Закаливаемость и прокаливаемость сталей – важнейшие характеристики сталей. Закаливаемость определяется твердостью поверхности закаленной детали и зависит главным образом от содержания углерода в стали. При закалке различных деталей поверхность их, как правило, охлаждается со скоростью, большей _кр, следовательно, на поверхности образуется мартенсит, обладающий высокой твердостью.

При закалке любых деталей даже в самых сильных охладителях невозможно добиться одинаковой скорости охлаждения поверхности и сердцевины детали. Следовательно, если скорость охлаждения сердцевины при закалке будет меньше _кр, то деталь не прокалится насквозь, т.е. там не образуется мартенсит.

Прокаливаемостью называют способность стали закаливаться на определенную глубину. С помощью термокинетических диаграмм можно анализировать эту способность стали, но и определять ее, если известны кривые охлаждения закаливаемой детали в различных точках. Этот прием показан на рис. 7.8, где на термокинетическую диаграмму стали 45 нанесены кривые охлаждения в воде детали типа вала в точках, расположенных на поверхности (1) на расстоянии 0,5R от поверхности (2) и в центре (3) вала. Эти кривые получают экспериментальным и или расчетным путем. В данном случае кривые расположились так, что при указанных условиях охлаждения на поверхности и на расстоянии 0,5R от нее будет образовываться только мартенситная структура, а в центре вала – смесь перлита с бейнитом.

Иногда на термокинетических диаграммах указывают значения твердости стали после охлаждения с той или иной скоростью. В этом случае можно построить график изменения твердости по сечению цилиндрического образца данной стали. Такие графики, но полученные экспериментальным путем, приведены в справочниках и характеризуют прокаливаемость сталей.

Условились при оценке прокаливаемости закаленными считать слои, в которых содержится не менее 50% мартенсита (полумартенситная зона). Установлено, что легирование стали любыми элементами, кроме кобальта, увеличивает прокаливаемость, так как при этом повышается устойчивость переохлажденного аустенита. Для экспериментального определения прокаливаемости менее трудоемким оказался способ торцовой закалки (ГОСТ 5657-69). Цилиндрический образец, диаметром 0,025 м и длиной 0,1 м, нагретый до температуры закалки, охлаждают струей воды только с торца на специальной установке. После охлаждения измеряют твердость по образующей цилиндра и строят график изменения твердости по длине образца (рис 7.20).

Оригинальным в этом способе является то, что каждая точка поверхности стандартного образца охлаждается с различной и вполне определенной скоростью. Сопоставление двух кривых на рис. 7.20 наглядно показывает, что сталь, характеризуемая кривой 2, имеет более высокую прокаливаемость, чем сталь, у которой твердость изменяется в соответствии с кривой 1. Прокаливаемость стали одной и той же марки в зависимости от изменений химического состава, размера зерна аустенита (температуры нагрева), размера и формы детали и т.д. колеблется в значительных пределах. В связи с этим в справочниках прокаливаемость стали каждой марки характеризуется не кривой, а полосой прокаливаемости.

Отпуск закаленных сталей

Нагрев закаленных сталей до температур, не превышающих А₁, называют отпуском.

В результате закалки чаще всего получают структуру мартенсита с некоторым количеством остаточного аустенита. Иногда – структуру сорбита, троостита или бейнита.