Прокаливаемость стали

Прокаливаемостью называется способность стали закаливаться на ту или иную глубину от поверхности. Количественно прокаливаемость оценивается глу­биной закаленной зоны в мм.

В процессе закалки деталь охлаждения быстро с поверхности, а серд­це­видные слои охлаждаются значительно медленнее, чем меньше теплопровод­ность материала, тем медленнее идет охлаждение. В сердцевине детали скорость охлаждения минимальная. На рис. 4 показано изменение твердости по сечению закаленной цилиндрической детали с содержанием углерода 0,5%. Из значения твердости по сечению детали следует, что при диаметре цилиндра Д деталь закалилась только на глубину б.

Определить границу между мартенситом и трооститом по микроструктуре затруднительно, т.к. этот переход постепенный. Принято за глубину закалки принимать твердость полумар­тенситной зоны, состоящей из 50% троостита и 50% мар­тенсита. Твердость полумартенситной зоны в зави­си­мости от содержание углерода приве­дена на рис. 5.

Критическим диаметром Д_к называют наибольший диаметр такого образца, который в данных условиях охлаждения прокаливается насквозь, т.е. упрочняется при термической обработке по всему сечению.

На прокаливаемость оказывают влияние:

1. Состав стали. Углерод до 0,8-0,9% повышает прокаливаемость, т.к. уменьшается критическая скорость закалки, а при содержании углерода больше 0,9% прокаливаемость уменьшается.

2. Размеры изделия также влияют на прокаливаемость. Увеличение площади поперечного сечения, начиная с появления незакаленной зоны, уменьшает прокаливаемость.

3. Скорость охлаждения. При увеличении скорости охлаждения критический диаметр Д_к увеличивается.

Наиболее простой способ определения прокали­ва­емости –метод торцевой закалки. Из исследуемой стали изго­тавливается стандартный образец, приведенный на рис. 6.

После нагрева и выдержки при температуре закалки образец быстро переносят в установку, в которой он охлаждается с торца струей воды. После закалки с одной стороны (на длине 25-30 мм от торца) сошлифовывают лыску и на полученной площади определяют твердость от торца через 1,5-2 мм.

Задание

1. Используя учебные пособия, конспекты лекций и данное руководство к лабораторной работе, студент должен дать достаточно полные описания (с приложением необходимых графиков) по вопросам, указанным в отчете пп. 1 и 2.

2. Группа из 12-14 чел. разделяется на две подгруппы «А» и «Б», каждая из которых получает свои задания.

Студенты подгруппы «А» выполняют:

- закалку легированной и углеродистой сталей при охлаждении в масле и определяют твердость по Бринеллю (п. 3 отчета);

- по материалам данного руководства устанавливают режим термической обработки (закалка + отпуск) для стали 30ХГСА или стали 40ХНМА, проводят термическую обработку двух образцов и определяют среднее значение ударной вязкости (п. 5 отчета);

- определяют прокаливаемость углеродистой стали 30 или 40 и стали 30ХГСА или 40ХНМА (по заданию преподавателю) п. 6 отчета.

Студенты подгруппы «Б»

- получают закаленные на мертенсит образцы стали 40, 40ХНМА, 30, 30ХГСА и для сравнения с обладающей высокой красностойкостью и теплостойкостью высоколегированную инструментальную быстрорежущую сталь Р18;

- замеряют твердость после закалки и проводят отпуск образцов при температуре 200⁰, 400⁰, 600⁰;

- замеряют твердость по Бринеллю, и строят график твердость - температура отпуска;

- сравнение по теплостойкости проводится при одном и том же содержания углерода стали 40 и 40ХНМА или стали 30 и 30ХГСА;

- по материалам данного руководства устанавливают режим изотермической закалки стали 30ХГСА, проводят термообработку и определяют ударную вязкость;

- определяют прокаливаемость стали 30ХГСА или 40 ХНМА.