Третьим значительным фактором, определяющим условия термической обработки, являются размеры и объём обрабатываемого изделия, вернее говоря, отношение объёма к поверхности. Чем больший объём будет приходиться на каждую единицу охлаждаемой поверхности изделия, тем меньшая скорость будет достигнута при охлаждении в совершенно идентичных условиях. Следовательно, при термической обработке массивных стальных изделий с высоким отношением объёма к поверхности необходимо так видоизменять условия обработки, чтобы охлаждение шло приблизительно с тою же скоростью, которая установлена для небольших тел. С другой стороны, при закалке больших и крупных изделий не достигается равномерность скорости охлаждения по всему сечению. Всегда охлаждение поверхности будет иметь скорость наибольшую, в то же время в центральных частях скорость охлаждения будет тем меньше, чем дальше отстоит рассматриваемый слой от поверхности. Практически этим обстоятельством польауются при термической обработке инструментов, давая изделиям т.-н. „внутренний отпуск-, заключающийся в совершенном изъятии закаливаемого предмета из охлаждающей ванны в тот момент, когда его поверхность будет почти совсем холодной, внутри же температура еще достаточно высока. Теряя в дальнейшем при воздушном охлаждении лучеиспусканием запас аккумулированной внутри теплоты, переходящей благодаря теплопроводности в поверхностные закаленные слои металла, тем самым изделие самоотпускается, то есть испытывает нагрев закаленных областей до таких приблизительно температур, до которых его пришлось бы нагревать особо после полного охлаждения всего объёма в ванне.
Различные вводимые в С. примеси оказывают заметное, иногда же черезвычайно сильное замедляющее влияние hi скорость процессов, совершающихся в С., и тем самым позволяют получать значительно большую „глубину закалки“, чем это имеет место при закалке обыкновенной углеродистой С.
Наиболее сильное замедление процессов вызывает в С. хром, называемый поэтому в английской литературе „ленивым“ (sluggish) элементом. Также марганец, вольфрам, молибден, кобальт способны вызывать замедление процессов, в особенности же процесса распадения твердого раствора углерода в альфа-железе и образования карбида железа. Этим свойством специальной С. широко пользуется техника в области изготовления инструментальной С. для быстрого резания, так называемым „быстрорежущей С.“, не теряющей своей твердости при разогреве до 500°; в области изготовления С. для горячей штамповки, горячего волочения и тому подобное.
Медь и никкель также понижают скорости процессов, нуже менее значительно.
V. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ С.
1. Упругость С., являющаяся свойством кристаллической решетки сохранять свою форму и возвращать первоначальную форму после деформации, произведенной действием какой-либо внешней силы, при прекращении действия силы, количественно характеризуется величиной предела упругости, то есть того напряжения, которое должно быть приложено к С. для преодоления упругих сил и получения остающейся деформации. В виду того, что С- является телом, всегда обладающим известной большей или меньшей степенью неоднородности, как в смысле физического строения, так и в смысле распределения внутренних напряжений. то. следовательно, и предельные напряжения упругого состояния, характеризующие упругие свойства решеток в различных бесконечно малых частях объёма С., также различаются по своей величине и иногда довольно значительно. Поэтому, при установлении предела упругости какого-либо сорта С. необходимо применять метод статистический: определять предел упругости, поисущий громадному большинству точек (бесконечно малых частей объёма) изучаемого сорта С. Получаемаявеличина, выраженная как напряжение в килограммахр. на кв. миллиметров. (в Англии и Америке в т. на кв. дюйм, или в фунтах на кв. дюйм), может быть названа пределом упругости данного сорта стали при известной термической обработке его; эта величина называется часто также пределом текучести (Streckgrenzo, Fliessgrenze, yield point, limited’dcoulement, limito dlnstique apparento) C.
С другой стороны, существующая степень неоднородности упругих сил в каждом отдельном испытываемом образце изучаемого сорта С. также может быть охарактеризована по тем первым незначительным пластическим деформациям, которые могут быть уловлены чувствительными приборами при испытании и которые соответствуют величине предела упругости в частях объёма образца, наиболее ослабленных вследствие существования внутренних напряжений или присутствия посторонних включений.
Такую пониженную величину предела упругости определяют обычно условно, точно оговаривая в технических условиях, какая величина наблюдаемой деформации служит признаком достижения предела упругости, называемого в этом случае уже пределом пропорциональности. Более правильно характеризовать степень механической однородности испытываемого образца по отношению предела пропорциональности к пределу упругости материала (предел текучести); чем ниже будет это отношение, тем больше степень механической неоднородности материала.
Приписывание некоторыми русскими металлургами преимущественного и самодовлеющего значения пределу пропорциональности, как единственной и главной характеристике упругих свойств материала в целом, несомненно является увлечением и заблуждением.
Упругие свойства С. характеризуются также и величиною упругой деформаций, производимой напряжением одной и той же величины в образцах различных сортов С. или при различных условиях термической обработки образцов одной и той же С. Упругая деформация С. определяется величиной коэффициента упругого удлинения. Если растягивающая сила Р вызывает упругое удлинение Я у образца длиной L с площадью поперекрного сечения ю, то при напряжении О=—
(ополучается относительная упругая деформация
В
Х_
Т
а коэффициентупругого удлинения
€
α= - Часто характеризуют упругую дефор“
° м 1
мацию величиной М — -, называемой модулем
Ссупругости.
2. Прочность С., определяемая величиной сил сцепления частиц метапла, количественно характеризуется двумя величинами: 1) напряжением, отвечающим окончанию общей пластической деформации образца при растяжении и началу образования интенсивного смешения частиц в некотором сечении образца Начало образования шейки) —это т. наз. „временное сопротивление“ (Zugfestig-keit, la charge de rupture, tensile strenght); 2) напряжением, испытываемым материалом в наиболее узкой части шейки в момент разрыва—„сопротивление при разрыве“ (Brochfestigkeit).
3. Пластические свойства С., способность к деформации без разрушения при напряжениях, превышающих предел упругости, характеризуются обычно величиной относительного удлинения образца при растяжении. Эта величина удлинения складывается из двух отдельных деформаций: 1) общего увеличения длины образца по всему объёму, происходящего до момента начала образования шейки, и 2) местного увеличения длины в месте, прилегающем к наиболее утончающемуся сечению образца (шейке), зависящего от величины
Самого сужения (диаметра образца в шейке). Благодаря суммированию двух различного рода деформаций,—одной пропорциональной длине образца, другой не зависящей от длины образца,—самая величина общего удлинения оказывается различной для образцов одинакового диаметра, но разной длины, приготовленных из одного и того же материала. Необходимо указывать поэтому каждый раз к какой длине образца относится сообщаемая цифра удлинения.
4. Вязкость и физическая однородность строения С. проявляются при испытании на растяжение в форме определенной величины деформации в месте разрыва, в шейке. Чем больше сужение, чем однороднее материал, тем больше его вязкость. Те же свойства характеризуются и величиной удельной работы удара (resilience), определяемой по величине той рабеты, которую нужно затратить при ударе для разрушения образца в заранее намеченном (надрез) сечении определенной величины.
5. Твердость С. может быть определена: 1) методом вдавливания шарика (Бринель) с вычислением соответствующего числа твердости по различной деформации, производимой одной и той же силой; 2) методом вдавливания и вычисления силы, затрачиваемой на определенную деформацию (Мартенс); 3) видоизмененным методом Бринеля с применением весьма малых нагрузок и получением весьма малых деформаций (Рокуэль, Виккерс); 4) методом отскакивания бойка от поверхности испытываемого тела с измерением высоты отскакивания (Шор, Совёр); 5) методом качания маятника, точка опоры которого поставлена на испытываемую поверхность: чем тверже тело, тем продолжительнее время 10 полных качаний маятника (Герберт). Менее совершенны способы определения твердости царапанием, к тому же самая идея метода царапания далека от физической природы свойства твердости, совершенно не связанного с явлением разъединения частиц.
6. Co)tpomueAeuuc усталости С. характеризуется величиной тех. напряжений, повторное, переменное или вибрационное приложение которых не вызывает преждевременного разрушения материала.
7. Сопротивление изнашиваемости С. определяется различно в зависимости от применяемых приборов и в согласии с характером изнашивания работающих частей машин.
VI. ОПИСАНИЕ ГЛАВНЕЙШИХ СОРТОВ С. И ИХ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИИ.
1. Углеродистая С. —см. табл. J-ую (ст. 39—40)#
2. Кремнистая С.—обладает после термической обработки высокими упругими свойствами, поэтому применялась долгое время как специальная рессорная С. Но недостаточная изотропность С. (различие свойств в разных направлениях) заставили заменить эту С. другими сортами — кремнемарганцовистой, кремне-хромовой. Кроме того, при малом содержании углерода кремний повышает магнитную проницаемость С. и понижает потери на гистерезис, почему кремнистая С. и применяется для изготовления листов трансформаторного и динамного железа. При содержании кремния выше 4% железо становится черезвычайно хрупким. Типичные составы указаны и табл. 6-й (ст. 41—42).
3. Никкелсвая С. Применение миккелевой С. черезвычайно широко и разнообразно. Содержание углерода обычно не бывает выше 0,5%. Применение указано в табл, у-й (ст. 41—42).
4. Медистая С,—распространена сравнительно мало, но установленные многочисленными исследованиями последнего времени положительныекачества медистой С.: повышение стойкости от окисления и ржавления железных листов с небольшим (0,3%) содержанием меди, повышение упругих свойств медистой С. после термической обработки—создают условия для расширения области применения медистой С.
5. Марганцовистая и высокомарганцовистая С,— распространена сравнительно широко. Высокомарганцовистая С., или С. Гадфильда—непревзойденный никаким другим металлом материал по своему сопротивлению изнашиваемости и истираемости. Применение указано в таблице 8-й (ст. 43—44).
6. Хромовая и высокохромовая С.—черезвычайно сильно распространена, отличаясь своими превосходными качествами, сопротивлением изнашиванию, неокисляемостью (12о/о Сг). Применение указано в табл, р-й (ст. 43—44).
7. Ванадиевая С.—применяется редко как таковая. Гораздо чаше пользуются ванадием как дополнительною примесью к другим сортам специальной С. Углеродистая ванадиевая С. применяется для изготовления стальных отливок повышенной прочности (0,25—0,35% С; 0,15-0,25% V); для получения чистой и не хрупкой инструментальной С. (1,0—1,2% С; 0,5-0,8% V).
8. Вольфрамовая С.—используется практикой с самым разнообразным содержанием вольфрама, от 0,5% до 9%, главнейшим образом в области изготовления инструментальной С. и С. для постоянных магнитов.
9. Молибденовая С.—самостоятельного значения не имеет, так как молибден вводится исключительно как дополнительная примесь в различные сорта специальной С.
10. Кобальтовая С.—кобальт обычно используется для изготовления С. с прибавлением добавочных элементов (хром, вольфрам), такая сложная С. имеет громадное значение в области приготовления постоянных магнитов.
11. Машиноподелочная С. сложного состава: сюда относится хромониккелевая, хромованадиевая, хромомаргаыцовистая, хромониккельвольфрамовая, хромониккельмолибденовая С. Характеристика со става и главнейших свойств приведена в табл, го-й (ст. 45—50).
12. Инструментальная С. сложного состава: хромовольфрамовая, хромовольфрамованадиевая, хромовольфрамокобальтовая, хромовольфрамомолибденовая. Характеристика состава показана в табл, и-й (ст. 51—52).
13. С. и стальные сплавы особого назначения.
> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Скорость охлажден