Обезуглероживание стали как исправить

Недостаточная твердость

Недостаточная твердость закаленного изделия появляется в результате неправильно выбранной температуры закалки или недостаточно интенсивного охлаждения. Скажем, при закалке доэвтектоидных сталей недостаточная твердость может получиться в результате того, что температура закалки была ниже АС3

и в структуре стали сохранился феррит.

Кроме того, в доэвтектоидной стали пониженная твердость может быть результатом перегрева. Образование при этом крупноигольчатой структуры мартенсита, помимо пониженной твердости, вызывает понижение ударной вязкости.

В заэвтектоидных сталях недостаточная твердость закаленного изделия может также являться результатом перегрева и образования крупноигольчатого мартенсита.

Дефекты закалки с нагревом ТВЧ и их предупреждение. Деформация. Трещины.

Раздел: БИБЛИОТЕКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Короткий путь https://bibt.ru
<<�Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Деформация.

Хотя деформация деталей при высокочастотной закалке значительно меньше, чем при объемной, тем не менее и в этом случае она может быть причиной брака. Как и при объемной закалке, деформация связана, во-первых, с неравномерностью нагрева и охлаждения и, во-вторых, с увеличением объема стали при образовании мартенсита.

Неравномерность нагрева при высокочастотной закалке вызывается неравномерным зазором по окружности между индуктором и нагреваемой деталью. В тех местах, где зазор меньше, нагрев происходит сильнее. Такое явление называется эффектом близости. Во избежание этого проводят, как указывалось выше, вращение детали при нагреве. Вращение, однако, не дает эффекта, если сама нагреваемая деталь имеет эксцентриситет, или центры станка, в которых она устанавливается, имеют биение.

Неравномерность охлаждения вызывается неравномерной подачей воды через спрейер.

В результате неравномерности нагрева и охлаждения может произойти искривление геометрической оси при закалке цилиндрических изделий типа валов, шпинделей и т. п.

Наибольшая деформация наблюдается при односторонней поверхностной закалке, особенно в тех случаях, когда детали не обладают достаточной жесткостью, как, например, пластины. Однако даже изделия, обладающие высокой жесткостью, такие как рельсы, балки и др., но имеющие большую длину, при односторонней закалке склонны к деформации. В этих случаях уменьшение деформации может быть достигнуто снижением толщины закаленного слоя, а также закалкой обратной, нерабочей стороны пластин или балок.

Увеличение объема при высокочастотной закалке происходит только в поверхностном слое детали, где образуется мартенситная структура. Несмотря на то, что глубина закаленного слоя в большинстве случаев не превышает 2—3 мм, изменение объема даже в таком небольшом слое может привести к ощутимому и нежелательному изменению размеров детали. Например, при поверхностной закалке цилиндрической детали, при равномерном расширении слоя во всех направлениях можно было бы ожидать увеличения диаметра детали примерно, на 3 мкм на каждый миллиметр толщины закаленного слоя. Если же учесть, что в большинстве случаев увеличение объема при поверхностной закалке происходит в основном в направлении глубины слоя (по диаметру детали), то увеличение диаметра можно принять в 3 раза большим, т. е. оно составит примерно 0,01 мм на каждый миллиметр толщины слоя.

Наряду с увеличением диаметра при закалке цилиндрических деталей, особенно в тех случаях, когда длина их значительно превышает диаметр, происходит уменьшение длины. Такое уменьшение может достигать 1 % от длины закаленного участка.

Важным преимуществом высокочастотной закалки является то, что изменение объема, связанное со структурными превращениями, а значит и изменение размеров обрабатываемой детали, могут быть более или менее точно учтены.

Трещины.

Первопричиной появления трещин при высокочастотной поверхностной закалке, как и при обычной закалке, являются внутренние напряжения. Это все те же термические напряжения, возникающие вследствие уменьшения объема металла при охлаждении, и структурные напряжения вследствие увеличения объема стали при образовании мартенсита.

Однако условия возникновения трещин, их вид и размеры при высокочастотной закалке имеют свои характерные особенности. Сущность их сводится к следующему. Поскольку нагреву подвергается только тонкий поверхностный слой металла, то при последующем резком охлаждении он будет стремиться уменьшиться в объеме, но этому будет препятствовать лежащий под ним холодный слой металла. В результате в поверхностном слое возникнут растягивающие напряжения. До 600— 500°С нагретый металл еще сохраняет сравнительно высокую пластичность, но ниже этой температуры пластичность падает, и такие напряжения могут привести к трещинам. При дальнейшем охлаждении ниже 300— 200°С, когда в поверхностном слое образуется мартенсит, происходит увеличение объема металла, и это уменьшает растягивающие напряжения, поэтому возникшие трещины, как правило, не увеличиваются по глубине. По существу это микротрещины, которые во многих случаях могут быть удалены при последующей шлифовке.

Возникновению микротрещин способствует неравномерность охлаждения водяным душем, когда разобщенные тонкие струйки воды, попадая на закаливаемую поверхность, создают неоднородное охлаждение. Образующиеся микротрещины имеют характерное для этого случая расположение, соответствующее расположению отверстий в спрейере.

Неоднородность охлаждения уменьшается при вращении детали. Действенной мерой является также применение индукторов с коническими душирующими отверстиями. В таких спрейерах струя воды по выходе из отверстия расширяется, и при попадании на поверхность детали отдельные струи воды сливаются в общий поток. Применяемое в настоящее время в практике заводов охлаждение масляным душем — эффективное средство борьбы с трещинами.

Перейти вверх к навигации

Окисление и обезуглероживание

Такой брак характеризуются образованием окалины на поверхности стальных изделий и выгоранием углерода в поверхностных слоях (так называемое — обезуглероживание) .

Такой брак термической обработки неисправим,

но если позволяет припуск на механическую обработку, то окисленный и обезуглероженный слой удаляют шлифовкой.

Для предотвращения этого вида брака нагрев изделий рекомендуется проводить в печах с нейтральной атмосферой либо в жидких средах.

Дефекты термической обработки стали

Нарушение в проведении термической обработки металлических изделий приводят к возникновению разнообразных дефектов.

Давайте остановимся на основных дефектах, которые могут возникать в результате термической обработки стали.

Недогрев. Недогрев стали возникает в том случае, когда сталь во время обработки нагревается до температуры ниже критической. В результате этого, к примеру, часть феррита может не превратиться в аустенит.

После охлаждения аустенит остаётся в закалённой стали, в результате этого образуется особая структура.

Перегрев. Перегрев возникает, когда сталь перегревается до температуры намного выше критической, или же в случае, когда температура находилось в норме, но была слишком долгая выдержка.

Перегрев приводит к росту зерен, а при очень сильном перегреве образуется видманштеттова структура, где пластинчатая форма ферритных участков расположены под углом друг другу, в результате чего образуются треугольники. Механические свойства стали находятся на крайне низком уровне.

Перегрев можно исправить путём повторного уже нормального отжига с соблюдением всех норм процесса.

Пережог. Пережог возникает в случае, когда сталь была нагрета до температуры, которая близка к температуре плавления, в результате чего по границам зерна происходит окисление, что делает сталь достаточно хрупкой. Данный вид дефектов исправить нельзя.

Окисление и обезуглероживание. Обезуглероживание и окисление стали во время нагрева является результатом взаимодействия с газами, которые находятся в печах. В результате данного взаимодействия на поверхности стали образуется окалина (при окислении), а в результате обезуглероживания происходит выгорание углерода, что приводит к образованию структуры феррита.

Образование окалины приводят к неравномерности твёрдости металла, вызывает необходимость дополнительной его обработки, а так же дополнительной потери металла.

Результатом действия обезуглероживания является резкое снижение твёрдости и выносливости на поверхностях металла. Для предотвращения данных неблагоприятных последствий, необходимо использовать печи с контролируемой атмосферой.

Закалочные трещины. Закалочные трещины возникают при резком нагреве или охлаждении метала. Предотвращения данных дефектов достаточно просто, достаточно придерживаться правильной технологии нагрева и охлаждения стали.

Коробление. Коробление возникает в результате неравномерного охлаждения отдельных частей детали (мест), в результате этого процесса происходит изменение внешней формы.

На данный процесс большое значение оказывает, как форма детали, так и способ погружения для охлаждения.

Предотвратить образование данного дефекта возможно путём правильного режима закалки.

Пятнистая закалка. Пятнистая закалка является дефектом, который возникает при неравномерном охлаждении поверхности детали, которое осуществляется в процессе проведения закалки.

Способствовать возникновения пятнистой закалки может наличие на поверхности окалины, грязи или в соприкосновение деталей между собой.

Результатом пятнистой закалки является неравномерная твёрдость. Средством профилактики пятнистой закалки является защита поверхности детали от окалины, её очистка и правильный способ охлаждения.

Закалочные трещины

Закалочные трещины могут являться результатом слишком быстрого и неравномерного нагрева, либо слишком быстрого охлаждения,

либо наличия на детали резких переходов сечений, где возникают большие внутренние напряжения, приводящие к растрескиванию.

Они могут получиться и в том случае, если после закалки деталь сразу не подвергли отпуску для снятия внутренних напряжений.

Для устранения растрескивания деталей при закалке необходимо обеспечить равномерный и более медленный нагрев, использовать закалку с одстуживанием (в двух средах или ступенчатую), отпускать изделия непосредственно после закалки и т.д.

Дефекты, возникающие при закалке стали

Неправильно проведенная закалка вызывает ряд дефектов в метал­ле. К ним прежде всего относятся недостаточная твердость, мягкие пятна, повышенная хрупкость, деформация, коробление и трещины.

Недостаточная твердость может быть следствием заниженной температуры нагрева металла перед закалкой для доэвтектоидных марок стали; недостаточной выдержки металла при температуре за­калки; малой скорости охлаждения при закалке; перегрева металла перед закалкой для заэвтектоидных марок стали.

Для исправления этих дефектов необходимо подвергнуть сталь нормализации или отжигу с последующей повторной закалкой при соблюдении установленного режима нагрева и охлаждения.

Мягкие пятнав металле, т. е. незакаленные участки с по­ниженной твердостью, возникают из-за неоднородной исходной струк­туры или обезуглероживания поверхности. При наличии, например, в исходной структуре скоплений феррита он не успевает перейти в раствор и сохраняется после закалки. Образование на поверхности изделий обезуглероженных участков, естественно, отражается на твер­дости металла после закалки. Неоднородность структуры стали перед закалкой исправляют отжигом или нормализацией. Применение более резких охладителей позволяет иногда предупредить^ образование мяг­ких пятен при закалке.

Повышенная хрупкость стали появляется при ее закалке от излишне высоких температур. Дефект обнаруживается при рассмотрении микро­ структуры или излома стали, а также проявляется при механических испытаниях. Для устранения повышенной хрупкости производят пов­торную закалку стали по нормальному режиму нагрева.

Деформация, коробление и трещины в изделиях являются следст­вием объемных изменений и внутренних напряжений в металле при закалке.

Деформация изделий происходит в результате мартенситного пре­вращения стали после закалки. Коробление (поводка) изделий полу­чается при их неравномерном нагреве или охлаждении. Оба эти де­фекта могут быть предотвращены или значительно уменьшены равно­мерным нагревом и охлаждением изделий, применением специальных способов закалки и, наконец, правкой и шлифованием изделий после закалки.

Образование трещин можно предупредить, если правильно конст­руировать деталь, устранив в ней неравномерные переходы от толстых сечений к тонким и подвергнуть ее отжигу перед механической обра­боткой для снятия внутренних напряжений. Прерывистая и ступен­чатая закалка также способствуют предотвращению закалочных тре­щин в металле.