Сталь имеющая большую прокаливаемость

Обновлено: 19.05.2024

Прокаливаемость легированной стали зависит от содержания углерода и легирующих элементов. Под воздействием многих элементов легированная сталь, даже с относительно низким содержанием углерода, очень хорошо распознает упрочнение и приобретает высокую твердость и прочность при упрочнении в условиях меньшей твердеющей среды[22].

Закаливаемость стали называют глубиной проникновения закалки от охлаждающей поверхности к центру[23].

при одном и том же режиме закалки, одинаковой форме и размеру изделия, отверждаемость стали зависит от критической скорости закалки: чем ниже критическая скорость закалки, тем глубже глубина, на которой обжигается изделие, поэтому факторы, способствующие снижению критической скорости закалки, возрастают, а факторы, увеличивающие критическую скорость закалки, и сталь с большими природными зернами аустенита с низкой критической скоростью закалки закаляется глубже, чем сталь с малой зерна аустенита с высокой критической скоростью закалки.

Поэтому легирующие элементы, значительно снижающие критическую скорость закалки, часто вводятся только для повышения упрочняющих свойств стали[24]. Упрочняющие свойства стали определяются типом, микроструктурой и твердостью упрочненного изделия. Для определения упрочнения по форме разрыва стальные стержни диаметром 25 мм закаляют и разбивают водой при температуре на 30-40°выше критической точки. Глубина затвердевания определяется толщиной поверхностной корки, которая видна глазу и является мелкозернистой (затвердевшей).37 для определения прокаливаемости

На микроструктуре такого образца создается вытравленный тонкий срез, и структура исследуется под микроскопом. Людмила Фирмаль

Глубиной от затвердевшего слоя обычно считают расстояние от поверхности до полумартенситной полосы, то есть структуры, состоящей примерно из 50% торутита и 50% мартенсита. При определении прокаливаемости стали по твердости диск вырезают из закаленного стержня, затем в приборе Роквелла или Виккерса измеряют твердость при диаметре 1,0-1,5 мм и создают кривую твердости. На закаливаемость стали влияют химический состав, размер зерен аустенита, температура закалки, способ охлаждения и другие факторы. Поэтому для получения равного результата прокаливаемость стали определяют в стандартных условиях методом поверхностного упрочнения (ГОСТ 5657-51).

при этом цилиндрический образец диаметром 25 мм и длиной 100 мм нагревают на 30-40°от критической точки и закаляют специальным оборудованием путем охлаждения его факелом холодной воды. После охлаждения образца отполируйте участок полировки с глубиной 0,4 мм с 2 противоположных сторон и измерьте твердость по Роквеллу каждые 1,5 мм. При этом способе закалки скорость охлаждения образца постепенно уменьшается с расстоянием от охлаждающей кромки, поэтому ясно, что на некотором расстоянии по длине образца скорость охлаждения ниже критической скорости закалки и сталь не затвердевает.

Длина закаленной части образца действует как свойство твердения стали. Путем построения графиков результатов измерений твердости твердения Координатный образец твердости-расстояние от конца, половина- Смотрите диаграмму прокаливаемости стали.

Прокаливаемость стали

Прокаливаемость — способность стали приобретать мартенситную или троосто-мартенситную структуру на определенную глубину при закалке. Прокаливаемость стали зависит от критической скорости охлаждения, которая зависит от химического состава стали. Так, например, если фактическая скорость охлаждения в сердцевине детали при закалке будет выше критической для этой марки стали, то деталь будет иметь сквозную прокаливаемость. При этом за глубину закаленной зоны принимают расстояние от поверхности металла до полумартенситной структуры. Полумартенситной называют структуру, которая состоит из 50% мартенсита и 50% троостита. Ширина до полумартенситной зоны в цилиндрическом образце называется критическим диаметром или размером сечения, прокаливающимся насквозь.

Прокаливаемость стали тем выше, чем меньше критическая скорость закалки, т.е., чем выше устойчивость переохлажденного аустенита.

Прокаливаемость стали определяется по ГОСТ 5657-69 “Сталь. Методы испытания на прокаливаемость”. (документ откроется в новом окне) В ГОСТе описан так называемый метод торцевой закалки. Результаты эксперимента выражают графически в координатах “твердость — расстояние”. Т.е. график отображает изменение твердости по сечению после закалки. Прокаливаемость стали, даже в пределах одной и той же марки может существенно колебаться. Так происходит из-за того, что прокаливаемость зависит от состава стали, размера зерна, геометрии изделия и т.д. В связи с этим прокаливаемость стали характеризуют не кривой, а полосой прокаливаемости. Необходимо учитывать, что даже гостированные полосы прокаливаемости не всегда будут соответствовать фактической прокаливаемости изделия.

Виды закалки стали

Способов закаливания металла существует множество. Их выбор обусловлен составом стали, характером изделия, необходимой твердостью и условиями охлаждения. Часто используется ступенчатая, изотермическая и светлая закалка.

Закаливание в одной среде

Обратившись к графику кривых охлаждения для различных способов закалки, можно видеть, что закалке в одной среде соответствует кривая 1. Выполнять такое закаливание просто. Однако, подойдет она не для каждой стальной детали. Из-за быстрого понижения температуры у стали переменного сечения в температурном интервале возникает температурная неравномерность и большое внутреннее напряжение. От этого стальная деталь может покоробиться и растрескаться.

Рисунок №2. Кривые охлаждения.

Большое содержание углерода в стальных деталях может вызвать объемные изменения структурных напряжений, а это, в свою очередь, грозит появлением трещин.

Заэвтектоидные стали, имеющие простую форму, лучше закаливать в одной среде. Для закалки более сложных форм применяется закалка в двух средах или ступенчатая закалка.

Закаливание в двух средах (на рисунке №2 это кривая 2) применяется для инструментов, изготовленных из высокоуглеродистой стали. Сам метод состоит в том, что сталь вначале охлаждается в воде до 300-400 градусов, после чего ее переносят в масляную среду, где она прибывает пока полностью не охладится.

Ступенчатая закалка

При ступенчатом закаливании (кривая 3) стальная деталь помещается вначале в соляную ванну. Температура самой ванны должна быть выше температуры, при которой происходит мартенситное превращение (240–250 градусов). После соляной ванны сталь перемешают в масло, либо на воздух. Используя ступенчатою закалку можно не бояться, что деталь покоробится или в ней образуются трещины.

Недостаток такой закалки заключает в том, что ее можно применять лишь для заготовок из углеродистой стали с небольшим сечением (8–10 мм). Ступенчатая закалка может применяться для деталей из легированной стали с большим сечением (до 30 мм).

Изотермическая закалка

Изотермическому закаливанию на графике соответствует кривая 4. Закаливание проводится аналогично ступенчатой закалке. Однако, в горячей ванне сталь выдерживается дольше. Это делается так, чтобы вызвать полный распад аустенита. На схеме выдержка показывается на S-образной линии точками a и b. Сталь, прошедшая изотермическую закалку, может охлаждаться с любой скоростью. Средой охлаждения могут служить расплавленные соли.

Преимущества изотермического закаливания:

сталь почти не поддается короблению;
не появляются трещины;
вязкость.

Светлая закалка

Для проведения такого закаливания требуется специально оборудованная печь, снабженная защитной средой. На производстве, чтобы получить чистую и светлую поверхность у закаленной стали следует использовать ступенчатую закалку. После нее сплав охлаждается в расплавленной едкой щелочи. Перед процессом закалки стальная деталь нагревается в соляной ванне из хлористого натрия с температурой на 30–50 градусов выше точки Ас1 (см «Схему критических точек»). Охлаждение детали проходит в ванне при 180–200 градусов. Охлаждающей средой служит смесь состоящая из 75% смесь едкого калия, 25% едкого натрия, в которую добавляется 6–8% воды (от веса соли).

Закалка с самоотпуском

Применяется при производстве инструментальной стали. Основная идея закалки заключается в изъятии стальной детали из охлаждающей среды до момента ее полного охлаждения. Изъятие происходит в определенный момент. В сердцевине стальной детали сохраняется определенное количество тепла. За его счет и производится последующий отпуск. После того как за счет внутреннего тепла стальное изделие достигнет нужной температуры для отпуска, сталь помещают в закалочную жидкость, для окончательного охлаждения.
Р исунок №3 — Т аблица побежалости.

Отпуск контролируется по цветам побежалости (см рисунок №3), которая формируется на гладкой поверхности металла при 220–330 градусах.

При помощи закалки самоотпуском изготавливаются кувалды, зубила, слесарные молотки и другие инструменты, от которых требуется высокая твердость на поверхности с сохранением внутренней вязкости.

Закалка стали

Закаливание является операцией по термической обработке металла. Она состоит из нагревания металла до критической температуры, при которой изменяется кристаллическая решетка материала, либо до температуры, при которой происходит растворение фазы в матрице, существующей при низкой температуре.

После достижения критической температуры металл подвергается резкому охлаждению.
После закаливания сталь приобретает структуру мартенсита (по имени Адольфа Мартенса) и поэтому обретает твердость.
Благодаря закаливанию прочность стали повышается. Металл становится еще тверже и более износостойким.
Следует различать обычную закалку материала и закалку для получения избытка вакансий.

Режимы закалки различаются по скорости протекания процесса и температуре нагревания. А также имеются различия по длительности выдержки при данном температурном режиме и скорости охлаждения.

Выбор температуры для закалки

Решение, при какой температуре производить закалку металла обусловлено химическим составом стали.

Закалка бывает двух видов:

Руководствуясь диаграммой критических точек можно видеть, что доэвтектоидную сталь при процессе полного закаливания следует нагревать выше точки Ас3 на 30–50 градусов. В результате у стали будет структура однородного аустенита. Впоследствии под действием процесса охлаждения он превратится мартенсит.

Рисунок №1. Критические точки.

Неполное закаливание чаще применяется для инструментальной стали. Цель неполного закаливания — достигнуть температуры, при которой проходит процесс образования избыточных фаз. Нагревание стали происходит в температурном промежутке от Ас1 — Ас2. При этом в структуре мартенсита сохранится какое-то количество феррита, оставшегося после закаливания стали.

Для закаливания заэвтектоидной стали лучше придерживаться температуры на 20–30 градусов больше Ас1 — неполная закалка. Из-за этого при нагревании и охлаждении будет сохраняться цементит, что повышает твердость мартенсита. При закалке не следует нагревать заэвтектоидную сталь свыше положенной температуры. Это может сказаться на твердости.

Способы охлаждения при закаливании

При быстром охлаждении стальных изделий при закалке существует угроза возникновений больших внутренних напряжений, что приводит к короблению материала, а иногда и трещинам. Для того чтобы этого избежать там, где возможно, стальные детали лучше охлаждать в масле. Углеродистую сталь, для которой такое охлаждение невозможно, лучше охлаждать в воде.

Кроме среды охлаждения на внутренне напряжение изделий из стали влияет, каким образом они погружаются в охлаждающую среду. А именно:

изделия, имеющие толстую и тонкую часть, лучше погружать в закалочную жидкость сначала объемистой частью;
если изделие имеет вытянутую форму (сверла, метчики), нужно погружать строго вертикально, в противном случае они могут покоробиться.

Иногда требуется закалить не всю деталь, а только ее часть. Тогда применяется местная закалка. Изделие нагревается не полностью, зато в закалочную жидкость погружают всю деталь.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Высокой прокаливаемостью ( критический диаметр для 95 / 6 мартенсита от 25 до 100 мм) и хорошей прочностью и вязкостью обладают хромоникелевые стали. Они применяются для крупных изделий сложной конфигурации, работающих при вибрационных и динамических нагрузках. Никель обеспечивает наибольший запас вязкости, а в сочетании с хромом - большую прокаливаемость. С увеличением содержания никеля критическая скорость закалки уменьшается, а прокаливаемость стали возрастает. Поэтому для крупных деталей сложной формы, которые при закалке предпочтительно охлаждать на воздухе, применяют стали с более высоким содержанием никеля. [2]

Стали высокой прокаливаемости 9ХС и ХВСГ имеют повышенную теплостойкость ( 250 - 260 С) и режущие свойства и сравнительно мало деформируются при закалке. Они применяются для инструмента большого сечения при закалке в масле или горячих средах. Из этих сталей изготовляют ручные сверла, развертки, плашки и гребенки. Недостатком стали 9ХГС является склонность к обезуглероживанию при нагреве и повышенная твердость в отожженном состоянии ( НВ 217 - 247), что ухудшает ее обработку резанием и давлением. [3]

Высокохромистые стали высокой прокаливаемости ( ф до 80 мм), высокой износоустойчивости, мало деформируемые при закалке: Х12Ф1, Х12Ф, Х12М, Х12, также Х6ВФ и ХГЗСВФ. [4]

Высокохромистые стали высокой прокаливаемости ( 0 до 80 мм), высокой износоустойчивости, мало деформируемые при закалке: Х12Ф1, Х12Ф, Х12М, Х12, также ХГЗСВФМ. [5]

Хрсмоникелевые стали имеют высокую прокаливаемость ( рис. 18 и 19 и табл. 202), поэтому назначаются для тяжелонагруженных деталей машин. [7]

Хромоникелевыэ стали имеют высокую прокаливаемость ( рис. 18 и 19 и табл. 202), поэтому назначаются для тяжелонагруженных деталей машин. [9]

Сталь 6ХС имеет высокую прокаливаемость ( образцы диаметром 50 - 60 мм в масле), высокую закаливаемость даже в горячих средах и повышенную теплостойкость. Ее можно подвергать изотермической закалке, что обеспечивает повышение вязкости. Стали 5XB2G и 6ХВ2С легированы дополнительно вольфрамом, что увеличивает прокаливаемость. В крупном прокате ( диаметром более 50 - 60 мм) наблюдается неравномерное распределение карбидов, что снижает вязкость. Эти стали применяют для пневматических инструментов, работающих с повышенными нагрузками. [10]

Эти стали обеспечивают высокую прокаливаемость цементованного ( нитроцементованного) слоя и хороший комплекс механических свойств. [11]

Сталь 13Н2ХА имеет более высокую прокаливаемость . [12]

Хромоникелевые стали обладают высокой прокаливаемостью , сочетают в себе высокую прочность и износостойкость с повышенной вязкостью; поэтому их применяют для ответственных и напряженных деталей больших сечений. [13]

Высокохромистые стали обладают высокой прокаливаемостью и закаливаемостью, что позволяет использовать их для штампов больших сечений и применить закалку с умеренным охлаждением, что уменьшает деформацию изделия. [14]

Высокохромистые стали обладают высокой прокаливаемостью , что позволяет использовать их для рабочих частей штампов больших сечений и применять закалку с умеренным охлаждением, что уменьшает их поводку и коробление. [15]

Прокаливаемость стали зависит от критической скорости закалки: чем ниже критическая скорость, тем на большую глубину прокаливаются стальные детали. Например, сталь с крупным природным зерном аустенита ( крупнозернистая), которая имеет низкую критическую скорость закалки, прокаливается на большую глубину, чем сталь с мелким природным зерном аустенита ( мелкозернистая), имеющая высокую критическую скорость закалки. [46]

Прокаливаемость стали зависит от критической скорости ик закалки. [48]

Прокаливаемость стали зависит от стойкости переохлажденного аустенита: чем больше его стойкость, тем глубже способна прокаливаться сталь, поэтому для увеличения прокаливаемости стали необходимо создавать такие условия, при которых переохлажденный аустенит в процессе охлаждения при закалке будет наиболее устойчив. Состав стали оказывает наиболее сильное влияние на ее прокаливаемость. [49]

Прокаливаемость стали оказывает большое влияние на механические свойства закаленной и отпущенной стали. При ограниченной прокаливаемости в сердцевине изделий обнаруживается снижение предела текучести и величины ударной вязкости, ( фиг. При увеличении прокаливаемости механические свойства становятся более однородными ( фиг. При полной прокаливаемости механические свойства однородны по всему сечению ( фиг. [50]

Прокаливаемость стали ШХ15СГ колеблется в пределах 12 5 - 21 7 мм, что соответствует толщине стенок колец от 28 до 49 мм и диаметрам роликов от 41 до 71 мм. [52]

Прокаливаемость стали характеризуется глубиной проникновения закаленной зоны. [53]

Прокаливаемость стали зависит от химического состава стали, температуры нагрева, критической скорости закалки, однородности и величины зерен аустенита и сечения закаливаемого изделия. [54]

Прокаливаемость стали определяют по виду излома или путем измерения твердости по сечению изделия. Прокаливаемость учитывают при выборе стали для деталей машин и инструментов. [55]

Прокаливаемость стали является важнейшим свойством, особенно в применении к малолегированной стали. [58]

Прокаливаемость стали зависит от содержания углерода и легирующих элементов, поэтому для одной и той же марки стали, но разных плавок прокаливаемость может быть различной. Прокаливаемость данной марки стали выражается обычно полосой с крайними максимальными и минимальными значениями, определяемыми из большого количества плавок. [59]

Прокаливаемость стали определяют измерением твердости по сечению закаленного бруска. Если закаливаемый брусок имеет достаточную длину ( так что можно не считаться с охлаждающим влиянием со стороны торцов) и если из середины бруска вырезать тем-плет ( диск) и измерить твердость по сечению, то мы обнаружим следующее характерное для слабопрокаливающихся сталей распределение твердости ( фиг. [60]

Для определения прокаливаемости стали , имеющей два минимума устойчивости переохлажденного аустенита, рекомендуется испытывать два образца с изотермическими выдержками при соответствующих температурах минимальной устойчивости. Если оба образца после изотермической выдержки и охлаждения в воде приобретут заданную твердость, то очевидно, что такая сталь обладает необходимой прокаливаемостью. [3]

При определении прокаливаемости стали по твердости из закаленного образца вырезают диск; прибором Роквелла измеряют твердость по диаметру через каждые 1 - 1 5 мм и строят кривые твердости. [4]

При определении прокаливаемости сталей 35Г2 и 35ХГС расстояние до зоны с полумартенситной структурой составило 6 мм для первой стали и возросло до 9 мм для второй. [5]

Анализируя результаты определения прокаливаемости стали с молибденом, увеличение прокаливаемости обычно объясняют влиянием на нее молибдена, находящегося в твердом растворе. [6]

Рассмотренная методика определения прокаливаемости стали в СССР регламентирована ГОСТ 5657 - 69 [127] и получила название: Метод испытания на прокаливаемость. Стандартом предусмотрено применение образцов длиной 100 мм и диаметром 25 мм. [7]

Существует несколько методов определения прокаливаемости стали . Описание и оценка некоторых из них дается ниже. [8]

Метод торцовой закалки значительно упрощает задачу определения прокаливаемости стали и позволяет на одном образце без последующей его разрезки определить глубину прокаливаемости любого сечения в любом охладителе. [9]

В настоящее время существуют два основных метода определения прокаливаемости стали : метод, основанный на измерении твердости по сечению закаленного образца, и более простой метод торцовой закалки. [10]

Поэтому было обращено внимание на изыскание экспериментально более простого метода определения прокаливаемости стали . [11]

Образцы необходимо нагревать в печах, имеющих достаточно большие размеры рабочего пространства и равномерную температуру. Лабораторные муфельные печи для этой цели использовать не следует. Они не обеспечивают равномерного прогрева образцов, что приводит к искажению результатов определения прокаливаемости стали . [12]

В зависимости от прокаливаемости сталь разделяют на мало -, средне - и глубокопрокаливающуюся. К малопрокаливающимся относят углеродистую и низколегированную стали, образцы из которых диаметром до 12 мм имеют сквозную прокаливаемость при охлаждении в воде. К среднепрокаливающейся относят легированную сталь, которую при закалке охлаждают в масле. Максимальный диаметр цилиндрических образцов, закаливающихся по всему сечению, равен 100 - 150 мм. К глубокопрокаливающейся относят высоколегированную сталь, образцы из которой диаметром более 150 мм имеют сквозную прокаливаемость при охлаждении в масле. Характерной особенностью этих сталей является их способность закаливаться при охлаждении на воздухе. Поэтому метод торцовой закалки, осуществляемый в воздушной среде, может быть применен для определения прокаливаемости глубокопрокаливающихся сталей только при снижении скорости охлаждения образца со стороны, противоположной охлаждаемому торцу. Этого достигают, применяя различные методы; например, часть образца, противоположную охлаждаемому торцу, помещают в предварительно нагретую до 250 - 350 С печь или в теплоизоляционную упаковку и выступающий ( из печи, из упаковки) торец образца охлаждают струей воды. [13]

Читайте также: