Влияние легирования на прокаливаемость сталей

Под прокаливаемостью понимают способность стали получать закаленный слой с мартенситной или троостито-мартенситной струк­турой и высокой твердостью и прочностью на ту или иную глубину. Почему стальная деталь, охлаждаемая, например в воде, не закаливается на всю глубину? Здесь следует помнить, что для того чтобы происходила закалка, сталь должна охлаждаться со скоростью больше критической. Поверхность закаливаемой детали, контактирующая с водой, охлаждается со скоростью заведомо большей, чем критическая. Внутренние слои детали охлаждаются за счет теплопроводности стали, при этом ско­рость охлаждения по глубине материала детали падает (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Распределение скоростей охлаждения в цилиндрической

детали при закалке

При закалке со ско­ростью больше критической в цилиндрической детали (рис. 8.2) охлаждается слой металла между поверхностями І-II. В этом слое образуется мартенситная закалочная структура. Глубже поверхности II наблюдается частичный распад аустенита и частично протекает мартенситное превращение, и структура в слое определенной толщины будет изменяться от мартенситной до полумартенситной (50% М и 50% Т) и далее до трооститной и сорбитной.

Если же деталь имеет малый диаметр или толщину и действительная скорость охлаждения в сердцевине изделия будет превышать критическую скорость закалки (V_кр), то сталь получит мартенситную структуру на всю глубину и тем самым будет иметь сквозную прокаливаемость.

За глубину закаленного слоя условно принимают расстояние от поверхности до полумартенситной зоны (50% мартенсита и 50% троостита).

Максимальный диаметр цилиндрической заготовки из данного материала, в цен­тре которой после закалки в данной охлаждающей среде образуется полумартенситная структура, называется критическим диаметром прокаливаемости (D_кр или D₅₀).

Иногда диаметр прокаливаемости определяют по глубине закаленного слоя со структурой, состоящей из 95% мартенсита и 5% троостита. В этом случае применяют обоз­начение критического диаметра D₉₅.

Критический диаметр D₉₅ примерно на 25% меньше критического диаметра D₅₀.

Полумартенситную зону принимают в качестве критерия прока­ливаемости потому, что ее легко определить по микроструктуре или твердости (табл. 8.1).

 

Таблица 8.1

Твердость слоя закаленной стали со структурой 50% М и 50% Т, НRС

Содержание углерода в стали	Твердость полу­мар- тенситного слоя стали	Содержание углерода в стали	Твердость полу-мартенситного слоя стали
углеро­дистой	легиро­ванной	углеро­дистой	легиро­ванной
0,18...0,22			0,33...0,42
0,23...0,27			0,43...0,52
0,28...0,32			0,53...0,62

 

Критический диаметр прокаливаемости сталей определяется методом торцевой закалки цилиндрических образцов специальной формы, и в результате эксперимента определяется глубина закалки от закаливаемой поверхности до полумартенситной зоны l. Сам же критический диаметр (мм) определяют по номограмме Блантера для различных соотношений длины к диаметру (l /D ) цилиндри­ческих образцов или деталей.