4.7.2.3 Закаливаемость и прокаливаемость стали
Под закаливаемостью понимают способность стали повышать твердость в результате закалки. Твердость закаленной стали – мартенсит – зависит, в основном, от содержания углерода (рис. 8.5). Углерод оказывает столь сильное упрочняющее влияние на мартенсит, что твердость закаленной стали практически не зависит от содержания легирующих элементов, растворенных в мартенсите по типу замещения, а определяется только концентрацией углерода.
Под прокаливаемостью подразумевают глубину проникновения закаленной зоны. При охлаждении стали в процессе закалки поверхность охлаждается намного быстрее сердцевины. Если действительная скорость охлаждения в сердцевине будет меньше критической для данной стали, то сквозной закалки не получится. В сердцевине из аустенита может получиться вся гамма структур: от мартенсита на поверхности структура плавно переходит к тростомартенситу, затем трооститу и сорбиту до перлита в центре массивной детали.
4.7.2.4 Способы закалки
Чем сложнее форма детали, тем тщательнее следует выбирать условия охлаждения, т.к. у такой детали при быстром охлаждении возникают высокие напряжения из-за перепадов сечения.
Чтобы уменьшить внутренние напряжения при закалке, избежать возникновения деформаций, трещин и в то же время получить нужные свойства, применяют различные способы охлаждения. В зависимости от способа охлаждения различают следующие виды закалки: 1) непрерывная закалка; 2) прерывистая закалка; 3) ступенчатая закалка; 4) изотермическая закалка.
Непрерывная закалка (см. рис. 4.12) получила наиболее широкое применение, т.е. детали охлаждают в одном охладителе.
Во многих случаях, особенно для изделий сложной формы и при необходимости уменьшения деформации, применяют и другие способы закалки.
Рис. 4.12 Кривые охлаждения для различных способов закалки (1-непрерывная; 2-прерывистая; 3-ступенчатая; 4-изотермическая)
Прерывистая закалка (в двух средах). Изделие, закаливаемое по этому способу, сначала быстро охлаждают в воде до температуры несколько выше точки Мн, а затем быстро переносят в менее интенсивный охладитель (например, в масло или на воздух), в котором оно охлаждается до 200С. Такой способ закалки называют закалкой через воду в масло.
Быстрое охлаждение в воде предотвращает перлитное превращение, а последующее замедленное охлаждение в масле уменьшает закалочные напряжения в мартенситном интервале.
Этот способ широко применяют при закалке инструмента из высокоуглеродистой нелегированной стали, т.к. при непрерывной закалке в воде у такой стали обычно образуются трещины.
Недостатком прерывистой закалки является трудность определения момента переброса из воды в масло. Этот способ требует от термиста достаточной квалификации.
Другой способ уменьшения закалочных напряжений – ступенчатая закалка. Нагретое до температуры закалки изделие быстро погружают в ванну с горячей средой, а затем после некоторой выдержки выдают на воздух или погружают в холодное масло. Основной недостаток ступенчатой закалки – малая скорость охлаждения в горячей среде. Поэтому применение ступенчатой закалки к углеродистым сталям ограничено изделиями небольшого сечения (до 8-10 мм толщиной). Изделия из легированных сталей, у которых меньше критическая скорость охлаждения, можно подвергать ступенчатой закалке в больших сечениях. Особенно широко ступенчатой закалке подвергаются изделия из инструментальной хромистой стали (ШХ15, ХВГ и 9ХС).