Меню

30г полоса прокаливаемости стали

Прокаливаемость сталей: полосы прокаливаемости

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.

Закаливаемость стали

Закаливаемость — способность стали повышать твердость в результате закалки. Эта характеристика зависит в большей степени от содержания углерода в мартенсите и в меньшей от содержания легирующих элементов. [цитата из книги “Материаловедение”, М.Ю. Лахтин, 1990 г.]

Также есть альтернативный вариант определения закаливаемости стали. Закаливаемость — способность стали воспринимать закалку, т.е. образовывать мартенситную структуру. Такая трактовка закаливаемости основывается на определении закалки стали и определении критической скорости охлаждения: закалка — нагрев стали до температуры выше критической или температуры растворения избыточных фаз, выдержка и охлаждение со скоростью выше критической. Критическая скорость охлаждения — минимальная скорость охлаждения аустенита в области его минимальной устойчивости, при которой подавляется распад аустенита на феррито-цементитную смесь и при которой обеспечивается структура мартенсита.

Источник

Характеристики прокаливаемости

Простейшей характеристикой является глубина прокаливаемости изделия в определенном охладителе. Глубину прокаливаемости можно определить методом пробной закалки по излому, макрошлифу и распределению твердости в сечении изделия. Закаленная на мартенсит сталь хрупка; в закаленной зоне изделие имеет ровный мелкозернистый, матово-серый, часто фарфоровидный излом.

Непрокаленная сердцевина — более вязкая; у нее неровный, шероховатый, слегка волокнистый излом. Граница между этими двумя зонами очень хорошо видна в изломе.

Излом закаленного в воде прутка из стали У8

Х 2 (видна непрокаленная сердцевина).

На макрошлифе закаленная и непрокаленная зоны травятся по-разному и поэтому различаются довольно четко.

Распределение твердости по сечению закаленного цилиндра показано на рисунке. Характерно интенсивное изменение твердости на определенном расстоянии от поверхности изделия, причем это расстояние соответствует границе между закаленной и непрокаленной зонами, выявляемой по излому и макрошлифу.

Распределение твердости по диаметру образца из стали 60

Распределение твердости по диаметру образца из стали 60, закаленного с 815 °С:

1 — закалка в воде;
2 — закалка в масле;
HRC — твердость стали с полумартенситной структурой.

Глубиной прокаливаемости условно считают расстояние от охлаждаемой поверхности до слоя с полумартенситной структурой (50% троостита и 50% мартенсита). В районе этого слоя на твердость очень сильно влияет расстояние от поверхности изделия.

Поэтому глубину прокаливаемости как расстояние от охлаждаемой поверхности до слоя с полумартенситной структурой можно весьма точно определить, измеряя твердость изделия. Твердость сталей с полумартенситной структурой, в том числе и легированных, зависит от содержания углерода.

Твердость сталей с полумартенситной структурой, HRC

Содержание углерода, % Сталь
углеродистая легированная
0,08 — 0,17 25
0,18 — 0,22 25 30
0,23 — 0,27 30 35
0,28 — 0,32 35 35
0,33 — 0,42 40 45
0,43 — 0,52 45 50
0,53 — 0,62 50 55

Пользуясь таблицей и кривой распределения твердости, можно определить, что пруток диаметром 38 мм из стали 60 при закалке в воде с 815 °С будет иметь глубину прокаливаемости 7 мм, а при закалке в масле 0,4 мм.

Характеристикой прокаливаемости может служить также критический диаметр, т. е. диаметр максимального сечения, которое в данном охладителе прокаливается насквозь.

Для определения прокаливаемости углеродистых и легированных сталей, за исключением закаливающихся на воздухе, широко применяют стандартный метод торцовой закалки (метод Джомини). Стандартный образец после нагрева в печи быстро переносят в специальную установку, в которой его охлаждают струей воды под определенным напором только с торца.

Установка (а) и образец (б) для торцовой закалки

Установка (а) и образец (б) для торцовой закалки:

1 — уравнительная трубка для создания постоянства напора;
2 — напорный бачок;
3 — штатив;
4 — образец;
5 — сопло;
6 — сливная коробка.

После полного охлаждения образца по его двум диаметрально противоположным образующим осторожно (без разогрева) сошлифовывают площадки на глубину 0,5 мм. По длине этих площадок через 1,5 — 3 мм измеряют твердость по шкале HRC и строят кривую прокаливаемости в координатах твердость — расстояние от торца. Чем меньше прокаливаемость стали, тем быстрее падает твердость при удалении от торца.

Для разных плавок одной марки стали получается набор кривых прокаливаемости, так как от плавки к плавке прокаливаемости меняется. Поэтому сталь определенной марки характеризуется марочной полосой прокаливаемости.

Полоса прокаливаемости стали 40

Индексами (цифровыми показателями) прокаливаемости марки могут служить максимальная и минимальная твердость на определенном расстоянии от охлаждаемого торца, максимальное и минимальное расстояние от торца до точек с заданной твердостью (например, «полумартенситной») и др.

Метод торцовой закалки дает хорошо воспроизводимые результаты. Пользуясь им, можно решать многие интересные для практики задачи, в частности по номограммам определять размеры изделия, прокаливающегося насквозь в конкретном охладителе.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Источник

Конструкционные стали. Учебное пособие. Г. И. Сильман конструкционные стали

Название Г. И. Сильман конструкционные стали
Анкор Конструкционные стали. Учебное пособие.doc
Дата 12.10.2017
Размер 7.36 Mb.
Формат файла
Имя файла Конструкционные стали. Учебное пособие.doc
Тип Учебное пособие
#9347
страница 7 из 8
Подборка по базе: СССР после смерти И.В. Сталина. Борьба за власть..docx, 75 лет со времени прорыва блокады Ленинграда, 75 лет Сталинградс, Легированные стали.doc, ХГТУ РАСЧЕТ ШИХТЫ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ-1.pdf, Раздел 3 Неметаллические конструкционные материалы.docx, История Сталин реферат.doc, Технология производства стали.docx, Стабильные и некоторые особые структуры стали.docx, Иосиф Виссарионович Сталин.docx, 3.2 Стали.docx

2.3. Выбор марки стали по критическому диаметру прокаливаемости

Работа по выбору марки стали состоит из нескольких этапов: 1) анализ условий работы заданной детали и особенностей ее конст­рукции; 2) предварительный выбор марок сталей, удовлетворяющих требуемым условиям; 3) сравнительный анализ выбранных марок сталей (по механическим свойствам с учетом прокаливаемости) и окончательный выбор материала с учетом его эксплуатационных и технологических характеристик и стоимости; 4) выбор вида и режима термической или химико-термической обработки детали.

Предварительный выбор марки стали проводится с использова­нием приведенных выше рекомендаций или справочных данных (например, [3. 6]). Проверка соответствия выбранной марки стали принятому распределению твердости по сечению детали проводится с учетом прокаливаемости стали. По табл.20 определяется твердость полумартенситной зоны для стали с заданным содержанием углеро­да. Если твердость полумартенситной зоны улучшаемой стали меньше HRC 45, то для сердцевины детали используется условие “твердость не менее HRC 45”. Для цементуемой стали минимальная твердость полумартенситной зоны лимитируется величиной HRC 30.

Твердость полумартенситной зоны для углеродистых и легированных сталей сразным содержанием углерода

Содержание углерода,

сталей

Содержание углерода,

сталей

углеродис­тых легирован­ных углеродис­тых легирован­ных
0,08. 0,17 25 0,33. 0,42 40 45
0,18. 0,22 25 30 0,43. 0,52 45 50
0,23. 0,27 30 35 0,53. 0,62 50 55
0,28…0,32 35 40

Зная величину требуемой твердости сердцевины, по кривой или полосе прокаливаемости данной марки стали (см. приложение) на­ходим расстояние от закаливаемого торца до полумартенситной зоны (h мм). По величине h с помощью номограммы прокаливаемости (рис.2) определяем критические диаметры прокаливаемости для той среды, в которой проводится охлаждение выбранной стали. Ес­ли для стали нет кривой или полосы прокаливаемости, то можно пользоваться математической моделью прокаливаемости сталей, предложенной в работах Сильмана Г. И. и Серпик Л. Г.:

h = 2С [1+ 0,5 (Si + Al) (Mn + Ni) + 3 (Si + Al) Cr + Mn (Ni + Mo) + 4 Ni (Cr + Mo) + 2 Cu Cr + 10 Cr V], мм,


Рис.2. Номограмма для определения прокаливаемости стали (по М. Е. Блантеру)

Если критический диаметр прокаливаемости стали dкр. меньше диаметра термообрабатываемой заготовки dзаг., то выбранная марка стали не обеспечивает полную прокаливаемость заготовки и, сле­довательно, не гарантирует получение требуемых механических свойств. Подбор марки стали в этом случае нужно продолжить до тех пор, пока не будут обеспечены требуемая твердость рабочей поверхности, распределение твердости по сечению, что в первом приближении обеспечивается условием сквозной прокаливаемости dзаг. Пример выбора марки стали по критическому диаметру про­каливаемости.

Выберем марку стали для шлицевого ступенчатого вала диа­метром 60 мм и длиной 600 мм, учитывая, что вал работает в усло­виях высоких нагрузок (максимальное приведенное напряжение max.= 750 МПа), а шлицевая часть – и в условиях изнашивания.

В соответствии с рекомендациями (см. раздел 2.2), высокона­груженные валы целесообразно изготавливать из легированных сталей. Ступенчатые шлицевые валы должны обладать контактной выносливостью, высокой поверхностной твердостью (не менее HRC 48. 50) и износостойкостью. Для изготовления таких валов можно использовать стали 40Х и 40XГТ. Хромоникелевые стали 40ХН-50ХН и 40ХНМА рекомендуется использовать для валов большого диаметра. Предварительно рассмотрим два наиболее простых и экономичных варианта – стали 40Х и 40XГТ.

По табл.20 определяем твердость полумартенситной зоны для легированной стали с 0,4%С. Она составляет HRC 45, что соответствует лимитируемой твердости улучшаемой стали в сердцевине детали. В связи с этим задаемся твердостью в сердцевине закаленного вала HRC 45. По средней линии полосы прокаливаемоемости стали 40Х (см. прило­жение) определяем расстояние до зоны с твердостью HRC 45 (h45 = 10 мм). По номограмме прокаливаемости (см. рис.2) находим иде­альный критический диаметр (= 53 мм) и реальный критиче­ский диаметр при охлаждении в минеральном масле и l/d =10, где 1 — длина вала (= 27 мм). Видно, что сталь 40Х не обеспечивает сквозную прокаливаемость вала. В связи с этим рассмотрим второй вариант – сталь 40ХГТ.

Для стали 40ХГТ полоса прокаливаемости в справочной и на­учной литературе не приведена. Поэтому определим параметр про­каливаемости по приведенной выше математической модели Сильмана-Серпик для среднего химического состава стали, принятого по ГОСТ 4543-71 (0,4% С; 0,27% Si; l,0% Mn; l,15% Cr; 0,15% Cu, 0,15% Ni, 0,04% Ti). По расчету получаем h = 17,5 мм и из номо­граммы прокаливаемости находим = 75 мм и для условий ох­лаждения в минеральном масле при 1/d =10 = 45 мм, что также не обеспечивает сквозную прокаливаемость вала.

Поскольку выбор безникелевых сталей не дал положительного результата, выбираем хромоникелевую сталь 45ХН. У этой стали твердость полумартенситной зоны составляет HRC 50, h50 = 30 мм, и реальный критический диаметр прокаливаемости = 80 мм, что вполне обеспечивает сквозную прокаливаемость вала. Свойства стали 45ХН в термоулучшенном состоянии (закалка от 820°С, от­пуск при 530°С): 0,2 не менее 850 МПа, В не менее 1050 МПа, KCU не менее 70 Дж/см 2 , что вполне отвечает требованиям по ме­ханическим свойствам. Твердость стали 45ХН в улучшенном со­стоянии при сквозной прокаливаемости составляет НВ 255. 302. Для получения повышенной твердости (более HRC 48) в шлицевой части вала ее можно подвергнуть поверхностной закалке с индук­ционным нагревом.
2.4. Выбор марки стали по глубине закаленного слоя

Недостаток метода выбора марки стали по критическому диа­метру прокаливаемости (с полумартенситной структурой в центре изделия) состоит в том, что свойства полумартенситной структуры зависят от содержания углерода; кроме того, в полумартенситной зоне вместо 50% троостита присутствует смесь троостита, феррита и перлита в различных сочетаниях, что может приводить к существенной нестабильности свойств по сечению детали.

Более стабильные свойства обеспечивает выбор стали по ее спо­собности получать заданную твердость на определенной глубине. При этом следует учитывать, что легирование дает возможность закаливать изделия больших сечений и вести охлаждение с меньшей скоростью, что снижает опасность появления закалочных дефектов.

Для выбора стали по глубине закаленного слоя необходимо иметь данные о твердости на разных расстояниях. На рис.3 показана связь эквивалентных скоростей охлаждения различных точек стан­дартного образца для торцевой закалки и прутков различного диа­метра, закаленных в воде (а) и масле (б), а также плиты, закаленной в масле (в) [9].

При выборе марки стали важно знать содержание углерода и количество мартенсита, при которых обеспечивается желаемая твер­дость стали в закаленном и отпущенном состояниях.

Связь между твердостью сталей в закаленном и отпущенном со­стояниях показана на рис.4, а, а зависимость твердости закаленной стали от содержания в ней углерода и количества мартенсита – на рис.4, б. Практика показывает, что следует выбирать такие стали, у которых получение минимальной рекомендуемой твердости в зака­ленном состояния достигается при содержании мартенсита, мень­шем 90%. У деталей, работающих на изгиб, структура, содержащая более 90% мартенсита, должна распространяться от поверхности на глубину, равную

80% мартенсита. Если же у деталей, работающих на изгиб, наружные слон нагружены слабо, то достаточна еще меньшая глубина закалки. При закалке болтов и других подобных деталей, работающих на растяжение, целесообраз­но получать в центре структуру, содержащую 60. 90% мартенсита. К деталям, требующим сквозной прокаливаемости (не менее 90% мар­тенсита в центре сечения), относятся пружины.

Рис.3. Соотношения скоростей охлаждения и эквивалентного расстояния для разных точек стандартного образца для торцевой закалки и закаленных изделий в виде прутков (а, б) и плит (в):

1 – на поверхности, 2 – на расстоянии 0,75 R от центра, 3 – на расстоянии 0,5 R от центра (R – радиус прутка), 4 – в центре, 5 – на расстоянии от поверхности 1/16 толщины плиты, 6 – на расстоянии от поверхности 1/4 толщины плиты


70
60
50
40
30

50 60 70 80 90 100

б

Источник

Читайте также:  Проволока для сварки конструкционной углеродистой стали
Adblock
detector