Как влияет углерод на прокаливаемость стали

5. ЧТО ТАКОЕ ЗАКАЛИВАЕМОСТЬ И ПРОКАЛИВАЕМОСТЬ СТАЛИ.

Закаливаемость стали. Под закаливаемостью понимают способность стали приобретать высокую твердость после закалки. Такая способность зависит главным образом от содержания углерода в стали: чем больше углерода, тем выше твердость. Объясняется это тем, что с повышением содержания углерода увеличивается число атомов, насильственно удерживаемых при закалке в атомной решетке железа. Иными словами, увеличивается степень пересыщения твердого раствора углерода в железе. В результате возрастают внутренние напряжения, что, в свою очередь, способствует увеличению числа дислокаций и возникновению блочной структуры.

Если в углеродистой стали содержание углерода будет меньше 0,3% (сталь 20, Ст3), то такая сталь уже не закалится. Для того чтобы понять это, следует вспомнить, что образование мартенситной структуры связано с перестройкой атомной решетки железа из гранецентрированной в объемно-центрированную. Температура, при которой происходит такая перестройка, зависит от содержания углерода. Роль углерода сводится к тому, что атомы его, находясь в решетке железа, как бы препятствуют перегруппировке атомов, которая необходима для перестройки решетки. Чем больше содержание углерода, тем ниже будет температура, при которой произойдет перестройка, т. е. образуется мартенситная структура. Зависимость температуры мартенситного превращения от содержания углерода в стали была показана на рис. 16. Как можно видеть, при содержании углерода 0,2% мартенситное превращение должно происходить при сравнительно высокой температуре — примерно 350—400°С. При такой температуре углерод еще сохраняет достаточно высокую подвижность и при перестройке решетки выходит из состояния твердого раствора, образуя химическое соединение — цементит. Пересыщение твердого раствора получается совсем незначительным, и потому структура закалки — мартенсит — не образуется.

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 Н (рис. 19) 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.

Читайте также:  Брусок стали массой 25 кг нагрели на 50 на сколько

Рис. 19. Скорость охлаждения при закалке на поверхности (v 1 ), в промежуточном слое (v 2 ) и в центре (v 3 ): v 1 >v 2 >v 3

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.

Читайте также:  Как добыть золото на кубани

Источник

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.

Дата добавления: 2015-01-21 ; просмотров: 4318 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Закаливаемость и прокаливаемость стали

Закаливаемость и прокаливаемость стали

  • Закаливаемость и закаливаемость стали закаливаемость — это способность стали воспринимать закаливание, то есть приобретать высокую степень твердости. Прокаливаемость углеродистой стали зависит только от содержания углерода и целостности превращения аустенита в мартенсит.

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].

Читайте также:  Как закалялась сталь описание корчагина

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

  • при одном и том же режиме закалки, одинаковой форме и размеру изделия, отверждаемость стали зависит от критической скорости закалки: чем ниже критическая скорость закалки, тем глубже глубина, на которой обжигается изделие, поэтому факторы, способствующие снижению критической скорости закалки, возрастают, а факторы, увеличивающие критическую скорость закалки, и сталь с большими природными зернами аустенита с низкой критической скоростью закалки закаляется глубже, чем сталь с малой зерна аустенита с высокой критической скоростью закалки.

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.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни