Брак при термической обработке стали

Риски на поверхности поковок, представляющие собой мелкие открытые царапины глубиной 0.2—0,5 мм и просматриваемые до дна, возникают при прокатке металла вследствие задиров и заусенцев на прокатных валках (рис. 7, а).

Волосовины — тонкие (волосные), не просматриваемые до дна трещины на поверхности поковок глубиной 0.5-1.5 мм, возникают при прокатке в результате раскатки в длину подкорковых газовых пузырей стального слитка и обнажаются в результате окисления при нагревах и последующем травлении (рис. 7. б). Закаты — заусенцы, возникающие от неправильной калибровки или износа ручьев в прокатных валках и закатанные в виде диаметрально противоположных складок глубиной более 0,5 мм (рис. 7, в). Рис. 7. Виды брака исходного материала и заготовок

В отличие от дефектов штамповочного или закалочного происхождения перечисленные выше дефекты материала всегда обнаруживаются на поверхности поковки и строго следуют перегибам ее контура (рис.7, м).

Плены представляют собой брызги жидкой стали, застывшие на стенках изложницы и раскатанные при прокатке в виде отслаивающихся с поверхности пленок толщиной до 1,5 мм (рис. 7. г). После штамповки остаются на поверхности поковок.

Расслоения обнаруживаются в виде трещин по срезу заусенца или в виде расслаивания поковок на две части по плоскости разъема штампов (рис. 7. д); дефект обнажается при обрезке заусенца (рис. 8). Расслоения являются следствием усадочной раковины или рыхлости. Рис. 8. Образование расслоения в поковке шатуна: а — заготовка с дефектом перед штамповкой; б — выжимание дефекта в заусенец при штамповке

Шлаковые включения — все инородные включения, попадающие в жидкую сталь (шамотины. песочины и др.); выявляются при резке заготовок, если включение попадает на линию среза (рис. 7, е), а также при просмотре микро- и макрошлифов.

Флокены представляют собой скопления или гнезда мельчайших трещин (рис. 7, ж), видимых при осмотре на срезах заготовок в виде белых хлопьев или пятен. Поковки, отштампованные из металла, пораженного флокенами, растрескиваются при закалке, иногда с отделением кусков; обнаруживаются непосредственно при закалке, при снятии припуска в процессе механической обработки или же при поломке детали.

Несоответствующая марка стали (несоответствующий химический состав стали).

Брак по несоответствию химического состава или марок стали обнаруживается при испытании твердости, пробой по искре или стилоскопом, а также при растрескивании деталей в процессе закалки, при поломке деталей во время правки после цементации и закалки или в эксплуатации.

Для избежания брака по этой причине рекомендуется унифицировать размеры профилей в кузнечно-штамповочном цехе таким образом, чтобы на одном участке не встречалось одинаковых профилей, резко различных по свойствам марок стали, главным образом стали цементуемой и улучшаемой.

Несоответствующие размеры профиля материала приводят к браку на штамповке — по неполной фигуре (маломерный профиль), по недоштамповке (увеличенный профиль) и по зажимам.

Различают следующие виды брака при резке заготовок: косой срез — торец наклонен к оси заготовки (рис. 7, и); заусенцы и искривление конца заготовки (рис. 7, к); грубый срез или скол с вырывом металла (рис. 7, л); торцовые трещины (рис. 7, з); несоответствие заготовок по длине или весу (короткая заготовка или малая заготовка).

Косой срез зависит не только от зазора между ножами, но и от профиля вырезов в ножах и от того, под каким углом к передней плоскости ножей подается разрезаемая штанга.

Торцовые трещины появляются при резке главным образом металла крупных профилей. Под действием возникающих остаточных напряжений материал растрескивается иногда через 2-6 ч после резки.

Зимой брак по торцовым трещинам особенно возрастает, так как низкая температура способствует растрескиванию металла даже при резке малых профилей (менее 50 мм).

Торцовые трещины на поковках легко выявляются по расположению их на концах и торцах поковок. Применение подогрева проката до 300°С перед резкой на заготовки полностью исключает появление торцовых трещин.

Несоответствие заготовки по длине вызывается неправильной установкой упоров, недостаточно жестким их креплением и неполной подачей прутка до упора при резке. Заготовки, нарезаемые по заданному весу, следует взвешивать при наладке упоров на точных весах, лучше всего на циферблатных с ценой деления 5-10 г.

Перегрев — см. здесь. Состояние перегрева характерно для всех штампованных поковок, так как процесс штамповки ведется в интервале температур 1250-1100° С.

Для исправления перегрева и улучшения механических качеств, как правило, предусматривается нормализация всех штампованных поковок. Исключение иногда делается только для неответственных поковок, изготовляемых из стали 10 и 20.

Пережог — см. здесь.Окалина — см. здесь.

При высокочастотном индукционном нагреве с методической подачей заготовок в индуктор пропуск хотя бы одного толкания (передержка заготовок в индукторе на один период толкамин) приводит к возникновению весьма опасных внутренних трещин, расположенных в зоне наибольшего напряжения, возникающего при горячем деформировании заготовки. Этому виду брака подвержены все заготовки, одновременно находящиеся в индукторе.

Обезуглероженная поверхность — см. здесь.

Брак, возникающий при штамповке. Вмятины представляют собой следы заштампованной и в дальнейшем вытравленной или обитой окалины. Вмятины имеют глубину до 3 мм, что приводит к браку при механической обработке или к ослаблению рабочего сечения детали в черных местах. Они являются результатом плохой обивки окалины с заготовки перед» укладкой ее в формовочные ручьи.

Брак при штамповке на кривошипных
горячештамповочных прессах.

Незаполнение фигуры: в нижних
полостях чистового ручья, — из-за накопления в них продуктов сгорания смазки; на высоких выступах и ребрах — из-за отсутствия или неправильного расположения газоотводящих отверстий во вставках штампа; в «углах» на тонких сечениях поковки, примыкающих к мостику для заусенца — вследствие того, что металл вытекает в заусенец без достаточного торможения (рис. 11).

Брак при штамповке выдавливанием. Прессутяжина (рис. 14) возникает вследствие изменения направления течения верхних слоев металла (непосредственно под пуансоном) с горизонтального на вертикальное. Устраняется снижением скорости деформирования.

Характерной особенностью конструктивного брака является систематическая повторяемость брака одного и того же вида с высоким процентом отбраковки. Наиболее характерны следующие виды.

Недостаточный припуск на обработку. Проявляется в виде «черноты» или при отсутствии черноты в виде мягких пятен и недостаточной твердости после закалки токами высокой частоты вследствие неполного удаления обезуглероженного слоя.

Негодная макроструктура — неправильное направление волокна на травленых разрезах поковки по основным рабочим сечениям.

При конструировании штампов для поковок и выборе размеров и формы исходной заготовки категорически запрещается направлять волокно поперек направления рабочих напряжений, возникающих в детали при ее эксплуатации, а также пересекать напряженные сечения детали волокнами центральной загрязненной зоны исходного проката.

Систематический перекос штампов происходит, когда конструктор не предусмотрел в штампе направляющих или выбрал неправильно линию разъема.

Систематическое незаполнение фигуры штампа, особенно высоких выступов, ребер и «уголков» устраняется только правильным сочетанием размеров предварительного и окончательного ручьев в штампе.

Систематическое образование зажимов в определенных местах поковки. Зажим может происходить от несоответствия радиуса закругления в гибочном ручье с контуром фигуры в черновом и чистовом ручье.

Невыдерживание размеров от заданной базы (при формальном выдерживании других сопутствующих размеров), что приводит к окончательному браку при механической обработке.

Происходит при несоблюдении «Правила о единстве базы» кузнечной и механической обработки (рис. 18). Для устранения такого брака необходимо в чертеже поковки «привязать» основные контрольные размеры к «черным» базовым поверхностям, по которым деталь базируется при механической обработке, обеспечить стабильное выполнение этих размеров при изготовлении поковок, предусмотреть их проверку соответствующими шаблонами и контрольными приспособлениями. Рис. 18. Брак по зарезанию и утонению стенки в продольной рулевой тяге из-за несогласования баз. Вместо общей длины L + 2l, операцию высадки следует налаживать по размерам L/2, l и 1

Кривизна готовых поковок является следствием неэффективного способа правки. Для контроля и правильной наладки правочной операции следует предусматривать изготовление соответствующих контрольных приспособлений.

Недостаточная твердость. Основные причины возникновения брака:

неполная закалка (низкая температура нагрева под закалку, недостаточная выдержка или непрогрев при закалочной температуре, недостаточная активность охлаждения):
завышенная температура отпуска;
обезуглероживание поверхности при многократных нагревах;
несоответствие химического состава стали (пониженный процент углерода и легирующих составляющих).

Повышенная твердость. Основные причины возникновения брака:

быстрое охлаждение после нормализации;
заниженная температура отпуска;
недостаточная выдержка при нагреве в нормализационной или отпускной печи;
несоответствие химического состава стали (повышенный процент углерода и легирующих составляющих).

Пестрота твердости — чрезмерная разница в твердости на одной поковке, определяется измерением твердости на одной поковке в нескольких точках. Основные причины возникновения брака:

недостаточный прогрев при термообработке (чрезмерная загрузка, недостаточная выдержка);
быстрое охлаждение после нормализации (на сыром песке, под дождем и т. п.);
местное обезуглероживание;
близкое расположение ликваци онной зоны металла к поверхности детали, например, в зоне среза заусенца.

Вязкость (плохая обрабатываемость режущими инструментами при нормальной твердости) определяется выборочно по микроструктуре или опыт ной обработкой в механических цехах. Сплошной контроль осуществляется на магнитных приборах. Основные причины плохой обрабатываемости:

мелкозернистая структура;
наличие в перлитной стали зернистого или сорбнтообразного перлита вместо пластинчатого;
наличие в высокоуглеродистой стали цементита и пластинчатого перлита вместо зернистого перлита.

Закалочные трещины — тонкие разветвляющиеся трещины, глубоко проникающие в тело поковки. В случаях резкой закалки закалочные трещины представляют собой криволинейные разрывы в местах перехода от тонких сечений к толстым или на тонких ребрах и кромках. Основные причины возникновения закалочных трещин:

чрезмерная скорость охлаждения;
резкое различие в содержании углерода в местах среза заусенца и в соседних слоях металла (поковки с тонкими сечениями и сложной формой) (Для предупреждения закалочных трещин такие поковки, как шатуны, перед закалкой в воде должны проходить нормализацию или изготовляться из стали, закаливающейся в масле.);
несоответствие химического состава стали (повышенный против установленного по ГОСТу процент углерода, хрома или марганца);
загрязненный металл с резкой ликвацией.

Окалина на поверхности поковок, оставшаяся вследствие поспешной очистки или применения несоответствующих способов очистки. При удалении окалины в травильных ваннах этот вид брака возникает от недостаточной концентрации кислоты при избытке железного купороса.

Перетравленность — ноздреватость поковок вследствие передержки их в травильной ванне с чрезмерной концентрацией кислоты.

Забоины при очистке — механическое повреждение поковок с изменением размеров при совместной очистке в барабанах или дробеструйных установках крупных и мелких поковок.

Кроме перечисленных видов брака, в процессе обработки резанием могут обнаружиться следующие виды брака поковок.

Чернота на обработанных местах детали в результате недостаточного припуска на обработку или кривизны поковки.

Вмятины — отдельные углубления и раковины в местах детали, на которых глубина вмятин от заштамповки окалины на поковке превысила фактический припуск на обработку. Остатки окалины на дне вмятин представляют особую опасность для зуборезного инструмента и протяжек.

Тонкая стенка, обнаруживаемая при сверлении отверстий или при обработке одной из плоскостей. Этот вид брака является следствием перекоса поковки по плоскости разъема штампа (рис. 19, а), кривизны или отклонений поковки по длине. Перечисленные виды брака могут возникать также и от погрешностей механической обработки, главным образом от погрешностей или неточностей базирующих устройств или неправильного выбора базовых поверхностей для обработки резанием. Рис. 19. Исправление заточкой незначительного перекоса в поковке на базовой поверхности: а — влияние перекоса на образование тонкой стенки: б — заточка н выравнивание базовой поверхности исправляет поковку и позволяет получить годную деталь

Хиты
Новинки
Спецпредложения

Дефекты термической обработки стали, подробная информация

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.

Виды термообработки сталей

В зависимости от характера термического воздействия на металл, и способов введения дополнительной энергии в его структуру различают следующие основные виды термической обработки:

Отжиг – применяется с целью улучшения последующей деформации заготовок, и обеспечивает им равновесную мелкозернистую структуру. В свою очередь, отжиг может быть высоко- и низкотемпературным.
Закалка – придает деталям повышенную твердость и механическую прочность. Выполняется в электрических или пламенных нагревательных устройствах, подразделяется на поверхностную и объемную.
Отпуск – выполняется, как правило, после закалки, и обеспечивает плавное снижение прочностных показателей стали по мере удаления от поверхности. В результате снимаются термические напряжения, приводящие к короблению деталей.
Нормализация – заключается в исправлении неблагоприятной структуры стали и улучшения ее последующей обрабатываемости резанием.
Улучшение – выполняется для придания стальным деталям оптимального сочетания прочности и вязкости, что существенно, если изделие работает при значительных динамических нагрузках.

Бензопила «Husqvarna» 350: особенности и характеристики

Менее распространены, но также используются: старение (стабилизация структуры термообработанной стали), обработка холодом (обеспечивает деталям повышенную точность), а также комбинированные процессы, сочетающие термообработку с деформацией стали, насыщением ее поверхности другими элементами и так далее.

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.

Деформация и коробление

И последний возможный дефект закаленной стали — деформация и коробление.

Структурные изменения, происходящие в металле при термической обработке, вызывают изменение объема (деформацию), а неравномерность охлаждения — искажение внешней формы (коробление).

Такие дефекты закаленной стали происходят в связи с тем, что структуры имеют различный удельный объем. Это следует учитывать при назначении допуска на шлифовку. Например, удельный объем мартенсита больше, чем удельный объем перлита. Также форма различных деталей под влиянием структурных напряжений изменяется иначе, чем под влиянием термических напряжений.

Тела простой формы после деформации и правильное положение положение деталей при погружении их в закалочный бак
Для предотвращения деформаций и коробления необходимо обеспечить медленное охлаждение в интервале мартенситного превращения путем ступенчатой и изотермической закалок, закалки.
Источник

Преимущества термообработки металлов

Термическая обработка кардинально изменяет эксплуатационные свойства металлов, используя при этом только внутреннее перестроение их кристаллических решеток. С помощью чередования циклов нагрева и охлаждения можно в разы увеличить твердость, износостойкость, пластичность и ударную вязкость изделия.

Помимо этого, термическая обработка дает возможность производить структурные изменения только в поверхностном слое на заданную глубину или воздействовать только на часть заготовки.

Сочетание термообработки с горячей обработкой давлением приводит к значительному увеличению твердости металла, превышающему результаты, полученные отдельно при нагартовке или закалке. При химико-термической обработке поверхностный слой металла диффузионным способом насыщается химическими элементами, значительно повышающими его износостойкость и твердость.

При этом основная часть изделия сохраняет вязкость и пластичность. С производственной точки зрения оборудование для термической обработки гораздо проще и дешевле, чем станки и установки механообрабатывающих и литейных производств.

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.

Сборка шинной и дисковой мини-пилорамы своими руками

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.

Применяемое оборудование

Оборудование, используемое для термообработки, включает в себя пять основных категорий, которые присутствуют в любом термическом цехе:

нагревательные установки;
закалочные емкости;
устройства для приготовления и подачи жидких и газообразных сред;
подъемное и транспортное оборудование;
измерительная и лабораторная техника.

К первому виду относятся камерные печи для термообработки металлов и сплавов. Кроме того, нагрев может осуществляться высокочастотными индукторами, газоплазменными установками и ваннами с жидкими расплавами.

Отдельным видом нагревательного оборудования являются установки для химико-термической и термомеханической обработки.

Загрузка и выгрузка изделий производится с помощью мостовых кранов, кран-балок и других подъемных механизмов, а перемещение между операционными узлами термической обработки — специальными тележками с крепежной оснасткой.

Устройства, обеспечивающие процесс термообработки жидкими и газообразными средами, обычно располагаются вблизи соответствующего оборудования или же соединены с ним трубопроводами. Основной измерительной техникой термического цеха являются различные пирометры, а также стандартный измерительный инструмент.

Примеры решения и задачи с методическими указаниями

Решение задач	Лекции
Расчёт найти определения	Учебник

Образование трещин происходит в основном при перегреве стали для закалки, очень часто вода скапливается на дне масляного закалочного бака, во время которого быстрорежущая сталь остывает и растрескивается. 5.Сегрегация карбидов (накопление карбидов) может наблюдаться при неправильном литье (термический металл, крупные слитки и др.) или недостаточная ковка (малые бобины) в структуре быстрорежущей стали. 。

При такой неудовлетворительной структуре сколы рабочего лезвия увеличивают количество дефектов в закалочных трещинах и сокращают срок службы инструмента. Существует 10-балльная шкала карбидной неоднородности быстрорежущей стали. Это позволяет использовать сталь с низким показателем карбида (например, 2-3) для сложных фасонных инструментов с тонкими режущими кромками, в то время как сталь с более высокой формой может использоваться для высоких сталей.

Неоднородность карбидов(например, оценка 4-5). Людмила Фирмаль

невозможно удалить сегрегацию карбидов термической обработкой.

Особенности термообработки цветных сплавов

Основные отличия термической обработки цветных металлов и сплавов связаны с особенностью строения их кристаллических решеток, повышенной или пониженной теплопроводностью, а также химической активностью в отношении кислорода и водорода.

К примеру, практически не существует проблем с прокаливаемостью при термообработке алюминиевых и медных сплавов, а для титана это является одной из основных инженерных задач, т. к. его теплопроводность в пятнадцать раз ниже, чем у алюминия. Сплавы меди при высоких температурах активно взаимодействуют с кислородом, поэтому их термическая обработка должна выполняться в защитных средах.

Алюминиевые сплавы практически инертны к атмосферным газам, а титан, напротив, имеет склонность к наводороживанию, поэтому для снижения доли водорода его необходимо отжигать в вакуумной среде. При термической обработке изделий из деформируемых алюминиевых сплавов (профили, трубы, уголки) требуется очень точное соблюдение температуры нагрева, при этом она не очень высокая: всего 450÷500 ºC.

А как можно решить эту задачу в домашних условиях минимальными средствами? Если кто-нибудь знает ответ на этот вопрос, поделитесь, пожалуйста, информацией в х.

Источник

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.

Отжигальщик

БРАК ТЕРМООБРАБОТКИ

45. Брак по твердости

Металл, после отжига не удовлетворяющий требованиям ГОСТ и ТУ вследствие завышенной твердости, должен подвергаться повторному отжигу по прежнему режиму. Допускается незначительное (на 10°) понижение температуры или сокращение выдержки примерно на 10—15%.

Установленные на заводах методы контроля изделий после термообработки не могут обеспечить 100% проверки изделий. Обычно подвергается контролю 2—3% изделий. Поэтому, чем хуже качество отжига, тем больше возможности пропустить брак в дальнейшую обработку.

Если металл с повышенной твердостью не задерживается на участке отжига, то при дальнейшей его обработке наблюдается ряд осложнений. Особенно пагубно влияет повышенная твердость на работу поточных автоматических линий. Если- металл назначается после термообработки в холодное волочение, то завышенная твердость ведет к повышенному износу волок и даже к трещинам на протягиваемом металле.

В основном твердый металл является следствием недогрева при отжиге. Причины недогрева следующие:
1) неправильные показания приборов, которые завышают температуру;
2) неправильная погрузка: металл данной марки стали погружен с металлом, режим термообработки которого предусматривает более низкую температуру;
3) нарушение формы садки; при этом перекрываются огневые каналы, движение газа по ним затрудняется или прекращается совсем, и отдельные участки садки недогреваются;
4) неправильное ведение режима давления: в печи в период выдержки имеется разрежение;
5) неправильный режим горения форсунок, в результате чего металл прогревается неравномерно.
Ускоренное охлаждение тоже может стать причиной получения твердого металла. Ускоренное охлаждение происходит при:
1) преждевременном открытии печи;
2) преждевременном замачивании в воде металла с целью удаления окалины;
3) попадании воздуха из форсунок на садку.

При перекрытии мазута необходимо, чтобы воздух тоже был перекрыт. Из-за неисправности дроссель воздухопровода может оказаться открытым при остановке печи на охлаждение. Попадая на металл, воздух резко охлаждает участок садки, что вызывает повышение твердости.

Перегрев металла также может быть причиной брака по твердости.

Значительный перегрев (30—40°) при отжиге углеродистых инструментальных и шарикоподшипниковых марок стали приводит к получению грубо-пластинчатой структуры, часто с повышенной твердостью.

Превышение температуры при высоком отпуске выше точки Aci может привести к образованию аустенита, а так как после отпуска металл охлаждается на воздухе или в воде, то происходит частичная закалка.

Превышение температуры во время высокого отпуска преобладающего большинства марок стали не приводит к браку по твердости, если садку охладить медленно, с печью. В этом случае произойдет вынужденная замена высокого отпуска отжигом. Но некоторые стали марок 18ХНВА, 25ХНВА, Х17Н2, нагретые до температур выше критических точек, будут твердыми даже при медленном охлаждении.

Отжигальщику следует знать трудно умягчающиеся при отжиге марки стали и обращать особое внимание на точность выполнения режима при их термообработке. Основные из этих марок: Р18, Р18М, ЭИ107 (Х10С2М), ШХ15СГ, У7, У8, 18ХНВА, 25ХНВА. Х17Н2, ЭИ736, ЭИ992. ЭИ474, 45ХНМФА. Для последних семи марок зачастую по технологии предусматривается двухкратный отпуск.

46. Брак по структуре

Для многих марок стали, например для инструментальных, шарикоподшипниковых и др., важно получить после термообработки не только низкую твердость, но и структуру зернистого перлита.

Достигнуть этого труднее, так как не всегда при хорошей твердости сталь имеет хорошую структуру.

Все те отклонения от технологии, которые являются причиной получения твердого металла, влекут за собой появление неудовлетворительной структуры.

При недогреве сталь в основном сохраняет структуру, образовавшуюся при охлаждении после прокатки.

При перегреве получается грубопластинчатая структура высокотемпературного отжига. При ускоренном охлаждении получается сорбит (структура чрезвычайно мелкопластинчатого перлита). Эти виды структур являются неудовлетворительными. Исправление структуры производится повторным отжигом по обычному режиму.

При сильном перегреве стали образуется крупнозернистая структура, хорошо видимая в изломе невооруженным глазом. Это — более серьезный брак, исправить его обычным отжигом уже невозможно. Для этого необходимо осуществить нормализацию и повторный отжиг.

Сталь с неудовлетворительной структурой бракуется потому, что при механической обработке ее затрачивается больше усилий.

Кроме того, поверхность стали с пластинчатой структурой не может быть обработана с высокой точностью.

Детали из стали с исходной структурой пластинчатого перлита после закалки имеют повышенную хрупкость. Наиболее трудно получить хорошую структуру на стали марок У7, У8, ШХ15.

47. Брак по карбидной сетке

Как известно, карбидная сетка образуется по границам аустенитного зерна при медленном охлаждении в интервале температур от Ас1 до Α1 заэвтектоидных сталей. Температура отжига находится значительно ниже Аст, поэтому при отжиге карбидная сетка образоваться не может. Карбидная сетка в структуре стали является результатом медленного охлаждения от температур прокатки.

При наличии карбидной сетки резко возрастает хрупкость закаленной стали, поэтому применять для изготовления деталей и инструмента сталь с карбидной сеткой нельзя.

Отжиг не устраняет карбидную сетку. Поскольку температура выдержки при отжиге значительно ниже Аст, растворение карбидной сетки при этом происходит очень слабо. Опыты показывают, что даже отжиг большой продолжительности (до 60 час.) снижает балл карбидной сетки всего лишь на 0,5.

Устранить карбидную сетку можно лишь нормализацией с последующим отжигом. Однако далеко не на всех предприятиях имеются специальные печи для нормализации, а применение для нее обычных отжигательных печей далеко не всегда дает положительные результаты.

Кроме того, нормализация с отпуском после неудовлетворительных результатов отжига часто приводит к недопустимому уменьшению размеров изделия, так как происходит окалинообразование. Для многих видов изделий этот способ вообще неприменим. Лучше всего не допускать образования карбидной сетки.

Для этого необходимо от температур ковки и прокатки охлаждать сталь до 650—700° замачиванием в воде или в струе воздуха.

Охлаждение до более низких температур приводит к растрескиванию изделий крупных размеров.

Наличие карбидной сетки проверяется под микроскопом на закаленных шлифах. Инструментальная и шарикоподшипниковая сталь не должна иметь балл карбидной сетки более 3.

48. Брак по обезуглероженному слою

Обезуглероженный слой является самым опасным видом брака при термообработке, так как он влечет за собой тяжелые последствия и трудноисправим.

Обеднение углеродом поверхностного слоя стали или полное обезуглероживание его приводит к тому, что поверхность закаленной стали получается пониженной твердости. Инструмент из такой стали настолько быстро затупляется, что не может применяться при резании.

На шариковых и роликовых подшипниках с обезуглероженным слоем легко получаются вмятины на поверхности, и подшипники выходят из строя. На трущихся деталях машин из металла с обезуглероженным слоем легко получаются задиры, что ведет к поломке механизма. Из перечисленного ясно, что обезуглероженный слой в готовых изделиях может быть причиной крупных поломок и аварий.

Исправить обезуглероженный слой невозможно. Можно сделать металл годным, лишь удалив обезуглероженный слой. Это возможно в том случае, когда заготовка имеет необходимый припуск, и удаление слоя металла с обезуглероживанием не нарушит размеров готового изделия. Удаление обезуглероженного слоя производится окислением и механическим путем.

Окислением обезуглероженный слой переводится в окалину при отжиге. Этот специальный отжиг производится при пониженных на 20—30° температурах с большим избытком воздуха.

Температуру понижают для того, чтобы в процессе сжигания уже имеющегося обезуглероженного слоя не получить новый. Такой способ приемлем далеко не для всех марок стали и не всегда дает положительные результаты.

Нет смысла делать окислительный отжиг на стали марок 40ХН, 50ХН, 55СМА; 60С2А, У7 — У8, 9ХС.

Снятие металла с обезуглероженным слоем механическим путем производится обточкой, наждачной чисткой, шлифованием.

На получение обезуглероженного слоя при термообработке влияет температура, продолжительность выдержки, состав газовой среды. Чем выше температура, тем быстрее происходит

обезуглероживание поверхности. Начинаются процессы обезуглероживания в пламенных печах без защитной атмосферы при температуре 720—730°. Наиболее резко возрастает обезуглероживание при температурах выше 800°. При этом нельзя забывать, что стали разных марок по-разному реагируют на повышение температуры.

Чем длиннее выдержка, тем на большую глубину успевает проникнуть обезуглероживание. Правда, с течением времени скорость обезуглероживания уменьшается вследствие образования окалины, препятствующей проникновению обезуглероживающих газов в глубь металла.

Влияние газовой среды зависит от температуры, взаимодействия различных составляющих газовой смеси и содержания углерода в обрабатываемом изделии, а также от присутствия различного рода катализаторов. Регулирование состава и контроль газа в печах без специальной атмосферы невозможны.

Поэтому для предотвращения обезуглероживания отжигальщик должен строго соблюдать температуру и время выдержки.

Наиболее склонны к обезуглероживанию стали 40ХН, 50ХН. 55СМА, 60С2А, У7А, У8А, У10А, 9ХС, Р9, Р18, РЭМ, ΡΙ8Μ.

Дефекты, возникающие при термической обработке и их устранение

и в структуре стали сохранился феррит.

Отжиг или нормализационный отжиг?

Ошибочно эти две операции – отжиг и отжиг с последующей нормализацией – отождествляются друг с другом, однако на самом деле это две разные процедуры. Ключевое отличие между ними – наличие этапа нормализации во втором случае.

Эта дополнительная стадия гарантирует получение показателей прочности и вязкости в среднем на 10% выше, чем аналогичные параметры металла, который прошел только традиционный отжиг.

Это объяснимо законами физики: медленное охлаждение стали на воздухе способствует разложению аустенитной фазы в нижнем интервале температур и, как результат, увеличение перлитной составляющей. Это существенно улучшает эксплуатационные характеристики продукции.

Нормализационный отжиг (так называют совокупность двух операций) несколько уступает закалке и классическому высокотемпературному (выполняемому при +550℃) отпуску: механические свойства металла на выходе ниже. Однако технологический процесс значительно менее трудоемок, а по сравнению с процедурой закалки нормализация вызывает меньше тепловых деформаций металла.

Как проверить плотность электролита в аккумуляторе

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.

Способы исправления брака

Кроме основных дефектов, каждому виду термической обработки свойственны и локальные. Во многих случаях они устранимы. Типовые дефекты термической обработки стали могут быть сведены к следующим:

Несоответствие твердости обработанного изделия. Возникает при нарушении заданного режима: например, при повышенной/пониженной скорости охлаждения, недостаточном времени выдержки заготовки в печи или в результате нагрева до более низких/высоких температур. Исправляется повторной термообработкой;
Появление сетки карбидных включений. Вызывается перегревом стали и устраняется выполнением нормализации металла, либо многократной перековкой заготовки;
Трещинообразование, вызванное растрескиванием стальной заготовки из-за возникших в ней высоких термических напряжений при мартенситном превращении. Сталь становится хрупкой, излом имеет ярко выраженный крупнозернистый характер. Проявляется при превышении допустимых скоростей охлаждения металла при закалке. Исправить такой брак невозможно;
Обезуглероживание: выгорание цементита в поверхностных слоях стали с одновременным образованием высокотемпературного оксида железа FeO. Происходит при слишком длительной выдержке нагретой заготовки в печи, либо при использовании пламенных нагревательных устройств с неконтролируемой атмосферой. Брак исправим лишь частично: заготовки можно подвергнуть нормализации, но марка стали при этом изменится в сторону снижения процентного содержания углерода. Нагрев следует вести в электропечах, либо в печах безокислительного нагрева;
Неравномерная твердость по поверхности или сечению. Дефект связан с некачественным отпуском (например, использованием загрязненной включениями охлаждающей среды или касанием заготовок друг друга в отпускной емкости). Дефект устраняется последующей нормализацией и закалкой с применением более интенсивной охлаждающей среды, в частности, воды или водного раствора NaCl;
Механическая деформация или коробление термообработанных изделий. Устраняется их правкой на гидравлических прессах, а – при необходимости – применением повторной термообработки, но с более медленной скоростью охлаждения.

Дефекты, возникающие при термической обработке стыков сварных конструкций, устраняются их повторным нагревом и последующим охлаждением на спокойном воздухе.

https://www.youtube.com/watch?v=rJtAlh-E5TM\u0026t=86s

Услуги по термической обработке стоит заказывать на предприятиях с высокой культурой производства, современным оборудованием, эффективными средствами КИПиА, а также располагающими квалифицированным персоналом.

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.

Дефекты термической обработки и меры их предупреждения

Дефекты при отжиге могут возникать вследствие неправильного хода нагрева, применения слишком высоких или слишком низких температур, чрезмерной продолжительности нагрева, из-за неподходящей атмосферы в печи и неправильного режима охлаждения.

Недогрев– дефект, образующийся при нагревании стали до температуры ниже критической, что приводит к снижению ее прочности, твердости и пластических свойств. Этот дефект устраняется отжигом или нормализацией с последующей повторной термической обработкой.

Перегрев – дефект, являющийся следствием нагревания стали до температуры намного выше критической или чрезмерно большой выдержки при заданной температуре. Из-за перегрева получается крупноигольчатый мартенсит, механические свойства которого ниже мелкоигольчатого. Перегретую сталь отжигают и вновь подвергают закалке.

Как использовать на даче старые автомобильные диски

Окисление и обезуглероживание – дефекты, являющиеся результатом химических реакций, происходящих при нагреве стали между поверхностным слоем металла и кислородом окружающей среды.

Эти процессы оказывают отрицательное влияние на конструктивную прочность изделий, приводят к потерям металла на угар, обуславливают необходимость увеличение припусков для последующей механической обработки.

Применяют ряд способов предохранения стальных изделий от окисления и обезуглероживания при нагреве (нагрев в печах с контролируемой атмосферой, нагрев в расплавленных солях, нагрев в ящиках наполненных чугунной стружкой и т.п.).

Коробление и образование трещин – наиболее распространенные дефекты, являющиеся следствием возникновения в деталях больших внутренних напряжений, связанных с изменением их объема при закалке. Объемные изменения и сопровождающее их внутренние напряжения обусловлены двумя причинами.

Первая причина – быстрое и резкое охлаждение изделий при закалке, в результате чего объем их различных слоев изменяется неравномерно. Другая причина появления закалочных трещин и коробления – изменение объема изделий при превращении аустенита в мартенсит.

Из всех структурных составляющих стали, аустенит имеет наименьший объем, а мартенсит — наибольший. Так как при закалке аустенит переходит в мартенсит не одновременно по всему сечению изделия, в нем возникают внутренние напряжения. В тех местах изделия, где внутренние напряжения выше предела прочности стали, появляются трещины.

Если внутренние напряжения значительны, но не достигают предела прочности стали, происходит коробление изделия.

Одним из способов уменьшения внутренних напряжений при закалке является предварительная подготовка изделия путем – отжига, нормализации или высокого отпуска. Весьма эффективный способ уменьшения внутренних напряжений – медленное охлаждение изделий при температурах превращения аустенита в мартенсит.

Недостаточная твердость – такой дефект получается в результате недогрева или недостаточно быстрого охлаждения изделия при закалке. Этот дефект исправляется правильной повторной закалкой, перед которой отжигом, нормализацией или высоким отпуском снимаются внутренние напряжения.

Термическая обработка чугуна.
Предыдущая22232425262728293031323334353637Следующая
Термическую обработку чугунов производят с целью снятия внутренних напряжений, возникающих при литье и вызывающих с течением времени изменением размеров и формы оливки, снижения твердости и улучшения обрабатываемости резанием, повышения механических свойств.
Отжиг чугуна.

Отжиг для снятия внутренних напряжений.

Этому отжигу подвергают чугуны при следующих температурах: серый чугун с пластинчатым графитом 500-570 ºС; высокопрочный чугун с шаровидным графитом 550-650 ºС; низколегированный чугун 570-600 ºС; высоколегированный чугун 620-650 ºС.

Скорость нагрева составляет примерно 70-100 град/час, выдержка при температуре нагрева зависит от массы и конструкции отливки составляет от 1 до 8 часов.

Охлаждение до 200 ºС (для предупреждения возникновения термических напряжений) медленное, со скоростью 20-50 град/час, что достигается охлаждением отливки вместе с печью. Далее отливки охлаждают на воздухе. Результатом этого вида отжига является снятие внутренних напряжений, повышение вязкости, исключается коробление и образование трещин в процессе эксплуатации.

Смягчающий отжиг (отжиг графитизирующий низкотемпературный) проводят для повышения обрабатываемости резанием и повышения пластичности. Его осуществляют длительной выдержкой при 680-700 ºС (ниже точки А1).

Время выдержки для серых чугунов 1-4 часа, для ковких чугунов до 60 часов. Охлаждение медленное для деталей сложной конфигурации и ускоренное для деталей простой формы.

В результате этого отжига в чугуне увеличивается количество феррита.

Отжиг графитизирующий, в результате которого из белого чугуна получают ковкий чугун.

Нормализация(серого и ковкого чугуна) при температуре 850-950 ºС. Время выдержки должно быть достаточным для насыщения аустенита углеродом (1 -3 часа).

Охлаждение ускоренное, чтобы аустенит смог превратится в перлит и чаще всего осуществляется на воздухе. В результате нормализации получается структура перлит + графит и повышается прочность и износостойкость.

После нормализации для снятия внутренних напряжений применяется высокий отпуск при 650-680 ºС с выдержкой 1-1,5 часа.

Закалка и отпуск чугуна.

Для закалки чугун нагревают до температуры 850-950 ºС. Время нагрева обычно составляет от 1 до 3 часов (полное растворение углерода в — железе). Охлаждение осуществляется в воде или масле. При закалке аустенит превращается в мартенсит или троостит + графит. После закалки проводят отпуск при температуре 200-600 ºС. В результате повышается твердость, прочность и износостойкость чугуна.

При изотермической закалке чугун нагревают и выдерживают от 10 до 90 минут, после чего охлаждают в расплавленной соли при 200-400 ºС. В результате этого аустенит распадается с образованием структуры игольчатого троостита + графит. Изотермическая закалка позволяет повысить твердость и прочность, сохраняя пластичность.

Как выбрать хороший костюм сварщика: состав и виды

Поверхностная закалка с нагревом поверхностного слоя кислородо-ацетиленовым пламенем, ТВЧ или в электролите. Нагрев до 900-1000 ºС. Охлаждение в воде, масле или масляной эмульсии.

При поверхностной закалке в поверхностном слое образуется мартенсит + графит или троостомартенсит + графит. Отпуск при 200-600 ºС, охлаждение на воздухе. В результате повышается твердость, прочность и износостойкость поверхностного слоя при наличии мягкой сердцевины.

Старение чугуна.

Для стабилизации размеров литых чугунных деталей, предотвращения коробления и снятия внутренних напряжений применяют старение.

Различают два вида старения: естественное и искусственное. Естественное старение осуществляется на открытом воздухе или в помещении склада. Изделия после литья выдерживаются в течении 6-15 месяцев. При естественном старении снижение напряжений в отливках составляет 3-10 %.

Искусственное старение осуществляется при повышенных температурах; длительность несколько часов.

Нагрев до температуры 550-570 ºС со скоростью 30-60 ºС в час, выдержка при этой температуре 3-5 ч и охлаждение вместе с печью до 150-200 ºС, с последующим охлаждением на воздухе.

Возможные дефекты, вызываемые отжигом

Технология отжига выверена десятилетиями практики, и появление дефектов возможно преимущественно при нарушении режима нагрева или других условий работы. Если температура в печи слишком высока (перегрев), в структуре стали начинают образовываться слишком крупные зерна.

А если температурные показатели приближаются к точке плавления (пережог), в молекулы металла приникает кислород, запускающий процессы активного окисления.

Если перегрев исправляется повторной термической обработкой, то пережог приводит к необратимым изменениям в металлической структуре, что делает изделие непригодным к дальнейшему использованию.

Излишне активное пламя также вредит отжигаемому металлу: на его поверхности появляется окалина – слой из смеси окислов железа. Использовать сталь с окалиной невозможно – возникнут неизбежные проблемы с последующей обработкой, а удаление этого слоя дробеструйным методом или операцией травления приводит к повышению ресурсоемкости: повышенному расходу сил, времени, материалов.

Вредно и обезуглероживание – итог воздействия на отжигаемый металл кислорода. Во время него на поверхностном слое образуются микротрещины, происходит комплексная деформация поверхности.