Дефекты термической обработки

Дефекты при отжиге могут возникать вследствие несоблюдения режимов нагрева и охлаждения, применения слишком высоких или слишком низких температур, чрезмерной продолжительности нагрева.

При слишком быстром нагреве, особенно изделий крупных размеров, в результате теплового расширения наружных слоев в середине изделия могут возникнуть большие растягивающие напряжения, вызывающие образование трещин. На опасность возникновения трещин необходимо обращать особое внимание при нагреве сталей с плохой теплопроводностью и высоким коэффициентом теплового расширения, например аустенитных.

До достижения температуры отжига необходимо обеспечить выравнивание температуры, особенно для крупных изделий. Неравномерный нагрев приводит к неравномерной структуре и тем самым к получению различных механических свойств в разных сечениях изделия.

При слишком высоких температурах отжига и чрезмерно длительных выдержках происходит образование крупнозернистой структуры, называемой структурой перегрева. Перегрев стали возможен при нагреве слитков и заготовок для горячей деформации.

Перегрев характеризуется крупнокристаллическим блестящим изломом. Он может быть устранен последующим отжигом с фазовой перекристаллизацией, нормализацией или закалкой с высокотемпературным отпуском.

Очень большой перегрев, кроме сильного роста зерна, может вызвать окисление и оплавление границ зерен. Такой дефект называется пережогом и является неисправимым браком.

Неправильно проведенная закалка может привести к недостаточной и неравномерной твердости, короблению и образованию трещин.

Недостаточная твердость закаленной стали объясняется низкой температурой нагрева под закалку, недостаточной длительностью выдержки при правильной температуре или недостаточно интенсивным охлаждением. В первом случае мартенсит не обладает достаточной твердостью из-за исходного негомогенного аустенита. При недостаточно интенсивном охлаждении в структуре стали могут присутствовать продукты диффузионного распада аустенита.

Образование мягких пятен также является следствием недостаточного прогрева или недостаточно интенсивного охлаждения.

Повышенная хрупкость стали появляется в результате закалки от слишком высоких температур, при которых произошел значительный рост зерен аустенита. Устраняют этот дефект повторной закалкой от нормальных температур для этой стали.

При проведении термической обработки наличие газов в атмосфере печи (кислорода, водяного пара, углекислого газа, окиси углерода и др.) вызывает обезуглероживание и окалинообразование.

Обезуглероживание стали связано с выгоранием углерода в поверхностных слоях. Толщина обезуглероженного слоя может достигать 1,5 – 2 мм

Обезуглероживание поверхности металла обусловливает неравномерную и неполную восприимчивость к закалке, например, инструментальных сталей. Кроме того, обезуглероживание способствует снижению усталостной прочности, ухудшению химических свойств поверхности.

Окисление стали в процессе нагревания ведет к образованию на поверхности окалины, состоящей из соединений железа с кислородом FеО, Fе₂О₃, Fе₃О₄. Масса этого слоя может составлять 1-2% от массы заготовки.

Для защиты от окисления и обезуглероживания выполняется светлый нагрев, который осуществляется в печах с защитной атмосферой или вакуумных печах.

Используются также инертные газы – атмосферы, не вступающие во взаимодействие ни с одним из металлов или сплавов и с углеродом. Наиболее широкое применение в промышленности находят аргон и гелий. Необходимо отметить, что применение инертных атмосфер требует их тщательной очистки от кислорода, двуокиси углерода и других газов, а также глубокой осушки.

В последнее время получает распространение нагрев в «кипящем» слое. Если продувать горячий воздух сквозь слой, состоящий из мелких частиц (обычно, корундовых диаметром 200…500 мкм), то такой слой «кипит», превращаясь как бы в жидкость. В него можно погружать изделие и осуществлять нагрев при продувании горячего воздуха. Вместо воздуха можно использовать другие среды, в том числе и нейтральные. «Кипящий» слой может служить и закалочной средой при продувании через него холодного воздуха.

С целью защиты изделия от обезуглероживания и окалинообразования при отсутствии печей с защитной атмосферой нагрев можно осуществлять в ящиках или трубах, замазанных глиной, а также в ящиках с засыпкой древесным углем или чугунной стружкой.