загрузка...
загрузка...
На головну

Прокаливаемостью. закаліваемость

  1.  Швидкість охолодження при загартуванню. Закаливаемость і прокаліваемость стали. Способи загартування.

Мартенситне перетворення в стали, особливо в реальних виробах кінцевої величини, потрібно розглядати спільно з закаліваемостью і прокаливаемостью стали.

Під закаліваемостью розуміють здатність стали отримувати високу твердість при загартуванню, що забезпечується отриманням структури мартенситу. Закаливаемость вимірюється в одиницях твердості і залежить, головним чином, від вмісту вуглецю в стали. (Рис.1).

 
 

 Твердість мартенситу залежить від вмісту розчиненого в ньому вуглецю. Твердість загартованої сталі збільшується пропорційно вмісту вній вуглецю, але, починаючи з 0,7% С, твердість загартованої сталі залишається постійною - HRC63-65. Це пояснюється, по-перше, тим, що гарт всіх заевтектоідних сталей проводиться з однієї температури (7800С), а тому у всіх заевтектоідних сталей склад аустеніту при температурі гарту і склад мартенситу після гарту буде однаковий. Крім того, у заевтектоідних сталей зі збільшенням вмісту вуглецю збільшується кількість вторинного цементиту після загартування, що мало б сприяти підвищенню твердості, проте, одночасно з цим збільшується кількість залишкового аустеніту після гарту, а це веде до зниження твердості. Тому твердість всіх загартованих заевтектоідних сталей практично залишається постійною.

Введення легуючих елементів практично не впливає на твердість мартенситу. Відносно мала відмінність в розмірах атомів основної решітки мартенситу при заміщенні заліза атомами легуючих елементів не вносить істотного внеску в твердість мартенситу; це підтверджено експериментально при дослідженні різному легованих промислових сталей. Отже, закаливаемость стали визначається тільки вмістом вуглецю.

Прожарювана - одна з найбільш важливих характеристик стали як конструкційний матеріал. У багатьох випадках призначення стали для виготовлення виробів визначається можливістю отримання на одному із заключних етапів термічної обробки повністю загартованого тіла. Прокаливаемостью називається глибина проникнення загартованого шару. В даний час за глибину прокаливаемости прийнято вважати відстань від поверхні виробу до полумартенситной зони, що містить 50% мартенситу і 50% троостита.

При загартуванню на мартенсит сталь повинна охолоджуватися з температури гарту так, щоб аустенит, не встигнувши зазнати розпад на ферито-карбідну суміш, переохолодився нижче точки Мн. Для цього швидкість охолодження повинна бути вище критичної. Критична швидкість охолодження Vкр це мінімальна швидкість, при якій аустеніт ще не розпадається на ферито-карбідну суміш. У найпершому наближенні критична швидкість загартування визначається нахилом дотичної до С-кривої початку розпаду аустеніту (рис.2).

рис.2

Поверхня виробу охолоджується швидше, ніж серцевина. Швидкість охолодження на поверхні (Vп) Може бути більше критичної (Vкр), А в центрі (Vц) - Менше критичної (Vкр). В цьому випадку аустенит в поверхневих шарах перетвориться в мартенсит, а в центрі виріб зазнає перлітного перетворення, тобто деталь не прожарити наскрізь.

Чим менше критична швидкість загартування, тим більше прокаліваемость стали. Всі чинники, які збільшують стійкість переохолодженого аустеніту, а отже, зменшують критичну швидкість загартування, сприяють збільшенню прокаливаемости стали.

До таких факторів належать: хімічний склад аустеніту, нерозчинені частинки карбідів і оксидів, розмір аустенітного зерна. З підвищенням концентрації вуглецю до 0,8% С і більшості легуючих елементів, що розчиняються при нагріванні в аустените, С-криві зсуваються вправо, критична швидкість охолодження зменшується і, відповідно, прокаліваемость зростає. Наявність легуючих елементів при температурі гарту у вигляді нерастворившихся частинок карбідів, интерметаллидов і інших включень, які є центрами розпаду аустеніту, збільшують критичну швидкість охолодження і, відповідно, знижують прокаліваемость. З ростом аустенітного зерна, тобто зі скороченням сумарної поверхні зерен, стійкість переохолодженого аустеніту зростає і прокаліваемость підвищується.

Кількісною характеристикою прокаливаемости є критичний (реальний) діаметр. Критичним діаметром називається той найбільший діаметр зразка, при якому сталь в даному охолоджувачі пркалівается повністю, т. Е. В центрі зразка твердість відповідає твердості мартенситной або полумартенситной зони.

Існує стандартний спосіб характеристики прокаливаемости по торцевій пробі. Ця проба здійснюється шляхом торцевого охолодження водою зразка довжиною 100 мм і діаметром 25 мм (ріс..3) після нагрівання його до температури аустенізації (на 30-50 оЗ вище точок А1 або А3 в залежності від вмісту вуглецю в стали). Атмосфера в печі повинна бути нейтральною, в іншому випадку зразок потрібно поміщати в залізний ящик, що охолоджується торцем на графітову, вуглецеві підставку .. Витримка зразка при температурі гарту після прогріву в печі становить 30 хвилин. Потім нагрітий зразок виймається з печі, швидко переноситься в спеціальне пристосування (кронштейн з настановної шайбою) установки для торцевої гарту (рис.3).

У пристосуванні зразок з одного торця інтенсивно охолоджується струменем води, що має температуру 10-25 оС протягом 10-15 хвилин до повного охолодження. Діаметр сопла (наконечника від труби, що підводить) дорівнює 12,5 мм; відстань від торця зразка до сопла - 12,5 мм; висота вільного струменя води (до встановлення зразка) - 65 мм.

Швидкість охолодження зразка в різних точках буде різною. Найбільша швидкість охолодження в цих умовах буде у охлаждаемого торця. У міру віддалення від торця швидкість буде поступово знижуватися і на іншому кінці зразка відповідати швидкості охолодження на повітрі.

 Після гарту обра  зец піддається випробуванню на твердість. Для цього по довжині зразка з двох протилежних сторін сошлифовать на глибину 0,2-0,5 мм дві лиски. Вимірявши твердість по середньої лінії лиски циліндричного зразка через кожні 1,5 мм, будують криву залежності твердості від відстані від торця (рис.4). Горизонтальна майданчик на кривій зміни твердості відповідає твердості мартенситу і структурі мартенситу, потім в напрямку центру в зразку буде змішана структура, що складається з мартенситу і троостита, далі троостіт і т.д. Отже, точка 2 характеризує критичну швидкість загартування.

рис.4

Так як точне визначення відстані від торця до кінця горизонтальної площадки (в) важко і може привести до помилок, то в якості показника прокаливаемости використовують відстань до полумартенситной зони (а) на малюнку 5а. Полумартенситной твердість (HRCпм) Залежить від вмісту вуглецю в стали і практично мало залежить від вмісту легуючих елементів. Для вуглецевої сталі вона може бути визначена за даними табл.1.

Таблиця 1

 С,%  0,18-0,22  0,23-0,27  0,28-0,32  0,33-0,42  0,43-0,52  0,53-0,62
 HRCпм

 
 

Таким чином, знаючи зміст вуглецю в стали і вимірявши твердість на бічній поверхні зразка, знаходять відстань від гартувати торця до шару з полумартенситной структурою. Визначивши це відстань, можна дізнатися перетин тіла, виготовленого з даної стали, яке буде прожарюватися наскрізь з отриманням в серцевині полумартенситной структури. Для цього використовується спеціальна номограма (рис.5), яка дозволяє визначити критичний діаметр в залежності від форми тіла (куля, циліндр, квадратний брусок з різними відносинами довжини до діаметру L / D або до сторони підстави L / a) і характеру охолоджувальної середовища ( вода, масло, повітря). Номограма розроблена і запропонована для використання М. Є. Блантер.

Щоб характеристика прокаливаемости стали не була

пов'язана з видом охолоджувача (вода, масло та ін.), використовують поняття про ідеальний критичному діаметрі, який відповідає загартуванню в ідеальному охолоджувачі. Ідеальний охолоджувач з нескінченно великою швидкістю відводить тепло від поверхні виробу; поверхню зразка при цьому миттєво приймає температуру закалочной середовища. Кожна марка стали характеризується інтервалом ідеальних критичних діаметрів, так як прокаліваемость різних плавок однієї марки стали різна.

Визначення критичного діаметра по номограмі (рисунок 5) проводиться таким чином. На верхній шкалі потрібно знайти відстань до полумартенситной зони x в мм, яке було визначено дослідним шляхом на стандартному зразку досліджуваної сталі. Від знайденої точки опускають перпендикуляр до лінії «Ідеальне охолодження». Від точки перетину а (Рис.5) проводиться горизонтальна лінія вліво до перетину з лінією, що відповідає заданій охолоджуючої середовищі (наприклад, вода). Від точки перетину b опускається перпендикуляр до шкали «Форма тіла», на якій і знаходимо відповідь, тобто діаметр циліндра, кулі або сторону куба в мм, що має в центрі полумартенситной структуру.

Прожарювана стали залежить від критичної швидкості охолодження. Чим менше критична швидкість охолодження, тим більше прокаліваемость.

Критична швидкість охолодження залежить від всіх чинників, що впливають на стійкість переохолодженого аустеніту. До таких факторів належать: хімічний склад аустеніту, нерозчинені частинки карбідів і оксидів, розмір аустенітного зерна. З підвищенням концентрації вуглецю і більшості легуючих елементів в аустените С-криві зсуваються вправо, критична швидкість охолодження зменшується і, відповідно, прокаліваемость зростає. Нерозчинені частки карбідів і інших включень, будучи центрами розпаду аустеніту, збільшують критичну швидкість охолодження і, відповідно, знижують прокаліваемость. З ростом аустенітного зерна, тобто зі скороченням сумарної поверхні зерен, стійкість переохолодженого аустеніту зростає і прокаліваемость підвищується.

завдання

Для проведення роботи підгрупа студентів ділиться на дві бригади. Одна бригада отримує стандартні зразки з вуглецевої сталі, наприклад, стали 40, а інша - з легованої сталі, наприклад, стали 40Х, прокаліваемость яких потрібно визначити.

Визначивши температуру гарту стали, нагрівають зразок в печі до цієї температури, витримують протягом 30 хвилин, швидко переносять в установку для торцевої гарту і гартують з одного кінця струменем води. Перед загартуванням необхідно ознайомитися з пристроєм установки і умовами гарту, які повинні бути строго витримані.

Після охолодження зразок зачищається з двох сторін (сошлифовать лиски), і від загартованого торця через кожні 1,5 мм вимірюється твердість. За отриманими даними будують графік HRC = f (  ).

За змістом вуглецю в стали по таблиці 1 знаходять величину твердості полумартенситной зони. Визначивши відстань полумартенситной зони від торця по номограмі М. Є. Блантера, встановлюють критичний діаметр Dкр для даної стали в заданому охолоджувачі.

Шляхом зіставлення даних, отриманих на двох різних марках стали, виявляють вплив легуючих елементів на прокаліваемость стали.

Вимоги до звіту

Записати марку і хімічний склад досліджуваних сталей.

Виконати ескіз установки для випробування сталей на прокаліваемость методом торцевої проби.

Записати таблицю 1 і ключ до номограми.

Уявити графіки «твердість - відстань від загартованого торця», побудовані за експериментальними даними.

Зіставити прокаліваемость вуглецевої і легованої сталей.





 Лабораторна робота №1 |  ВІДПАЛ II РОДА. НОРМАЛІЗАЦІЯ |  Лабораторна робота №3 |  Лабораторна робота №4 |  Термічна обробка ЛИВАРНОГО ЧАВУНУ |  завдання |  Мідь і сплави на її основі |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати