9. Определение прокаливаемости стали

Ц е л ь р а б о т ы: ознакомление с методом торцевой закалки для испытания стали на прокаливаемость; изучение влияния химического состава стали на ее прокаливаемость; приобретение навыков определения критического диаметра по результатам торцевой закалки с помощью номограммы М.Е.Блантера.

6. Прокаливаемость стали

Скорость охлаждения стального изделия, погруженного в закалочную среду, максимальна в поверхностных слоях и уменьшается к центру; соответственно скорости охлаждения изменяется микроструктура и твердость по сечению. Если скорость охлаждения в центре изделия превышала критическую, изделие по всему сечению приобретает мартенситную структуру и наивысшую твердость. Если же скорость охлаждения сердцевины была ниже критической, твердость к центру снижается, т.к. в структуре появляются продукты распада аустенита, то есть в данном случае изделие не прокаливается насквозь.

Прокаливаемостью называется способность стали закаливаться на определенную глубину. За глубину проникновения закаленной зоны принимают расстояние от поверхности до слоя со структурой, состоящей из 50% мартенсита и 50% троостита. Полумартенситная зона легко обнаруживается по структуре, а также по твердости, поскольку ее твердость для сталей с разным содержанием углерода известна (рис. 9.1). Легирующие элементы на твердость практически влияния не оказывают.

Рисунок 9.1 – Твердость полумартенситной зоны сталей с различным содержанием углерода

56

1. Какую структуру имеет доэвтектоидная сталь после полной и неполной закалки?

2. Какую структуру должна иметь заэвтектоидная сталь после закалки?

3. Как сказывается перегрев на микроструктуре закаленной стали?

4. От чего зависит количество остаточного аустенита?

5. Что называется закаливаемостью, от чего она зависит?

6. От чего зависит твердость мартенсита и твердость закаленной стали?

7. Какие виды брака возможны при закалке, их причины и меры по устранению?

33

Рисунок 5.2 – Перлит, х 400

Таблица 5.1 - Твёрдость эвтектоидной стали в зависимости от её структуры

Микроструктура стали	Твёрдость, НВ
Аустенит	180-200
Крупнопластинчатый перлит	180-200
Мелкопластинчатый перлит	220-240
Сорбит закалки	280-320
Троостит закалки	400-450
Верхний бейнит	450-500
Нижний бейнит	500-550
Мартенсит	600-650

В мартенситной области при температуре ниже Мн диффузия атомов углерода и самодиффузия атомов железа практически не имеют места, поэтому мартенситное превращение носит бездиффузионный характер. Оно состоит в перестройке кристаллической решетки железа γ→α путём группового сдвига атомов по определённым кристаллографическим плоскостям аустенита, в следствии чего кристаллы образующейся новой фазы имеют форму пластин, а на шлифе – игл (рис. 5.3). Углерод остаётся в решетке Fe_α на тех же местах, где он располагался в Fe_γ . при этом количества углерода превышает его придельную растворимость в Fe_α , равную 0,02%.

Получаемая структура, называется мартенситом, представляет собой пересыщенный раствор твёрдый углерода в α-железе. Кристаллическая решетка мартенсита – тетрагональная. Мартенсит отличается наивысшей твёрдостью. В следствии сильных внутренних напряжений он очень хрупок.

34

Рисунок 5.3 – Мартенсит, х 400

При температурах промежуточной области скорость диффузии углерода значительна, в следствии чего продукты распада аустенита представляют собой феррито-цементитные смеси, как и в перлитной области. Самодиффузия атомов железа заторможена, превращение идёт по сдвиговому механизму, отчего продукты распада имеют игольчатое строение, как мартенсит. Структура, получающаяся в промежуточной области, называется бейнитом. Верхний бейнит имеет перистое строение, нижний – игольчатое. Твёрдость стали с бейнитной структурой высокая (табл. 5.1)

Таким образом, изменяя условия распада аустенита, можно получать сталь с различной структурой и соответственно свойствами, что и используется на практике термической обработки.