3.2.3. Закаливаемость и прокаливаемость стали

Важными характеристиками стали, необходимыми для назначения технологических режимов закалки, являются закаливаемость и про­каливаемость.

Под закаливаемостью понимают способность стали получать мак­симальную твердость при закалке. Главным фактором, определяющим закаливаемость, является содержание углерода в стали. Закаливае­мость оценивают по твердости поверхностного слоя стального образ­ца после закалки, поскольку на поверхности скорость охлаждения максимальна.

Под прокаливаемостью понимают глубину закаленного слоя с мар-тенситной или трооститно-мартенситной структурой. Оценивается прокаливаемость расстоянием от поверхности изделия до слоя, в ко­тором содержится не менее 50 % мартенсита.

На возможность образования различных структур по сечению де­талей после закалки указывает схема (рис. ЗЛО, а), где представлено распределение скоростей охлаждения по сечению цилиндрического прутка. Скорости охлаждения отличаются вследствие разных условий тепл оотвода на поверхности ив объеме прутка.

Диаметр сквозной закалки, мм

Рис. 3.10. Прокаливаемость сталей:

а - схема зависимости прокаливаемое™ деталей от скорости закалки; б - кривые изменения твердости и влияния легирующих элементов на прокали­ваемость

В данном случае кривые расположены так, что при указанных ус-ловиях-охлаждения на поверхности образца и на половине радиуса от нее будет образовываться преимущественно мартенситная структура, а в центре - смесь перлита с бейнитом. Естественно, что твердость по сечению детали, не имеющей сквозной прокаливаемое™, будет не одинакова.

Диаметр заготовки, в центре которой после закалки образуется полумартенситная структура, называется критическим диаметром. Для экспериментального определения прокаливаемое™ применяет­ся способ торцевой закалки. Цилиндрический образец диаметром 0,025 м и длиной 0,1м, нагретый до температуры закалки, охлаждают с торца струей воды на специальной установке. После охлаждения измеряют твердость по образующей цилиндра и строят график изме­нения твердости по длине образца (рис. 3.10, б).

Прокаливаемость определяется критической скоростью охлажде-ния стали. Если действительная скорость охлаждения в сердцевине изделия будет превышать критическую скорость закалки Ккр, то сталь получит мартенситную структуру по всему сечению и изделие будет иметь сквозную прокаливаемость.

На прокаливаемость оказывают влияние не только скорость охлаж­дения, но и однородность структуры, температура нагрева, исходная структура и химический состав стали. Заметно повышают прокаливае­мость марганец, хром и молибден, меньше влияют никель и кремний. При одновременном введении в сталь нескольких легирующих эле­ментов их влияние может усиливаться. Более высокая прокаливае­мость легированных сталей по сравнению с углеродистыми объясняет­ся большей устойчивостью переохлажденного аустенита и, соответст­венно, меньшей критической скоростью охлаждения. С увеличением скорости охлаждения прокаливаемость сталей увеличивается. При наличии неоднородности структуры прокаливаемость снижается, так как нерастворившиеся карбиды и неметаллические включения явля­ются центрами кристаллизации, облегчающими образование перлита.