4. Практическое использование данных метода

торцевой закалки

Критический диаметр Дк – важная и удобная величина при назначении марки стали для изготовления конкретного изделия. Он может быть определен измерением твердости по сечению закаленных в данной охлаждающей среде образцов из одной и той же марки стали, но различных диаметров. Однако метод этот сложный и трудоемкий. Наиболее просто и удобно критический диаметр можно определить по кривой или полосе прокаливаемости с использованием номограммы М.Е.Блантера (рис. 9.5).

Рис. 9.5 – Упрощенная схема номограммы для расчета прокаливаемости М.Е.Блантера

60

Скорость охлаждения при 700 ^оС, град/с

Расстояние от закаливаемого торца, мм

Рисунок 9.3 – Кривые прокаливаемости стали с 0,7 %С:

1 – образец из стали с низкой прокаливаемостью;

2 – образец из стали с глубокой прокадиваемостью

Кривая прокадиваемости характеризует прокаливаемость одной конкретной плавки исследуемой марки стали. Колебания в марочном составе, разный размер зерна и другие факторы сильно влияют на прокаливаемость. Поэтому на основании опытов над большим числом плавок одной и той же марки стали строят полосу прокаливаемости (рис. 9.4). Применяя сталь данной марки, можно ожидать, что ее прокаливаемость будет находиться в пределах этой полосы.

Рисунок 9.4 – Полоса прокаливаемости стали 40

29

По приведенным данным строят графики в координатах: размер зерна – температура нагрева; размер зерна – длительность выдержки.

Зарисовывают наиболее характерные микроструктуры, в подрисуночных подписях указывают условия, при которых они получены.

Производится обсуждение полученных результатов, даётся их теоретическое объяснение.

Заканчивается отчет выводами о влиянии нагрева и длительности выдержки на размер зерна аустенита, о склонности к росту зерна у сталей разных марок.

4.4 Контрольные вопросы

1. Каковы условия и механизм превращения перлита в аустенит?

2. Что называется начальным зерном аустенита? Какого оно размера и почему?

3. Почему происходит рост зерна аустенита при нагреве?

4. Как происходит рост зерна аустенита в различных сталях? Какие стали называются наследственно мелкозернистыми и какие наследственно – крупнозернистыми?

5. Как влияет способ раскисления на склонность аустенитного зерна к росту при нагреве?

6. Как влияет химический состав стали на склонность зерна аустенита к росту?

7. Могут ли различные плавки одной и той же марки стали иметь разную склонность к росту зерна?

8. Какие существуют объяснения различной склонности к росту зерна у разных сталей?

9. Что называется наследственным (природным) зерном аустенита? Что оно характеризует?

10. Какое значение имеет наследственное зерно стали? При разработке каких технологических процессов оно учитывается?

11. Что такое действительное зерно аустенита и какие факторы влияют на его размер?

12. Какая существует связь между зерном аустенита и действительным зерном стали после охлаждения?

30

13. Какое фактическое зерно стали обычно стремятся получить и почему?

14. В чём заключаются технологические преимущества наследственно мелкозернистых сталей?

15. На чем основано выявление зерна аустенита методом окисления? Условия проведения опытов согласно ГОСТ 5639-82.

16. Как выявляется зерно аустенита методом ферритной и цементитной сетки (ГОСТ 5639-82)? Почему регламентируется скорость охлаждения?

17. Для каких сталей применяется метод цементации (ГОСТ 5639-82) и в чём его сущность?

18. Какие методы существуют для определения размеров аустенитного зерна?

19. В чем сущность метода сравнения с эталонными изображениями на шкале для определения величины зерна? Каков принцип составления эталонных изображений?

20. Как поступают, если размер зерна в исследуемом образце вышел за пределы номеров 1-10 шкалы?

59

Рисунок 9.2 – Установка (а) и образец (б) для торцевой закалки: 1- уравнительная трубка для создания постоянства напора; 2 – напорный бачок; 3 – штатив; 4 – образец; 5 – сопло; 6 – сливная коробка

Закалка образца производится в специальной установке струей воды, которая попадает только на торцевую поверхность (рис.9.2).

Время от момента извлечения образца из печи до начала охлаждения не более 5 с. Условия охлаждения строго регламентируются (диаметр сопла 12,5 мм, высота свободной струи воды 65 мм, температура воды от 5 до 25^оС, длительность охлаждения не менее 10 мин).

По всей длине закаленного образца сошлифовывают 2 диаметрально противоположные площадки на глубину 0,5±0,1 мм. На них производят измерение твердости по Рквеллу (НRС), начиная от закаленного торца. Первые 16 замеров производят через 1,5 мм, а затем – через 3 мм. Для каждой пары точек, находящихся на противоположных площадках, подсчитывают среднее арифметическое значение твердости.

По полученным данным строят кривую прокаливаемости в координатах: твердость, НRС – расстояние от охлаждаемого торца, мм (рис.9.3). Указывается также скорость охлаждения в различных точках образца. Она определяется экспериментально и мало отличается для сталей большинства марок.

Зная твердость полумартенситной зоны, находят прокаливаемость стали. Например, для стали с 0,7 %С твердость полумартенситной зоны составляет около 50 НRС (рис. 8.1). Следовательно, прокаливаемость стали 1 равна 3 мм, а стали 2 -18мм (рис. 9.3).

58

Прокаливаемость стали зависит от устойчивости переохлажденного аустенита, которая определяет критическую скорость закалки. Прокаливаемость возрастает при увеличении в аустените содержания углерода и легирующих элементов (кроме кобальта), укрупнении зерна, повышении однородности. Наличие в аустените нерастворенных частиц карбидов и других избыточных фаз уменьшает прокаливаемость. Размер зерна аустенита и его однородность в большой мере зависят от температуры и длительности нагрева под закалку.

Прокаливаемость – важнейшая технологическая характеристика стали. Объясняется это тем, что при сквозной закалке с последующим высоким отпуском изделие обладает во всем сечении высоким комплексом механических свойств. У изделия с несквозной прокаливаемостью в сердцевине наблюдается снижение предела текучести, относительного сужения и ударной вязкости.

В современном машиностроении прокаливаемость является одним из основных критериев при выборе стали для изготовления изделий: необходимо обеспечить высокие механические свойства в рабочем сечении деталей или инструмента. В зависимости от вида нагружения (растяжение, изгиб и т.д.) требования по прокаливаемости различны (сквозная, 1/2 или 1/3 радиуса). Применение сталей с регламентированной прокаливаемостью позволяет повышать качество изделий, экономно использовать легированные стали, уменьшить вес машин, снизить их стоимость и повысить срок службы.

Объективной характеристикой прокаливаемости является критический диаметр. Это диаметр сечения, прокаливающегося насквозь в данном охладителе. Следовательно, каждой конкретной стали в каждой закалочной среде соответствует свой критический диаметр, а он тем больший, чем интенсивнее среда охлаждает.