3. Способы определения прокаливаемости.

3.1. Определение прокаливаемости углеродистых сталей.

Для углеродистых сталей, главным образом инструментальных, прокаливаемостъ определяют в небольших сечениях диаметром (сто­роной) до 25-30 мм. Образец квадратного или круглого сечения (длина его должна быть больше толщины или диаметра в 2,5-3 раза) нагревают до температуры закалки, выдерживают для прогрева по сечению, а затем охлаждают в воде или иной среде, влияние кото­рой на прокаливаемость требуется изучить. Охлажденный образец ломают поперек по срединному сечению, затем осторожно шлифуют в месте излома и измеряют твердость по диаметру через каждые 2 мм. На основании полученных данных строят диаграмму в координатах твердость - расстояние от центра образца. Соответствующая кривая характеризует прокаливаемость в образцах данного диаметра. Для получения более полной характеристики необходимо повторять опре­деление для образцов разного диаметра и охлаждать их в различных средах. Прокаливаемость характеризуют баллами но специальной шкале, составленной для образцов квадратного сечения со сторо­ной 20 мм.

3.2. Определение прокаливаемости легированных сталей.

Для более глубоко прокаливающихся легированных сталей, за­каливающихся при охлаждении в масле, используют способ торцовой закалки (ГОСТ 5657-69). Прокаливаемость определяют на образцах диаметром 25 мм и длиной 100 мм, имеющих с одной стороны заплечик (или кольцевую насадку), позволяющий подвешивать их в вертикаль­ном положении при закалке. На поверхности образца допускаются обезуглероженный слой и окалина.

Образцы нагревают в ванне с расплавленной солью или в печи. Если нагрев осуществляется в печи без контролируемой атмосферы, то образец помещают в стальной цилиндрический ящик, в котором он упирается нижним торцом на графитную или угольную пластику.

После выдержки образцы охлаждают в специальной установке, где струя должна омывать только торец образна. В этих условиях скорость охлаждения нижнего торца соответствует скорости охлажде­ния поверхностного слоя образна в воде (1000 град/с), а охлажде­ние верхнего торца - скорости охлаждения на воздухе (3-4 град/с). Остальные участки поверхности образна между торцами, т.е. по его длине, охлаждаются с промежуточной скоростью.

Для измерения твердости но длине закален но та образца сошлифовывают при интенсивном охлаждении слой с двух противоположных сторон образца толщиной 0,5 мм. На образованных в результате шлифования двух площадках измеряют твердость по мере удаления от закаленного торца. Результаты испытаний выражают графически или числом прокаливаемости.

Графическое изображение выполняют в координатах твердость - расстояние от охлаждаемого торца, оно дает кривую прокаливаемости. Для характеристики прокаливаемости стали одной марки ее опре­деляют для нескольких плавок и в этом случае строят полосу прока­ливаемости.

Число прокаливаемости по ГОСТу определяется величиной , где- расстояние от охлаждаемого торца до точки, имеющей твердость слоя с полумартенситной структурой;- значение этой твердостиHRC .

Определение прокаливаемости способом торцовой закалки не при­менимо для стали, закаливающейся на воздухе (главным образом высо­колегированной), т.к. она получает мартенситную структуру и высо­кую твердость по всей длине образца. Это относится к сталям, для которых расстояние от торца, охлаждаемого водой, до участков с полумартенситной зоной оказывается больше 50 мм.

Для определения прокаливаемости сталей, закаливающихся на воздухе, т.е. прокаливающихся полностью в очень крупных сечениях (диаметром или стороной более 100 мм), применяют метод, основанный на тепловом моделировании и предусматривающий замену массы металла теплоизоляционным слоем, например, асбестом. Слой изоля­ции должен обеспечивать отдачу тепла образцом только через его торцы. Следовательно, скорость охлаждения изоляции не должна отли­чаться от скорости охлаждения образца и между изоляцией и образцом не должно быть теплообмена. Поэтому толщину изоляционного слоя устанавливают в зависимости от толщины образца.

Для определения предельной толщины или диаметра детали, про­каливающейся полностью, применяют образцы сечением 20x20 мм или диаметром 20 мм соответственно. Длина такого экспериментального образца должна быть равна толщине или диаметру соответствующей де­тали; оба торца образна оставляют открытыми.

Листовой асбест, служащий изоляцией, помещают слоями в кожух из окалиностойкой листовой стали толщиной 1 мм. Такое приспособ­ление в виде двух открытых половин без образца помещают в печь, нагретую до температуры закалки данной стали, и прогревают 1,5 - 2 ч. Затем до этой же температуры нагревают образец и после выдержки помещают в нагретое приспособление, закрывают его второй половиной и охлаждают на воздухе.

После охлаждения измеряют твердость на одной из граней обра­зца. Получаемое распределение твердости но его дайне отвечает распределению твердости в моделируемой детали соответствующего большого сечения.

Этот метод пригоден и для определения прокаливаемости в де­талях большей толщины при охлаждении в масле или в воде. В этом случае изменяют толщину изоляции, а на торцах образца делают фаски (1x45) и к ним прижимают наконечники для подачи масла или воды.