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