Металлообрабатывающая компания VT-METALL Гибкий подход – железное качество
Звоните, мы сейчас работаем:
18.12.2022
315
Время чтения: 6 минут

Прокаливаемость стали: технология испытаний

Редакция сайта VT-Metall
Сохранить статью:

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Разница между прокаливаемостью и закаливаемостью стали
  • Определение предела прокаливаемости стали
  • Факторы, влияющие на прокаливаемость стали
  • Этапы прокаливания стали
  • Дефекты, возникающие при термической обработке стали

Разница между прокаливаемостью и закаливаемостью стали

Прокаливаемость стали

Под глубиной прокаливаемости стали при закаливании принято понимать формирование мартенситной или троосто-мартенситной фазы. Данный показатель определяется минимальной скоростью охлаждения – до распада аустенита на феррито-карбидную смесь, на которую оказывает влияние состав сплава.

К примеру, глубина зоны закаливания окажется сквозной при превышении фактической скорости над критической. В этом случае она равна расстоянию между поверхностью заготовки и полумартенситной (состоящей на 50 % из троостита) структурой. Для цилиндрического образца этот показатель обозначают как критический диаметр.

С ростом критической скорости закалки и понижением устойчивости переохлажденного аустенита снижается прокаливаемость стали.

Закаливаемость стали

Так принято называть способность сплава к повышению твердости в ходе закаливания. На этот показатель больше влияет углеродистость мартенсита, чем процентная доля легирующих добавок.

Закаливаемостью также часто называют способность сплава к формированию мартенситной структуры. За основу в этом случае берутся закалка и критическая скорость охлаждения. Закаливание происходит при разогреве болванки до температуры, которая выше той, что требуется для растворения избыточных фаз, выдержке и охлаждении со скоростью, превосходящей критическую, то есть обеспечивающей формирование мартенсита с подавлением распада аустенитной фазы на смесь ферритов с цементитами.

Определение предела прокаливаемости стали

Прокаливаемость стали регламентируется нормами ГОСТ 5657 от 1969 года.

Прокаливаемость определяют с помощью стандартного метода, основанного на торцевой закалке. После нагрева в специальной установке производят охлаждение стандартного образца цилиндрической формы. Болванку остужают только с одного торца при помощи струи воды. Твердость охлажденного металла замеряют, начиная с закаленной части и последовательно откладывая полученные значения на кривой.

Определение предела прокаливаемости стали

Искомый показатель находят, исходя из расстояния между торцом заготовки и полумартенситной зоной. Коэффициенты твердости контрольного участка, зависящие по большей части от углеродистости сплава, заранее определяют эмпирическим путем.

Для того чтобы достаточно точно определить критический диаметр, когда речь идет об изделиях в форме шара, цилиндра или параллелепипеда, используют специальную номограмму. За исходную физическую величину берут расстояние между закаленным торцом цилиндрического образца и полумартенситной зоной, полученное в ходе описанного выше эксперимента. Это значение откладывают на шкале над номограммой, из полученной отметки опускают перпендикуляр к линии идеального охлаждения.

Далее точку на пересечении двух линий соединяют горизонтальной прямой с линией идеального охлаждения в водной, масляной или воздушной среде. Из полученных точек проводят перпендикуляры к шкалам искомой формы, расположенным под номограммой.

Прокаливаемость, в том числе легированных сталей, может меняться даже в пределах одной марки металла. Это обусловлено тем, что на данную характеристику влияют химический состав сплава, диаметр зерен, конфигурация образца и т. п. Поэтому для стальных изделий она отображается не как кривая, а в виде полосы прокаливаемости. Важно помнить, что даже нормы, указанные в соответствующих разделах ГОСТов, не всегда точно отражают фактические значения этого показателя для конкретного металла.

Факторы, влияющие на прокаливаемость стали

От чего зависит закаливаемость и прокаливаемость стали? На данные характеристики стальных сплавов оказывают влияние разные факторы. Перечислим главные из них:

  1. Исходная структура. Особое внимание стоит уделить дисперсным частицам карбидов, которые прямо влияют на формирование мартенситной структуры.
  2. Химический состав сплава. Прокаливаемость разных марок стали различается, что несложно проследить по графикам и таблицам, которые содержатся в нормативных документах и специальной технической литературе. Образцы, относящиеся к одному типу, незначительно отличаются по данному показателю.
  3. Диаметр зерен аустенита. Для большей части конструкционных сортов стали характерна мелкозернистая структура с колебаниями диаметра от 2 до 3 баллов, что не оказывает существенного влияния на прокаливаемость.
  4. Режим термообработки. На прокаливаемость стали оказывают влияние температура и время обработки, а также скорость охлаждения. При повышении температуры и увеличении выдержки возрастает прокаливаемость. Но даже в пределах одной марки сплав по-разному реагирует на такие изменения. Важно помнить, что экспериментировать с режимом термической обработки рискованно, так как это может отрицательно сказаться на характеристиках изделий. Поэтому следует придерживаться стабильных параметров.

Сказанное выше относится и к процессу отжига. Во избежание непредсказуемых изменений параметров сплава желательно соблюдать постоянный, рекомендованный для этой марки металла режим. Для повышения эффективности термической обработки стальных деталей и минимизации риска возникновения брака необходимо учитывать нормативные значения прокаливаемости для различных сплавов.

Этапы прокаливания стали

Прокаливаемость, свойственная различным маркам стали, указана в ГОСТ 5657 от 1969 года. Существует ряд методик определения этого параметра, однако данный документ содержит показатели, полученные именно методом торцевой закалки. Ниже приведено поэтапное описание такого исследования:

  1. Для испытания берут образец исследуемого металла в форме цилиндра.
  2. Заготовку доводят до нужной температуры в специальной печи и выдерживают в течение получаса.
  3. Далее цилиндр фиксируют в закалочной установке кронштейнами и охлаждают с одного торца мощной струей воды.
  4. Затем на образце посредством напильника зачищают плоскую площадку для замеров глубиной не более 0,5 мм.
  5. С помощью твердомера измеряют твердость стали, начиная с закаленного торца с шагом в 1,5 мм.

Этапы прокаливания стали

Диаграмму прокаливаемости строят, используя данные, полученные при измерении твердости. Для этого на стандартной системе координат по вертикальной оси откладывают значения твердости, а по горизонтальной – расстояние до торца. Соединение пущенных от этих отметок перпендикуляров дает кривые. В итоге получаются две линии – верхнего и нижнего пределов прокаливаемости.

Важно учитывать, что полученная в результате полоса прокаливаемости металла не всегда совпадает с той, что указана в ГОСТе. Это обусловлено влиянием ряда факторов, о которых мы уже упомянули.

Дефекты, возникающие при термической обработке стали

Низкая твердость металла после закаливания

Этот недостаток может быть обусловлен недостаточным нагревом, короткой выдержкой или медленным охлаждением детали.

Способы исправления: нормализация или отжиг с последующей закалкой, более энергичная закалочная среда.

Перегрев

Перегрев обусловлен слишком высокой температурой, что приводит к укрупнению зерна в структуре металла и повышению хрупкости стали.

Способы исправления: отжиг (нормализация) и последующее закаливание при нужной температуре.

Пережог

Разогрев стального сплава до близких к температуре плавления значений (+1 200…+1 300 °С) в среде окислителя. Проникающий в структуру металла атомарный кислород приводит к формированию оксидов на границах зерен и критическому повышению хрупкости.

Данный дефект не подлежит исправлению.

Окисление и обезуглероживание стали

Возникновение такого дефекта обусловлено формированием оксидной пленки на верхних слоях металла и их обезуглероживанием. Этот брак также не подлежит исправлению. Иногда возможно удаление бракованного слоя при обработке с помощью механических методов.

Для предупреждения подобных дефектов нагрев заготовок следует производить в специальной печи с защитой из инертного газа.

Коробление и трещины

Такого рода дефекты возникают вследствие формирования зон внутреннего напряжения. При переходе аустенитной фазы в мартенситную происходит увеличение объема металла в пределах 3 %. Неравномерное прогревание и охлаждение стали в разных зонах, а также в близких к поверхности слоях и сердцевине приводит к растрескиванию и короблению сплава в ходе термообработки.

Коробление и трещины

Растрескивание, как правило, происходит при остывании металла до температуры от +100 °С до +70 °С, когда большая часть объема детали захвачена мартенситным превращением. Чтобы сплав не растрескивался при термической обработке, необходимо на этапе конструирования избегать резко выступающих элементов и перепадов сечения.

Кроме того, важно контролировать охлаждение стали в зонах мартенситного превращения. Избежать образования дефектов можно, проводя закалку ступенчато, в двух средах или в масле. Если растрескавшийся металл невозможно восстановить, то от коробления избавляются, рихтуя или исправляя поверхность изделий.

Закаливаемость и прокаливаемость металла являются ключевыми характеристиками стальных сплавов. Для изделий из стали высокие показатели по этим параметрам служат гарантией надежности, устойчивости к износу и долговечности, существенно повышая экономическую эффективность их эксплуатации.

Читайте также
Получить бесплатный чертеж

Получить бесплатный чертеж

Скачать прайс

Скачать прайс

Пересчет проекта

Пересчет проекта

Позвонить бесплатно

Позвонить бесплатно

Скачать прайс

Скачать
прайс

Написать WhatsApp

Написать WhatsApp

Яндекс.Метрика