Прокаливаемость стали

Выше отмечалось, что механические свойства легированных сталей перлитного класса определяются в основном содержанием углерода. Однако даже относительно низкое легирование позволяет значительно повысить такую важную характеристику стали, как ее прокаливаемость.

Прокаливаемость - это способность стали закаливаться (т.е. приобретать мартенситную структуру) на определенную глубину (cравните с закаливаемостью - работа 6). Поскольку основное требование закалки V_охлV_кр, то прокаливаемость зависит от соотношения скорости охлаждения V_охл и критической скорости закалки V_кр. Если в сердцевине образца V_охл<V_кр, это приводит к несквозной закалке (прокаливаемости) - рис. 7.2.

При несквозной прокаливаемости на поверхности образца образуется мартенсит, а в сердцевине (где V_охл<V_кр) - пластинчатые структуры перлитного типа. В результате возникает неоднородность механических свойств по сечению детали, которая сохраняется и после отпуска. В частности, сердцевина будет иметь более низкую ударную вязкость (см. работу 6). Поэтому для ответственных изделий должны применяться стали со сквозной прокаливаемостью. Очевидно, что основной путь повышения прокаливаемости  - это уменьшение величины V_кр. Выше отмечалось, что легирование приводит к повышению устойчивости переохлажденного аустенита, соответственно  - к сдвигу линий С‑диаграммы вправо (рис. 7.1), а значит к снижению V_кр и повышению прокаливаемости¹. Поэтому, чем больше диаметр изделия, тем более легированную сталь нужно применять для получения сквозной прокаливаемости.

За глубину прокаливаемости обычно принимают расстояние от поверхности образца до зоны с полумартенситной структурой (50 % мартенсита + 50 % троостита) с высокой твердостью. Твердость сталей с полумартенситной структурой зависит в основном от содержания углерода и в гораздо меньшей степени - легирующих элементов  - рис. 7.3.

Для определения прокаливаемости наиболее распространен метод торцовой закалки (ГОСТ 5657-69). Цилиндрический образец определенной формы и размеров нагревают до температуры закалки, а затем охлаждают с торца струей воды в специальной установке. Затем измеряют твердость по высоте образца, начиная с торца. Очевидно, что она убывает в этом направлении в связи с уменьшением скорости охлаждения и постепенным переходом от мартенситной к перлитным структурам. Далее строится график изменения твердости по длине образца L, и с помощью рис. 7.3 определяется критическое расстояние L_кр до полумартенситной зоны. Величина L_кр характеризует прокаливаемость стали данной марки. Однако для практики важнее знать величину критического диаметра D_кр – диаметра образца, прокаливаемого насквозь (в сердцевине полумартенситная структура) в данном охладителе. Значение D_кр определяется по величине L_кр, полученной методом торцовой закалки, с помощью номограммы, приведенной на рис. 7.4 (штриховая линия со стрелками показывает методику определенияD_кр по величине L_кр при закалке в различных средах).

Рис. 7.4. Номограмма для определения прокаливаемости (критического диаметра D_кр): а – «идеальная» охлаждающая среда, б – вода,

в – масло, г – воздух