Прогартованість характеризує здатність стали сприймати загартування на певну глибину і є однією з основних характеристик, що дозволяє прогнозувати розподіл структурних складових по перерізу виливка або деталі.

Дослідження впливу різних факторів показують, що прогартованість конструкційної сталі визначається в основному стійкістю аустеніту до переохолодження і залежить від розміру зерна аустеніту, ступеня легування твердого розчину та вмісту в ньому вторинних фаз. Враховуючи, що прогартованість визначається, в основному, як відстань від поверхні деталі або виливка до зони, що містить 50 % мартенситу, визначили вплив хімічного складу сталі і температури гартування на твердість зони, що містить 50 % мартенситу.

Математичний аналіз показав, що твердість напівмартенситної зони конструкційних сталей, що містять (мас. %) від 0,15 до 0,72 С; 0,17-2,2 Si; 0,3-1,2 Mn; до 1,6 Cr; 3,25 Ni; 0,45 Mo; 0,2 V; 0,005 B; 0,15 Ti та загартованих при температурах від 810 до 930 ^оС з ймовірністю 99 % та похибкою d = 1,31 % описується наступним рівнянням:

, (1)

R=0,994

З урахуванням встановленої залежності методом торцевого гартування, визначили прогартованість литих конструкційних сталей, що містять від 0,19 до 0,52 % масової частки вуглецю; 0,14-0,86 - кремнію; 0,76-2,14 марганцю; 0,03-1,33 хрому; 0,003-0,023 сірки; 0,005-0,024 фосфору; 0,005-0,018 азоту; 0,007-0,07 алюмінію; до 0,13 ванадії; 0,035 титану; 0,003 бора, в інтервалі температур гартування від 900 до 1000 °С.

Приймаючи за незалежні фактори ступінь легування твердого розчину, розмір зерна аустеніту та вміст у ньому нітридів ванадію, алюмінію та титану, побудували математичну модель прогартованості конструкційної сталі , яка має такий вигляд:

,     (2)

R = 0,981

Аналіз рівняння 2 показує, що вплив легуючих елементів і домішок на прогартованість стали пов'язано в основному з їх твердорозчинною дією і зміною розміру зерна аустеніту. Слід зазначити, незначний вплив вторинної фази, який враховується, мабуть, розміром зерна аустеніту.

Приймаючи за базу сталь 30ХГСЛ, визначили ефективність впливу С, Si, Mn, Cr, V, N і V+N на прогартованість стали залежно від ступеня перегріву аустеніту над температурою t_ac3 (рис. 1).

Результати розрахунків показують, що зміна легуючими елементами розміру зерна аустеніту і ступеня легування твердого розчину така, що при мінімальному ступені перегріву (t_q = 900 °C) марганець, хром, вуглець і азот закономірно підвищують, а ванадій, кремній і спільне легування стали азотом і ванадієм екстремальне змінюють прогартованість сталі. При максимальному перегріві, тобто при торцевому гартуванні від 1050 °С ефективність впливу елементів змінюється як кількісно, так і якісно. Наприклад, легування сталі кремнієм і спільно 0,1 % V і 0,015 % N призводить до підвищення прогартованості сталі. При великих добавках азоту і ванадію прогартованість сталі знижується.

г

д

е

Рис. 1. Ефективність впливу Mn (а), Si (б), С (в), V (г), Cr (д), N (е) і V + N (є) на прогартованість стали залежно від ступеня перегріву аустеніту над температурою t_ac3. База: сталь 30ХГСЛ

є

Слід зазначити, що зі збільшенням ступеня перегріву аустеніту ефективність впливу елементів крім марганцю і азоту зростає, що свідчить про істотний вплив твердорастворного чинника. Зниження ефективності впливу таких аустенітоутворюючих елементів як марганець і азот пов'язане, мабуть, зі збільшенням вмісту сталі залишкового аустеніту. Порівнюючи усереднений питомий вплив елементів на прогартованість конструкційної сталі слід зазначити, що найбільш перспективним є її легування азотом.