемы, показывающие различную скорость охлаждения по сечению
Характеристикой прокаливаемости является критический диаметр (Дкр).
Критический диаметр - это максимальный диаметр прутка, прокаливающийся насквозь в данном охладителе.
Определяют прокаливаемоеть экспериментально. Основной способ определения прокаливаемости - стандартный метод торцевой закалки (ГОСТ 5657-69 ) (рис.9.7).
Рис. 9.7. Количественная связь термокинетической -диаграммы(1) с графиком прокаливаемости, построенным методом торцевой закалки (2)
Метод торцевой закалки для определения прокаливаемости заключается в следующем:
- нагревают образец до заданной температуры;
- охлаждают с торца. При таком охлаждении нижний торец охлаждается с максимальной скоростью и скорость охлаждения убывает по мере удаления от торца;
- измеряют твердость по длине образца, начиная от торца;
- изображают графически результаты промера твердости на торце и по длине образца, определяют зону, содержащую 50 % мартенсита + 50 % троостита;
- определяют Дкр по номограммам (рис. 9.8).
Рис. 9.8. Номограмма прокаливаемости (М.Е.Блантер)
Прокаливаемость стали прямо пропорциональна содержанию в ней углерода. Легирующие элементы, входящие в состав стали, уменьшают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость.
10. Внутренние напряжения
Напряжения, возникающие между микро- или макроэлементами тела, вследствие воздействия на это тело внешних (давление) или внутренних (при тепловом воздействии, фазовом превращении) сил, вызывающих деформацию, называются внутренними напряжениями.
Термические напряжения возникают при неравномерном нагреве или охлаждении. В соответствии с названием технологического процесса напряжения бывают литейные, сварочные, закалочные, шлифовочные.
Закалочные напряжения возникают в материале при охлаждении его с температуры закалки; их величина зависит от состава материала и условий закалки. Закалочные напряжения делятся на напряжения I, II и III рода.
Напряжения nepвoгo рода - это зональные остаточные напряжения, уравновешивающиеся в зонах, соизмеряемых с размерами всего тела или отдельных макрочастей. Образуются такие напряжения из-за разницы температур по сечению детали при охлаждении и различных по времени протекания фазовых превращений в разных частях детали.
Напряжения второго рода – это остаточные напряжения, уравновешивающиеся в объемах, соизмеримых с размерами зерна металла.
Напряжения третьего рода – это напряжения, возникающие при фазовых превращениях в металлах и сплавах в твердом состоянии, вследствие различий в удельных объемах образующихся и исходных фаз. Удельный объем аустенита при содержании углерода от 0,2-1,4 % составляет 0,12227-0,12528 см3/г, а мартенсита - 0,12708-0,13061 см3/г.
Для снятия внутренних напряжений после закалки проводят отпуск.