Дефекты, возникающие при термической обработке тонкой полосы

Недогрев получается в том случае, если сталь была нагрета до температуры ниже критической. Доэвтектоидную сталь нагреть до температуры ниже температуры в точки А_сз, то часть феррита не превратится в аустенит. После охлаждения аустенит превратится в мартенсит, а феррит, не перешедший при нагреве в аустенит, останется в закаленной стали. В результате получится структура, состоящая из мартенсита и феррита. Феррит, имеющий низкую твердость (8 НRC), находясь вместе с мартенситом, будет снижать общую твердость закаленной стали. Этот дефект можно исправить, для чего недогретую сталь отжигают, а затем проводят нормальную закалку.

Перегрев получается в том случае, если сталь была нагрета до температуры намного выше критической или при оптимальной температуре была дана очень большая выдержка. При перегреве происходит рост зерна аустенита, а после закалки образуется крупно игольчатый мартенсит. Механические свойства перегретой стали низкие. Сталь, перегретую при закалке, отжигают (или нормализуют) и вновь закаливают.

Пережог получается в том случае, если сталь была нагрета до температуры, близкой к температуре начала плавления. Пережог характеризуется оплавлением и в связи с этим окислением металла по границам зерен, поэтому сталь становится очень хрупкой; пережог является неисправимым дефектом.

Закалочные трещины являются результатом резкого охлаждения или нагрева вследствие возникающих при этом внутренних напряжений как термических, так и структурных; перегрева; неравномерного охлаждения; наличия в деталях острых углов, глубоких рисок и т.п., в которых при закалке из-за концентрации внутренних напряжений создаются условия для образования трещин; вылеживания закаленных деталей, если в них отпуском не сняты внутренние напряжения; наличия в стали неметаллических включений, раковин и других дефектов.

Структурные изменения, происходящие в металле при термической обработке, вызывают изменение объема (деформацию), а неравномерность охлаждения – искажение внешней формы (коробление). Форма различных деталей под влиянием структурных напряжений изменяется иначе, чем под влиянием термических напряжений.

Для предотвращения деформаций и коробления необходимо обеспечение медленного охлаждения в интервале мартенситного превращения путем ступенчатой и изотермической закалки, закалки в двух средах, изготовление деталей из легированных сталей, чтобы их можно было закаливать в масле.

При наличии на поверхности детали окалины и загрязнений, соприкосновении деталей друг с другом в процессе охлаждения, неравномерном охлаждении, неравномерной структуре стали, загрязнении стали неметаллическими включениями в некоторых зонах детали вместо мартенсита образуется тростит или сорбит и твердость детали получается неравномерной (пятнистая закалка). Способами борьбы с пятнистой закалкой является предохранение деталей от образования окалины в процессе нагреве, очистка деталей перед закалкой, выбор правильного способа охлаждения, контроль стали на однородность.

Обезуглероживание стали и окалинообразование. При нагреве поковок в открытых электрических печах происходит взаимодействие железа с кислородом воздуха, находящимся в печи. При температурах железо окисляется, при этом поверхности поковок покрываются коркой окалины. На характер окалинообразования влияет температура и продолжительность нагрева, а также химический состав атмосферы печи и стали. Чем выше температура и больше продолжительность нагрева, чем толще слой получаемой окалины. Оклинообразование вредно по нескольким причинам: поверхность поковки под слоем окалины получается неровной, что усложняет последующую механическую обработку; окалина имеет высокую твердость, в связи с этим при неполном удалении ее с поверхности значительно снижается стойкость режущего инструмента при последующей механической обработке поковок.

Окалинообразование сопровождается вредным явлением – обезуглероживанием, т.е. удалением углерода с поверхностных слоев поковки, что при недостаточном припуске на механическую обработку может привести к браку детали по механическим свойствам. На характер обезуглероживания влияют температура нагрева, его продолжительность и состава атмосферы в печи.

Недогрев. Проведение операции термической обработки при заниженных температурах или при недостаточной выдержке может привести к получению неудовлетворительной структуры поковки и ее пониженным механическим свойствам. Из-за недогрева при отжиге поковок с крупнозернистой структурой не происходит измельчения зерна, т.е. улучшения микроструктуры и повышения механических свойств стали.

Деформации и поковки. Изменение размеров и форм поковок происходит при термической обработке в результате термических и структурных напряжений, под действием неоднородных объемных изменений, вызванных нагревом, охлаждением или фазовыми превращениями. Кроме этого, поковки могут быть вызваны неправильной укладкой поковок на подине печи. Во избежание недопустимых деформаций поковок при отжиге для нормализации при их укладке на подину необходимо применять специальные подкладки, подставки и т.п.

Деформированные поковки могут быть исправлены правкой.

После правки при большой степени деформации их подвергают отпуску для снятия напряжений.

Повышенная твердость поковок. Такой вид дефекта вызывает затруднения при последующей механической обработке. Причинами повышенной твердости поковок, возникающей в результате отжига, могут быть недостаточная температура нагрева; малая продолжительность выдержки или повышенная скорость охлаждения поковок, ведущая к образованию тонких структур. Для снижения твердости поковок следует повторно подвергнуть их отжигу с соблюдением заданных режимов.

Неравномерная твердость поковок. Неравномерная твердость поковок после отжига значительно усложняет их обработку на металлорежущих станках. Неравномерная и пониженная твердость поковок после окончательной термической операции может привести к снижению механических свойств детали. Причинами этого вида дефекта являются: недопустимый перепад температур в печи, неправильная укладка поковок на подине в печи, ведущая к дисбалансу масс садки; нарушение технологического процесса в части температуры нагрева металла и продолжительности выдержки и т.п. Этот вид брака исправим повторным проведением термической обработки.

Трещины. В результате неправильно проведенного режима термической обработки в поковке смогут возникнуть внутренние и поверхностные трещины. Причинами появления трещин могут быть: посадка холодной поковки в печь при высокой температуре; резкий нагрев и охлаждение поковок, проводящие к развитию больших внутренних напряжений; недостаточная для прохождения фазовых превращений длительность выдержки и т.п. Образованию термических трещин могут способствовать трещины и другие поверхностные дефекты ковочного происхождения: заковы, вырубки и т.п. Трещины – неисправимый вид брака.