какую скорость охлаждения стали при закалке называют критической
Скорость охлаждения при закалке металла
Скорость охлаждения при закалке должна обеспечить получение структуры мартенсита. Для этого охлаждение должно вестись со скоростью больше критической скорости закалки.
Если быстрое охлаждение не будет обеспечено, то в стали получатся иные структуры: троостит, сорбит или перлит, и она не приобретет желаемую твердость и прочность.
Однако большая скорость охлаждения необходима не при всех температурах.
В нижнем интервале температур 300—200° скорость охлаждения может быть меньше критической скорости закалки, так как при любой скорости, иногда даже и на воздухе, аустенит будет превращаться в мартенсит.
По этим соображениям охлаждающей жидкости совсем необязательно обладать большой охлаждающей способностью в интервале 300—200°.
Большая скорость охлаждения в изделиях сложной формы или в деталях из высокоуглеродистой или легированной хромом и другими элементами стали может вызвать лишь внутренние напряжения, которые приводят зачастую к закалочным трещинам.
Все применяемые в практике закалки охлаждающие среды обеспечивают желаемое быстрое охлаждение в интервале температур 600—550° и более медленное охлаждение в интервале температур 300-200°, что видно из табл. 11.
Таким образом, для того чтобы выбрать охлаждающую среду для стали при закалке, необходимо охлаждающую способность различных сред в интервале 650—550° сравнить с критической скоростью закалки, которая определяется химическим составом стали.
Из всех углеродистых сталей наименьшую критическую скорость закалки имеет сталь с содержанием углерода 0,9% (Vкрит 400 град/сек).
Наибольшая критическая скорость закалки
Наибольшую критическую скорость закалки (Vкрит 1200 град/сек) имеют низкоуглеродистые стали с содержанием углерода менее 0,3%.
Остальные углеродистые стали имеют критическую скорость закалки 400—600 град/сек.
Поэтому все углеродистые стали с содержанием углерода более 0,3% закаливаются в воде.
Низкоуглеродистые стали с содержанием углерода менее 0,3% вообще не закаливаются.
Большинство легированных сталей имеет критическую скорость закалки менее 120 град/сек и поэтому закаливается в масле.
критическая скорость закалки
Полезное
Смотреть что такое «критическая скорость закалки» в других словарях:
скорость химической реакции — [reaction rate] величина, характеризизующая интенсивность химической реакции. Скоростью образования продукта реакции называют количество этого продукта в результате реакции за единицу времени в единице объема (если реакция гомогенна) или на… … Энциклопедический словарь по металлургии
скорость волочения — [drawing speed] линейная скорость движения металла на выходе из волоки, м/с. На современных волочильных машинах скорость волочения достигает 50 80 м/с. Однако даже при волочении проволоки скорость, как правило, не превышает 30 40 м/с. При… … Энциклопедический словарь по металлургии
скорость спекания — [sintering rate] скорость движения вертикально вниз по слою зоны горения твёрдого топлива при агломерации руд и концентратов, мм/мин. В общем случае скорость спекания прямо пропорциональная количеству воздуха, просасываемого через 1 м2 плоскости… … Энциклопедический словарь по металлургии
скорость деформации — [strain rate] приращение степени деформации во времени. Скорость линейной деформации обычно обозначается ε или ξ, скорость сдвигоовй деформации γ или η: ξ = dε/dt, η = dγ/dt, где ε степень линейной деформации (линейная деформация), γ степень… … Энциклопедический словарь по металлургии
скорость нагрева — [heating rate] характеристика нестационарного процесса теплопроводности в виде изменении температуры нагревания тела в единицу времени. Скорость нагрева зависит от физических свойств материала, определяемых коэффициентом температуропроводности,… … Энциклопедический словарь по металлургии
скорость деформирования — [deformation velocity] линейная скорость перемещения рабочего инструмента в направлении основной деформации (например, высотного обжатия при осаждении, растяжении или сжатии при механических испытаниях и т. п.); Смотри также: Скорость скорость… … Энциклопедический словарь по металлургии
скорость тепловой волны — [thermal wave velocity] скорость разогрева газовоздушной смеси, пропорциональной разности между скоростями тепловыделения и теплоотвода; Смотри также: Скорость скорость химической реакции скорость спекания … Энциклопедический словарь по металлургии
Скорость — [speed, velocity; rate]: Смотри также: скорость химической реакции скорость спекания скорость деформирования … Энциклопедический словарь по металлургии
конструкционная сталь — общее название сталей, предназначенных для изготовления строительных конструкций и деталей машин или механизмов. * * * КОНСТРУКЦИОННАЯ СТАЛЬ КОНСТРУКЦИОННАЯ СТАЛЬ, общее название сталей (см. СТАЛЬ), предназначенных для изготовления строительных… … Энциклопедический словарь
неполная прокаливаемость — [incomplete hardenability] прокаливаемость, при которой не обеспечивается закалка сердцевины изделия, так, как в ней не достигается критическая скорость закалки. Смотри также … Энциклопедический словарь по металлургии
Теория термообработки. Термическая и химико-термическая обработка сталей.
№ 134. Чем отличаются кристаллы, выделяющиеся в данный момент от выделившихся ранее, при равновесной кристаллизации сплава системы с непрерывным рядом твердых растворов?
А) Ранее выделившиеся кристаллы богаче тугоплавким компонентам. В) Состав кристаллов меняется от компонента А до В, С) Отличия нет. D) Ранее выделившиеся кристаллы богаче легкоплавким компонентом.
№ 135. Чем отличаются кристаллы, образующиеся при данной температуре от выделившихся ранее, при неравновесной кристаллизации сплава системы с непрерывным рядом твердых растворов?
А) Ранее выделившиеся кристаллы богаче тугоплавким компонентом.
B) Ранее выделившиеся кристаллы богаче легкоплавким компонентом.
С) В процессе кристаллизации состав кристаллов меняется от чистого компонента А до В. D) Отличия нет.
№ 136. Какие сплавы системы А-В (рис. 44) могут быть закалены?
А) Любой сплав. В) Сплавы, лежащие между Е и Ь.С) Ни один из сплавов. D) Сплавы, лежащие между а и Е.
№ 137. Как называется склонность (или отсутствие таковой) аустенитного зерна к росту?
А) Отпускная хрупкость. В) Наследственная или природная зернистость.
C) Аустенизация. D) Действительная зернистость.
№ 138. Какие из перечисленных в ответах технологические процессы следует проводить с учетом наследственной зернистости?
А) Холодная обработка давлением. В) Литье в песчаные формы. С) Высокий отпуск
D) Закалка, отжиг.
А) Действительное. В) Начальное. С) Наследственное. D) Исходное.
№ 140. Чем объясняется, что троостит обладает большей твердостью, чем сорбит?
А) Форма цементитных частиц в троостите отличается от формы частиц в сорбите. В) В троостите меньше термические напряжения, чем в сорбите.
C) Троостит содержит больше (по массе) цементитных частиц, чем сорбит.
D) В троостите цементитные частицы более дисперсны, чем в
Сорбите.
ЛЬ 141. Какую кристаллическую решетку имеет мартенсит?
А) Кубическую. В) ГПУ. С) Тетрагональную.
№ 142. Какая из скоростей охлаждения, нанесенных на диаграмму изотермического распада аустенита (рис. 45), критическая?
№ 143. Как называется структура, представляющая собой пересыщенный твердый раствор углерода в
А-железе?
А) Мартенсит. В) Цементит. С) Феррит. D) Аустенит.
№ 144. Какую скорость охлаждения при закалке называют критической?
А) Максимальную скорость охлаждения, при которой еще протекает распад аустенита на структуры перлитного типа.
В)Минимальную скорость охлаждения, необходимую для получения мартенситной структуры.
С) Минимальную скорость охлаждения, необходимую для фиксации аустенитной структуры.
D) Минимальную скорость охлаждения, необходимую для закалки изделия по всему сечению.
№ 145. Каковы основные признаки мартенситного превращения?
А) Диффузионный механизм превращения и четкая зависимость температуры превращения от скорости охлаждения сплава.
В) Зависимость полноты превращения от температуры аустенизации и малые искажения в кристаллической решетке.
С) Слабовыражеиная зависимость температуры превращения от состава сплава и малые напряжения в структуре.
D) Бездиффузионный механизм превращения и ориентированная структура.
№ 146. Принимая во внимание сдвиговый механизм образования мартенсита, назовите вдоль какой плоскости кристалла аустенита должен произойти сдвиг?
А) (110). В) (111).С) (100). D) (101).
№ 147. Как влияет скорость охлаждения при закалке на температуру начала мартенситного превращения?
А) Чем выше скорость охлаждения, тем ниже температура.
В) Температура начала мартенситного превращения не зависит от скорости охлаждения.
С) Чем выше скорость охлаждения, тем выше температура.
D) Зависимость температуры начала мартенситного превращения от скорости охлаждения неоднозначна.
№ 148. От чего зависит количество остаточного аустенита?
А)_От температуры точек начала и конца мартенситного превращения.
В) От скорости нагрева при аустенизации.
С) От однородности исходного аустенита.
D) От скорости охлаждения сплава в области изгиба С-образных кривых.
№ 149. Какой температуре (каким температурам) отвечают критические точки А3 железоуглеродистых сплавов?
№ 150. Что означает точка Ас3?.
А) Температурную точку начала распада мартенсита. В) Температурную точку начала превращения аустенита в мартенсит.
С) Температуру критической точки перехода перлита в аустенит при неравновесном нагреве
D) Температуру критической точки, выше которой при неравновесном нагреве доэвтектоидные стали приобретают аустенитную структуру.
№ 151. На какой линии диаграммы состояния Fe-C расположены критические точки Ат?
№ 152. Как называется термическая обработка стали, состоящая в нагреве ее выше А3 или Ат, выдержке и последующем быстром охлаждении?
А) Истинная закалка. В) Полная закалка.
С) Неполная закалка.
№ 153. Какой структурный состав приобретет доэвтектоидная сталь после закалки от температуры выше Ас1, но ниже Ас3?
А)Мартенсит + феррит.
В) Перлит + вторичный цементит.
С) Мартенсит + + вторичный цементит.
№ 154. От какой температуры (t) проводят закалку углеродистых заэвтектоидных сталей?
№ 155. Почему для доэвтектоидных сталей (в отличие от заэвтектоидных) не применяют неполную закалку?
А) Образуется мартенсит с малой степенью пересыщения углеродом.
В) Образуются структуры немартенситного типа (сорбит, троостит).
С) Изделие прокаливается на недостаточную глубину. D) В структуре, наряду с мартенситом, остаются включения феррита.
№ 156. Какова температура закалки стали 50
(сталь содержит 0,5 % углерода)?
№ 157. Какова температура закалки стали У12 (сталь содержит 1,2 % углерода)?
№ 158. Сколько процентов углерода содержится в мартенсите закаленной стали марки 45 (сталь содержит 0,45 % углерода)?
А) 0,45 %. В) 2,14 %. С) 0,02 %. D) 0,80 %.
№ 159. Что такое закаливаемость?
А) Глубина проникновения закаленной зоны.
В) Процесс образования мартенсита.
С) Способность металла быстро прогреваться на всю глубину.
D) Способность металла повышать твердость при закалке.
№ 160. В чем состоит отличие сталей У10 и У12 (содержание углерода 1,0 и 1,2 % соответственно), закаленных от температуры 760 °С?
А) В структуре сплава У12 больше вторичного цементита.
С) Мартенсит сплава У12 содержит больше углерода. D) Мартенсит сплава У10 дисперснее, чем У12.
№ 161. Как влияет большинство легирующих элементов на мартенситное превращение?
А) Не влияют на превращение.
В) Сдвигают точки начала и конца превращения к более высоким температурам.
С) Сдвигают точки начала и конца превращения к более низким температурам.
D) Сужают температурный интервал превращения.
№ 162. Какова концентрация углерода в мартенсите закаленной стали марки У12 (сталь содержит 1,2 % углерода)?
№ 163. Что называют критическим диаметром?
А) Диаметр изделия, при закалке которого в центре обеспечивается критическая скорость закалки.
В) Максимальный диаметр изделия, принимающего сквозную закалку.
С) Диаметр изделия, при закалке которого в центре образуется полумартенситная структура.
D) Максимальный диаметр изделия, прокаливающегося насквозь при охлаждении в данной закалочной среде.
№164. Как зависит прокаливаемость стали от интенсивности охлаждения при закалке?
А) Взаимосвязь между интенсивностью охлаждения и прокаливаемостью
неоднозначна. В) Чем интенсивнее охлаждение, тем меньше прокаливаемость.
С) Прокаливаемость не зависит от интенсивности охлаждения.
D)Чем интенсивнее охлаждение, тем больше прокаливаемость.
№ 165. Расположите образцы стали, закаленные в воде, в масле и на воздухе, по степени убывания глубины закаленного слоя, если образец, закаленный в воде, насквозь не прокалился.
№ 166. В чем состоит значение сквозной прокаливаемости сталей?
Сквозное прокаливание обеспечивает.
А) повышение твердости термообработанного изделия, однако при этом ударная вязкость в сердцевине ниже, чем в наружных слоях
В)получение после термообработки зернистых структур во всем объеме изделия и высоких однородных по сечению механических свойств.
С) получение одинаковой твердости по сечению изделия.
D) сокращение количества остаточного аустенита, что приводит к повышению механических свойств стали.
№ 167. Как зависит твердость полумартенситной структуры доэвтектоидной стали от концентрации углерода?
А) Чем больше углерода, тем больше твердость.
В) Чем больше углерода, тем меньше твердость.
С) Зависимость неоднозначна. Твердость полумартенситной структуры определяется также характером термообработки.
D) Твердость не зависит от концентрации углерода.
№ 168. Как влияют большинство легирующих элементов, растворенных в аустените, на прокаливаемость стали?
А) Увеличивают прокаливаемость.
В) Уменьшают прокаливаемость.
C) Не влияют на прокаливаемость.
D) Влияние неоднозначно. Велика зависи
мость от режимов отпуска.
№ 169. У сплава А критическая скорость закалки больше, чем у сплава Б. У какого сплава больше критический диаметр?
Б)У сплава Б.
С) Зависимость между критической скоростью закалки и критическим диаметром неоднозначна.
D) Критический диаметр не зависит от критической скорости закалки.
№ 170. На рис. 46 представлены С-образные кривые двух марок стали (А и Б). У какой из них меньше прокаливаемость?
В) По С-образным кривым нельзя судить о прокаливаемости.
D) Исходных данных недостаточно. Нужны сведения о закалочной среде.
№ 171. Чем достигается сквозная прокаливаемость крупных деталей?
А) Многократной закалкой. В) Применением при закалке быстродействующих охладителей. С) Обработкой после закалки холодом.
D) Применением для их изготовления легированных сталей.
№ 172. Как называется термическая обработка, состоящая в нагреве закаленной стали ниже A1 выдержке и последующем охлаждении?
А) Отжиг. В) Аустенизация. С) Отпуск. D) Нормализация.
№ 173. При каком виде отпуска закаленное изделие приобретает наибольшую пластичность?
А) При низком отпуске.
В) При высоком отпуске.
С) Пластичность стали является ее природной характеристикой и не зависит от вида отпуска.
D) При среднем отпуске.
№ 174. При каком виде термической обработки доэвтектоидных сталей возникают зернистые структуры?
А) При изотермической закалке.
В) При закалке со скоростью выше критической.
С) При полном отжиге.
D) При отпуске на сорбит, или троостит.
№ 175. Как влияет температура нагрева при отпуске на твердость изделий из углеродистой стали?
А) Влияние температуры отпуска на твердость неоднозначно.
В) Чем выше температура нагрева, тем выше твердость.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Прокаливаемость сталей
Прокаливаемость и критическая скорость охлаждения
При закалке на мартенсит сталь должна охлаждаться с закалочной температуры так, чтобы аустенит, не успев претерпеть распад на ферритокарбидную смесь, переохладился ниже точки Мн. Для этого скорость охлаждения изделия должна быть выше критической.
Критическая скорость охлаждения (критическая скорость закалки) — это минимальная скорость, при которой аустенит еще не распадается на ферритокарбидную смесь.
В первом приближении критическая скорость закалки определяется наклоном касательной к С-кривой начала распада аустенита. При таком определении получается величина, примерно в 1,5 раза превышающая истинную критическую скорость.
В Кинетике фазовых превращений отмечалось, что при наложении кривых охлаждения на С-диаграмму изотермических превращений нельзя проводить строгих количественных расчетов температур начала и конца превращения исходной фазы при непрерывном охлаждении. Выше точки касания кривой υкр к С-кривой превращение развивается более вяло, чем при температуре, соответствующей точке касания.
Следовательно, за время, равное инкубационному периоду при температуре точки касания, непрерывно охлаждающийся аустенит еще не начнет распадаться. Поэтому истинная критическая скорость меньше той, которая определяется по тангенсу угла наклона касательной к С-кривой начала изотермического распада. Истинную величину υкр можно получить при использовании термокинетических диаграмм (смотрите Кинетика фазовых превращений и Нагрев и охлаждение при закалке без полиморфного превращения).
Определение критической скорости закалки по С-диаграмме
Определение критической скорости закалки по С-диаграмме: υц и υп — скорости охлаждения центра и поверхности изделия:
1 — начало распада аустенита;
2 — окончание распада аустенита.
Поверхность изделия всегда охлаждается быстрее, чем центр. Скорость охлаждения на поверхности может быть больше критической, а в центре — меньше. В этом случае аустенит в поверхностных слоях превратится в мартенсит, а в центре изделия испытывает перлитное превращение, т. е. деталь не прокалится насквозь.
Прокаливаемость — одна из важнейших характеристик стали. Под прокаливаемостью понимают глубину проникновения закаленной зоны.
Прокаливаемость зависит прежде всего от критической скорости охлаждения. На рисунке изображена кривая распределения скоростей охлаждения по диаметру цилиндрического образца в сопоставлении с величиной критической скорости. Кольцевой объем около поверхности изделия охлаждается со скоростью больше критической, и поэтому он закален на мартенсит.
Сердцевина цилиндра охлаждается со скоростью меньше, чем критическая, и поэтому она не закалена на мартенсит.
В массивной детали большого сечения после закалки можно наблюдать всю гамму структур: плавный переход от мартенсита около поверхности через троостомартенсит, троостит и сорбит до перлита в центре.
Прокаливаемость цилиндра
а — несквозная прокаливаемость;
б — сквозная прокаливаемость;
1 — кривая распределения скоростей охлаждения по диаметру цилиндра;
2 — критическая скорость охлаждения (заштрихован слой, закаленный на мартенсит).
Если центр изделия охлаждается со скоростью больше критической, то деталь закаливается на мартенсит насквозь. Как видно на рисунке, для увеличения прокаливаемости детали данного сечения необходимо или повышать скорость охлаждения (кривая 1 сдвигается вверх), или понижать критическую скорость закалки: и в том, и в другом случае затрихованное сечение закаленной зоны будет возрастать.
Критическая скорость охлаждения зависит от всех факторов, влияющих на скорость распада аустенита. Факторы, увеличивающие стойкость переохлажденного аустенита против распада, т. е. сдвигающие С-кривые вправо, увеличивают прокаливаемость (при сдвиге С-кривой вправо касательная к ней располагается под меньшим углом).
Устойчивость переохлажденного аустенита против эвтектоидного распада зависит от его гомогенности, размера действительного зерна и химического состава, от присутствия нерастворенных карбидов и других включений в стали и от малых количеств примесей, в том числе и неконтролируемых.
Так как для зарождения эвтектоида необходимы местные обогащения и обеднения γ-раствора углеродом, то чем однороднее аустенит, тем более устойчив он против эвтектоидного распада и тем больше прокаливаемость.
С укрупнением действительного аустенитного зерна уменьшается суммарная межзеренная поверхность, на которой предпочтительно начинается распад, и прокаливаемость увеличивается.
Увеличение температуры нагрева и времени выдержки перед закалкой приводит к выравниванию концентрации γ-раствор а и к росту аустенитного зерна, т. е. повышает устойчивость переохлажденного аустенита. Поэтому с ростом температуры нагрева и выдержки перед закалкой прокаливаамость стали увеличивается, причем первый фактор более эффективен.
Для увеличения прокаливаемости совершенно необязательно закаливать сталь с повышенной температуры.
Выравнивание концентрации γ-раствора и укрупнение его зерна — необратимые процессы. Если сталь была нагрета до высокой температуры, а затем медленно охлаждена в аустенитной области до нормальной температуры закалки, то прокаливаемость также возрастает.
Очень сильно на прокаливаемость влияет химический состав аустенита. С повышением концентрации углерода в аустените он делается устойчивее и критическая скорость закалки уменьшается. Наименьшей критической скоростью, т. е. наилучшей прокаливаемостью, обладают стали, состав которых близок к эвтектоидному.
Зависимость критической скорости охлаждения
Зависимость критической скорости охлаждения при закалке
от содержания углерода (Эссер).
Повышение критической скорости у заэвтектоидных сталей объясняется тем, что они закаливаются не из аустенитной области, а с температур выше А1, но ниже Аст (смотрите ниже рисунок Интервал температур нагрева под закалку углеродистых сталей). С увеличением содержания углерода в заэвтектоидной стали концентрация его в аустените при нормальной температуре закалки (А1 + З5 — 60 °С) не повышается, а количество цементита растет. Частицы цементита, являясь затравкой для перлитного превращения, уменьшают устойчивость переохлажденного аустенита.
Поэтому с повышением содержания углерода в заэвтектоидной стали критическая скорость закалки возрастает. Если заэвтектоидные стали закаливать с температур выше Аст (из аустенитной области), то критическая скорость охлаждения будет непрерывно уменьшаться с увеличением содержания углерода в стали, так как при этом повышается концентрация углерода в аустените.
Прокаливаемость углеродистой стали значительно возрастает при введении в нее сотых и тысячных долей процента бора. Бор, являясь поверхностно активным элементом в растворе, концентрируется по границам зерен аустенита и снижает здесь поверхностную энергию, что затрудняет предпочтительное образование центров распада по границам зерен, и переохлажденный аустенит становится устойчивее. Поэтому введение малых количеств бора в углеродистую сталь повышает ее прокаливаемость.
Сталь одной марки, но разных плавок обладает различной прокаливаемостью, что объясняется различием в размере аустенитного зерна, влиянием неконтролируемых количеств растворенных примесей и включений оксидов, нитридов, сульфидов и др.
За исключением кобальта, все легирующие элементы, растворенные в аустените, затрудняют его распад, уменьшают критическую скорость закалки и улучшают прокаливаемость.
Природа замедления распада аустенита под влиянием легирующих элементов обсуждена в Диффузионных превращениях аустенита при охлаждении. Для улучшения прокаливаемости широко используют добавки марганца, никеля, хромай молибдена. Особенно эффективно комплексное легирование, при котором полезное влияние отдельных элементов на прокаливаемость взаимно усиливается. Например, для стали с 0,4% С и 3,5% Ni критическая скорость закалки равна 160 град/с, а добавляемые 0,76% Мо снижает эту скорость примерно до 4 град/с.
Влияние легирующих элементов
Влияние легирующих элементов на критическую скорость закалки
стали, содержащей 0,9 — 1% С (Эссер).
Карбидообразующие элементы увеличивают прокаливаемость лишь в том случае, если они при температуре закалки растворены в аустените. Если же температура закалки недостаточно высока, то нерастворившиеся карбиды, являясь центрами распада аустенита, ухудшают прокаливаемость.
Увеличение прокаливаемости при легировании используют в двух направлениях. Во-первых, применение легированной стали обеспечивает сквозную прокаливаемость в таких больших сечениях, которые невозможно прокалить насквозь, если использовать углеродистую сталь. Например, при закалке в воде стали 45 критический диаметр (смотрите Режимы закалки без полиморфного превращения сплавов на разной основе) равен 20 мм, в то время как изделия из стали 40XHMA диаметром 120 мм прокаливаются насквозь при охлаждении в масле.
Во-вторых, для изделий небольшого сечения замена углеродистой стали легированной позволяет перейти к менее резкому закалочному охлаждению. Применяя углеродистую сталь, можно прокалить насквозь изделие небольшого сечения, если применять закалку в воде.
Но при этом могут возникнуть недопустимо большие остаточные напряжения, а также коробление и трещины, особенно в изделиях сложной формы. Применение легированной стали позволяет заменить закалку в воде более мягкой закалкой в эмульсии, масле или даже на воздухе.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков