Определение прокаливаемости стали

8.1 Цель работы

Ознакомиться с существующими методами определения прокаливаемости стали и выяснить факторы, влияющие на прокаливаемость. Определить прокаливаемость двух марок стали методом "торцевой закалки".

8.2 Описание лабораторной работы

Закалка стали сводится к получению мартенситной структуры, обла­дающей наибольшей твердостью среди других возможных структур (перлит­ного или бейнитного типа).

Мартенсит может быть получен только в случае, когда охлаждение стали из аустенитного состояния производится со скоростью равной или выше критической (V_кр).

Критической - называется такая наименьшая скорость охлаждения, которая обеспечивает переохлаждение аустенита до мартенситного прев­ращения.

При охлаждении стальной детали, например, цилиндра в любой сре­де, очевидно, максимальная скорость охлаждения будет наблюдаться на поверхности, а по мере удаления от нее, скорость охлаждения будет уменьшаться до некоторого минимального значения в середине цилиндра. Если допустить, что распределение скоростей по сечению будет описы­ваться кривой типа параболы, показанной на рисунке 8.1, то легко представить, что закалка на мартенсит произойдет только на глубине h, в пределах которой скорость охлаждения V_ох превышала критичес­кую, т.е. где V_ох> V_кр.

Таким образом, в результате закалки стального цилиндра закален­ным на мартенсит окажется только слой толщиной h. Центральная же зона диаметром Д_н будет иметь структуру неоднородную по глубине; по мере приближения к центру она будет изменяться от чисто мартенсит­ной до феррито-перлитной (при большом диаметре цилиндра).

За глубину закаленного слоя h обычно принимают глубину залега­ния полумартенситной зоны (50 % мартенсита + 50 % троостита). Очевид­но, что уменьшая диаметр закаливаемого цилиндра, можно найти такой из них, который при охлаждении в данной среде получит мартенситную (или полумартенситную структуру) и в середине цилиндра. В этом слу­чае имеем сквозную закалку. Диаметр максимального сече­ния, при котором в данном охладителе цилиндр закаливается насквозь, называется критическим диаметром.

Таким образом, критический диаметр Д_к, характеризует прокаливаемость стали, т.е. способность принимать закалку на определенную глубину при охлаждении в данном охладителе.

Нетрудно представить, что величина Д_кр зависит от охлаждающей способности закалочной среды, чем она выше, тем больше критический диаметр и наобо­рот. Следовательно, для каждой охлаждающей среды существует свое оп­ределенное значение Д_кр.

Прокаливаемость стали можно изменить путем воздействия на устой­чивость переохлажденного аустенита. Устойчивость переохлажденного аустенита в свою очередь определяет критичес­кую скорость охлаждения (закалки). Чем больше устойчивость аустенита, тем меньше критическая скорость закалки и тем больше прокаливаемость стали.

Таким образом, все факторы, повышающие устойчивость аустенита, уменьшают критическую закалку и в результате - увеличивают прокалива­емость. К таким факторам относятся:

а) Химический состав: углерод, а также легирующие элементы, за исклю­чением Со увеличивают прокаливаемость.

б) Температура аустенитизации: чем выше температура нагрева под закалку, тем крупнее зерно, выше однородность аустенита аустенита и тем выше прокали­ваемость стали.

в) Количество включений в стали: чем меньше включений в единице объе­ма, тем больше устойчивость аустенита (меньше V_кр) и больше про­каливаемость стали.

Прокаливаемость - одна из важнейших технологических характерис­тик стали. Так как высокие механические и эксплуатационные свойства деталей машин могут быть обеспечены только при условии получения од­нородной структуры по сечению, то становится ясной необходимость сквозной прокаливаемости при закалке ответственных деталей машин. От­сюда следует вывод о важности правильного выбора марки стали, что воз­можно только при учете прокаливаемости.

8.З. Методическая разработка занятия

Существуют различные способы оценки прокаливаемости стали:

I. По диаграммам изотермического распада.

2. Методом пробных закалок образцов разного диаметра.

3. Методом торцевой закалки.

Обычно для определения прокаливаемости применяют стандартный ме­тод торцевой закалки. Сущность его заключается в следующем. Образец размерами h= 100 мм; d= 25 мм с головкой: D= 28-30 и h= 3мм, изготовленный из исследуемой стали нагревается в печи до температур 820-900 °С, в зависимости от состава, с выдержкой 30 мин. С целью предохранения от обезуглероживания торца он устанавливается на гра­фитовую плитку.

Затем образец переносится в закалочное устройство; время пере­носа не должно превышать 5 сек. Схема закалочного устройства приве­дена на рисунке 8.2. Время охлаждения образца под струёй - не менее 10 мин. После этого по образующей сошлифовывается площадка на глу­бину 0,5 мм и через каждые 1,5¸3мм измеряют твердость по шкале НRС. Твердость полумартенситной структуры зависит от содержания углерода и может быть определена по кривым, приведенным на рисунке 8.3.

На основании результатов измерения строят кривую прокаливаемости в координатах: твердость - расстояние от торца. Для каждой марки стали с учетом разброса результатов измерений получают набор кривых, которые образуют марочную полосу прокаливаемости.

Пользуясь кривыми прокаливаемости с помощью номограммы (рису­нок 8.4), можно определить критические диаметры для различных охлаж­дающих сред.

8.4 Порядок выполнения работы

8.4.1 Уточняется состав обрабатываемых образцов.

8.4.2 Устанавливается температура закалки в зависимости от соста­ва стали.

8.4.3 Производится нагрев образцов с выдержкой в течение 30 мин.

8.4.4 Проверяется работа закалочного устройства. Высота струи воды без образца - 65мм. Температура воды - 10-25 °С.

8.4.5 По истечении 30 мин. выдержки образец устанавливается на охлаждение: t= 10 мин.

8.4.6 Производится заточка образцов на глубину 0,5мм по длине.

8.4.7 Замеряется твердость по НRС через 1,5¸3мм.

8.4.8 Строятся кривые прокаливаемости в координатах: твердость - расстояние от торца.

8.4.9 С помощью номограмм определяются значения критических диа­метров для исследуемых марок стали.

8.4.10 Производится сравнение полученных результатов и делается вывод о прокаливаемости исследуемых марок стали. Результаты представ­ляются в виде таблицы 8.1.

Таблица 8.1 -

№

Марка

Твердость на расстоянии от торца, мм

пп

стали

11. 22.

8.4.11 Получить кривые распределения скоростей охлаждения по сечению цилиндра и оценить прокаливаемость стали.

8.5 Вопросы для текущего контроля

1. Что называется прокаливаемостью стали?

2. Какие факторы определяют прокаливаемость стали?

3. Какие существуют методы определения прокаливаемости?

4. В чем сущность определения прокаливаемости торцевым методом?

5. Можно ли использовать торцевой метод для определения прокаливае­мости стали, у которой критическая скорость равна скорости охлаж­дения на воздухе?

Литература

1. Новиков И.И. Теория термической обработки.- М.: Металлургия, 1978.- С. 233-238.

2. Гуляев А.П. Металловедение. -М.: Металлургия, 1978.- С. 29 3-300.

РАБОТА 4

Дата добавления: 2015-06-04