Прокаливаемость

Введение.

Прокаливаемость является одним из важнейших свойств стали, существенно определяющих работоспособность деталей.

Целью курсовой работы является закрепление теоретических знаний, полученных в курсах лекций «Металловедение», «Теория и технология термической обработки металлов», овладение методикой расчета прокаливаемости по термокинетическим диаграммам, расчет прокаливаемости деталей различной формы и размеров при охлажде­нии в различных средах.

Общие теоретические положения.

Под прокаливаемостью понимают глубину проникновения зака­ленной зоны. Она зависит от многих факторов и задается критерием прокаливаемости (К), указывающим количество мартенсита в зака­ленной зоне. Как правило, прокаливаемость определяется по крите­рию К₅₀ (50% М) и определяется как расстояние от поверхности до зоны структуры, содержащей 50% мартенсита. В технических усло­виях на металлопродукцию могут применяться и другие критерии прокаливаемости (Кы, К₉₀, К₉₅, К_т) с большим содержанием мартен­сита «80%М», «90%М», «95%М» и «100%М» соответственно. Наибо­лее высокие критерии прокаливаемости задаются для деталей ответ­ственного назначения. По термокинетическим диаграммам распада переохлажденного аустенита можно определить другие структурные составляющие закаленной стали.

На прокаливаемость стали оказывают воздействие все факторы, влияющие на устойчивость аустенита и определяющие критическую скорость закалки. Они достаточно подробно рассмотрены в работе [1]. Углеродистые стали обладают невысокой прокаливаемостью, и для ее повышения в сталь вводят легирующие элементы.

Прокаливаемость характеризуется различными величинами. Прежде всего — это глубина прокаливаемости / (расстояние от поверх­ности до зоны с заданным количеством мартенсита). Другими харак­теристиками прокаливаемости являются:

ДГ_Р — максимальный диаметр образца, прокаливающегося насквозь в данной среде охлаждения,

— максимальный диаметр образца, прокаливающийся насквозь в «идеальной» среде, обладающей бесконечно большой ско­ростью охлаждения.

В технической литературе часто прокаливаемость конкретной стали характеризуется марочной полосой прокаливаемости, которая характеризуется граничными кривыми указывающими твердость дан­ной марки стали нескольких плавок на разном расстоянии от поверх­ности.

Прокаливаемость может определяться различными методами. Основным методом является метод торцовой закалки (метод Джоми- ни), проводящийся по ГОСТ 5657-69. По результатам торцовой за­калки в координатах твердость — расстояние от охлаждаемого торца строится кривая прокаливаемости. По кривой прокаливаемости, зная твердость, например, полумартенситной зоны, можно определить глубину прокаливаемости /. Значения твердости при различном со­держании мартенсита для разных марок стали представлены в табл.21 в работе [1]. По найденному значению глубины прокаливаемости по номограмме Блантера М. Е. можно определить другие характеристики

(у£>                            р

прокаливаемости (Дкр, Дк_Р). Номограмма Блантера М. Е. и порядок работ с ней представлены в работе [2].

Другими методами являются методы объемной закалки образ­цов, определение прокаливаемости по термокинетическим диаграм­мам, расчетные методы, методы моделирования.

Расчет прокаливаемости по термокинетическим диаграммам.

Термокинетические диаграммы (ТКД) превращения аустенита, как известно, строятся при непрерывном охлаждении и дают количе­ственную оценку устойчивости аустенита. Большое количество тер­мокинетических диаграмм распада переохлажденного аустенита представлено в работе [3]. С помощью ТКД можно определить про­должительность охлаждения при закалке, необходимую для получе­ния той или иной структуры, построить кривую прокаливаемости для образца торцовой закалки (без закалки образца), распределение твер­дости по сечению цилиндрического изделия из стали.

Различают: критическую продолжительность охлаждения, обес­печивающую полную закалку на мартенсит К_м‘, закалку на полумар- тенситную структуру К₅₀; появление первых порций феррита К_ф\ пол­ное превращение в перлитной области К_п. Результаты закалки опре­деляются продолжительностью охлаждения в интервале 800-500°С. Проекции точек пересечения кривых охлаждения с линией темпера­туры 500°С ТДК на ось времени покажут соответствующие продол­жительности охлаждения. Пример определения продолжительности охлаждения для получения К_м, К_ф, К_п представлен на рис Л.

Рис. 1. Термокинетическая диаграмма превращения стали (0,48 % С, 0.28% Si, 1.67% Мп, 0.10% V). Температура аустенизации 870°С

 

Таким образом, задаваясь структурой, которую желательно по­лучить в закаленной стали, с помощью ТДК можно заранее выбрать оптимальные условия охлаждения.

На каждую ТДК нанесены кривые охлаждения при различных скоростях, обеспечивающих закалку на определенную твердость, ко­торая всегда обозначена в конце соответствующих кривых. Проекти­руя точки пересечения этих кривых охлаждения с линией 500°С на ось абсцисс, можно найти продолжительность охлаждения для соот­ветствующей кривой, т.е. для зон с соответствующей твердостью. По найденным значениям продолжительностей охлаждения с помощью кривой, представленной на рис.2, можно найти расстояние от охла­ждаемого торца до точки, закаленной на твердость, соответствующую кривой охлаждения.

Продолжительность охлаждения в интервале 800-500 град. С Рис. 2. Зависимость продолжительности охлаждения в интервале 800-500°С от расстояния от охлаждаемого торца

 

По полученным данным можно простроить кривую прокаливае­мости.

По кривой прокаливаемости по диаграммам Висса [4], представ­ленным на рис.З, можно рассчитать распределение твердости по се­чению цилиндрического прутка при закалке в различных средах с различной интенсивностью. Интенсивность закалки (Н) различных сред представлена в таблице.

Рис.З. Зависимость между твердостью, измеренной по образующей образца для испытания методом торцовой закалки, и распределением твердости по сечению цилин­дрического прутка при закалке в воде (по Виссу): а — Н=1; б — Н=0,3; в — Н=0,4; г — Н=2

Таблица

Интенсивность закалки (Н) в различных охлаждающих средах Движение Интенсивность закалки для   воздуха масла воды соленой         воды Отсутствует………….. 0,02 0,25-0,30 0,9-1,0 2,0 Слабое………………… — 0,30-0,35 1,0-1,1 2,0-2,2 Среднее…………………. — 0,35-0,40 1,2-1,3 — Хорошее………………. — 0,40-0,50 1,4-1,5 — Сильное……………… — 0,50-0,80 1,6-2,0 — Резкое…………………. 0,08 0,80-1,10 4,0 5,0

 

 

Пример пользования диаграммой Висса показан на рис.За для стального прутка диаметром 150 мм. Соответствующая этому диа­метру кривая начинается в точке касания ординаты с пунктирной ли­нией для поверхности. Так, твердость поверхности стального прутка диаметром 150 мм соответствует твердости на расстоянии около 6 мм от охлажденного торца образца торцовой закалки. Соответствующие значения для других расстояний от поверхности могут быть получены из рисунка. Возможно обратное определение по твердости образца торцовой закалки можно найти распределение твердости в стальном прутке разного диаметра.

 

Порядок выполнения расчета:

1. Найти ТДК заданной марки углеродистой или низколегиро­ванной стали.
2. Определить время охлаждения для критериев К_м, К_ф, К_п.
3. Построить расчетную кривую прокаливаемости.
4. Произвести сравнение расчетной кривой прокаливаемости с полосой прокаливаемости заданной марки стали.
5. По расчетной кривой прокаливаемости для критерия Кы определить глубину прокаливаемости.
6. Определить другие характеристики прокаливаемости и (при охлаждении в воде и минеральном масле) для образца торце­вой закалки, шара, параллелепипеда с соотношением высоты и стороны квадрата 0,5.
7. Рассчитать распределение твердости по сечению цилиндри­ческого прутка заданного диаметра при закалке в воде с ин­тенсивностью Н=1, Н^0,3, Н=2. (г
8. Обобщить результаты и-сделать заключение.
9. Результаты работы представить в виде пояснительной запис­

 

Введение.

1. Основы прокаливаемости стали.
2. Характеристики прокаливаемости.
3. Критерии прокаливаемости.
4. Методы определения прокаливаемости.
5. Расчет прокаливаемости стали …. по термокинетическим диа­граммам.
6. Выводы.
7. Список литературы.