Дефекты стали при термической обработке.

К наиболее распространенным порокам, возникающим в стали при термической обработке, относятся обезуглероживание, пережог, перегрев, короб­ление, трещины и др.

Обезуглероживание — выгорание углерода из поверхностных слоев изделия в процессе нагрева их под закалку в печах с окислительной атмосферой. Обезуглероживание приводит к ухудшению механических свойств поверхностного слоя детали. Для предотвращения обезуглероживания (а также и окалинообразования) при термической обработке нагрев деталей производится в пе­чах с восстановительной и нейтральной атмосферой или в расплавленных металлических и соляных ваннах.

Перегрев связан с интенсивным ростом зерна аустенита при высоких температурах нагрева или длительной выдержке в печи при нормальной температу­ре нагрева. При закалке это приводит к возникновению повышенной хрупкости. Перегретая сталь может быть исправлена последующей термической обработкой по нормальному режиму.

Пережог — окисление стали по границам зерен при высоких температурах нагрева в условиях окислительной среды. Пережженная сталь не может быть исправлена последующей термической обработкой.

Недостаточная твердость стали после закалки может быть связана с нагревом изделия из доэвтектоидной стали ниже точки А_С3,. или недостаточной выдержкой при нормальной закалочной температуре. В том и другом случае произойдет неполная закалка стали. Пониженная твердость стали после такой закалки объясняется присутствием в структуре стали наряду с мартенситом и феррита. Пониженная твердость стали может быть вызвана также недостаточно интенсивным охлаждением; в этом случае не весь аустенит превращается в мартенсит, и в структуре стали наряду с мартенситом будут присутствовать другие закалочные структуры.

Коробление и трещины возникают под влиянием температурных и структурных внутренних напряжений. Появление температурных напряжений в стали при нагревании и охлаждении связано с неодинаковой скоростью изменения температуры по сечению, что приводит к неодновременному изменению объема отдельных участков детали. Структурные напряжения возникают при фазовых превращениях, сопровождающихся увеличением объема (особенно при превращении аустенита в мартенсит). Внутренние напряжения вызывают искажение внешней формы деталей (поводка, коробление). Если напряжения превышают предел прочности материала, то это может вызвать разрушение (трещины) деталей. Следует иметь в виду, что чем выше прокаливаемость стали, тем больше склонность к образованию трещин. С повышением содержания углерода чувствительность стали к возникновению трещин возрастает.

Структурные изменения, происходящие в металле при термической обработке, вызывают изменение объема (деформацию), а неравномерность охлаждения - искажение внешней формы (коробление). Например, наибольший объем из структур имеет мартенсит, поэтому при закалке с получением мартенситной структуры будет увеличиваться объем детали. Коробление может происходить без изменения объема (под влиянием термических напряжений) и с изменением объема (под влиянием структурных напряжений). Для первого случая характерным является деформация деталей из железа после многократного нагрева ниже температуры в критической точке и охлаждения; форма деталей будет приближаться к форме шара (рис. 46, а). Для второго случая характерным является деформация стальных деталей после многократной закалки на мартенсит (рис. 46, б). У детали кубической формы грани выгибаются к центру. У цилиндрической детали длина увеличивается, а у детали в форме диска толщина уменьшается. Таким образом, форма различных деталей под влиянием структурных напряжений изменяется иначе, чем под влиянием термических напряжений.

Рис. Положение деталей при погружении их в закалочный бак.

Уменьшение коробления достигается также правильным способом погружения детали в охлаждающую жидкость (рис. 47), например, длинные стержневые детали необходимо охлаждать в вертикальном положении, закаливать в закалочных машинах и штампах и др. Коробление детали исправляют правкой или рихтовкой.

Вопросы для повторения раздела.

1. От чего зависит время нагрева деталей?

2. Опишите методы защиты от воздействия окружающей среды.

3. Укажите разновидности отжига и их цель.

4. Установите температуру полного отжига стали, содержащей 0,45% С.

5. Как изменится величина зерна после полного отжига?

6. В каких случаях применяют нормализацию?

7. По диаграмме Fe – Fe₃C определите температуру закалки доэвтектоидных и заэвтектоидных сталей.

8. Укажите способы закалки и их применение.

9. Что такое закаливаемость и прокаливаемость стали?

10. Какая сталь прокалится на большую глубину: 1. 0,4% С 2. 0,4% С, 1% Cr и 1% Ni?

11. Какую структуру должна иметь сталь после изотермической закалки?

12. Для каких деталей рекомендуется поверхностная закалка при индукционном и лазерном нагреве?

13. Назначьте режим отпуска для сверла из стали, содержащей 1,1% С и шатуна из стали с 0,4% С.